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Kunstkopf

Kunstkopf-Stereophonie

Jeder hat das - in der einen oder anderen Form - schon einmal erlebt: man steht auf einer Leiter, beispielsweise um einen Nagel in die Wand zu schlagen, da purzelt einem der Nagel aus den Fingern. Man hört, denn sehen kann man im Moment nicht: aha, auf einer Leitersprosse ist der Nagel aufgeschlagen, jetzt hat er offenbar das Stahlgestell getroffen, dann kullert er auf dem Boden entlang und kommt nun unter dem Regal zum Stillstand. Man braucht, ohne lange zu suchen, nur noch hinabzusteigen und ihn aufzuheben. Aber wie kommt es, dass das menschliche Gehör eine so ausgezeichnete akustische Orientierung im dreidimensionalen Raum erlaubt?

Drei Wissenschaftler des Berliner Heinrich-Hertz-Instituts, Ralf Kürer, Georg Plenge und Henning Wilkens, sind der Frage nachgegangen. Bei der Erforschung raumakustischer Probleme fanden sie vor allem zweierlei heraus. Erstens: Ein Schallereignis ruft an den Trommelfellen beider Ohren höchst unterschiedliche Signale hervor. Zweitens: Was am Trommelfell ankommt, ist außerordentlich abhängig von der Richtung, aus der der Schall das Ohr trifft. Denn die Kompliziertheit des äußeren Ohres einschließlich des Gehörganges beeinflusst je nach Auftreffrichtung in unterschiedlicher Weise die Schallwellen.

Aus all diesen Unterschieden und Klangverfärbungen schließt das Gehirn (aufgrund von Lernprozessen) auf Richtung und Entfernung einer Schallquelle. Da das menschliche Gehör nur mit zwei Eingangskanälen auskommt, versuchten die drei Berliner Wissenschaftler, ihre Erkenntnisse auf die ebenfalls zweikanalige Stereophonie anzuwenden.

Will man nun all diese Effekte ausnutzen, die es dem menschlichen Gehör gestatten, den ganzen dreidimensionalen Raum zu erschließen, muss man den Schall bei einer Schallaufnahme auch genauso aufnehmen, wie er am Trommelfell im Innern des Gehörganges auftritt.

Das war die Grundidee des Kunstkopfes, die so genial wie einfach ist. Es genügen zwei Mikrofone, die genau am Ort der Trommelfelle im Innern eines Kunstkopfes angebracht sind. Kopfform und besonders das jeweilige äußere Ohr mit Gehörgang wurden aus plastischen Materialien naturgetreu nachgebildet. Die elektrischen Signale der beiden Mikrofone entsprechen auf dieser Weise exakt den akustischen

Signalen an den Trommelfellen und somit dem Höreindruck, den auch ein Mensch an jenem Ort empfinden würde, an dem sich der Kunstkopf während der Aufnahme befand. Praktische Versuche bewiesen: Die akustischen Ergebnisse sind in nie gekannter Weise suggestiv und authentisch. Man ist versucht, sich am eigenen Kopf zu kratzen, wenn man hört, wie der Sprecher unmittelbar über dem "Schädel" des Kunstkopfes spricht. Der Eindruck ist so stark, dass man vermeint, den Atemhauch zu spüren.

Freilich, zum Abhören sind Kopfhörer erforderlich; schließlich müssen die am Ort des inneren Ohres gewonnenen Signale entsprechend Ohr-nah wiedergegeben werden. Lautsprecher sind unbrauchbar, da sonst der Schall beispielsweise des linken Lautsprechers nicht nur das linke Ohr treffen würde, sondern auch das rechte. Kopfhörer führen aber dem linken Ohr nur die linken Signale zu und dem rechten Ohr entsprechend nur Signale des rechten Kanals. Zwar wurden schon Vorschläge gemacht, um für das neue Verfahren auch eine brauchbare Lautsprecherwiedergabe zu ermöglichen, aber zur Zeit suchen die Wissenschaftler am Heinrich-Hertz-Institut in Berlin noch nach Interessenten aus der Geräte- oder Schallplattenindustrie, die die dazu nötige Entwicklung betreiben wollen.

Das neue System erfordert für den, der die sicherlich optimale Kopfhörerwiedergabe vorzieht, keinerlei Zusatzgeräte. Die Kunstkopf-Stereophonie wird mit derselben Stereotechnik betrieben, die bisher schon bei Sendern, Empfängern, Tonbandgeräten oder bei der Schallplattenaufnahme und -wiedergabe üblich ist. Effekte, die es dem Menschen - und der Kunstkopf-Stereophonie - ermöglichen, dreidimensionale Klangereignisse zu verarbeiten.

