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Vergleich der Ambisonic-Audio-Formate mit anderen räumlichen Audio-Formaten
Bachelorarbeit
Medienproduktion und Medientechnik (MT)
Ostbayerische Technische Hochschule Amberg - Weiden
Manuel Reifschneider
Abgabedatum: 03.07.2019
Inhalt
1 Einführung
Digitale Audioangebote machen einen großen Teil des heutigen Alltags aus. Diese Angebote sind ein Teil von z. B. bei Radio, Filmen sowie Videospielen und kaum noch wegzudenken.
Es gibt eine Großzahl an Audioformaten. Bei Musik, Film und Fernsehen ist Audio im Mono-Format, also nur eine Audiospur, schon lange überholt. Disney brachte 1940 ihren ersten Stereo- Zeichentrickfilm „Fantasia“ heraus [1]. Viele Kinos konnten aus technischen Gründen zu dieser Zeit den Film noch nicht wiedergeben. Laut dem Westdeutschen Rundfunk begannen deutsche Radiosender ab 1962 in Stereo, statt in Mono, zu senden [2]. Stereo ist heutzutage das am Weitesten verbreitete Format, da ein Großteil der Geräte nur zwei Lautsprecher besitzt und so nur Stereo- oder Mono-Signale wiedergeben kann. In den Kinos ist mittlerweile Surround-Sound Standard. Viele Filme und Serien, die auf DVD und Blu-Ray erschienen sind, besitzen mindestens eine Audio-Spur mit Surround-Sound. Mit einer entsprechenden Anlage kann das Kinoerlebnis so auch zu Hause vor dem eigenen Fernseher erzeugt werden.
Stereo- und Surround-Sound bedienen nur die horizontale Ebene des Hörens. Durch die Weiterentwicklung der Technik, vor allem im Bereich der verfügbaren Rechenleistung, ist es nun auch möglich akustisch die dritte Dimension aufzunehmen und wiederzugeben. Eine Möglichkeit dreidimensionales Audio aufzunehmen ist durch sogenannte „Ambisonic-Mikrofone“ gegeben. Dieser 3D-Sound eignet sich hervorragend, um Musik, Filme, Serien, Videospiele und vieles mehr, eindrucksvoller zu gestalten. Zudem wird den Zuhörenden das Gefühl gegeben, mittendrin anstatt nur dabei zu sein. Die Technik des dreidimensionalen Sounds erlebt in letzter Zeit einen Aufschwung, da namhafte Firmen, neue Aufnahme- und Wiedergabemöglichkeiten entwickelt haben, die z. B. in der virtuellen Realität genutzt werden können.
In Kapitel 2 werden einige akustische Grundlagen beschrieben, die anschließende Kapitel verständlicher machen sollen. Diese Arbeit soll in Kapitel 3 eine Übersicht über einige der verschiedenen Aufnahmetechniken für 3D-Sound schaffen. Kapitel 4 befasst sich mit der Postproduktion von dreidimensionalem Audio. Dazu werden unter anderem Audiobearbeitungsprogramme getestet, ob und wie diese 3D-Sound bearbeiten können. Wiedergabemöglichkeiten, die zum Zeitpunkt dieser Arbeit aktuell sind, werden ebenfalls verglichen. Dazu wird im Kapitel 5 auf Kosten, Aufwand, Größe und weitere Punkte eingegangen. Mit einem selbstgeschriebenen und -produzierten Mini-Hörspiel werden in Kapitel 6 zwei dieser Aufnahmetechniken angewendet und auf einen hörbaren Unterschied untersucht. Im späteren Verlauf der Arbeit wird in Kapitel 7 mit einem selbst entworfenen und -gebauten Würfel-Mikrofon für 3D-Sound-Aufnahmen getestet, ob dies eine kostengünstige Alternative für die kostspieligen Ambisonic Mikrofone namhafter Hersteller ist. Kapitel 8 befasst sich mit den Möglichkeiten, wie im Tutorium der Hochschule räumlicher Sound gelehrt und Abläufe optimiert werden können.
2 Akustische Grundlagen
Dieses Kapitel soll einen kurzen Überblick über akustische Grundlagen und den Aufbau des Surround-Sounds schaffen. Die Themen werden hier nur angeschnitten, da andere Arbeiten sich bereits genauer mit diesem Thema beschäftigt haben. Mit u.a. den Lehrbüchern „Der Tonmeister“ [3] und „Die Grundlagen der Akustik“ [4] können die Themen weiter vertieft werden.
2.1 Stereo
Stereo-Signale sind aktuell die am Weitesten verbreiteten Audiosignale. Ein Stereo-Signal besteht dabei aus zwei Kanälen. Ein Kanal für rechts und einer für links. In der Musikbranche wird die räumliche Aufteilung der Instrumente und der Stimmen oft der Aufstellung auf der Bühne nachempfunden. Wenn also eine Gitarre, aus der Sicht des Publikums, auf der linken Hälfte der Bühne steht wird die Audiospur der Gitarre in der Postproduktion beispielsweise auf 60 % links und 40 % rechts gestellt. Im Videobereich wird die Stereospur genutzt, um Audiosignale passend zum Bild zu bewegen. Läuft ein Protagonist im Bild von rechts nach links, wandern die Schritte auch vom rechten zum linken Kanal. Falls die Schritte nicht schon vor Ort stereo aufgenommen wurden, wird der Ausgang der Effektspur anfangs 100 % rechts und 0 % links gesetzt. Der Wert für rechts nimmt dann über die Zeit immer mehr ab und der Wert für links nimmt immer mehr zu bis sie schließlich 100 % links und 0 % rechts erreicht haben. So kann beispielsweise eine Monoaufnahme auch räumlich von rechts nach links und umgekehrt wandern.
Abbildung 1: MS-Stereofonie [62]
Eine andere Möglichkeit ist, bereits bei der Aufnahme stereofon aufzunehmen. Dafür gibt es verschiedene Techniken. Bei der Mitte-Seite-Stereofonie (MS) werden zwei Mikrofone benötigt. Das Seitenmikrofon muss eine Achtercharakteristik besitzen und das Mittenmikrofon eine Kugel- oder Hypernierencharakteristik [5]. Das Mittenmikrofon wird senkrecht zum Boden aufgestellt. Die Achtercharakteristik des Seitenmikrofons muss parallel zum Boden sein. Beide Mikrofonkapseln sollten so nah wie möglich an einander positioniert sein. In der Postproduktion wird die Audiospur des Seitensignals dupliziert, eine der Spuren auf 100% rechts und die andere auf 100% links gestellt. Wichtig ist es, dass bei einer der Seitenspuren die Phase invertiert wird. Diese Mikrofonierung dient als Grundlage für das in Kapitel 3.2.2 beschriebene Ambisonic B-Format. Weitere Möglichkeiten der Stereofonie sind nicht Ziel dieser Arbeit und wurden daher nicht weiter aufgeführt. Sowohl Mono- als auch Stereo-Signale können mit Lautsprechern und Kopfhörern wiedergegeben werden.
2.2 Akustische Lokalisation
Durch die Akustische Lokalisation ist es dem Menschen möglich, die Richtung und die Entfernung eine Schallquelle zu bestimmen. Die Lokalisation auf der horizontalen Ebene geschieht dabei durch die interaurale Zeitdifferenz und die interaurale Intensitätsdifferenz. Interaural bedeutet „zwischen zwei Ohren“. Dabei wird der Unterschied der Intensitäten von Frequenzen über ca. 1500 Hz zwischen beiden Ohren verglichen. Tiefere Frequenzen als 1500 Hz werden anhand der unterschiedlichen Laufzeiten der Schallquellen zum linken und rechten Ohr lokalisiert. Dies ist die sogenannte „Duplex Theorie“. Jedoch kann der Mensch auch nur mit einem Ohr Schallquellen ungefähr lokalisieren. Das weist darauf hin, dass diese Theorie nur einen Teil der akustischen Lokalisation des Menschen beschreibt [6].
Abbildung 2: HRTF-Filterwirkung [67]
Die „Head-Related Transfer Function“ (HRTF) beschreibt, wie das menschliche Ohr Schallquellen von verschiedenen Punkten im Raum empfängt. Da Schallwellen selten direkt im 90°-Winkel auf das Trommelfell treffen, wertet das Gehirn den Winkel und u.a. die oben genannten Differenzen der Schallwellen aus und erfährt dadurch wo die Schallquellen positioniert sind. Jeder Mensch hat dabei eine eigene HRTF. Die Größe und Form von Kopf, Nasen- und Mundhöhlen, Ohrmuschel, Gehörgang und die Dichte des Kopfes filtern die Schallquellen und sind ausschlaggebend für die HRTF [7].
2.3 Surround-Sound
Surround-Sound ist die Erweiterung des Stereo-Signals. Ziel ist es, Schallquellen nicht nur von links und/oder rechts, sondern auch aus anderen, horizontalen Richtungen kommen zu lassen. Mittlerweile gibt es sehr viele verschiedene Varianten von Surround-Sound. Beginnend bei 3.0 bis hin zu 22.2. Die Zahl hinter dem Punkt kennzeichnet die Anzahl der sogenannten „Low Frequency Effects“-Kanäle (LFE). Dieser Kanal steuert den Subwoofer, der standardmäßig die tiefen Frequenzen zwischen 20 und 200 Hz wiedergibt [8]. Da das menschliche Ohr die tiefen Frequenzen des Subwoofers zwar hören, jedoch nicht lokalisieren kann, ist der Subwoofer im Raum frei positionierbar.
3.0 Surround-Sound ist der kleinstmögliche Aufbau und besteht aus einem linken, einem rechten und einem hinteren Kanal, der zentral hinter den Zuhörenden positioniert ist [9]. Beim 3.1 Surround-Sound kommt ein Subwoofer mit dem oben beschriebenen LFE-Kanal hinzu. Diese Anordnung ist heutzutage kaum noch verbreitet.
Abbildung 3: Lautsprecheranordnung bei 5.1 Surround-Sound [63]
Vor allem in der Heimanwendung ist der 5.1 Surround-Sound weit verbreitet. Für diese Anordnung werden insgesamt fünf Lautsprecher und ein Subwoofer im Raum positioniert (siehe Abbildung 3). Wichtig ist es, die Positionen der Lautsprecher korrekt zu übernehmen, da sonst der Surround-Effekt verfälscht werden würde. In Kinos ist aktuell 7.1 Standard.
Je mehr Lautsprecher bzw. Kanäle die Anlage besitzt, desto besser sind Schallquellen auf der horizontalen Ebene zu lokalisieren. Mit Surround-Sound soll das Erlebnis von Filmen, Serien, Musik und Videospielen verbessert werden. Anstatt davor sitzen die Zuhörenden im Zentrum des Geschehens. Vieler dieser Surround-Sound-Anlagen können später aufgerüstet werden, um dreidimensionalen Sound, wie Dolby Atmos und Auro-3D, wiedergeben zu können.
3 Aufnahme von 3D-Sound mit Fokus auf Ambisonic
Dreidimensionaler Sound ist die Erweiterung des klassischen Surround-Sounds durch die Höhe. So können Schallquellen realistisch positioniert und das Klangerlebnis verbessert werden. Die ersten binauralen 3D-Aufnahmen gehen zurück bis in das 19. Jahrhundert [10]. Der Ingenieur Manfred Schunke von Delta Acoustics nahm 1978 das erste kommerzielle, binaurale Album „Street Hassle“ von Lou Reed auf [11]. Doch erst in den letzten Jahren wurden Aufnahmemöglichkeiten für 3D-Sound wieder aufgegriffen und populär gemacht. Grund dafür war die Entwicklung der Virtual-Reality (VR) und der Wiedergabemöglichkeiten von dreidimensionalem Sound durch u.a. Dolby und Auro.
Dieses Kapitel soll einen Überblick über verschiedene Aufnahmetechniken für 3D-Sound schaffen. Im späteren Verlauf der Arbeit wird eine dieser Aufnahmetechniken anhand eines Mini-Hörspiels angewendet und getestet.
3.1 Binaural
Binaural (=mit beiden Ohren) ist eine Aufnahmetechnik, bei der mit nur zwei Mikrofonen ein räumlicher Eindruck erzeugt wird. Eine Möglichkeit, binaural aufzunehmen, ist mit Hilfe eines sogenannten „Kunstkopfes“ gegeben (siehe Abbildung 4).
Abbildung 4: Neumann KU 100 [64]
Dieser ist dem menschlichen Kopf in Form und Dichte nachempfunden. Die Mikrofone sitzen dabei innerhalb des Kopfes, an den Stellen, an denen beim Menschen die Trommelfelle sitzen [12]. Durch den Kunstkopf werden Audio-Signale so aufgezeichnet wie sie der Mensch hören würde. Der Kunstkopf hat durch die künstlichen Ohren, den Gehörgang und die Dichte seines Kopfes, eine eigene HRTF. Je nachdem wie groß der Unterschied der eigenen HRTF zu der des Kunstkopfes ist, funktioniert der räumliche Effekt für manche besser und für andere schlechter. Der Kunstkopf KU 100 von Neumann kann zurzeit ab ca. 8.000 € erworben werden.
Abbildung 5: Ambeo Smart Headset von Sennheiser [65]
Für rund 200 € bietet Sennheiser eine kostengünstige Alternative zum Kunstkopf. Mit dem „Ambeo Smart Headset“ (ASH) wird der eigene Kopf zum „Kunstkopf“. Das Headset besitzt eingebaute Mikrofone, die sich in den Ohrbügeln befinden. Der große Vorteil im Vergleich zum Kunstkopf ist, dass die Aufnahmen durch den eigenen Ohrabstand individueller werden. Das ASH nimmt mit der eigenen HRTF auf. Beim Wiedergeben der Aufnahme ist der räumliche Effekt somit für einen selbst sehr hoch. Daraus entsteht auch ein Nachteil. Wenn Personen mit anderen Ohrenabständen die Aufnahme betrachten, erleben diese eine unterschiedliche, räumliche Wahrnehmung. Verwendet werden kann das „Ambeo Smart Headset“ momentan nur mit Apple-Geräten, die einen Lightning-Anschluss besitzen. Zum Aufnehmen sind Apps zu verwenden, die Stereo-Signale aufzeichnen können. Viele Apps von Apple unterstützen beispielsweise Stereo-Aufnahmen [13].
Mit dem „WEARPRO Mic“ von Roland für 10 € wird Sound, wie beim ASH, mit Kopfhörern aufgenommen, in denen sich jeweils ein Mikrofon befindet. Der Mini-USB-Anschluss dieses Headsets muss ein eine GoPro gesteckt werden. Diese versorgt die Mikrofone mit genügend Strom. Das Headset kann jedoch keinen Sound abspielen, sondern ist nur zur Aufnahme gedacht [14].
3.2 First Order Ambisonic
Eine weitere Aufnahmemöglichkeit für 3D-Sound ist die Verwendung von „First Order Ambisonic“ (FOA). Es besteht aus vier Kanälen und kann u.a. auch in verschiedene 2D-Formate exportiert werden, wie z. B. Stereo- und Surround-Sound. First Order Ambisonic wird dabei in zwei Formate unterteilt.
