Binauraler Ton für 360 Grad VR

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Virtual Reality und die räumliche 3D-Audioproduktion waren zentrale Themen der 29. Tonmeistertagung in Köln. Denn erst ein Klangfeld, das den Kopfbewegungen folgt, verleiht virtuellen 360-Grad-Aufnahmen einen wirklich lebensnahen Eindruck.

360 Grad Virtual Reality (VR) für Brillen wie Oculus Rift oder die neue Google Daydream ist einer der spannendsten Trends in der aktuellen Medientechnik. Auf der Tonmeistertagung des Verbands Deutscher Tonmeister (VDT) vom 17. bis 20. November in Köln fanden zahlreiche Vorträge und Workshops zum Thema statt. Denn 3D-Audio bekommt durch die virtuellen Welten eine ganz neue Bedeutung: Für die Headsets spielt gerade der räumliche, also binaurale Kopfhörer-Ton eine wesentliche Rolle. Folgt das Klangfeld den Kopfbewegungen, verstärkt dies den Eindruck der virtuellen Realität erheblich. Doch wie lässt sich der Ton für diese räumliche Kopfhörerwiedergabe produzieren?

Binaurale Aufnahmen – Kopfhörer-Stereofonie

Stereoaufnahmetechniken für Lautsprecher und Kopfhörer unterscheiden sich. Stereo-Mikrofonanordnungen wie XY, MS, ORTF oder AB zielen auf die Lautsprecher-Wiedergabe. Auch die Stereomischung mittels Panorama-Regler hat vorwiegend die Wiedergabe mit Lautsprechern zum Ziel. Stereoaufnahmen für Lautsprecher basieren rein auf Laufzeit- und Pegeldifferenzen. Werden sie mit einem Kopfhörer abgespielt, verortet der Zuhörer die Schallquellen innerhalb seines Kopfes auf einer Achse zwischen seinen Ohren. Daneben gibt es die Kopfhörer-Stereofonie. Dafür sind binaurale Aufnahmen mit den Laufzeit-, Pegel- und vor allem Frequenzunterschieden entscheidend, wie sie Kopf, Außenohr und Schulterbereich im Schallfeld erzeugen. Diese nennt der Fachmann auch HRTF für Head Related Transfer Function. Damit kann der Mensch die Richtung, aus der Geräusche kommen, sehr genau bestimmen. Diese Laufzeit- und Frequenzunterschiede lassen sich bei der Aufnahme durch eine Simulation des menschlichen Kopfes erzeugen, allen voran mit einem Kunstkopf-Mikrofon wie dem Neumann KU 100. Zudem gibt es auch Kopfhörer-Mikrofone, die sich wie In-Ear-Hörer in das Ohr stöpseln lassen, wie das Roland CS-10-EM. Daneben gibt es weitere binaurale Aufnahmetechniken, die mit Trennkörpern arbeiten, beispielsweise das Schoeps Kugelflächenmikrofon KFM 360 oder die Jecklin-Scheibe, benannt nach dem Tonmeister Jürg Jecklin. Die binaurale Aufnahme erfolgt bei all diesen Aufnahmetechniken mit zwei Kanälen. Dennoch klingen die binauralen Aufnahmen bei der Wiedergabe über Kopfhörer weit räumlicher als Aufnahmen für Lautsprecher, die Schallquellen lassen sich damit auch außerhalb des Kopfes sowie davor und dahinter orten.

Mikkel Nymand

Mikkel Nymands Workshop über binauralen Ton mit dem Ambeo VR Mic.

