Einhüllung in immersiven Beschallungssystemen

Immersion bezeichnet das wahrnehmungsmäßige Eintauchen in eine fiktive Welt. Surround- Audiowiedergabe liefert dazu einen entscheidenden Beitrag und wird deshalb im Kino bereits lange verwendet. Allerdings kommt es nur an wenigen Plätzen in der Mitte des Saals zum überzeugenden Eindruck der klanglichen Einhüllung. Das Projekt EnImSo wird das grundlegende hörakustische und technische Verständnis dazu vorantreiben und dringend benötigte Entwurfskriterien und Lösungen erarbeiten. Diese sollen in Zukunft ermöglichen, den Publikumsbereich hochwertiger Qualität merklich zu vergrößern, und Tonmeister:innen, Klangkünstler:innen, und Beschallungstechniker:innen nützliche Werkzeuge dafür an die Hand zu geben. In der Nähe eines Lautsprechers ist es viel lauter als in größerer Entfernung dazu. Das gilt bei Surround-Audiosystemen für jeden einzelnen, rundum angeordneten Lautsprecher. An einem Sitzplatz am Rand sind die nahen Lautsprecher merklich lauter als jene des gegenüberliegenden Rands. Das Klangbild verliert dadurch an Ausgewogenheit: zum Teil zieht es Klangkomponenten richtungsmäßig hin zu nahegelegenen Lautsprechern, zum Teil verlieren hören wir Klänge aus weiter entfernten Richtungen nicht mehr und erhalten einen verfälschten Mix. Gibt man einen an der Publikumsmitte allseitig einhüllenden Nachhall eines großen Konzertsaals wieder, hört das Publikum am Rand lediglich einen einseitigen, nicht mehr einhüllenden Nachhall. Bei Großbeschallung in Konzerten werden für die vordere Richtung optimal gekrümmte Lautsprecherketten eingesetzt. Die etwa zehn Meter langen, von der Bühnenoberkante herabhängenden Lautsprecherketten sind so eingestellt, dass über den gesamten Publikumsbereich kaum merkbare Lautstärkeverluste auftreten. Diese Technik ist hardwareaufwändig, bietet aber ein Startpunkt für neue Kompaktlösungen. EnImSo untersucht, wie die Wiedergabe von einhüllendem Nachhall für das gesamte Publikum gelingt, aber auch wie die Balance der Instrumente und Stimmen aus verschiedenen Richtungen erhalten bleibt. Dazu wird eine umfangreiche Serie an Hörversuchen mit Versuchspersonen und rundum aufgestellten Lautsprechern im Akustiklabor durchgeführt. Das Ziel ist, einzelne Effekte, die das Gehörte beeinflussen, in Experimen ten einzeln und gemeinsam zu untersuchen. Wie beeinflussen Lautstärkenänderungen, Zeitverschiebungen, und Richtungsverschiebungen der Lautsprecher die Einhüllung an verschiedenen Hörplätzen, und welche Optimierungen der Lautsprechertechnik erreichen eine Verbesserung? Die Labor gewonnenen Erkenntnisse sollen in einer Hörversuchsstudie auf einer Großbeschallungsanlage überprüft werden. Neuartige, akustische Virtualisierungstechnik soll ermöglichen, die aufwändige experimentelle Anlage digital zu archivieren und anderen Forschungslaboren für Versuche per virtueller Realität zur Verfügung stehen. Außerdem ergibt das Projekt neue Lautsprecherprototypen, die für mittlere Publikumsgrößen eine verbesserte Wiedergabe von Einhüllung bewirken.