Für die Aufnahme von FOA im A-Format werden spezielle Mikrofone verwendet. Diese Mikrofone besitzen vier Mikrofonkapseln mit der Richtcharakteristik „Niere“ bzw. „Superniere“. Die Kapseln sitzen jeweils auf den vier Seiten eines Tetraeders so nah wie möglich beieinander (siehe 12A-12D Abbildung 6). Die Ausrichtung der Richtcharakteristik der einzelnen Kapseln ist senkrecht zu der Seite des Tetraeders, auf der sie platziert wurden, und zeigt dabei vom Mittelpunkt weg. Nachdem das Patent von 1976 auf diese Anordnung der Mikrofonkapseln nun abgelaufen ist, haben Rode, Sennheiser und andere Hersteller angefangen, Mikrofone im Ambisonic-A-Format zu produzieren [15].
Abbildung 6: Anordnung der Mikrofonkapseln [15]
Das „Ambeo VR-Mic“ von Sennheiser kostet zurzeit 1.550 € und besitzt vier Elektret-Kondensatorkapseln in der oben beschriebenen Anordnung. Ausgegeben wird das Signal des Mikrofons durch einen zwölfpoligen Tuchel-Steckverbinder. Im Lieferumfang ist ein Kabel vorhanden, das den zwölfpoligen Stecker in vier XLR-Stecker aufteilt. Diese XLR-Stecker sind farblich markiert und können dadurch später im DAW-Plugin „AMBEO A-B-Converter“ entsprechend zugeordnet werden (siehe Abbildung 11). Ebenfalls wird ein Shock Mount, um Trittschall zu vermeiden, und ein Windschutz mit dem Mikrofon geliefert. Auf dem Mikrofon ist eine Markierung zu finden, die vorne und oben kennzeichnet. So kann das VR-Mikrofon in der Postproduktion passend zum Video ausgerichtet werden [16].
Ein weiteres FOA-Mikrofon ist das „NT-SF1“ von Rode. Im Vergleich zu den Mikrofonen von Sennheiser und Zoom sind die Kapseln hier etwas weiter voneinander entfernt, besitzen aber dieselbe Anordnung. Das Mikrofon von Rode hingegen besitzt einen XLR-Stecker mit zehn Pins, anstatt des zwölfpoligen Tuchel-Steckverbinders von Sennheiser. Das mitgelieferte Kabel teilt das Signal dann in vier XLR-Kabel auf, die farblich markiert sind. Im Lieferumfang ist weiterhin ein Windschutz, ein Pop-Filter und ein Shock Mount inbegriffen [17]. Für ca. 1.100 € ist das Rode NT-SF1 erhältlich.
Das Zoom H3 VR ist, mit ca. 350 €, das kostengünstigste A-Format-Mikrofon im Vergleich zum Ambeo VR-Mic und zum NT-SF1. Dieses Mikrofon hat einen eingebauten Audiorecorder, durch den ein externes Interface nicht benötigt wird. Mit einem zusätzlichen Adapter, welcher nicht im Lieferumfang enthalten ist, kann direkt auf ein iOS-Gerät aufgenommen werden. Wenn der Adapter nicht vorhanden ist, besteht die Möglichkeit auf eine Micro-SD-Karte oder direkt mit dem PC aufzunehmen. Ist das Zoom H3 VR als Audiointerface am Computer angeschlossen, ist jedoch nur eine Stereo- oder Binaural-Aufnahme möglich. Aufnehmen kann das Mikrofon in A- und B-Format, Stereo und Binaural. Letzteres ermöglicht ein direktes Abhören des 3D-Sounds mit Kopfhörern [18].
Das B-Format ist das standardisierte Format, in welches das A-Format für die weitere Verwendung gewandelt werden muss. Das B-Format besteht ebenfalls aus vier Kanälen, die jedoch anders aufgeteilt sind. Wie bereits in Kapitel 2.1 erwähnt, wird bei diesem Format die Mitte-Seite-Stereofonie als Basis verwendet. Das Signal des erstens Kanals besitzt die Richtcharakteristik „Kugel“. Die Kanäle zwei bis vier die Richtcharakteristik „Acht“. Der Buchstabe „W“ (Die Mitte in der MS-Stereofonie) bezeichnet den Kanal mit der Kugel. Für die Signale von vorne (+) und hinten (-) wird der Buchstabe „X“, von links (+) und rechts (-) der Buchstabe „Y“ und für Signale von unten (+) und oben (-) wird der Buchstabe „Z“ vergeben. Das Minuszeichen beschreibt hierbei den invertierten Bereich der Achtercharakteristik.
Das B-Format ist in zwei weitere Formate „ambiX“ und FuMa“ unterteilt. Diese unterscheiden sich lediglich in der Anordnung der vier Kanäle. Bei „FuMa“ werden die Kanäle in der Reihenfolge „WXYZ“ und bei „ambiX“ in „WYZX“ angeordnet. Das neuere Format „ambiX“ wird dabei bei der weiteren Verwendung häufiger von u.a. YouTube gefordert [19].
Kommerziell verfügbare B-Format-Mikrofone waren zum Zeitpunkt dieser Arbeit nicht auffindbar. Das liegt vermutlich daran, dass auch hier alle Kapseln möglichst an einem Punkt positioniert werden sollten. Da drei von vier Mikrofonkapseln eine Richtcharakteristik „Acht“ besitzen, können diese nicht nahe bei einander positioniert werden, ohne sich gegenseitig zu verdecken oder anderweitig zu beeinflussen.
3.3 Higher Order Ambisonic
Wie bereits erwähnt besitzen First Order Ambisonic nur vier Audiokanäle. Dies reicht zwar grundlegend für die Lokalisation von Schallquellen in einer Sphäre, ist aber noch vergleichsweise ungenau. Das liegt daran, dass für jede der drei Achsen jeweils nur ein Mikrofon vorhanden ist.
Abbildung 7: Ambisonic 0. bis 4. Ordnung [66]
Mit Ambisonic höherer Ordnung können Schallquellen noch genauer lokalisiert werden. Durch mehr Sphären (siehe Abbildung 7) ist eine genauere Bestimmung des Winkels möglich, aus denen die Schallquellen kommen. Je höher die Ordnung, desto mehr Sphären kommen dazu. Theoretisch ist eine unendlich hohe Ordnung mit einer unendlich genauen Lokalisation möglich [20]. In einer höheren Ordnung werden mehr Mikrofone benötigt. Das Mikrofon „Eigenmike“ von mh acoustics nimmt Ambisonic vierter Ordnung auf und besitzt 32 Mikrofone. Dadurch sind eine höhere Auflösung und eine bessere Lokalisation der Schallquellen möglich [21]. Second- und Third-Order-Ambisonics können durch die Plugins „Spatialiser“ und „Control“ von Facebook auch binaural konvertiert werden. Diese Plugins werden in Kapitel 4.2 genauer beschrieben.
Christoph Hold von der Technischen Universität Berlin sprach in seiner Präsentation „Improvements on Higher Order Ambisonics Reproduction in the Spherical Harmonics Domain Under Real-time Constraints“ von einer klanglichen Verfärbung im hochfrequenten Bereich. Diese Verfärbungen sind winkelabhängig und treten auch bei Ambisonic dritter Ordnung auf. Erst bei einer höheren Ordnung lassen diese Verfärbungen nach [22].
3.4 Praktische Versuche mit FOA
Um den Aufbau klassischer Ambisonic-Mikrofone nachzuempfinden und zu verstehen, sollten eigene Tests durchgeführt werden. Subjektive Tests mit modernen Ambisonic-Mikrofonen wurden von verschiedenen Autoren bereits veröffentlicht (z. B. „Sound & Recording“ Ausgabe 02/2017 [16] und 03/2019 [17]). Um diese Ergebnisse anhand eigener Erfahrungen einzuordnen entstand ein neuer Ansatz: Wie gut funktioniert die Aufnahme mit vier separaten Mikrofonen?
Sinn der folgenden Versuche war, die bestmögliche Vorgehensweise für die Aufnahme zu finden. Durch ein Mini-Hörspiel sollte später die praktische Durchführung von Aufnahme, über Schnitt bis hin zur Wiedergabe, getestet werden. Verschiedene Test sollten die Aufnahme anschließend schneller und mit weniger Fehlern ermöglichen. In den Versuchen galt es das Zoom H6 sowohl als Audiorekorder als auch als Interface zu verwende [23]. Zudem wurden verschiedene Programme zur Aufnahme getestet. Die Postproduktion verschob sich auf einen späteren Zeitpunkt, da das Audioequipment nur geliehen war und die Zeit mit Aufnahmen und Versuchen genutzt wurde. Die geliehenen Mikrofone C 414 B-ULS und C 414 B-TL II der Firma AKG hatten die Möglichkeit zwischen verschiedenen Richtcharakteristiken umzuschalten [24]. Jede Mikrofonvariante war insgesamt zweimal vorhanden. Die einstellbare Richtcharakteristik der Mikrofone hatte den großen Vorteil, dass nicht zwei Mikrofonsets für die Versuche von Nöten waren.
Die Intension hinter dem B-Format-Versuch war, dass drei Mikrofone mit Achtercharakteristik genutzt werden, um die drei verschiedenen Achsen abzudecken. Das Mikrofon eins sollte dabei Schallquellen von oben und unten abdecken (siehe Abbildung 8). Mikrofon zwei war für die Unterscheidung zwischen vorne und hinten gedacht. Das dritte Mikrofon von oben war für die Schallquellen zuständig, die von den Seiten kamen. Das unterste Mikrofon hatte eine Kugelcharakteristik.
Da es nicht möglich war, vier verschiedene Mikrofone an dem gleichen Punkt zu positionieren, wurden alle Mikrofone in einer horizontalen Linie positioniert. Anschließend mussten die Mikrofone an das Zoom H6 angeschlossen werden. In diesem Versuch wurde das Zoom H6 als mobiles Aufnahmegerät verwendet. Kanal eins und zwei waren zwei separate Monospuren. Erst nach der Aufnahme fiel auf, dass Kanal drei und vier in eine Stereospur aufgenommen worden war. Zwar bestand die Option, in der Postproduktion die Stereospur in zwei Monotracks zu trennen, aber dadurch entstand ein unnötiger Arbeitsschritt. Um den späteren Arbeitsfluss zu beschleunigen, sollten in der nächsten Aufnahme die Spuren drei und vier gleich von Anfang an getrennt werden.
Abbildung 8: B-Format Versuch
Beim Betrachten der Aufnahmen am Computer fiel auf, dass einer der Kanäle sehr leise war. Für den nächsten Versuch wurde notiert, gleich von Anfang an auf eine gleiche Lautstärke der Kanäle zu achten. Durch diesen Test wurden viele hilfreiche Erfahrungen gesammelt, die später angewendet werden konnten.
Zu Beginn galt es alle Mikrofone auf die Richtcharakteristik „Niere“ zu stellen. Für die Ausrichtung der Mikrofone wurde das Rode NT-SF1 als Vorbild genommen [25]. Dieses Mikrofon hatte ebenfalls vier Mikrofonkapseln, die jeweils eine Nierencharakteristik besaßen. Zwei Mikrofone sollten nach unten gerichtet, jeweils gegenüber und im 90° Winkel zueinanderstehen. Die beiden anderen Mikrofone, ebenfalls im 90° Winkel zueinander, waren nach oben gerichtet und insgesamt 90° horizontal gedreht zu den ersten zwei Mikrofonen (siehe Abbildung 9).
Abbildung 9: A-Format Versuch
Wie auch im Versuch des B-Formates, verbrauchten die vier Mikrofonständer erwartungsgemäß sehr viel Platz. Dadurch war der Bereich zum Aufnehmen sehr gering. Beim vorherigen Versuch fiel auf, dass eins der Mikrofone sehr leise aufgenommen wurde. Selbst bei voller Verstärkung wies das Mikrofon nur geringen Ausschlag auf. Im späteren Verlauf dieses Kapitels wird das Problem genauer analysiert und gelöst. Für diesen Versuch sollte das leise Mikrofon in der Postproduktion angepasst werden. Im Anschluss wurden alle Mikrofone noch einmal auf die richtige Richtcharakteristik überprüft.
Um vier getrennte Monospuren in der Aufnahme zu erzeugen (und nicht wie in Versuch eins, zweimal Mono und einmal Stereo), wurden am Zoom H6 die Knöpfe für Spur drei und vier gleichzeitig gedrückt. Das hatte zur Folge, dass die Spur bei der Aufnahme in zwei Monospuren getrennt war.
Eine 360°-Aufnahme mit diesem Aufnahmeverfahren hat kein direktes vorne und hinten, bzw. rechts und links. Daher wurde während der Aufnahme eine Seite als „vorne“ definiert. Rechts und links erschlossen sich somit automatisch. Dies diente nur dazu, dass das Mikrofon bei der Postproduktion leichter auszurichten war.
Vor Beginn des dritten Versuches wurde die Fehlerquelle für den kaum vorhandenen Ausschlag der einen Audiospur gesucht. Sobald eine Verstärkung der leisen Audiospur in der Postproduktion stattfand, war ein lautes Brummen zu hören. Die Stimmen klangen dumpf und übersteuert. Als erstes wurden alle vier Mikrofone an das Interface angeschlossen und das Mikrofon mit dem geringen Pegel mit einer Haftnotiz versehen. Um sicher zu gehen, dass es an dem Mikrofon oder dem XLR-Kabel lag, war das vermeintlich defekte Mikrofon an die anderen Audioeingänge zu stecken. Das Mikrofon hatte an allen Eingängen den gleichen geringen Ausschlag. Ein funktionierendes Mikrofon wurde ebenfalls testweise an alle Audioeingänge angeschlossen und hatte überall denselben Ausschlag. Somit konnte das Interface als Fehlerquelle ausgeschlossen werden. Als nächstes wurde das XLR-Kabel ausgetauscht. Der Pegel mit dem ausgetauschten Kabel war genauso hoch, wie der Pegel der anderen Mikrofone. Somit lag die Fehlerquelle an dem XLR- Kabel und nicht am Mikrofon. Das defekte Kabel wurde markiert und zur Seite gelegt.
3.4.3 Versuch III: Das Zoom H6 als Audiointerface
Bei dem dritten Versuch sollte das Zoom H6 als Audiointerface direkt an den Computer angeschlossen und nicht mehr als mobiler Audiorekorder verwendet werden. Somit galt es ein Programm zu finden, mit dem eine Aufnahme mehrerer Spuren gleichzeitig möglich war. Audacity 2.2.2 ist ein kostenloses Programm und ist sehr weit verbreitet, wenn es um kurze und spontane Mono- und Stereoaufnahmen geht [26]. Deshalb wurde es als erstes getestet. Als Audioeingang war das Interface einzustellen. Der einzige Audiotreiber, bei dem mehr als zwei Kanäle gleichzeitig aufgenommen werden konnten war der Windows „WASAPI“ Treiber. Sobald die Aufnahme jedoch gestartet wurde, kam die Fehlermeldung, dass entweder die Abtastrate oder der Audiohost falsch eingestellt war. Auch mit gleicher Abtastrate des Projektes und des Interface kam die Fehlermeldung erneut. Der von Zoom angebotene Audiotreiber für das Interface behob das Problem ebenfalls nicht. Aus diesem Grund musste ein anderes Programm gesucht werden.