Sennheiser Ambeo VR Mic – Ambisonics

Doch auch 3D-Stereoaufnahmen für die Lautsprecherwiedergabe lassen sich für binaural aufbereiten. Für Mikkel Nymand, dänischer Tonmeister, eignen sich dafür Ambisonics-Aufnahmen am besten. Dann diese ließen sich bereits mit wenigen Bearbeitungsschritten für die Kopfhörer-Stereofonie anpassen. Mikkel Nymand demonstrierte bereits auf der IBC in Amsterdam Aufnahmen mit dem Sennheiser Ambeo VR Mic, das nun für rund 1.500 Euro erhältlich ist. Das Ambeo VR Mic basiert auf dem Ambisonics-Prinzip, das breits in den 1960er Jahren federführend von Michael Gerzon entwickelt wurde. Es ist eines der ältesten Aufnahmeverfahren für die dreidimensionale Schallaufzeichnung. Dafür arbeitet es mit vier Tetraeder-förmig angeordneten Nierenkapseln des Typs KE-14.Wegen dieser konzidenten Anordnung, bei der alle vier Kapseln möglichst in einem Punkt platziert sind, wurde das Verfahren auf der aktuellen Tonmeistertagung auch von verschiedener Seite kritisiert – für höchste klangliche Ansprüche verwenden Tonmeister gerne Stereoverfahren, die Laufzeiten einschließen.

Gleichwohl bietet das Ambeo VR Mic eine praktische Lösung, um binaurale Aufnahmen für 360 VR zu erstellen. In einem Workshop auf der Tonmeistertagung demonstrierte Nymand, wie sich die Aufnahmen des Mikrofons für binaural aufbereiten lassen. Weitere Informationen zum Thema 3D-Audioproduktion für VR bietet die Sennheiser-Webseite „Ambeo Music Blueprints“. Mit dem Ambeo VR-Mikrofon liefert Sennheiser die kostenlose Software „Ambeo A-B-Format Converter“ (Link). Sie ist als Plugin für VST (Windows) oder AAX (Mac OS) erhältlich und wandelt die vier originären Ausgangssignale der Mikrofonkapseln in das sogenannte Ambisonics B-Format. Während sich die A-Ausgangssignale der Kapseln keinem Kanal wie Links oder Rechts direkt zuordnen lassen, beinhaltet das B-Format die Kanäle WXYZ. Es wird auch als Ambisonics-Format erster Ordnung bezeichnet. W ist die Summe aller vier Kapseln, also der Schalldruck am Ort des Mikrofons wie mit einem Druckempfänger (Kugelrichtcharakteristik)  aufgenommen. Das X-Signal beinhaltet die Vorne-Hinten-Informationen, Y die seitliche Komponente, Z die Höhenachse. Ambisonics-Formate höherer Ordnung (sogenannte HOA = Higher Order Ambisonics) lassen sich mit mehr als vier Aufnahmekapseln erzeugen (siehe auch hier) und führen zu besseren Ergebnissen.

Zur Bearbeitung wird in einer DAW-Software wie Cubase oder Logic Pro ein vierkanaliger Summen-Kanalzug erstellt. In diesem lässt sich dann der A-B-Formatkonverter als Plugin öffnen. Er stellt ein leicht zu bedienendes Software-Werkzeug dar, in welchem sich die vier Signale unkompliziert verschiedenen Richtungen zuweisen lassen. Die Software ist auf das Ambeo VR Mic zugeschnitten. Daneben sind auch andere Plugins erhältlich, die das Ambisonics A- ins B-Format konvertieren – etwa Harpex B. Letzere erzeugt auch die für die binaurale Wiedergabe geeigneten zwei Kanäle. Für den binauralen Downmix werden dabei die erwähnten HRTFs angewandt. Zudem verwendete Nymand weitere Software wie Ambipan, um zusätzliche Stützmikrofone in die binaurale Mischung einzubinden. Auf Wunsch spielte Nymand die Aufnahme mit dem VR Mic auch einzeln ab. Eine klassische Orchesteraufnahme mit dem Ambeo VR Mic klang auch ohne Stützmikrofone verblüffend gut. Auf der IBC in Amsterdam waren weitere Demos mit dem Ambeo VR-Mikrofon zu hören, etwa eine Flügelaufnahme in einem kleinen Saal oder ein Sprecher in einen Raum. Die Orchesteraufnahme auf der Tonmeistertagung klang demgegenüber noch einmal deutlich beeindruckender.