Das Projekt EnImSo (Einhüllung der immersiven Beschallungstechnik) hat untersucht, wie sich der Höreindruck der Einhüllung bei Rundumbeschallung an verschiedenen Hörplätzen im Publikum verhält, warum sich ihre Ausprägung verändert und welche Verbesserungen möglich sind. Laborexperimente mit Lautsprechern im reflexionsarmen Raum haben ergeben, dass einfache Punktquellen, die man heutzutage in Kinos und kleineren Konzertsälen für elektroakustische Musik oder Surround-Sound vorfindet, keine ausreichend gute Rundumbeschallung von Richtungen am Horizont ergeben können. Auf dem direkten Ausbreitungsweg wird der Schall einer Punktquelle mit 1 durch den Abstand r leiser, oder tontechnisch gesprochen: mit einer Entfernungsdämpfung von -6dB/dod (Dezibel pro Entfernungsverdopplung). Als erstes zentrales Ergebnis im Gegensatz zu Punktquellen ergaben die Laborexperimente als Optimalbedingung für die Rundumbeschallung mit diffusem Schall (wie Nachhall) -3dB/dod als optimale Entfernungsdämpfung, während für die Rundumbeschallung mit verschiedenen direkten Stimmen/Instrumenten (ohne Hall) -0dB/dod die optimale Entfernungsdämpfung ist. Als zweites relevantes Ergebnis, weil die akustisch für einen Hörplatz simulierte Entfernungsdämpfung im Labor noch keine am Veranstaltungsort nutzbaren Lautsprecher ergibt, hat das EnImSo-Projekt eine Entwurfstheorie für gekrümmte und verzögert angesteuerte vertikale Linienquellen entwickelt, sog. Progressively Curved and Phased Line-Source Arrays. Dieser Lautsprechertyp und die Entwurfstheorie ermöglichen eine frei einstellbare -6 beta dB/dod Entfernungsdämpfung mit dem Entwurfsparameter beta. Im Projekt wurden für 3D-Drucktechnik kleine Lautsprechergehäuse entworfen und damit angefertigt. Insgesamt wurden 8 solcher Linienquellen (Mini Line-Arrays) aus jeweils 8 Elementen zu einer Länge von je 64cm gebaut. Als drittes relevantes Ergebnis wurden im IEM CUBE als Veranstaltungsort für elektroakustische Musik wurden mit den Mini-Line-Arrays mehrere Experimente mit Versuchspersonen durchgeführt. Trotz zusätzlicher raumakustischer Einflüsse haben diese Ergebnisse der Laborversuche deutlich bestätigt. Zudem wurde bestätigt, dass tatsächlich als optimal gehört, wenn ein dual-target-Entwurf die gleichzeitige Verwendung von 0dB/dod für Anteile mit Einzelstimmen/Einzelinstrumente erreicht, während er -3dB/dod für diffuse, einhüllende Anteile erreicht. Im Hörversuch befanden Versuchspersonen aber auch, dass -1.5dB/dod in typischen Anwendungen als praktisch umsetzbarer Kompromiss hohe Qualität erreicht. Diese Ergebnisse wurden zur Absicherung des Wissens auf professionellen, hochwertigen Linien- und echten Punktquellenlautsprechern im Vergleich, im L-ISA-Labor der Firma L-Acoustics in London, in den Hörversuchen einer Masterarbeit bestätigt. Das Projekt hat darüber hinaus die Virtualisierung der untersuchten Lautsprecher und Höreindrücke untersucht und bestätigt. Eine genauere experimentelle Betrachtung von Lokalisation und der Begriffe Einhüllung und Überdeckung, sowie der erforderlichen zeitlichen und räumlichen Ereignisdichten dafür wurde untersucht. Auch eine mathematische Theorie der Diffusfeldsynthese wurde publiziert. Das Team von EnImSo hat eine echte Verbesserung im psychoakustischen und technischen Verständnis erreicht, die die professionelle Surround-Audiotechnik und immersive Beschallungsstechnik in der kommenden Dekade bereichern wird und ihr relevante Entwurfskriterien überlässt. Die elektroakustische Musik und Filmton werden als Kunstformen von den verbesserten künstlerischen Ausdrucksmöglichkeiten profitieren.