Nach kurzer Recherche einer Multitrack-Recording-Software wurde das Programm „Tracks Live“ von Waves gewählt [27]. Dieses Programm war kostenlos und konnte mehrere hundert Spuren gleichzeitig aufnehmen. Beim Erstellen des Projektes wurde das Zoom H6 als Input gesetzt und war automatisch auch der Output. Das hatte zur Folge, dass Kopfhörer für das Abhören (Monitoring) an das Interface angeschlossen werden mussten und nicht direkt an den PC. Das Programm erkannte die sechs möglichen Audioeingänge automatisch. Es galt sechs Spuren anzulegen. Die ersten beiden Spuren waren für die Aufsätze, die an dem Zoom H6 angebracht werden konnten. Um sicher zu gehen, dass alles aufgenommen wird, wurden bei allen sechs Spuren die Aufnahme eingeschaltet. Jetzt konnte mit dem Kopfhörer die Spuren live abgehört werden. Die Aufnahme wurde gestartet. Nach dem Pausieren der Aufnahme fing der Kopfhörer an ein Surren wiederzugeben. Das Störgeräusch war nach einem Programmneustart nicht mehr zu hören. Ein softwarebedingtes Problem wurde vermutet, da alle Treiber installiert waren und das Störgeräusch nur gelegentlich auftauchte. In der Aufnahme war das Surren nicht zu hören, deswegen konnte es in zukünftigen Aufnahmen ignoriert werden.
Abbildung 10: Tracks Live von Waves
Nach dem dritten Versuch war klar, dass es am Einfachsten ist, das Zoom H6 als Audiointerface direkt an den Computer anzuschließen und nicht als mobilen Audiorecorder zu verwenden. Tracks Live war zwar nicht für die Postproduktion geeignet, da es nur als Aufnahmeprogramm programmiert wurde, aber für die Aufnahme mehrere Kanäle eignete es sich hervorragend.
Alle drei Tests brachten hilfreiche Erfahrungen, die bei der Aufnahme des Mini-Hörspiels angewandt werden konnten. Viele Fehler wurden so schon von Anfang an vermieden.
4 Postproduktion von 3D Sound
Nach der Aufnahme muss der dreidimensionale Sound bearbeitet werden. Das geschieht in der sogenannten „Postproduktion“. Vor allem beim räumlichen Audio ist das Überwachen während der Aufnahme (Monitoring) schlecht bis nicht möglich. So zeigt sich oft erst in der Postproduktion, ob alles erfolgreich aufgenommen wurde. In diesem Kapitel werden verschiedene Audiobearbeitungsprogramme (DAW) und Plugins verglichen. Eine mögliche Vorgehensweise bei der Postproduktion von Ambisonic-Audio wird anhand des Mini-Hörspiels in Kapitel 6.3 beschrieben.
4.1 Vergleich der DAWs
Heutzutage gibt es viele Digital-Audio-Workstations (DAWs). Einige sind kostenlos, viele andere kosten teilweise mehrere hundert Euro. Bekannte DAWs sind zum Beispiel Pro Tools, Ableton Live und Logic Pro. Für diese Arbeit galt es sowohl kostenlose als auch kostenpflichtige Programme zu testen. Die angegebenen Kosten der Programme sind die unverbindlichen Preisempfehlungen, welche zum Zeitpunkt dieser Arbeit aktuell waren. Programme wie Logic Pro, die nur auf einem Betriebssystem laufen, waren nicht Ziel dieser Arbeit. Es konnten keine DAWs verwendet werden, die Virtual-Studio-Technology-Plugins (VST-Plugins) nicht unterstützen, da zum Bearbeiten und Berechnen von 3D-Sound VST-Plugins benötigt wurden. Das zur Aufnahme in Kapitel 3.4.3 und 6.2 verwendete Programm „Tracks Live“ war für die Postproduktion nicht geeignet. Somit mussten alternative Audiobearbeitungsprogramme gesucht werden. Für diese Arbeit wurden nur Grundfunktionen der Programme getestet, da ein detaillierter Vergleich nicht Hauptaufgabe dieser Arbeit war.
Ableton Live Lite 10 war die erste Software, deren Eignung für die Bearbeitung von Ambisonic-Aufnahmen getestet wurde. Beim Kauf von einem der USB-Interfaces von Focusrite ist Ableton Live Lite (auch: Ableton Live Intro) kostenlos dabei [28]. Es kann aber auch für 79 € erworben werden, allerdings lassen sich in dieser Version keine externen VST-Plugins installieren. Die Version, die VST-Plugins unterstützt, gibt es ab 349 € oder kann 30 Tage lang kostenlos getestet werden [29].
Die nächste getestete Software war Pro Tools First. Dieses Programm von „Avid“ ist kostenlos und sowohl für Windows als auch für Mac erhältlich. In der kostenlosen Version von Pro Tools können ebenfalls keine externen Plugins installiert werden. Die Version Pro Tools Ultimate bietet bereits eigene Tools zur Bearbeitung von Ambisonic-Audio und ist ab monatlich 77 € erhältlich. Die kostengünstigere Variante, die VST-Plugins unterstützt, gibt es ab 24 € im Monat oder für einmalig 559 € [30]. Auch hier gibt es eine zeitlich begrenzte, kostenlose Testperiode.
Zwei Programme, die nicht getestet aber dennoch verglichen wurden, waren FL Studio und Studio One. FL Studio (Fruity Loops Studio) von der Firma „Image Line Software“ ist ab 89 € erhältlich [31]. Die VST-Erweiterungen können in allen Versionen installiert werden. Ebenso unterstützen alle Varianten von Studio One 4 der Firma „PreSonus“ die Verwendung von Plugins [32]. Die günstigste Ausführung gibt es ab 98 €. Beide Hersteller bieten eine kostenlose Testphase.
Reaper war die Software, die zuletzt getestet wurde. Die Firma „Cockos“, die das Programm entwickelt, bietet eine 60 Tage Testphase an. Danach kostet die kostengünstigste Version, die VST-Plugins unterstützt, einmalig 60 $ [33]. Aufgrund der langen Testperiode und des günstigen Preises, wurde diese Software für die Bearbeitung der Aufnahmen des Mini-Hörspiels und des Würfel-Mikrofons gewählt. Sennheiser bietet auf ihrer Webseite des Ambeo VR Mikrofons eine kurze Tutorialreihe zur Aufnahme mit dem Mikrofon und der Bearbeitung durch die Plugins in Reaper [34]. Dies erleichterte den Einstieg in die Verwendung der Plugins.
4.2 Plugins
Plugins in der Audiotechnik sind Erweiterungen für DAWs, mit denen der Sound nach Belieben verändert und verbessert werden kann. Die Plugins simulieren unter anderem verschiedene Instrumente, fügen Hall und Echo hinzu, verzerren Instrumente und können vieles mehr. So kann der Sound verbessert, erweitert oder komplett verändert werden. Die folgenden Plugins wurden in der Testphase von Reaper (v. 5.973) verwendet und getestet.
Abbildung 11: Das AMBEO A-B-Konverter Plugin von Sennheiser
Auf der Webseite von Sennheiser kann ein kostenloses VST-Plugin heruntergeladen werden, welches A- in B-Format konvertiert. In diesem „AMBEO A-B-Converter“-Plugin kann eingestellt werden, ob das Mikrofon bei der Aufnahme auf dem Boden stand, parallel zum Boden ausgerichtet war oder unten an einer Kamera hing. Zudem wird mit der Mikrofonrotation eingestellt, ob das Mikrofon während der Aufnahme leicht gedreht war. Mit dem Low-Cut-Filter können tiefere Frequenzen herausfiltert werden. Die wichtigste Einstellung ist das Ausgabeformat. Hier wird bestimmt, ob das Signal in FuMa oder in ambiX (siehe Kapitel 3.2.2 ) ausgegeben werden soll. Das gewählte Format ist auch in den weiteren Schritten zu verwenden [34]. Dieses Plugin ist eigentlich für die Verwendung mit dem Sennheiser Ambeo VR Mikrofon gedacht, kann aber auch mit anderen Mikrofonen verwendet werden. Das zweite kostenlose Plugin von Sennheiser ist „AMBEO ORBIT“. Dieses Plugin funktioniert als dreidimensionales Panning-Tool. Eine Mono- oder Stereospur kann dadurch in einem dreidimensionalen Raum positioniert werden. Die Position der Schallquelle wird durch horizontale und vertikale Winkel, deren Reflektionen, Klarheit und Weite in dem Plugin definiert [35].
Abbildung 12: Das Rode SoundField Plugin
Das kostenlose VST-Plugin „SoundField“ von Rode kann A- und B-Format in Stereo, verschiedene Varianten von Surround-Sound und in 3D-Sound konvertieren [36]. Die Besonderheit ist, dass sich die Positionen, an denen später die Lautsprecher stehen werden, beliebig einstellen und deren Richtcharakteristik verändern lassen. Beim Abspielen von Sound wird mit einer hellbauen Markierung die Richtung angezeigt, aus der die Schallquelle kommt. Mit diesem Plugin lässt sich das Signal jedoch nicht auf Binaural konvertieren, sondern nur auf zwei unterschiedlich positionierbare Lautsprecher. Durch die Wiedergabe mit zwei Lautsprechern würde der räumliche Effekt verschwinden. Für das Abspielen auf Geräten, die nur Stereo wiedergeben können, z. B. das Radio, wäre dies jedoch eine gute Option. Auch dieses Plugin ist eigentlich für die Verwendung des Rode NT-SF1 gedacht, kann aber ebenfalls mit anderen Mikrofonen verwendet werden.
Die Ambisonic Plugins, die zuletzt getestet wurden, waren von Facebook. Die Entwickler „Two Big Ears Limited“ bieten mit der „Spatial Workstation“ VST-Plugins, mit denen sich Mono-, Stereo-, Surround- und 3D-Sound bearbeiten lässt [37]. In dem Erweiterungspaket ist auch ein A- in B-Format Konverter enthalten. Weiterhin ist ein Spatialiser vorhanden. Mit diesem Plugin können verschiedene Mono- und Multichannel-Spuren im dreidimensionalen Raum verteilt werden. Multichannel-Spuren sind z. B. Stereo- und Surround-Sound-Signale. Zu den klassischen Einstellungen im Plugin, wie horizontaler und vertikaler Winkel der Schallquelle, kommen Optionen wie Distanz und der Dopplereffekt. Ein Abstrahlwinkel einer Schallquelle und die Ausrichtung des Abstrahlwinkels kann ebenfalls eingestellt werden. Zudem ist eine Vorbereitung für das B-Format durch dieses Plugin für die weitere Verwendung wichtig. Das Plugin unterstützt First-Order-Ambisonic in ambiX und FuMa, sowie Second- und Third-Order-Ambisonic im ambiX-Format. Durch das „Control“-Plugin müssen alle Signale geführt werden, die durch den „Facebook Spatialiser“ im dreidimensionalen Raum verteilt wurden. Dieses Plugin konvertiert den Sound u.a. in Binaural. Mit „Mix Loudness“ und „Stereo Loudness“ kann die Lautstärke, ähnlich wie bei einem Kompressor, überall gleichlaut gemacht werden.
Es gibt noch viele weitere Plugins, wie die Open-Source „IEM Plug-in Suite“ vom „Institute of Electronic Music and Acoustics“ [38], mit denen sich Ambisonic-Audio bearbeiten lässt. Diese wurden in dieser Arbeit jedoch nicht getestet und sind deshalb nicht weiter aufgeführt.
4.3 Export und weitere Verwendung
Die Postproduktion wird anhand eines Mini-Hörspiels in Kapitel 6.3 beispielhaft beschrieben und deshalb hier nicht weiter aufgeführt.
Um das bearbeitete Audio außerhalb der DAW zu verwenden ist ein Export der Audiofiles notwendig. Eine Möglichkeit ist es, das Projekt als ein binaurales Stereo-File zu exportieren. So kann es nach dem Export direkt mit Kopfhörern angehört werden. Die Einstellung „Decode Binaural“ im Plugin „Facebook Control“ (oder einem ähnlichen Plugin) muss dafür aktiviert sein. Im Export-Fenster der DAW ist es wichtig, dass der Output auf zwei Kanäle gestellt wird.
Eine weitere Option ist der Export als First- oder Higher-Order-Ambisonic. Für diese Formate muss der Binaural-Kodierer ausgeschaltet sein. Beim Output dieser Formate ist darauf zu achten, dass genügend Kanäle exportiert werden. FOA braucht vier, Second-Order-Ambisonic neun und Third-Order-Ambisonic braucht 16 Kanäle. Im Dateinamen sollte enthalten sein, ob es sich um eine ambiX- oder ein FuMa-Anordnung der Kanäle handelt. Das vermeidet eventuelle Verwirrung bei der weiteren Verwendung der Dateien.
Diese Files können dann u.a. für 360°-Videos auf Facebook und YouTube verwendet werden. YouTube unterstützt allerdings nur First-Order-Ambisonic und fordert das Einhalten verschiedener Vorgaben wie z. B.: Ein Export im MP4-Format, eine Abtastrate von 48 kHz und vier Audio-Kanäle mit der ambiX-Anordnung [19]. Wenn Musik oder ähnliches Audio vorhanden ist, das sich nicht bewegen soll wenn sich die Kamera im 360°-Video dreht, sind zwei weitere Spuren hinzuzufügen. Solche Spuren werden als „Head-Locked Stereo“ bezeichnet und belegen Kanal fünf und sechs. Damit YouTube das Video als 360°-Video erkennt, ist es zusätzlich wichtig, dass spezielle Metadaten in das Video eingebaut werden. So etwas übernimmt das externe Programm „FB360 Encoder“ von Facebook, das Teil der Facebook Spatial Workstation ist. Die Einstellungen des Programms weißen darauf hin, dass Facebook 360°-Videos mit bis zu Third-Order-Ambisonic-Audio unterstützt.
5 Wiedergabe von 3D Sound
Nach dem Aufnehmen und dem Bearbeiten von dreidimensionalem Sound wird nun die Wiedergabe betrachtet. Binauralen Sound mit Kopfhörern abzuspielen ist schon seit über 40 Jahren möglich. 3D-Sound über Lautsprecher wiederzugeben entwickelte sich hingegen erst in den letzten Jahren. Dieses Kapitel soll einen Überblick über verschiedene Möglichkeiten schaffen, 3D-Sound abzuspielen.
5.1 Binaural
Binaural aufgenommenes oder in der Postproduktion exportiertes Audio kann nur mit Kopfhörern wiedergegeben werden. Sobald binaurales Audio über Lautsprecher abgespielt wird, kommen Reflexionen des Raumes hinzu. Dadurch und durch die unterschiedlichen Positionierungen der Lautsprecher verfälscht sich der Raumeindruck.