Schoeps ORTF 3D

Helmut Wittek

Helmut Wittek über 3D- und VR-Hauptmikrofone

Zahlreiche weitere Vorträge der Tonmeistertagung hatten die 3D-Audioproduktion zum Inhalt. Beispielsweise Helmut Witteks „3D und VR Hauptmikrofon-Techniken“, in dem er auf Lautsprecher- und Kopfhörer-Stereofonie sowie die Wellenfeldsynthese einging. Stereofone-Techniken, die Laufzeitdifferenzen einschließen, liefern eine beeindruckendere Räumlichkeit – so der Tenor. Die Ambisonics-Technik basiert jedoch allein auf Pegeldifferenzen. Die Kapseln sind im Mikrofon beinahe koinzindent, also an einem Punkt platziert. Demgegenüber schließt das ORTF 3D der Firma Schoeps sowohl Laufzeit- als auch Pegeldifferenzen ein. Am Stand von Schoeps war eine 360-Grad-VR-Demo zu sehen und zu hören, die mit einem Schoeps ORTF 3D aufgenommen wurde. Für die Kopfhörer-Wiedergabe wurde die Aufnahme mit der Software 3DCeption der Firma Two Big Ears aufgearbeitet. Die Software erzeugt auch die entsprechende binaurale Zweikanalausgabe. Das Ergebnis war sehr überzeugend. Das Schoeps ORTF 3D lässt sich auch auf einer Angel betreiben und hat als komplettes Kit mit Windschutz und Kabeln einen Listenpreis von 15.000 Euro, ist aber im Handel etwas günstiger zu finden.

Schoeps ORTF 3D

Schoeps ORTF 3D mit koinzidenten Höhen-Mikrofonen in Acht-Charakteristik

Mikrofon-Arrays – Michael Williams, Kimio Hamasaki

In weiteren Sessions stellten beispielsweise Michael Williams und Kimio Hamasaki ihre 3D-Aufnahmetechniken vor. Michael Williams ist in der Forschung tätig. Mit seinen tragbaren Arrays zeichnet er bis zu 13 Kanäle auf. Er hat die sogenannten Williams-Kurven entwickelt, an denen sich der Mikofon-Basisabstand sowie der Mikrofon-Öffnungswinkel für bestimmte Aufnahmeabstände und -winkel ablesen lassen. Beeindruckend war der Vortrag des japanischen Tonmeisters Kimio Hamasaki, nach dem das Hamasaki Square für die Surround-Aufnahme benannt ist. Dieses Quadrat lässt sich für 3D-Audioaufnahmen zum Würfel erweitern und dient der Aufnahme des diffusen Schallfelds, um einen großzügigen Raumeindruck zu erzeugen. Hamasaki skizzierte seine Mikrofonaufstellungen für Orchesteraufnahmen: Als Hauptmikrofon verwendete er dabei ein Decca-Tree, eine dreieckige Anordnung aus drei Druckempfängern. Hinzukommen zahlreiche weitere Einzel- und Raummikrofone, wie sein Hamasaki-Square oder -Cube.

3D-Audio vom Fraunhofer IIS

Einen weiteren spannenden Vortrag – aus einem rundum hochkarätigen Programm – hielt Ulli Scuda vom Fraunhofer IIS in Erlangen. Das Institut ist bekannt für die Entwicklung von Audiocodes wie MP3 (MPEG-1 Audio Layer 3). Aktuell steht MPEG-H im Mittelpunkt der Forschung am Institut, welches für die objektbasierte Audioübertragung neben Dolby Atmos für DVB spezifiziert werden soll. Es fand bereits einen Eingang in die Spezifikation des US-amerikanischen TV-Systems ATSC 3.0. Ulli Scuda hat sich allerdings auf die 3D-Audioaufnahme spezialisiert. Für die 360-Grad ZDF-Produktion „Geheimnis Wolfskind arbeite er quasi als 3D-Audiotontechniker und experimentierte mit drei verschiedenen Aufnahmeverfahren.

