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Hören, als würde man in einem 3-D-Bild stehen

Digitaler Surround-Klang vor dem Start

von Annegret Handel-Kempf

RadioAuf dem linken Ohr die E-Gitarre, auf dem rechten den Leadsänger, doch das Raumklanggefühl fehlt komplett: Das sind die Nachteile des Stereo-Zeitalters und seiner Musikprodukte, die im Jahr 2007 noch fast völlig den Markt beherrschen. Bislang gab es Surround-Sound nur auf DVD oder im Kino. Darüber hinaus mangelte es an akustischen Erlebnissen, die den Eindruck vermitteln, als würde man in einem Drei-D-Bild stehen.

Jetzt soll auch die eigene Musiksammlung mit Rundum-Klang erfüllt werden: Das Kino für die Ohren ist möglichst klein und zweckig, damit jeder die klangstarken Mini-Dateien in der Hosentasche dabei haben kann. Eine vom Fraunhofer Institut für Integrierte Schaltungen (IIS) in Erlangen zusammen mit Agere Systems entwickelte Software wandelt Stereo-Hits in Surround Sound-Erlebniswelten um, die aus dem normalen Kopfhörer oder aus dem Radio erklingen.

MP3-Surround dient zum effizienten, das heißt Daten-Bits sparenden, und MP3-verträglichen Zusammenpacken von Surround-Klang. Die Fraunhofer Neu-Entwicklung Ensonido ist die mobile Ergänzung zu MP3-Surround: Es erlaubt die Wiedergabe von 5.1 Surround-Sound über Stereokopfhörer, ist also ein dreidimensionales Hör-Kino zum Mitnehmen.
Matthias Rose vom Fraunhofer IIS: Es ist jetzt möglich, dass Sie Surround-Klang, wenn zum Beispiel ein Flugzeug von hinten nach vorne durchfliegt, sehr effizient speichern bei einer Datenrate, wie Sie sie auch für eine ganz normale Stereo-MP3-Datei kennen.

Zum räumlich dimensionierten Tonformat Surround-Sound, gesellt sich zu diesem Zweck das Audioformat MP3. Das Ziel der MP3-Audiocodierung, die in den frühen 1990er Jahren ebenfalls am Fraunhofer IIS entwickelt wurde, sind möglichst kleine Musikdateien. Sie liegen der Wahrnehmung nach nahe am Original. Eine effiziente Speicherung der Tonsignale ist der Schlüssel dazu.

Psychologie des Ohres

MP3 ermöglicht eine Audiodaten-Kompression um bis zu 90 Prozent und bedient sich dazu ausgefeilter Codierungsmechanismen, die sich die Wahrnehmungslücken des menschlichen Ohres zunutze machen. Man stelle sich vor, Audiocodierung drückt die Bitrate so stark nach unten, dass auf eine CD 100 statt vier Musiktitel passen, und dem Zuhörer doch kein auffälliger Qualitätsverlust in den Gehörgang rauscht.

Das funktioniert, weil die Menschen nicht alles gleich gut hören. Teile des Audiosignals, die nicht mehr wahrnehmbar sind, können biteffizient gespeichert werden: Das heißt, Anteile in der Musik, die nicht so wichtig sind, lassen sich nach den Gesetzen der Psychoakustik auch mal weglassen.

Das klingt einfach, doch der Aufwand ist groß und erfordert einige zehn Millionen Rechenschritte pro Sekunde. Denn die Audiocodierung muss Sonderfälle einberechnen.
Der Codierer arbeitet das Signal so auf, dass es weniger Speicherplatz benötigt, aber für das menschliche Ohr noch genauso klingen soll, wie das Original.

Aus Stereo wird Surround-Sound

Mit der Software MP3 Stereo extended (MP3 SX) können Nutzer vorhandene Stereo-MP3-Dateien zu MP3 Surround-Dateien erweitern. Stereo-Songs ertönen mit der Klangfülle mehrerer Kanäle. Zusätzlich entsteht ein natürlich-einhüllender Gesamteindruck durch die Wiedergabe der bereits im Stereomaterial vorhandenen Rauminformationen über die hinteren Kanäle.

Rose: Das Besondere an MP3SX ist, dass wir nichts hinzufügen zu dem Signal, sondern nur die Anteile, die in der Musik sind, anders verteilen. Wenn Sie sich zum Beispiel ein Live-Konzert vorstellen, wird der Sänger nicht mehr aus dem Lautsprecher links und rechts kommen, sondern über den mittleren Lautsprecher wiedergegeben
Dabei ist MP3-Surround rückwärtskompatibel. Das heißt, ein normaler MP3-Player gibt die Datei in Stereo wieder, ein MP3 Surround-Player in 5.1-Kinosound: Ein Decoder, der Zusatzdaten für Surround nicht lesen kann, spuckt die Musik in Stereo aus.

Digitalisierung statt Verspätung

Heute sieht das Verfahren bei Surround-Sound so aus, dass für alle Kanäle einzeln das Stereo-Signal genommen, komprimiert und abgespeichert wird. In einer Surround-Umgebung, beispielsweise einem Fernseher, wird das Signal decodiert. Diese Vorgehensweise eignet sich aber nicht für hohe Qualitäten: Die Kanäle verschieben sich leicht, so dass der Gitarren-Sound aus der Kehle des Leadsängers zu kommen scheint, beziehungsweise verspätet zu hören ist.