Die binaurale Wiedergabe wird zurzeit hauptsächlich in Virtual-Reality (VR) und in Augmented-Reality (AR) verwendet. Mit beispielsweise Smartphones kann bei AR die Realität erweitert werden. Apps greifen dabei auf die Kamera des Mobilgerätes zu und erweitern u.a. reale Objekte mit einer Animation. Sobald das Smartphone bewegt wird, bleiben diese künstlichen Objekte an ihrer Position stehen und können auf dem Display aus verschiedenen Richtungen und Winkeln betrachtet werden. AR wird u.a. für Bauanleitungen oder für Informationen beim Besuch im Museum verwendet [39]. Bei VR hingegen tauchen die Betrachter komplett in eine künstliche Realität ein. Besonders in VR, aber auch in AR, ist ein binauraler Sound wichtig. Wenn die Betrachter den Kopf drehen und bewegen, sollten statische Schallquellen an einer festen Position im Raum stehen bleiben. Bewegliche Schallquellen müssen sich dabei von einem zum anderen Punkt im Raum bewegen und nicht mit den Köpfen der Zuhörenden wandern. Das steigert die Immersion des Erlebnisses.
Bei Head-Locked-Audio bewegen sich auch unbewegliche Schallquellen mit, wie z. B. eine Kirchenglocke, wenn der Kopf bewegt wird. Falls beispielsweise ein Hörspiel mit Kopfhörern angehört und der Kopf dabei beweget wird, bewegt sich, anders als in der Realität, die komplette Szene mit. Head-Related-Audio verankert hingegen, wie in der Realität, unbewegliche Schallquellen an einem festen Punkt im Raum. Dazu werden Sensoren benötigt, die die Bewegung des Kopfes messen und die Audiosignale entsprechend anpassen. So bleibt z. B. die Kirchenglocke am selben Punkt im Raum stehen, auch wenn der Kopf bewegt wird. Diese Sensoren sind in VR-Headsets eingebaut. Mit einem Head-Tracker kann jedoch jeder Kopfhörer für realitätsnahen 3D-Sound nachgerüstet werden. Waves bietet mit dem „Nx Head Tracker“ einen solchen Sensor für rund 100 $. Der Head-Tracker kann per Bluetooth u.a. mit dem Smartphone verbunden werden. Die App „Waves Nx“ konvertiert Musik in einen dreidimensionalen Sound und passt mit den Daten des Head-Trackers die Wiedergabe für die Ausrichtung des Kopfes an. Dadurch soll die Musik detailreicher und klarer empfunden werden [40].
Kopfhörer sind somit eine einfache Möglichkeit, binauralen Sound wiederzugeben. Diese gibt es ab ein paar Euro aufwärts und sind so die kostengünstigste Option zum Abspielen von dreidimensionalem Sound.
5.2 Dolby Atmos
Dolby Atmos ist im Heimkinobereich eine weit verbreitete Wiedergabemöglichkeit von dreidimensionalem Sound durch Lautsprecher. Entwickelt wurde dieses System 2012 von Dolby Laboratories. Der erste Film in Dolby Atmos, war Pixars „Brave“ (in Deutschland bekannt unter dem Namen „Merida – Legende der Highlands“) [41]. Laut Dolby sind 2018 über 50 Filme veröffentlicht worden, die eine englische Tonspur in Dolby Atmos besitzen [42].
Im Gegensatz zum Surround-Sound wird Audio bei Dolby Atmos objektbasiert und nicht kanalbasiert betrachtet. Beim kanalbasierten Surround-Sound wird jedem Lautsprecher in der Postproduktion eine eigene Spur zugeteilt. Wie bereits in Kapitel 2.3 erwähnt, müssen die Lautsprecher an festen Punkten stehen, um den bestmöglichen Surround-Effekt zu erzielen. Bei Dolby Atmos ist die Positionierung von Lautsprechern wesentlich flexibler. Im Audio-Video-Receiver (AV-Receiver) werden die Positionen der verschiedenen Lautsprecher eingegeben. Der AV-Receiver berechnet dann in Echtzeit welche Lautsprecher welche Objekte (z. B. ein Helikopter) wiedergeben müssen. Dieses objektbasierte System kann bis zu 144 verschiedene Objekte gleichzeitig wiedergeben [41].
Abbildung 13: Eine Dolby Atmos 4.1.2 Anlage [61]
Vorhandene Surround-Anlagen können als Basis verwendet und mit entsprechenden Lautsprechern für die dritte Dimension erweitert werden. Wichtig ist vor allem, dass der AV-Receiver Dolby Atmos unterstützt. Das kleinste Setup ist Dolby Atmos 4.1.2 (siehe Abbildung 13). Die ersten zwei Zahlen beschreiben das Surround-System, das als Basis genutzt wird. In diesem Fall wäre es ein 4.1 System. Die letzte Zahl beschreibt die Anzahl der Lautsprecher, die für den vertikalen Sound zuständig sind. Zwei Lautsprecher sind dabei das Minimum. Dolby empfiehlt jedoch mindestens vier Deckenlautsprecher zu verwenden, sodass auch der Sound, der von oben kommt, nach links, rechts, vorne und hinten wandern kann. Es gibt zwei Möglichkeiten Sound von oben wiederzugeben.
Die erste Möglichkeit ist sogenannte „Dolby Atmos Enabled Speaker“ auf die Surround-Lautsprecher zu legen. Das sind Lautsprecher, die in einem speziellen Winkel die Decke beschallen. Die Schallwellen, die auf die Decke treffen, werden von dieser reflektiert und treffen von oben auf die Zuhörenden (siehe Abbildung 14). So ist es nicht nötig, Löcher in die Decke zu bohren und dort Lautsprecher aufzuhängen. Der AV-Receiver berechnet dabei die unterschiedlichen Laufzeiten des Schalls und passt das Signal entsprechend an. Vor allem bei Räumen mit geringer Deckenhöhe empfiehlt Dolby die „Enabled Speaker“ zu verwenden. In die Decke eingebaute Lautsprecher können bei niedrigen Räumen zu nah am Kopf sein. Dadurch kann genau lokalisiert werden, welche Geräusche aus welchem Lautsprecher kommen. Das schränkt die dreidimensionale Immersion ein. Bei den Reflektionen der „Enabled Speaker“ an der Decke können Geräusche nicht mehr einzelnen Lautsprechern zugeordnet werden [41].
Abbildung 14: Skizze eines Lautsprechers mit einem „Enabled Speaker“
Eine weitere Variante Schall von oben kommen zu lassen, ist durch Lautsprecher, die an der Decke oder ganz oben an die Wände (Height Speaker) montiert werden. Diese sind so ausgerichtet, dass sie die Zuhörenden von oben beschallen. Dazu müssen Halterungen in die Decke oder die Wände gebohrt und die Lautsprecherkabel zum AV-Receiver geführt werden. Laut Dolby sollten Lautsprecher verwendet werden, die einen einstellbaren oder einen geringeren Abstrahlwinkel als 90° x 90° besitzen. Dolby Atmos unterstützt auch eine Mischung aus Deckenlautsprechern, Height Speaker und „Enabled Speaker“. So kann beispielsweise ein 5.1.2-System, welches zwei Lautsprecher in der Decke eingebaut hat, einfach mit zwei „Enabled Speaker“ nachgerüstet werden. Wichtig ist es jedoch, dass immer eine gerade Anzahl an Lautsprechern nachgerüstet wird. Diese werden dann gleichmäßig nach links und rechts aufgeteilt [41].
Dolby Atmos ist rückwärtskompatibel. Das bedeutet, dass auch Stereo- oder Surround-Formate über eine Anlage mit Dolby Atmos abgespielt werden können. Zudem bietet Dolby in einigen AV-Receivern einen sogenannten „Upmixer“ (genannt „Dolby Surround“), der ein- und zweidimensionalen Sound in dreidimensionalen Sound konvertiert. Seit 2018 verbietet Dolby jedoch Upmixing von Dolby-Sound-Formaten in Auro-3D und in dts:X. Durch den Lizenzvertrag mit Dolby sind Hersteller von AV-Receiver gedrängt „Cross-Format-Upmixing“, also Upmixing von jedem 1D- und 2D-Sound in jedes 3D-Sound-Format, mit Dolby-Spuren zu unterbinden. Dies hat jedoch keine technischen Gründe, sondern ist vielmehr eine Entscheidung von Dolby um sich von der Konkurrenz abzuheben [43].
Falls noch keine Lautsprecher vorhanden sind, können 3D-Sound-Pakete erworben werden. Das System „HT-S5805“ von Onkyo bietet beispielsweise ein Paket bestehend aus einem Dolby Atmos fähigen AV-Receiver und einem 5.1.2-System, das in den linken und rechten Lautsprechern „Dolby Atmos Enabled Speaker“ besitzt [44]. Das Paket ist ab ca. 470 € erhältlich.
5.3 Auro-3D und AuroMax
Auro-3D von Auro Technologies ist, im Gegensatz zu Dolby Atmos, ein kanalbasiertes Wiedergabesystem für 3D-Sound. 2011 entwickelte Auro zusammen mit Barco „Auro 11.1“. Dieses Format nutzt 5.1-Surround-Sound als Basis und erweitert dieses um zwei weitere, horizontale Ebenen mit insgesamt sechs weiteren Lautsprechern (siehe Abbildung 15, linke Seite). Der erste Film mit einer englischen Tonspur in Auro 11.1 war „Red Tails“ (2011) von George Lucas. [45]
Abbildung 15: Lautsprecheranordnung von Auro 11.1 und 13.1 [45]
Die unterste Lautsprecher-Ebene besteht aus der klassischen Surround-Sound-Anordnung. In dem „Height Layer“ werden die, an den Wänden montierten, Lautsprecher im 30°-Winkel nach unten geneigt. Der oberste Layer enthält einen „Voice Of God“ genannten Lautsprecher, der im 90°-Winkel nach unten gerichtet und an der Decke montiert ist. Je nach Raumgröße kann die oberste Ebene weggelassen werden. Die kleinste Variante von Auro-3D ist Auro 8.0 und hat jeweils vier Lautsprecher in der Surround- und in der Höhen-Ebene. Die größtmögliche Variante von Auro-3D ist „Auro 13.1“ (siehe Abbildung 15, rechte Seite) [46].
Für größere Heimkinos und für Kinosäle empfiehlt Auro die Verwendung von „AuroMax“. Das gibt es in 20.1, 22.1 und 26.1. AuroMax verwendet Auro-3D als Grundlage und erweitert es mit objektbasiertem Audio. Lautsprecher werden hier in kleine Zonen eingeteilt, die für möglichst viele Sitzplätze einen „Sweet Spot“ erschaffen sollen. Der „Sweet Spot“ ist der Punkt im Raum, an dem Surround- und 3D-Sound die beste Wirkung haben. Dieser Punkt befindet sich normalerweise in der Mitte des (Heim-)Kinos [45].
Auro bietet mit „Auro-Matic“ ebenfalls einen Upmixer, der Mono-, Stereo- und Surround-Sound in Auro-3D konvertiert. So können auch hier Filme, Serien, Musik und Videospiele mit dreidimensionalem Sound abgespielt werden, die keine Auro-3D-Spur besitzen. Auro-Matic versucht dabei die räumliche Information des zweidimensionalen (bzw. bei Mono eindimensionalen) Sounds mithilfe von einer HRTF in einen 3D-Sound zu konvertieren [47]. Auro-3D ist auch abwärtskompatibel und kann daher Mono-, Stereo- und Surround-Sound wiedergegeben.
Abbildung 16: Auro-3D Lautsprecheranordnung im Porsche Panamera [49]
Dreidimensionalen Sound von Auro gibt es mittlerweile auch im Auto und im Smartphone. Das 2016 erschienene Smartphone „robby m1226“ von Wiko enthält Software von Auro, mit dem es Musik, Filme, Spiele und vieles mehr in 3D-Sound konvertiert. Dieser kann dann mit einem Kopfhörer widergegeben werden [48]. Porsche ist die erste Firma, die dreidimensionalen Sound in ihre Autos einbaut. In Zusammenarbeit mit Auro baut Burmester in verschiedene Autos von Porsche Auro-3D ein. In den Porsche Panamera sind beispielsweise 21 Lautsprecher mit jeweils einer Endstufe eingebaut (siehe Abbildung 16). Insgesamt wird für das 3D-Sound-System im Panamera eine Leistung von 1.455 Watt angegeben [49].
Auro-3D unterstützende AV-Receiver gibt es ab ca. 800 €. Eine 5.1-Surround-Anlage für die unterste und vier Lautsprecher für die mittlere Ebene kosten zusammen ca. 300 € aufwärts. Mit diesem Setup für insgesamt ca. 1.200 € ist Auro 9.1 möglich. Diese Anordnung besitzt jedoch keinen „Voice of God”-Lautsprecher für die dritte Ebene.
5.4 dts:X und IMAX Enhanced
Das objektbasierte 3D-Wiedergabeformat „dts:X“ von dts wurde 2015 veröffentlicht. Der erste Film, der in diesem Format auf Blu-Ray veröffentlicht wurde, ist „Ex Machina“ (2015) von Alex Garland. Mittlerweile gibt es mehr als 80 Filme, die seit 2015 in dts:X veröffentlicht wurden [50].
Abbildung 17: Mögliche Lautsprecheraufstellung bei dts:X [50].
Mit dts:X lässt sich jede gewünschte Lautsprecheranordnung verwenden. Dabei kann die Surround-Sound-Anlage erweitert werden, muss aber nicht in der klassischen Aufstellung stehen bleiben. Im Gegensatz zu Auro-3D gibt es bei dts:X nur zwei Ebenen. Da dts im Vergleich zu Auro und Dolby ihr System ein paar Jahre später veröffentlicht hat, unterstützt dts:X die klassischen Lautsprecheranordnungen der Konkurrenten mit Ausnahme der dritten Ebene von Auro-3D. So können beispielsweise „Dolby Atmos Enabled Speaker“ verwendet werden, um Schallquellen aus der dritten Dimension wiederzugeben. Für die Entwicklung und Veröffentlichung von dts:X hat dts länger gebraucht als angekündigt. Dadurch mussten AV-Receiver, die bereits dts:X hätten wiedergeben sollen, vorbereitet und später per Firmware-Update dts:X-fähig gemacht werden [51].
Wie auch die Konkurrenz ist dts:X rückwärtskompatibel und kann ein- und zweidimensionale Formate wiedergeben. Zwar unterstützen laut dts 90 % aller AV-Receiver dts:X, da es aber in diesem Format nur wenige Filme gibt, bietet dts ebenfalls einen Upmixer an. Dieser heißt „Neural:X“ und kann auch Mono-, Stereo- und Surround-Formate von Dolby und Auro in dts:X konvertieren. [52]
Das 3D-Sound Paket, das am Ende von Kapitel 5.2 genannt wurde, besitzt zwar eine Lautsprecheranordnung, die dts:X unterstützt, jedoch kann der AV-Receiver kein dts:X-Sound wiedergeben. AV-Receiver mit einer dts:X Wiedergabeoption gibt es ab ca. 400 €. Zusammen mit einer Surroundanlage und zwei „Dolby Atmos Enabled Speaker“ ergibt sich ein Preis für ungefähr 680 €. Mit dieser Anlage könnte, je nach Receiver, dts:X und Dolby Atmos 5.1.2 abgespielt werden.