Ulli Scuda

Ulli Scuda vom Fraunhofer IIS erstellte 3D-Audioaufnahmen für die ZDF-Produktion „Wolfskinder“.

Eines davon, Doppel-MS mit den Schoeps-Mikrofonen CMIT sowie daran angebrachten Achten- und Nierenkapseln der Schoeps-Miniaturserie CCM, ist eigentlich für Surround-Aufnahmen konzipiert aber liefert natürlich gleichwohl räumliche Klanginformationen. Mit seinem Interferenzrohr für das Mittensignal eignet es sich ideal, um auch Sprecher verständlich und präsent zu angeln. Als weiteres System teste Scuda ein 4 + 4 System, das Helmut Wittek und Günther Theile vom IRT entwickelt hatten. Es besteht aus einer Anordnung von vier Nieren, die jeweils koinzident mit vier Supernieren aufgestellt werden. Und das in einem weitläufigen Quadrat – nichts für die schnelle, mobile 3D-Audioaufnahme!

Hinzukam eine besonders pfiffige Eigenentwicklung: Ein Ring, in dem acht Ansteck-Miniaturmikrofone eingelassen sind. Mit dieser „3D-Audioscheibe“ konnte Scuda unauffällig und unkompliziert 3D-Audioaufnahmen erstellen. Der Clou: Durch die Öffnung in der Mitte lässt sich der Ring oben auf ein  GoPro-Rigg legen, sodass die Kamera, die nach oben gerichtet ist, mitten durch den Ring durchschießt. Dieses Mikrofon ist noch ein Prototyp des Fraunhofer IIS.

BBC “The Night of the Proms” in binaural

BBC Proms 360

Das Publikum wurde auf der Tonmeistertagung mit AKG-Kopfhörern ausgestattet.

BBC Tonmeister Tom Parnell erstellte für die BBC Konzertreihe „The Night of the Proms“ beeindruckende, hochwertige 3D-Audioaufnahmen des BBC Symphonieorchesters mit verschiedenen Solisten. Diese bearbeitete er ebenfalls für die binaurale Kopfhörerwiedergabe. Die Ergebnisse sind über die BBC-Webseite zugänglich. Die Produktion wurde von den Zuschauern oder vielmehr -hörern begeistert angenommen.

 

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Autor

Jan Fleischmann

Recording, Musikproduktion und Schlagzeug zählen ebenso zu meinen Interessen wie Medientechnik und Broadcast. Nach Stationen bei Tonstudio Zuckerfabrik, R&P Showtechnik & Veranstaltungsservice, SWR, WDR und Axel Springer arbeite ich als freiberuflicher Technikjournalist und Medieningenieur. Dabei biete ich Fachartikel, Produktbeschreibungen und Content-Marketing für Verlage und Unternehmen.

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6 Kommentare

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  4. Bisher habe ich Lobpreisungen über Lobpreisungen über das Sennheiser Ambeo VR gehört. Ich
    täte nichts lieber als ihnen Glauben schenken, aber das kann ich nur, wenn ich eine Demo höre,
    die mich überzeugt. Und deren habe ich noch nicht eine einzige gehört. Kann dieses Mikrophon
    wirklich einen realistischen Rundumeindruck erzeuge? Der Neumann KU 100 z.B. kann es nicht.
    Ich habe dieses Mikrophon. Es bedarf eines zweiten binauralen Mikros, des THEAUDIO BS-3D.
    Diese beiden zusammen erzeugen etwas, was man als akustische Holographie oder 2-Kanal-Sur-
    round bezeichnen könnte. Gibt es eine überzeugende Demoaufnahme des Ambeo VRs, eine, die
    den Rundumeindruck deutlich macht???????

    • Jan Fleischmann
      Jan Fleischmann on

      Hallo, danke für die Zuschrift! Ich konnte selber noch nicht mit dem Ambeo VR arbeiten, aber Aufnahmen anhören z. B. von MikkelNymand, der im Artikel erwähnt wird. Ich frage mal nach, ob er Aufnahmen zur Verfügung stellen kann.
      VG Jan F.

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