OhrDas Fraunhofer IIS und seine Entwicklungspartner setzen auf Spatial Audio Coding als Surround-Sound für morgen. Es soll die komprimierten Daten auf den richtigen Kanälen wieder auflösen. Das Multikanal-Tonsignal wird dabei digital dargestellt.
Da die räumliche Schallwahrnehmung ein vielschichtiger Vorgang ist, gilt es als optimal, wenn das zusammenfließende Signal als von vorne kommend empfunden wird. Schlecht hingegen sei es, wenn einzelne Signalteile aus verschiedenen Richtungen auf den Hörer einhämmern.

Format und Decoder des international offenen Standards MPEG Audio sind standardisiert. Das heißt, solange definierter Bitstrom herauskommt, ist er überall abspielbar.
Die Mini-Dateien sind nah am aktuellen Musikmarkt: Ein Format wie MP3-Surround ermöglicht es aufgrund niedriger Datenraten, Surround-Sound übers Internet zu verkaufen.
Geräte zum Minidateien Surround-Sound könnte es Mitte dieses Jahres geben, sagt Rose. Die Resonanz der Hersteller sei noch gemischt, auch wenn einige das Thema sehr puschten.

Zweiter Teil

Hollywood aus dem Radio - MPEG-Surround geht auf Sendung

Kino-Sound aus dem Radio gibt es künftig mit MPEG-Surround. Das neue Erweiterungsformat für Audiocodierverfahren ermöglicht es, 5.1 Surround-Klang bei sehr niedrigen Datenraten zu speichern. Gleichzeitig sorgt das Format dafür, dass auch ältere Abspielgeräte wie gewohnt Stereoklang wiedergeben.
Der digitale High Definition Radiosender WZLX Boston der CBS-Sendergruppe bringt seit kurzem Rockmusik in Surround-Sound, im Bit-sparenden, Ohr-umhüllenden Format. Er nutzt MPEG-Surround, um zum ersten Mal 5.1-Kanalton im Regelbetrieb zu senden.
Das Rennen um die höchste Multikanalkompression hatte mit der weltweiten Standardisierung von MPEG-Surround im Juli 2006 einen neuen Höhepunkt erreicht. MPEG-Surround, das vom Fraunhofer Institut für Integrierte Schaltungen (IIS) mit Agere Systems, Coding Technologies und Philips entwickelt wurde, ermöglicht eine Komprimierung bei 64 Megabit und weniger.

Diese Mehrkanalton-Erweiterung, die für beliebige Audiocodierverfahren zu nutzen ist, kann beispielsweise beim digitalen Radio DAB, als DAB-Surround, eingesetzt werden. Hörspiele oder Konzerte würden dann mit Rundumklang übertragen werden. Und was mit DAB geht, funktioniert auch mit anderen Übertragungsstandards.
Der MPEG Surround-Sound soll laut Aussage der Entwickler vor allem Mehrkanal-Audioinhalte in Hörfunk und Fernsehen ermöglichen.

So ist ein Einsatz beim mobilen Fernsehen DVB-H denkbar. Kombiniert mit Ensonido (s.o.), dem System für die Wiedergabe von Surround-Ton über Stereokopfhörer, wird mobiles TV zum Kino aus der Westentasche, mit Mehrkanalton.
Mathias Rose vom Fraunhofer IIS: Jedes Satellitenradio, jedes terrestrische Radio, das ein Codierverfahren verwendet, wie es alle Digitalradiostandards tun, kann mit MPEG Surround kombiniert werden.

Musik-NoteEine erste DAB-Surround Live-Demonstration mit Empfang im Auto gab es im vergangenen September auf der IFA in Berlin und schon kurz zuvor bei einer Veranstaltung des Hightech-Presseclubs in München zu hören. Zu Pink Floyds Money stand man bei solchen Demos während einer 48-Bit-Radio Surround-Übertragung inmitten des akustischen Geldklirren-Regens. Auf derart sparsame Bits komprimierte Musik war als Hörgenuss bis vor kurzem nicht einmal in Stereo denkbar. Künftige DAB Surround-Empfänger können Daten des DAB Surround-Senders verwenden.

Noch überträgt DAB im Alltag aus politisch-historischen Gründen mit nur einem Kilowatt Leistung, und kommt daher wie seine multimediale Erweiterung DMB lediglich in Autos hinein, nicht in Häuser: Doch das soll anders werden.
Bisher existiert in Europa kein Sender, der in Surround-Sound überträgt. Terrestrisches Radio wird noch in Stereo ausgestrahlt. Doch die Hörer können sich darauf freuen, dass auch hierzulande die Musik in nicht allzu ferner Zukunft nicht nur von rechts und links, sondern mit mehreren Kanälen gebündelt kommt.


2006-12-27 by Annegret Handel-Kempf
Text: © Annegret Handel-Kempf
Illustrationen: © Angelika Petrich-Hornetz
Banner: © Angelika Petrich-Hornetz

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