IMAX Enhanced ist eine Partnerschaft von IMAX und dts. Ziel dieser Partnerschaft ist es, die Qualität von Bild und Ton der IMAX-Kinos in die Wohnzimmer zu bringen. Dabei soll durch eine spezielle Zertifizierung von Fernsehern, Projektoren, Sound-Bars und AV-Receivern ein gewisser Standard gewährleistet werden. Firmen wie u.a. Sony und Denon sind „Device Partner“ von IMAX Enhanced und stellen spezielle Geräte her, die diesen Standard erfüllen. Der 3D-Sound wird dabei von dts geliefert. Sound und Bild soll dabei einheitlich wirken und so vermittelt werden, wie es die Filmemacher beabsichtigt haben [53].
6 Mini-Hörspiel
Mit einem Hörspiel galt es nun die Schritte von der Aufnahme bis zur Wiedergabe praktisch anzuwenden sowie zu testen, ob ein hörbarer Unterschied zwischen einer A- und B-Format-Aufnahme besteht. Wie in Kapitel 3.4 sollten auch hier die Aufnahmen mit vier einzelnen Mikrofonen und nicht einem kommerziell erhältlichen Ambisonic-Mikrofon geschehen. So konnte zudem getestet werden, ob vier einzelne Mikrofone in der A- und B-Format-Anordnung ebenfalls einen überzeugenden, dreidimensionalen Sound erzeugen können. Hierfür war die Geschichte des Hörspiels nicht ausschlaggebend, sondern die Geräusche und wie diese sich im Raum bewegen.
Im folgenden Kapitel wird die Vorgehensweise bei der Planung und der Durchführung des Hörspiels beschrieben. Dabei wird unter anderem auf Probleme eingegangen und wie diese gelöst wurden. Das Hörspiel dauert nur wenige Minuten, da es nur zur Veranschaulichung dient. Das Drehbuch sollte sowohl im A- als auch im B-Format umgesetzt werden.
6.1 Drehbuch
Die Idee hinter dem Hörspiel war, dass ein Erzähler das Heimkommen des Protagonisten „Max“ beschreibt. Dieser freut sich auf einen entspannten Abend. Der Feierabend von Max wird jedoch durch ein häufig läutendes Telefon und einem Türverkäufer gestört. Passend dazu sollten verschiedene Soundeffekte das Geschehen unterstreichen. Der Erzähler stand dabei an einem festen Punkt direkt hinter den Zuhörenden. Ein sich bewegender Erzähler, der beispielsweise um die Zuhörenden herumläuft, hätte diese nur verwirrt. Daher sollten sich nur der Protagonist und die Geräusche um den Zuschauer bewegen. Das Drehbuch ist in Anhang 10.3 zu finden.
6.2 Aufnahme
Für eine parallele Aufnahme von A- und B-Format wären insgesamt vier Nierenmikrofone, drei Mikrofone mit Achtercharakteristik, ein Kugelmikrofon, ein Audiointerface mit mindestens acht XLR-Eingängen, acht XLR-Kabel, acht Mikrofonständer und acht Mikrofonhalter benötigt worden. Alternativ zu den verschiedenen Mikrofonen wäre es auch möglich gewesen, acht Mikrofone mit einstellbarer Charakteristik zu wählen. Die verwendeten Mikrofone C 414 B-ULS und C 414 B-TL II der Firma AKG hatten diese Funktion. Da ein gleichzeitiger Aufbau beider Audioformate sehr viel Platz beanspruchen würde, müsste eventuell auf kleinere Mikrofone und eine spezielle, selbsterstellte Halterung zurückgegriffen werden. Durch den großen Aufbau mit den Mikrofonständer wäre eventuell eine gegenseitige Verfälschung des dreidimensionalen Eindrucks der A- und B-Format-Mikrofonierung möglich gewesen. Aus diesem Grund wurden die zwei Formate hintereinander aufgenommen.
Die erste Aufnahme war im B-Format. In jedes Mikrofon wurde einzeln aus derselben Distanz mit derselben Lautstärke gesprochen und die Mikrofone so aneinander angepasst. Um die einzelnen Audiokanäle besser zu leveln, wäre ein XLR-Funktionstester wie der CTG-1NOISE [54], hilfreich gewesen. Dieser Tester erzeugt ein konstant gleich lautes rosa Rauschen, durch das hätten sich die Lautstärke der Mikrofone besser aneinander anpassen lassen. Allerdings wäre der Funktionstester nur bedingt hilfreich gewesen, da die Mikrofone aus zwei unterschiedlichen Produktionsreihen stammten. Nachdem die Mikrofone manuell gepegelt, das Interface and den Computer angeschlossen, eine neue Tracks-Live-Session angelegt und genug Spuren vorhanden waren, konnte die Aufnahme gestartet werden. Zuerst galt es eine kurze Testaufnahme zu starten, um zu überprüfen, ob auch alles richtig verkabelt war und funktionierte. Die vier Audiospuren wurden benannt, damit sie später den korrekten Inputs der Plugins zugeordnet werden konnten. Ausschlaggebend für den Namen war die Position des Mikrofons und die Farbe des Mikrofonkabels. Ein Verwechseln der Audiospuren hätte den 3D-Sound verfälscht. Im ungünstigsten Fall würden Schallquellen durch den Raum springen, anstatt korrekt von Punkt A zu Punkt B zu wandern.
Wie beim Film galt es am Anfang der B-Format-Aufnahme einmal zu klatschen, damit in der Postproduktion die vier einzelnen Spuren synchronisiert werden konnten. Wären die Spuren bei der Bearbeitung leicht verschoben gewesen, hätte der Sound ein ungewolltes Echo besessen. Zuerst wurde die Off-Stimme aufgenommen und jeder Textblock einige Male gesprochen. Die Spuren der Aufnahme waren im Anschluss einzeln nacheinander mit einem Kopfhörer abzuhören. So konnte geprüft werden, ob der Off-Sprecher nicht zu schnell gesprochen hatte, verständlich war und ob Störgeräusche zu hören waren. Im nächsten Schritt sollten die Geräusche und die Stellen aufgenommen werden, an denen der Protagonist spricht. Auch hier wurden die Spuren mit einem Kopfhörer angehört und überprüft.
Abbildung 18: Mini-Hörspiel. A-Format Mikrofonierung
Beim Umbau von der B- zur A-Format-Aufnahme fiel auf, dass eins der Mikrofone auf der Richtcharakteristik „Niere“ anstatt auf „Acht“ stand. Die Aufnahme sollte im Anschluss wiederholt werden, damit ein gleichmäßiger 3D-Sound gewährleistet werden konnte. Nach dem Umbau auf das A-Format wurden nochmals alle Mikrofone auf die richtige Charakteristik überprüft. Als alles überprüft und richtig eingestellt war, konnte die Aufnahme gestartet werden. Die Schritte waren ab hier dieselben, wie in der vorherigen Aufnahme.
Im Anschluss wurde das Projekt gespeichert und die Aufnahme im B-Format wiederholt. Im nächsten Schritt mussten alle Audiospuren als unkomprimierte „wave“-Files exportiert werden. Beim Exportieren bekamen die Audiofiles automatisch die Bezeichnung der Spur.
6.3 Postproduktion
Nachdem in Kapitel 4 eine DAW und entsprechende Plugins gefunden wurden, konnte das Hörspiel bearbeitet werden. Die verwendete DAW war Reaper v. 5.973, die Facebook Spatial Workstation v. 3.3.1, Ambeo Orbit v. 1.0.1 und der Ambeo A-B Converter v. 1.2.3 verwendet. Für das A- und das B-Format-Hörspiel wurde jeweils ein eigenes Projekt angelegt.
Die vier Audiospuren der Off-Stimme mussten auf separate Tracks importiert werden. Sie wurden benannt, einer neuen Spur untergeordnet und waren somit gruppiert. Bei einer Gruppe funktioniert die oberste Spur als Master und kontrolliert alle untergeordneten Spuren. Wenn der Master stumm geschalten wird (gemutet), werden alle gruppierten Spuren gemutet. Eine Spur in Reaper hat standardmäßig immer zwei Kanäle. Diese können in den Routing-Einstellungen zwar erhöht, jedoch nicht auf nur einen Kanal eingestellt werden. Die Routing-Einstellungen legen u.a. fest, wie viele Kanäle die Spur hat, ob die Spur direkt an den Master sendet, an welche Spur das Signal geleitet wird und wie viele Kanäle die Spur empfängt und sendet. Für eine erfolgreiche Verwendung des Off-Stimmen-Masters war es erforderlich, ihn auf eine achtkanalige Spur umzustellen und den Haken bei der Option „Master Send“ zu entfernen.
Abbildung 19: Kanalführung der vier Spuren zum Plugin
Das erste Plugin, das auf den Off-Stimmen-Master angewendet wurde, war der A-B-Converter von Sennheiser. In dem Plugin wurde die Ausgabe auf „ambiX“ gestellt. Das erste Mikrofon im Plugin war das Mikrofon „vorne links oben“ (siehe Abbildung 11, linke Seite „A-Format in“ gelbe Markierung „1 FLU“). Im nächsten Schritt musste das entsprechende Mikrofon der eigenen Aufnahme gewählt und dessen Ausgang auf den ersten Kanal des Off-Stimmen-Masters geführt werden. Dazu wurde die Spur „Gelb Links“ mit dem Panning-Tool auf 100 % links gestellt. Weiterhin war es wichtig, in den Routing-Einstellungen die zwei Kanäle der Spur auf den Input „1-2“ des Masterkanals zu stellen. Für die Spur „Grün Hinten“ wurde der Vorgang mit einem Unterschied wiederholt. Diese Spur musste auf 100 % rechts gestellt werden (siehe Abbildung 19). Die gestrichelten Linien in Abbildung 19 zeigen den jeweils anderen Kanal der einzelnen Spuren. Da kein Signal auf diesen Kanälen geführt wird, können diese ignoriert werden. Dieser Vorgang musste mit den beiden verbleibenden Spuren wiederholt werden, nur dass dort die Signale auf den Input „3-4“ des Off-Stimmen-Masters gesendet wurden.
Abbildung 20: Kanalführung des Projektes
Nachdem die vier Inputs für den A-B-Konverter eingestellt waren, wurde das Facebook-Spatialiser-Plugin ebenfalls auf den Off-Stimmen-Master gelegt. Bei der Reihenfolge der Plugins, die bei Reaper von oben nach unten geht, musste darauf geachtet werden, dass der A-B-Konverter in der Liste über dem Spatialiser eingereiht war. Der Input des Spatialiser wurde von „left“ auf „B-Format (1st Order ambiX)“ gestellt, sodass der Output des Konverters mit dem Input des Spatialisers übereinstimmte. Die restlichen Einstellungen blieben unverändert. Um Arbeitsschritte zu sparen, wurde die Gruppe „Off-Stimme“ dupliziert, anders gefärbt und in „Sound+Max“ umbenannt. Die Audiofiles der neuen Gruppe wurden mit den Aufnahmen der Geräusche und dem Gesprochenen von Protagonist „Max“ ersetzt.
Die zwei Masterspuren der Gruppen hatten noch keinen Output definiert. Ein weiter Track wurde erzeugt und „Master-Converter“ genannt. Diese Spur sollte als eigener Master dienen. Die beiden Outputs mussten auf die neue Spur geleitet werden. Dazu wurden die „Route“-Knöpfe der Gruppen per Drag & Drop auf den „Route“-Knopf des „Master-Converter“ gezogen. In den Routing-Einstellungen des Masters tauchten nun die Spuren „Off-Stimme“ und „Sound+Max“ auf. Für beide wurde die Einstellung „Audio“ von zwei Kanälen auf acht Kanäle gestellt (siehe Abbildung 21). Durch diese Änderungen konnten alle acht Kanäle der jeweiligen Gruppenspuren erfolgreich zum Master gesendet werden. Um alles korrekt wiederzugeben, musste als nächstes das „Control“-Plugin von Facebook zum „Master-Control“ hinzugefügt und die Einstellung „Decode Binaural“ aktiviert werden. Erst jetzt konnte das Hörspiel mit Kopfhörern angehört und bearbeitet werden.
Abbildung 21: Routing Einstellungen der Masterspur
Bei der ersten Wiedergabe wirkte es, als ob der Kopf leicht nach rechts gedreht war. Dies wurde korrigiert, indem in den A-B-Konvertern das Mikrofon um 10° gedreht wurde. Für die Bearbeitung war es wichtig zu wissen, dass Gruppierungen für Spuren und Audiofiles unterschiedlich funktionieren. Wenn Spuren gruppiert wurden, übernahmen die Audiofiles das nicht automatisch. Aus diesem Grund galt es auch die jeweils vier untereinander liegenden Audiofiles zu gruppiert, sodass das Bearbeiten schneller von der Hand ging. Das Bearbeiten der Sprach- und Soundspuren war ähnlich zur klassischen Mono-/Stereobearbeitung, mit dem Unterschied, dass vier Spuren gleichzeitig bearbeitet werden mussten. An einer Stelle des Hörspiels waren zwei Geräusche gleichzeitig zu hören. Da diese nicht gleichzeitig aufgenommen wurden, musste dem zweiten Geräusch eigene Spuren zugeteilt werden. Da das zweite Geräusch (Telefon) ebenfalls eine FOA-Aufnahme war, benötigte dieses vier weiter Spuren für die Aufnahme und eine weiter Spur als Gruppen-Master. Um Zeit zu sparen wurde die Gruppe „Sound+Max“ dupliziert und in „Telefon“ umbenannt. Auf diesen Spuren waren alle Audiofiles zu entfernen, bis auf die des Telefons. Um alle Soundeffekte auf einmal stumm schalten zu können, wurde eine neue Spur hinzugefügt und als Master für die Gruppe „Sound+Max“ und „Telefon“ eingestellt. Dafür musste der Output der beiden Gruppen durch die neue Spur geführt werden. Auch hier war es wieder wichtig, dass der „Master-Sound+Max“ alle acht Kanäle zum Binaural-Konverter sendete. Im nächsten Schritt wurde die Bearbeitung der Audiofiles weitergeführt.
Abbildung 22: A-Format Hörspiel in Reaper
Nachdem die besten Takes gefunden und chronologisch positioniert wurden, sollte das Hörspiel mit einer leisen Hintergrundmusik verbessert werden. „I Knew a Guy“ von Kevin MacLeod war aufgrund der langsamen 75 BPM (Beats per minute) und dem Jazz-Genre ideal [55] (Songs von Kevin MacLeod sind unter den „Creative Commons Attribution 3.0“ lizensiert und können frei verwendet werden [56]). Damit die Stereospur der Musik nicht statisch in der Mitte blieb, wurde der Facebook Spatialiser angewendet. Fast alle Parameter der Plugins lassen sich zeitlich durch Hüllkurven ändern. So konnte die Musik durch den Raum bewegt werden. Die Musik sollte am Anfang, bis zum ersten Störgeräusch, und am Ende zu hören sein. Während des Mittelteils war keine Musik zu hören. Am Anfang sollte die Musik sich von rechts unten, vorne an den Zuhörenden vorbei, nach links oben und am Ende des Hörspiels genau andersrum bewegen. Auch diese Spur wurde zum „Master-Converter“ geleitet.
