Wenn wir mit offenen Ohren durch die Welt gehen, hören wir die Regentropfen über unseren Köpfen auf Dächer fallen. Wir hören die Blätter im Herbst unter unseren Schuhen und wir hören die Krankenwagensirene direkt hinter uns. Wenn wir digitale Dateien hören, seien es Naturfilme, Musik oder Gespräche, klingen diese oft flach. Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS entwickelten die Technologien »CINGO« und »SYMPHORIA«, die eine optimierte Aufbereitung und Wiedergabe des Klangs ermöglichen.

Damit digitalisierte Geräusche und Musik bei der Wiedergabe über Kopfhörer oder Lautsprecher im Auto so wahrgenommen werden können, wie sie uns in der Realität begegnen, müssen wir unser Gehirn ein wenig austricksen. Forscher am Fraunhofer IIS arbeiten seit Jahren an diesem ehrgeizigen Ziel und wurden kürzlich mit dem Joseph-von-Fraunhofer-Preis für ihre Ergebnisse ausgezeichnet. Mithilfe der Technologien CINGO und SYMPHORIA teilen sie Audiosignale in Direktschall, frühe Reflexionen und Nachhall – und setzen sie anschließend mit dem Ziel der verbesserten Nutzerwahrnehmung wieder zusammen. Dabei gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Anteile neu zu verteilen: Verzögerung, Pegeländerung oder Dekorrelationen von Signalen nutzen die Forscher, um das Gehirn zu überlisten und ein möglichst realistisches Klangbild zu vermitteln.

Wird die Technologie bei der Klangwiedergabe auf mobilen Geräten verwendet, simulieren die Wissenschaftler zwei Komponenten, erklärt Oliver Hellmuth vom Fraunhofer IIS. »Zum Einen versuchen wir den Raum zu simulieren, in den sich der Hörer hineinversetzt fühlen soll. Wir nehmen zum Beispiel wahr, dass wir in einer Kirche sind, wenn die Klangreflexionen und der Nachhall sehr lang sind. Zum Anderen versuchen wir, die Richtung zu simulieren, aus der eine Schallquelle ertönt. Wir berechnen die Schallausbreitung im Raum über die Luft und passen das Audiosignal so an, dass der Nutzer erkennt, welchen Weg es im Raum vermeintlich zurückgelegt hat.« Die Forscher bedienen sich dabei der Rechen- und Orientierungsleistung unseres Gehirns und unserer Ohren. Über Laufzeitenunterschiede und die Klangfärbung können wir beispielsweise die Klangquelle lokalisieren.  

Die Technologie Cingo wird zum Beispiel in Virtual Reality Anwendungen für die Wiedergabe von 3D-Sound eingesetzt. Denn ohne 3D-Sound bricht das ganze Bild in seiner Faszinationskraft zusammen. In Verbindung mit VR-Brillen ist es z.B. möglich, das Klangbild auch an Kopfbewegungen anzupassen. Eine aktuelle Terra X-Produktion des ZDF in Indien verwendet die Technologie, um VR und 3D-Klang zu kombinieren. Der 360-Grad-Film für Virtual Reality-Anwendungen soll mithilfe von CINGO nicht nur optisch, sondern auch akustisch ein realistisches und beeindruckendes Nutzererlebnis schaffen. »Die Tonaufnahme wird mit dieser Technologie deutlich komplexer. Schallereignisse müssen mit einer 360 Grad Orientierung aufgenommen werden, da sich am Ende auch der Nutzer um  360 Grad in einem Raum drehen kann«, so Hellmuth. Die Herausforderung einer sinnvollen Mikrofonierung und der Entwicklung passender Standards für die Aufnahme von 3D-Sound ist ein großes aktuelles Forschungsfeld.

Während CINGO im Bereich mobiler Anwendungen eingesetzt und seit 2013 auch von Industriepartnern verwendet wird, kommt SYMPHORIA im Automotive-Bereich zum Einsatz, seit 2014 auch in Kooperation mit namhaften Kunden. (mk)

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