Das menschliche Gehör ist in der Lage, ein Schallereignis so zu verarbeiten, dass ein Hörer mehr oder weniger genau Richtung und Entfernung der Schallquelle angeben kann. Während das Auge die Umgebung nur innerhalb eines begrenzten Gesichtsfeldes zu überblicken vermag, erschließt sich dem Ohr die akustische Umgebung in ihrer Totalität.

Ein Hörer kann ein Schallereignis in die Dimensionspaare nah-fern, links-rechts, oben-unten und vorn-hinten einordnen. Er hat somit die Fähigkeit zu einer akustischen Orientierung im dreidimensionalen Raum. Der Mensch hat zwei Ohren - und ein Gehirn das die unterschiedlichen Signale der einzelnen Ohren in optimaler Weise analysiert und im Bewusstsein die entsprechende Empfindung auslöst. Ein Beispiel: Hinter mir spricht jemand. Ich empfinde, die Person ist etwa zwei Meter hinter mir, schräg links, und offenbar steht sie auf einem Stuhl, denn die Stimme kommt etwas von oben.

Zunächst die links-rechts-Unterscheidung: von einer Schallquelle, die seitlich, etwa links vom Hörer angeordnet ist, gelangt der Schall zunächst an das linke und ein klein wenig später an das rechte Ohr. Unser Gehirn macht jedoch aus diesen unterschiedlichen Eindrücken einen einzigen Eindruck, entnimmt aber aus dem winzigen Zeitunterschied von weniger als einer Tausendstelsekunde eine Information über die Richtung der Schallquelle, natürlich uns vollkommen unbewusst, sozusagen automatisch.

Noch ein zweiter Effekt hilft dem Gehirn für die links-rechts-Unterscheidung: kommt der Schall von links, trifft er das linke Ohr in voller Stärke. Das rechte Ohr dagegen liegt sozusagen im Schatten. Die Intensität ist also am rechten Ohr geringer als am linken, und auch diesen Unterschied registriert das Gehirn. Drei weitere Effekte lassen nun Schlüsse auf die Entfernung der Schallquelle zu. Erstens die Lautstärke: eine entfernte Schallquelle klingt leiser, als wenn sie sich nahe beim Hörer befindet.

Zweitens der so genannte Raumanteil: der Schall breitet sich mehr oder weniger stark in alle Richtungen aus. In einem geschlossenen Raum wird er nun von Decke, Boden und von den Wänden des Raumes reflektiert und erreicht dann als Nachhall aus unterschiedlichen Richtungen den Hörer. Ist die Schallquelle recht nah, dann erscheint dieser Nachhall verschwindend klein und entsprechend umgekehrt. Aus dem Verhältnis zwischen direktem Schall und Nachhall schließt das Gehirn auf die Entfernung der Schallquelle.

Drittens die Klangverschiebung: ein Mensch kann von sich aus laut und leise sprechen. Doch dabei ändert sich ganz entscheidend sowohl Satzmelodie als auch Klangfarbe der Stimme und beispielsweise das Verhältnis von Konsonanten zu Vokalen. Extreme Beispiele: brüllen und flüstern.

Für die Unterscheidung vorn-hinten sowie oben-unten spielt vor allem die Form des äußeren Ohres eine große Rolle. Das - mehr oder weniger abstehende - äußere Ohr bewirkt eine richtungsspezifische Klangverfärbung, aus der das Gehirn auf die unterschiedlichen Richtungen vorn-hinten, oben-unten schließt.

Man kann sich von der Richtwirkung der Ohrmuschel selbst überzeugen, wenn man die Hände hinter die Ohrmuschel legt und diese dadurch gleichsam vergrößert. Dann merkt man, dass sich der Klang der eigenen Stimme, und natürlich auch der anderer Stimmen, verändert. Die Ohrmuschel - ein wesentlich komplizierterer Körper als die Handmuschel - hebt den Schall in unterschiedlicher Weise, in unterschiedlichen Frequenzgebieten an. Genaue wissenschaftliche Überprüfungen bestätigen: von vorn kommend werden Frequenzen bei etwa 300 und bei etwa 3000 Hz betont, von hinten dagegen Frequenzen bei etwa 1000 und bei etwa 9000 Hz, und wieder andere Frequenzen werden von oben kommend betont, nämlich sehr hohe Frequenzen.

Anmerkung: Mitunter ist beim Abhören von Kunstkopfaufnahmen die vorne-Ortung nicht gut möglich, d.h. Schallereignisse, die sich während der Aufnahme vor dem Kunstkopf abspielten, werden von vielen Hörern nicht vorne, sondern hinten empfunden. Man führt diesen Effekt hauptsächlich darauf zurück, dass man die Schallquelle beim Abhören einer Kunstkopfaufnahme nicht sehen kann und deshalb lieber hinten vermutet.

(Quelle: Katalog Deutsches Rundfunk-Museum, 2. Auflage 1981)

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EX / RST 12.12.2009