Die Bearbeitung des B-Formates war sehr ähnlich. Einer der Unterschiede war, dass der A-B-Format-Konverter nicht benötigt wurde. Zu laute Passagen konnten hier, aus unbekannten Gründen, nicht einfach mit der Hüllkurve des Gruppenmaster leiser gemacht werden. Um dieses Problem zu umgehen, wurde ein weiterer Master für „Off-Stimme“ erstellt. Hier konnte mit der Hüllkurve für das Volumen die zu lauten Stellen leiser gemacht werden. Das Routing des Sounds wurde entsprechend angepasst. Die Musik und ihre Bewegung im Raum wurden aus dem A-Format übernommen.
Abbildung 23: B-Format Hörspiel in Reaper
Zum Abschluss wurden beide Hörspielvarianten als binaurale Stereo-Spur sowie als vierspuriges B-Format exportiert.
6.4 Vergleich der Ergebnisse
Um die Ergebnisse der zwei Formate zu vergleichen, wurden beide Varianten hintereinander angehört. Anschließend sollten verschiedene Stellen im Hörspiel direkt miteinander verglichen werden. Bei beiden Formaten fiel auf, dass kurze und einmalige Geräusche nur schwer und unpräzise zu lokalisieren waren.
Das Mini Hörspiel im A Format war in allen Frequenzbereichen sehr ausgeglichen. Die Geräusche und die Dialoge wurden verständlich wiedergegeben. Bewegungen durch den Raum kamen sehr nah an die Bewegungen der Schallquellen bei der Aufnahme heran.
Die Aufnahme im B Format hingegen wirkte etwas höhenlastig und besaß einen größeren Hall. Die Plugins von Facebook hatten dieselben Einstellungen wie beim A Format. Deswegen wurde vermutet, dass die Einstellung „Ambisonics Correction Filter“, des hier nicht vorhandenen A B Konverters von Sennheiser, das Signal des A Formats beeinflusst. Doch selbst nach deaktivieren des Filters blieb das Klangbild des A Format Hörspiels gleich. Die nächste Vermutung bestand darin, dass das Ändern der Richtcharakteristik der Mikrofone auch das Klangbild veränderte. Bewiesen bzw. wiederlegt werden konnte diese Theorie nicht, da die geliehenen Mikrofone bereits zurückgegeben wurden und somit war es nicht möglich weitere Tests durchzuführen. Manche Geräusche des B Format Hörspiel schienen zu springen. Das geschah allerdings nur gelegentlich im hinteren Bereich, aus der Sicht der Zuhörenden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Hörspiel eine ideale Möglichkeit war, die beiden Formate zu testen und zu vergleichen. Falls die Mikrofone C 414 B ULS und C 414 B TL II der Firma AKG weiterhin für Ambisonic Aufnahmen verwendet werden sollten, wäre es empfehlenswert, im A Format aufzunehmen. Dadurch wäre das bessere 3D Erlebnis möglich. Sofern es das Budget zulässt sollten jedoch kommerziell erhältliche Ambisonic Mikrofone für professionelle Aufnahmen von 3D Sound verwendet werden. Diese sind platzsparender, schneller aufgebaut und haben ein besseres dreidimensionales Klangbild. Falls jedoch der Kostenrahmen keinen Kauf eines solchen Mikrofons zulässt, sollten die vier Mikrofone von derselben Marke und aus derselben Produktionsreihe kommen.
7 Das „Würfel-Mikrofon“
Ziel des Würfel Mikrofons war es, eine einfache und kostengünstige Alternative zu den bekannten Ambisonic-Mikrofonen zu bauen. Solche Mikrofone kosten teilweise mehr als 1.000 €. Es ging hierbei um den räumlichen Effekt. Mit dem Mikrofon sollte getestet werden, wie weit eine Eigenbaulösung an die Leistung von teuren kommerziellen Lösungen herankommt.
In den folgenden Kapiteln sind die Schritte von der Planung des Würfel Mikrofons bis hin zur fertigen Aufnahme aufgeführt. Die Kosten werden im Anhang 10.4 aufgeführt. In dem Gehäuse gibt es zwei Arten von Mikrofonkabel. Der Einfachheit und der Verständlichkeit wegen, wird das Kabel zwischen der Platine und dem Interface als Klinkenkabel bezeichnet. Das Kabel, das die Mikrofonkapsel und die Platine verbindet, wird als Mikrofonkabel bezeichnet.
7.1 Planung
An jede Seite eines Würfels sollte später eine Mikrofonkapsel befestigt sein. So konnten Schallquellen von allen Seiten abgenommen werden. Wie bereits in Kapitel 3.2.1 und 3.2.2 beschrieben, sollten sich alle Mikrofonkapseln möglichst in einem Punkt befinden. Da dies hier auch nicht möglich war, gab es zwei Optionen. Möglichkeit eins war, einen ca. 30 mm x 30 mm x 30 mm großen Würfel zu bauen und alle Kabel außerhalb des Würfels zu führen. Auch die Platine und die Batterie für die Phantomspeisung hätte sich in diesem Fall außerhalb des Würfels befinden müssen. Die zweite Option war, einen Würfel zu bauen, der innen genügend Platz bietet, um die benötigten Bauteile, deren Verkabelung sowie eine 9 V Blockbatterie unterzubringen. Alle Kabel, bis auf die Klinkenkabel, wären so in dem Würfel. Diese Variante hatte den großen Vorteil, dass sie robuster wäre. Da sich die kleinen Mikrofonkabel im Inneren befinden würden, wäre es nicht möglich, aus Versehen an die Mikrofonkabel zu stoßen und so Störgeräusche zu erzeugen. Das Problem war, dass das Mikrofon somit mindestens 100 mm breit, 100 mm tief und 100 mm hoch sein musste. Die Mikrofonkapseln wären in dieser Variante weiter voneinander entfernt als in der ersten. Es wurde sich dennoch für die zweite Variante entschieden, da diese robuster und weniger störanfällig schien.
7.1.1 Die Schaltung
Die Mikrofonkapseln EMY 625N wurden gewählt, da sie einer der wenigen Kapseln mit Nierencharakteristik waren [57]. Die meisten anderen Kapseln besaßen alle eine Kugelcharakteristik. In dem Datenblatt der Mikrofonkapsel war vermerkt, dass die Kapsel hinter einen Widerstand geschaltet und der Ausgang durch einen Kondensator geleitet werden sollte. Mit einem Spannungsregler wurden in dem ersten Versuch die 9 V der Batterie auf 5 V für das Mikrofon reduziert. Um den Spannungsregler zu stabilisieren, brauchte es davor einen keramischen 0,1 µF und danach einen 10 µF Kondensator. Es wurde ein 2,2 k?-Widerstand gewählt. Zuerst sollte ein Mikrofon als Test aufgebaut werden. Dazu wurde ein Schaltplan mit den benötigten Bauteilen angefertigt.
Abbildung 25: Schaltungsskizze eines Kondensatormikrofons
Beim Löten der Schaltung war es wichtig, die drei Pins des Spannungsreglers TEA 7605 richtig zu verbauen. Laut dem Datenblatt war Pin eins der Input, Pin zwei der Output und Pin drei die Masse [58]. Nach dem Zusammenbau wurden einzelnen Bauteile mit einem Handmultimeter gemessen und es stellte sich heraus, dass das Mikrofon nicht die 5 V erhielt, sondern nur ca. 1,2 V. Daraufhin wurden testweise die Anschlüsse zwei und drei des Spannungsreglers auf der Platine getauscht. Nach dieser Änderung bekam das Mikrofon die richtige Spannung. Die Batterie wurde an die Schaltung angeschlossen und das Klinkenkabel ins Interface gesteckt. Die erste Testaufnahme war sehr leise und durch die nachträgliche Verstärkung in der Postproduktion war ein Rauschen zu hören. Aus dem Datenblatt ergab sich, dass das Mikrofon mit maximal 10 V gespeist werden konnte. Der Spannungsregler wurde im nächsten Schritt mit einer Drahtbrücke überbrückt, um zu schauen, ob das Mikrofon dadurch lauter wurde. So bekam das Mikrofon die vollen 9 V der Batterie ab. Die anschließende Aufnahme war ein bisschen lauter und weniger rauschend. Der Spannungsregler wurde daher aus der Planung für das Würfel Mikrofon gestrichen. Um den Pegel des Audiosignales zu erhöhen, wurde der 2,2 k?-Widerstand durch einen 1 k?-Widerstand ersetzt. Dieser Widerstand bestimmte die Impedanz. Eine geringere Impedanz verbesserte das Signal Rausch Verhältnis.
Abbildung 24: Schaltungsskizze des Würfelmikrofons mit Schalter
Wenn die Batterie an die Schaltung angeschlossen war, floss auch ein kontinuierlicher Gleichstrom, wenn gerade nicht aufgenommen wurde. Deswegen war ein Schalter mit eingeplant, der von außen bedienbar sein sollte. So musste der Deckel nur noch zum Batteriewechsel geöffnet werden. Der genauere Aufbau der Schaltung wird mit der Montage in Kapitel 7.2 aufgeführt.
7.1.2 Der Würfel
Zuerst wurden Skizzen für Deckel und Unterteil angefertigt. Abbildung 26 zeigt die Skizzen des Würfelunterteils. Die verschiedenfarbigen Kreise stellen die unterschiedlichen Bohrungen da. Die orangefarbenen Kreise waren die Bohrungen für die Schrauben, mit denen der Deckel am Unterteil befestigt wurde. Die dunkelgrünen Löcher im Boden und an den Seiten wurden verwendet, um später die Mikrofonkabel von innen nach außen zu leiten. Die roten Bohrungen waren für die Befestigung der Mikrofonhalter angedacht. Durch die sechs hellgrünen Bohrungen wurden später die Klinkenkabel geleitet. Das blaue Loch war für den Schalter. Auf den hellgrauen dargestellten Stützen, in der Mitte des Bodens, wurde später die Platine platziert. Die Platine war höher positioniert, sodass ein Mikrofonkabel von der Platine in das Loch im Boden geführt werden konnte. Die horizontalen Ecken wurden wegen der Schrauben verstärkt, die den Deckel und das Unterteil miteinander befestigen. Da die Wände 5 mm dick waren, war auch der Deckel 5 mm dick. Daraus ergab sich eine Höhe von 95 mm für das Unterteil. Sowohl der Deckel als auch das Unterteil waren 100 mm breit und 100 mm tief. Das Würfelunterteil und der Deckel besaßen zusammen eine Höhe von 100 mm. Dadurch war die erwünschte Größe erreicht.
Abbildung 26: Skizzen des Würfelunterteils. Links Seitenansicht, rechts Draufsicht.
Für den Würfel gab es verschiedene Ansätze. Eine Überlegung war es, einen eigenen Würfel aus Holz zu bauen und anschließend die notwendigen Löcher zu bohren. Einen fertigen Würfel, aus beispielsweise Styropor, zu kaufen und diesen dann zu bearbeiten wäre eine weitere Option gewesen. Einen Würfel in einer 3D Grafik Software zu entwerfen und später von einem 3D Drucken drucken zu lassen, war ein weiterer Ansatz. Dieser Ansatz wurde auf Grund der hohen Flexibilität gewählt. In dem 3D Programm konnten Löcher für spätere Bohrungen bereits eingeplant werden, was im weiteren Verlauf viel Zeit sparte.
Es wurde sich für die Software Blender entschieden (Version 2.8 Beta, 75f551facaf0 [59]). Blender ist eine kostenlose 3D Grafik Software, die mit der „General Public License“ (GPL) [60] lizensiert ist. Das Interface und die Übersichtlichkeit des Programms wurden in der Beta Version 2.8 wesentlich verbessert. Aus diesem Grund wurde sich nicht für die aktuelle Version 2.79b entschieden [59].
Für die spätere Montage war es wichtig, dass der Würfel in zwei Objekte geteilt wurde. Der Deckel und der untere Teil des Würfels sollten getrennt gedruckt werden. Es wurden Bohrungen zum verschrauben des Deckels mit dem Unterteil eingeplant.
Abbildung 27: Der „Boolean-Modifikator“ in Blender 2.8
Im ersten Ansatz wurde in Blender der Standardwürfel, der bereits beim Erstellen eines neuen Projektes vorhanden ist, auf die Maße des Würfelunterteils eingestellt. Um den Würfel auf die gewünschte Form zu bringen, sollten verschiedene Formen aus dem Würfel ausgeschnitten werden. Dazu wurde der „Boolean-Modifikator“ benutzt.
Der Modifikator funktioniert, indem er auf ein Objekt angewendet wird. Aus diesem kann mit der Operation „Difference“ ein anderes Objekt ausgeschnitten werden. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, mit der Einstellung „Union“ zwei verschiedene Objekte zu vereinen. „Intersect“ zeigt nur die Schnittmenge beider Körper. Wichtig ist es, dass das Objekt ausgeblendet wird, welches zum Ausschneiden verwendet wurde. In dem Beispiel von Abbildung 27 wären die Körper „Kabel1 Loch“ und „Klinke Mitte“ auszublenden, da sie sonst noch sichtbar und die Löcher für die Bohrungen somit nicht vorhanden wären. Später können die Modifikatoren noch mit dem Befehl „Apply“ angewendet werden. Dieser Vorgang ist aber nach Schließen des Projektes nicht mehr reversibel. Es empfiehlt sich daher regelmäßig Backups zu erstellen.
Für das Projekt „Würfel Mikrofon“ wurde ein 90 mm³ großer Kubus aus dem Würfelunterteil ausgeschnitten. Ein großes Problem von Blender war, dass der Boolean-Operator nicht auf Gruppen angewendet werden konnte. Das bedeutete, dass für jedes einzelne Loch ein eigener Modifikator vorhanden sein musste. Dies beanspruchte sehr viel Zeit. Ein weiteres Problem tauchte im späteren Verlauf auf. Bei zu vielen Modifikatoren hatte der „Boolean-Modifikator“ an manchen Stellen Schwirigkeiten, Objekte korrekt auszuschneiden. Ziel war es nun, die Anzahl der Boolean-Operatoren zu reduzieren. Anstatt jedem noch so kleinen Körper einen eigenen Operator zuzuweisen wurden mehrere Objekte zu einem größeren Objekt zusammengefügt. Die „Boolean-Modifikatoren“ konnten um ein Vielfaches reduziert werden. Dennoch sorgten die Bohrungen für die Schrauben des Deckel für Probleme. Ein alternativer Ansatz wurde gesucht.
Für den zweiten Ansatz sollte das Würfelunterteil geviertelt und später an X- und Y Achse gespiegelt werden. Dazu wurde ein Quader mit einer Breite und Tiefe von 50 mm und einer Höhe von 5 mm als Bodenplatte erzeugt. Für den Rand wurden mit dem Messerwerkzeug Schnitte in die Oberfläche hinzugefügt. Die entstandenen Punkte bekamen die gewünschten Koordinaten aus der Skizze. Durch diesen Vorgang teilte sich die Oberfläche (Faces) der Bodenplatte in mehrere kleine Oberflächen. Um den Rand nach oben zu erweitern, wurden die Faces für den Rand ausgewählt und mit dem Befehl „Extrude“ auf eine Höhe von 95 mm nach oben erweitert (siehe Abbildung 28, grüne Oberfläche).
Abbildung 28: Gevierteltes Würfelunterteil nach dem Extrudieren
Der nächste Schritt bestand darin, die Löcher für die Bohrungen hinzuzufügen. Dazu wurden Zylinder für die Mikrofonkabel, die Klinkenkabel, die Befestigung der Mikrofonhalterung und die Befestigung des Deckels erzeugt. Die Zylinder der Mikrofonkabel bekamen den Durchmesser von 8 mm, die der Klinkenkabel einen Durchmesser von 5,9 mm und die der Mikrofonhalterungen einen Durchmesser von 2 mm. Die Körper wurden danach korrekt positioniert, per „Boolean Modifikator“ aus dem Würfelunterteil ausgeschnitten und anschließend ausgeblendet. Der Quader, der später als Platinenhalter funktionieren sollte, wurde erstellt, platziert und per Boolean mit dem Würfelunterteil vereinigt. Wie bereits erwähnt, war das Anwenden der Boolean-Operatoren mit dem Befehl „Apply“ später nicht mehr reversibel. Ein Backup wurde erstellt und die Modifikatoren angewendet. Durch das Anwenden entstand ein Problem. An manchen ausgeschnittenen Stellen war der Würfel seitlich offen. Diese Faces wurden manuell geschlossen. Die durch den späteren Druck nicht sichtbaren Oberflächen wurden gelöscht, da sie ansonsten für Probleme bei der Druckvorbereitung gesorgt hätten.
Abbildung 29: Teilweise geschlossene Faces des Lochs für die Mikrofonkabel.
Im Anschluss wurde mit dem „Mirror“ Modifikator der Würfel an der X- und Y Achse gespiegelt. Nachdem auch dieser Operator angewendet war, musste das fertige Unterteil als „.fbx“- und „.stl“ Datei exportiert werden. Die Arbeitsschritte für den Deckel waren ähnlich, wie die des Unterteils. Auch hier wurde der Deckel geviertelt und die drei Bohrungen mit drei Zylindern und jeweils einem Boolean erzeugt. Wichtig war es wieder, nicht sichtbare Oberflächen zu löschen und die restlichen Faces zu schließen. Danach konnte das Objekt wieder zweimal an den Achsen gespiegelt und die Operatoren angewendet werden. Der fertige Deckel wurde ebenfalls in die oben genannten Formate exportiert. Vor der Druckfreigabe galt es, die Maße des Unterteils und des Deckels zu überprüfen. Nachdem alles geprüft wurde, konnten die Objekte in den Druck gegeben werden. Der Druck des Würfelunterteils dauerte ca. 20 Stunden und der des Deckels weitere vier Stunden.
7.2 Montage
Nachdem die Planung der Schaltung und des Würfels abgeschlossen war, konnte mit der Montage angefangen werden. Zuerst wurde der Würfel vorbereitet.
Viele Bohrungen waren durch den Druck teilweise zu klein und wurden mechanisch auf das jeweils benötigte Maß nachbearbeitet. Die Löcher im Boden für die sechs Klinkenkabel waren absichtlich eng gehalten, sodass eine Zugentlastung auf die Kabel wirkte und das Gewicht der Kabel nicht an der Platine hing. Jedoch war der verwendete Durchmesser zu gering, um die Kabel durch die Öffnungen zu stecken. Daraufhin wurde das Loch mit einem Bohrer auf 6,5 mm erweitert. So konnten die Klinkenkabel vorsichtig durch den Boden des Unterteils gesteckt werden, ohne dass sie wieder herausrutschten. Später sollten noch Kabelbinder an die Kabel angebracht werden, um eine zusätzliche Zugentlastung zu gewährleisten. Die Klinkenkabel wurden wieder entfernt, damit sie bei der weiteren Bearbeitung nicht beschädigt werden konnten. Mit einem größeren Bohrer wurden anschließend per Hand Fasen an die Löcher für die Kabel gebohrt. Das erleichterte später das Führen der Kabel und entfernte scharfe Kanten. Diese Vorgänge wurden am Deckel und am Unterteil durchgeführt. Der Durchlass für den Schalter wurde auf einen Durchmesser von 6 mm gebohrt.
Abbildung 30: Der Würfel nach dem 3D-Druck
Für die spätere Befestigung an einem Mikrofonstativ galt es eine eigene Halterung aus dem Unterteil eines Mikrofonclips und einem Metallwinkel zu bauen. Wichtig bei der Beschaffung des Mikrofonclips war, dass das untere vom oberen Teil abgeschraubt werden konnte. Das große Loch in der Mitte des Winkels musste mindestens einen genauso großen Durchmesser haben, wie die Schraube, die das untere und das obere Teil des Mikrofonclips zusammenhielt. Mit einer Säge und einer Feile wurde das eine Ende des Winkels so bearbeitet, dass er in den unteren Teil des Mikrofonclips passte und dabei das Loch des Winkels, mit dem des unteren Mikrofonclips überlappte. Die andere Seite des Metallwinkels wurde so gekürzt, dass nur zwei kleine Bohrungen übrigblieben. Durch zwei weitere Bohrungen am Boden des Unterteils konnte der Winkel mit Schrauben, Unterlegscheiben und Muttern an dem Würfel befestigt werden. Auf die Enden der Schrauben im Inneren wurden zwei Plastikkappen gesetzt, damit die Kabel nicht durch die Schrauben beschädigt werden konnten.
Abbildung 31: Platine mit Drahtbrücken, Widerständen, Mikrofonkabeln und Kondensatoren
Die Platine, das Herzstück des Würfels, musste zuerst auf das richtige Maß gesägt und gefeilt werden. Jedes Mikrofon beanspruchte zwei Leiterbahnen. Zwischen jedem Mikrofon sollte eine Bahn als Puffer freigelassen werden. Rechts und links der äußeren Mikrofone war ebenfalls eine extra Leiterbahn eingeplant. Nachdem die Platine das richtige Maß besaß, konnte sie in einem Platinenhalter befestigt und die Widerstände zusammen mit den Kondensatoren probegesteckt werden. Auf der Rückseite wurden die Metalldrähte leicht verbogen, sodass die Bauteile nicht herausfielen, wenn die Platine umgedreht wurde. An die Leiterbahnen des Mikrofons der Unterseite (Mikrofon Nummer eins, siehe Abbildung 31) sollte später die Batterie mit Schalter befestigt werden. Dafür musste von der Leiterbahn mit der Masse an jede andere Masse der restlichen fünf Mikrofone eine Verbindung per Drahtbrücke gelegt werden. Um Platz zu sparen wurde sich für ein Zick Zack Muster der einzelnen Brücken entschieden (die Drahtbrücken der ersten und zweiten Reihe von oben, siehe Abbildung 31). Die Leiterbahnen mit der Stromzufuhr mussten ebenfalls untereinander verbunden werden. Für die Drahtbrücken wurde eine Biegelehre verwendet. So hatten die Drahtbrücken sofort die richtige Länge. Im Anschluss galt es die Drähte an die Platine zu löten. Die überstehenden Drahtenden konnten mit einem kleinen Seitenschneider entfernt werden. Mit einem Bohrer wurden per Hand die Leiterbahnen zwischen den Ein- und Ausgängen der Widerstände sowie der Kondensatoren getrennt, da diese sonst überbrückt worden wären. Per Handmultimeter mussten jetzt die Leiterbahnen auf eine korrekte Unterbrechung geprüft werden.
Ca. 25 mm kurze Mikrofonkabel wurden zurechtgeschnitten, die Enden abisoliert, verdreht und mit Lötzinn verstärkt. Sechs Mikrofonkabel mussten an die Masse und sechs weitere Mikrofonkabel an die Plusleitung der Platine gelötet werden. Im nächsten Schritt wurde der Ausgang der Batterie mit der Mitte des Schalters und der Ausgang des Schalters mit der Plusleitung des Einser Mikrofons verbunden. Die Masse der Batterie musste mit der Massenleitung desselben Mikrofons zusammengelötet werden.
Im nächsten Schritt wurde der Metallwinkel in den Schraubstock gesteckt und funktionierte so als Mikrofonhalter. Um später eine Verwechslung zu vermeiden, wurden die Seiten des Würfels nummeriert. Wie bei einem Spielwürfel, ergaben die gegenüberliegenden Zahlen zusammen addiert immer sieben. So wurden die Nummern wie folgt zugeteilt: Mikrofon eins war unten, Mikrofon zwei vorne, Mikrofon drei rechts, Mikrofon vier links, Mikrofon fünf hinten und Mikrofon sechs war oben. Das 25 m lange Klinkenkabel wurde in sechs, je drei Meter lange, Stücke geteilt. Sowohl Mikrofon- als auch Klinkenkabel mussten im Anschluss durch die entsprechenden Löcher geführt werden.
Abbildung 32: Anordnung der Klinkenkabel
Mit einem Teppichmesser wurden die Klinkenkabel vorsichtig abisoliert. Die roten Kabel der Klinkenkabel sollten an die Plusleitungen der Mikrofone und die blauen Kabel an die Massen der Mikrofone gelötet werden. Die Schwierigkeit beim Löten der Klinkenkabel an die Platine bestand darin, dass im Würfel für den Vorgang kaum Platz war. Um das Problem zu umgehen wurden die Klinkenkabel noch ein Stück weiter durch die Löcher geführt. So konnte außerhalb des Würfels gearbeitet werden. Die Klinkenkabel wurden an die Platine gelötet und anschließend wieder ein Stück zurück durch das Loch gezogen. Abbildung 32 zeigt, welche Klinkenkabel welchen Mikrofonen zugeordnet wurden. Die 6,3 mm Klinkenstecker wurden an die anderen Enden der Klinkenkabel gelötet, nachdem diese abisoliert wurden. Im nächsten Schritt galt es die Mikrofonkabel etwas zu kürzen und die Enden abzuisolieren. Damit die Mikrofonkapseln nicht direkt mit dem Würfel in Berührung kamen, wurden kleine Dichtungsringe als Trittschall-Dämpfer zwischen jedes Mikrofon und Würfel gesteckt. Anschließend konnten die Mikrofonkapseln EMY 625N an die Kabel gelötet werden. Welcher Anschluss des Mikrofons die Masse war, wurde dem Datenblatt entnommen [57].
Abbildung 33: Die Stativbefestigung des Würfel Mikrofons
Für die zusätzliche Zugentlastung an den Klinkenkabeln mussten kleine Kabelbinder an die Kabel im Inneren des Würfels angebracht werden. Der Schalter wurde mit einer Unterlegscheibe und einer Mutter am Boden befestigt. Anschließend konnten die Kapselhalter mit den Mikrofonkapseln an den Würfel geschraubt und der Deckel geschlossen werden. Um das Würfel Mikrofon an einem klassischen Mikrofonständer zu befestigen, wurde der Würfel aus dem Schraubstock geholt und mit zwei flachen Unterlegscheiben und der Schraube in dem Unterteil der Mikrofonklemme befestigt (siehe Abbildung 33). Im letzten Schritt der Montage wurden alle Verbindungen mit dem Handmultimeter überprüft und die „Ein“-Position des Schalters an der Unterseite des Würfels markiert.
7.3 Aufnahme
Nach der Planung und der Montage sollte mit dem Würfel Mikrofon nun aufgenommen werden. Im Nachhinein konnte so der räumliche Eindruck der neuen Aufnahmen mit dem des Mini Hörspiels aus Kapitel 6.4 verglichen werden. Zudem sollte durch die Aufnahme mit dem Würfel Mikrofon und der Hilfe von Plugins getestet werden, ob der gewünschte räumliche Effekt umgesetzt werden konnte.
Wie bereits erwähnt, war beim Betrachten der Ergebnisse des Mini Hörspiels aufgefallen, dass kurze einmalige Geräusche schlecht lokalisiert werden konnten. Aus diesem Grund wurde das Hörspiel nicht wiederholt. Stattdessen sollten Geräusche aufgenommen werden, die länger andauern und sich bewegten. Auch hier bestand die Überlegung, ob das Zoom H6 als tragbarer Audiorecorder oder als Audiointerface für den PC verwendet werden sollte. Im Vergleich zu den vier Mikrofonen mit jeweils einem Mikrofonständer für die FOA Aufnahmen, wurde für das Würfel Mikrofon nur ein Mikrofonständer benötigt. Dies und die kurz gehaltenen Klinkenkabel sparten einiges an Platz. Die hohe Flexibilität bei der Positionierung war der ausschlaggebende Punkt, weswegen sich für die Aufnahme mit dem Zoom H6 als mobiler Audiorecorder entschieden wurde. Der Recorder besaß nur vier Combo Stecker für XLR und Klinke. Jedoch benötigte das Würfel Mikrofon sechs Klinkenanschlüsse. Mit einem Adapter konnte das Zoom H6 um zwei weitere Combo Stecker erweitert werden. Obwohl dieser Adapter keine Phantomspeisung erzeugte, konnte das Mikrofon aufgrund eigener Phantomspeisung betrieben werden.
Auch hier wurden zuerst einige Testaufnahmen getätigt. Nachdem alle Spuren des Reaper Projekts mit Plugins versehen und für die Wiedergabe mit Kopfhörern eingerichtet wurden, fiel auf, dass Geräusche an gewissen Stellen vom einem zum anderen Punkt sprangen (Die Vorgehensweise bei der Erstellung des Projektes wird in Kapitel 7.4 genauer beschrieben). Nachdem der Deckel des Würfels aufgeschraubt und die Verbindungen überprüft wurden, stellte sich heraus, dass bei der Beschriftung die Klinkenkabel zwei und vier vertauscht worden waren. Die Beschriftung wurde korrigiert und die Testaufnahmen weitergeführt.
Für die erste Aufnahme nach den Tests sollte ein Staubsauger aufgenommen werden. Dieser hatte den Vorteil, dass er konstant die Gleiche Lautstärke besaß und durch den Raum sowie um das Mikrofon bewegt werden konnte. Auch hier wurde zu Beginn der Aufnahme kurz geklatscht. Damit war es möglich die sechs Spuren in der Postproduktion zu synchronisiert. Im zweiten Teil der Aufnahme sollte der Staubsauger ausgeschaltet, ans andere Ende des Zimmers gezogen, das Kabel eingerollt und die Fenster geöffnet werden.
Abbildung 34: Aufbau des Würfel-Mikrofons am Parkplatz im Wald
Für die zweite Aufnahme wurde ein ruhiger Parkplatz im bayerischen Wald gesucht. Dort sollten vorbeifahrende Autos, das Zwitschern der Vögel und Schritte im Kies aufgenommen werden. Der Aufbau gestaltete sich sehr einfach. Den Mikrofonständer aufzubauen, das Würfel Mikrofon anzuschrauben und die Klinkenkabel in das Zoom H6 zu stecken verbrauchte nahezu keine Zeit. Dieser Aufbau wäre mit der Mikrofonierung aus Kapitel 6.2 wesentlich aufwendiger und zeitintensiver gewesen. Ein Punkt, der bei der Planung des Würfel Mikrofons nicht bedacht wurde, war der Windschutz. Deswegen war in den Aufnahmen an manchen Mikrofonen der Wind zu hören. Um die Windgeräusche sollte sich aber in der Postproduktion so gut es geht gekümmert werden. Eine Option einen Windschutz zu bauen, wäre beispielsweise mit einem schalldurchlässigen Langhaarstoff. An einer Stelle der Aufnahme flog ein Hubschrauber über das Mikrofon. Dies war für die Aufnahme ideal, da so später getestet werden konnte, ob der Hubschrauber auch über die Zuhörenden hinweg flog, oder nur seitlich an ihnen vorbei. Im letzten Schritt der Aufnahme wurde das vorbeifahrende Auto und die Schritte im Kies aufgenommen.
7.4 Postproduktion
Auch in der Postproduktion des Würfel-Mikrofons wurde Reaper als DAW gewählt. Durch die Bearbeitung des Mini-Hörspiels war die DAW bekannt und so konnte die Postproduktion schneller von statten gehen. Die verwendeten Plugins waren die „Facebook Spatial Workstation“ und „Ambeo Orbit“ von Sennheiser.
Die ersten Plugins, die angewendet werden sollten, war die aus der „Facebook Spatial Workstation”. Dazu wurden sechs Spuren erstellt, die Aufnahmen auf die Spuren gelegt und diese benannt. Der Name der Spuren orientierte sich an den Mikrofonnamen und -nummern. Diese sechs Spuren wurden einem Master untergeordnet, sodass alle auf einmal stumm geschaltet werden konnten. Sowohl beim Gruppen Master als auch bei den Untergeordneten Spuren war es wieder wichtig, dass die Anzahl der Kanäle in den Routing-Einstellungen auf jeweils acht Kanäle gestellt wurde. Dort war ebenfalls für den Gruppen Masters bei der Einstellung „Send“ eine Anzahl von acht Kanälen einzustellen und der Haken bei „Master Send“ zu entfernen. Im nächsten Schritt wurde ein neuer Master erstellt, in den alle Gruppen Master geführt wurden, die ein Facebook Plugin besaßen. Der neue Master musste nun mit dem Plugin „Control“ von Facebook versehen und in „FB Master Control“ umbenannt werden. Der „FB Master Control“ wurde ebenfalls in den Routing Einstellungen auf acht Kanäle gestellt.
Abbildung 35: Die Plugin-Einstellung für Spur "Mic 4 Links"
Nachdem die Einstellung „Decode Binaural“ im Control Plugin aktiviert war, mussten die sechs Spuren mit den Aufnahmen jeweils mit dem „Facebook Spatialiser“ versehen werden. Jeder Input der Plugins wurde auf „Mixdown“ gestellt und die Einstellung „Directionality“ aktiviert. Im nächsten Schritt galt es für die Aufnahmen in den Plugins die entsprechenden Positionen der Mikrofone bei der Aufnahme zu konfigurieren. Für das Mikrofon „Mic 4 Links“ wurde ein Winkel von -90° Azimut und 0° Elevation eingestellt. Die minimale mögliche Distanz war 0,4 m. Für das Mikrofon „Mic 6 Oben“ wurde ein Winkel von 0° Azimut, 90° Elevation und eine Distanz von 0,4 m eingestellt. Dieser Vorgang musste für die restlichen vier Mikrofone entsprechend wiederholt werden. Mit der Einstellung „Directionality“ konnte ein Abstrahlwinkel der Schallquellen definiert werden. Dieser Abstrahlwinkel wurde so ausgerichtet, dass er direkt auf die Zuhörenden gerichtet war (siehe Abbildung 35). Diese Einstellung wurde für alle sechs Spuren individuell angepasst.
Um zu testen, ob die Distanz der Schallquelle einen Unterschied bewirkt, wurde die Gruppe samt untergeordneten Spuren dupliziert. Die Gruppe mit der Distanz von 0,4 m wurde in „FB 0,4 m“ und die neue Gruppe in „FB-1m“ umbenannt. Die Distanz in der neuen Gruppe musste in den Einstellungen des Plugins auf jeweils auf 1 m gestellt werden.
Für das Plugin „Ambeo Orbit“ von Sennheiser wurden ebenfalls sechs neue Spuren einem neuen Gruppen Master untergeordnet, die Aufnahmen hinzugefügt und die Spuren entsprechend benannt. Laut Sennheiser wandelt das Plugin das Signal direkt in ein binaurales Signal um. Somit war es hier nicht von Nöten, die Spuren in einen speziellen Master Track zu leiten, die Kanalanzahl pro Spur zu erhöhen und ein Binaural Konverter hinzuzufügen. Das Plugin von Sennheiser besaß keinen Distanz Regler. Die Distanz wurde hier mit dem Lautstärkeregler der einzelnen Spur eingestellt. Auch hier mussten die Schallquellen im Plugin entsprechend positioniert werden.
Abbildung 36: Die Aufnahmen des Würfel-Mikrofons in Reaper
Nachdem alle Spuren vorbereitet waren, konnte mit der Bearbeitung begonnen werden. Um nicht jede der drei Gruppen einzeln zu bearbeiten, wurden alle Aufnahmen des Staubsaugers untereinander an dieselbe zeitliche Position gesetzt und gruppiert. Durch die Gruppierung aller Aufnahmen (Nr. 2, siehe Abbildung 36) konnten die drei Spur Gruppen (Nr. 1, siehe Abbildung 36) gleichzeitig bearbeitet werden. Wenn die Aufnahme in der einen Gruppe geschnitten und verschoben wurde, übernahmen die anderen beiden Gruppen diese Aktion automatisch. Das sparte viel Zeit. Nachdem die Bearbeitung der Staubsauger Aufnahme abgeschlossen war, musste der Vorgang für die Aufnahme am Parkplatz wiederholt werden.
Beim Export der Aufnahmen war darauf zu achten, dass nur eine Gruppe aktiv und die anderen beiden Gruppen stumm geschalten waren. Auch hier wurden die Aufnahmen als „wave“ Datei exportiert und entsprechend benannt. Um zu testen ob ein Unterschied zwischen einer Schallquelle mit aktivierter und einer mit deaktivierter Richtung bestand, sollte die Plugin Einstellung „Directionality“ bei der Gruppe „FB 1m“ deaktiviert und diese Gruppe erneut exportiert werden.
7.5 Vergleich der Ergebnisse
Im Vergleich zwischen den Resultaten des Facebook- und des Sennheiser Plugins fiel auf, dass Sennheiser einen guten Ausgleich in allen Frequenzbereichen schaffte. Die Aufnahme mit dem Facebook Plugin hingegen wirkten etwas höhenlastig und somit blechern. Ein hörbarer Unterschied zwischen der Distanz von 0,4 m und 1 m war nicht vorhanden. Eine Abweichung wurde bei einer höheren Distanz vermutet, wobei die Aufnahme dabei nur leiser geworden wäre. Ebenso konnte kein Unterschied zwischen einer Schallquelle mit und ohne Richtung festgestellt werden.
Alles in allem übertrafen die Aufnahmen die Erwartungen hinsichtlich der Qualität der Mikrofone und der Lokalisation der Schallquellen. Der angesprochene Hubschrauber konnte sehr gut geortet werden und flog originalgetreu über die Zuhörenden hinweg.
8 Anwendung von Ambisonic im Tutorium / der Lehre
An der Ostbayerischen Technischen Hochschule Amberg-Weiden haben Studierende des Studiengangs „Medienproduktion und Medientechnik“ im dritten Semester die Möglichkeit, erste Erfahrungen mit Mehrkanalaufnahmen zu sammeln. Im Fach „Audioproduktion“ und „Audiovisuelle Medien“ wird ihnen u.a. die Mikrofonierung für Stereo- und Surround Sound gelehrt.
Die Studierenden sollen anschließend im wöchentlich stattfindenden Praktikum des Fachs „Audiovisuelle Medien“ das Gelernte anwenden. Dort werden sie in vier Gruppen aufgeteilt. Jede Gruppe bekommt nacheinander dieselben Aufgaben zugeteilt. Die Studierenden sollen ein kurzes Video aufnehmen und dürfen dabei frei entschieden, ob das Audio in 3.0- oder in 5.0 Surround Sound aufgenommen wird. Die Bearbeitung der Audio- und Videoaufnahmen erfolgt anschließend in der DAW „Logic Pro”. An den Arbeitsplätzen im Rechnerraum, der sich gegenüber dem Multimedialabor befindet, gibt es nur die Möglichkeit den Sound mit Kopfhörern wiederzugeben. Ob die Mischung des Surround Sounds korrekt durchgeführt wurde, zeigt sich erst bei der Wiedergabe mit der 5.1 Surround Sound Anlage im Multimedialabor. Dort ist lediglich ein Platz vorhanden, an dem die Aufnahmen abgespielt werden können. So entstehen gelegentlich hohe Wartezeiten. Hierbei ist es wünschenswert, zukünftig eine alternative Wiedergabeoption verwenden zu können.
Abbildung 37: 3.0 Surround-Signal im Facebook Spatialiser Plugin
Um Surround Sound an jedem Computer mit Kopfhörern wiedergeben zu können muss das Audio Signal in ein binaurales Signal konvertiert werden. Der Spatialiser von Facebook ist das einzige der in Kapitel 4.2 getesteten Plugins, das einen Surround-Sound-Input von 4.0 bis maximal 7.0 unterstützt. Es ist ebenfalls möglich eine 3.0 Aufnahme zu importieren. Dafür muss der Input im Plugin auf „4.0“ stehen. Es erscheinen vier nummerierte Kreise. Der Kreis mit der Nummer 1 steht dabei für den ersten Kanal der Mehrkanalspur, Kreis 2 für Kanal zwei usw. (siehe Abbildung 37). Die ersten drei Nummern sind entsprechend der Mikrofon Aufstellung bei der Aufnahme im Plugin zu positionieren. Der Kreis mit der Zahl „4“ ist nicht relevant, da dessen Kanal keine Information enthält. Bei der 5.0 Aufnahme ist dasselbe Plugin mit dem Input „5.0“ zu verwenden. Hier tragen jedoch alle fünf Kanäle Informationen und somit sind alle fünf Kreise korrekt zu positionieren. Auch hier müssen die Spuren mit dem Surround Sound acht Kanäle besitzen und alle Kanäle an den Master senden, sodass das Plugin „Facebook Control“ korrekt funktioniert. Dieses Plugin ist auf den Master anzuwenden. Mit der Einstellung „Decode Binaural“ in dem Plugin „Facebook Control“ müssen die Signale anschließend entsprechend konvertiert werden. Dadurch ist eine Wiedergabe mit Kopfhörern an den Arbeitsplätzen im Rechnerraum und eine Vermeidung der Wartezeiten vor dem Multimedialabor möglich.
Eine zusätzliche Option ist es, eine „Digital Audio Workstation“ zu verwenden, die auf Windows und MacOS läuft. Aktuell wird an den Macs im Rechnerraum Logic Pro verwendet, welches nicht für andere Betriebssysteme erhältlich ist. Die DAW „Reaper“ läuft auf Windows und MacOS. Für Linux gibt es momentan experimentelle Versionen. Wie bereits in Kapitel 4.1 beschrieben, kann die DAW 60 Tage lang kostenlos getestet werden. So können die Studierenden das Programm auch zuhause installieren und dort an dem Projekt weiterarbeiten, falls dieses noch nicht an der Hochschule fertig gestellt wurde. In Reaper ist es möglich, verschiedene Video Formate samt Audio zu importieren und ein Rohschnitt am Video vorzunehmen. Es sind zwar Plugins vorhanden, die u.a. den Kontrast anpassen können, jedoch ist es empfehlenswert die Bearbeitung des Videos in einer Videoschnitt Software durchzuführen. Das fertige Video kann dann in Reaper eingefügt und das Audio anschließend angepasst, bearbeitet und zusammen mit dem Video exportiert werden. Alternativ ist es ebenfalls möglich das fertig bearbeitete Audio zu exportieren und in ein Videobearbeitungsprogramm einzufügen.
Eine weitere Möglichkeit ist, nicht nur die Wiedergabe, sondern ebenfalls die Aufnahmen und die Bearbeitung zu ändern. Anstatt Surround Sound könnten die Studierenden auch 3D Sound aufnehmen und bearbeiten. Zum Zeitpunkt dieser Arbeit besitzt die Hochschule keine Möglichkeit dreidimensionalen Sound durch Lautsprecher wiederzugeben. Deswegen müsste hier ebenfalls auf eine binaurale Wiedergabe zurückgegriffen werden. Für 3D Aufnahmen mit präziserer, akustischer Lokalisation und einem hochwertigeren Klangbild ist es empfehlenswert in Zukunft VR Mikrofone wie das Rode „NT-SF1“ oder das Sennheiser „Ambeo VR Mic“ zu verwenden.
Ideal für die Bearbeitung von 3D Sound im Praktikum wäre pro Gruppe ein Zeitraum von zwei Veranstaltungsblöcken zu je eineinhalb Stunden. Der Arbeitsablauf für die Studierenden folgender Semester könnten dann wie folgt aussehen:
Der erste Veranstaltungsblock wird für die Aufnahme verwendet. Zuerst sollen sich die Studierenden mit dem VR Mikrofon vertraut machen und es zusammen mit einer Kamera im Aufnahmeraum neben dem Multimedialabor aufbauen. Daraufhin müssen die Studierenden sich einen maximal 30 Sekunden langen One Shot ausdenken, in dem sie die verschiedenen Dimensionen von 3D Sound nutzen. In Zweier-Teams nehmen sie anschließend nacheinander ihre Ideen auf. Dabei steht ein Teil des Teams hinter und der andere vor der Kamera. Nach der Aufnahme sind die Positionen zu tauschen. Sobald das erste Zweier Team fertig ist, beginnt das Nächste. Aufgenommen wird auf SD Karten, die die Studierenden selbst mitbringen. Falls die Zeit nicht reicht, kann auch nur ein Video pro Zweier Team aufgenommen werden.
Der zweite Veranstaltungsblock ist für die Bearbeitung des Videos und der Audiospuren gedacht. Der Ablauf der Postproduktion ist ähnlich wie der, der in Kapitel 6.3.1 beschrieben wird. Die Studierenden bekommen den Auftrag in Reaper ein Projekt anzulegen, vier Spuren für die Aufnahmen zu erstellen und diese einer weiteren Spur unterzuordnen. Letztere funktioniert als Master für die vier untergeordneten Spuren. Für das Routing der vier einzelnen Spuren zum Gruppen Master siehe Abbildung 19. Bei dem Gruppen Master muss mit einem Plugin das A- in ein ambiX B Format konvertiert werden. Anschließend ist der „Facebook Spatialiser“ dem Gruppen Master hinzuzufügen und der Input des Plugins auf „B Format (1st Order ambiX)“ zu stellen. Auf den Master des Projekts ist das Plugin „Facebook Control“ zu legen und darin die Option „Decode Binaural“ zu aktiviert. Alle Spuren und der Master sind nun in den Routing Einstellungen auf eine Kanalanzahl von acht zu stellen (siehe Abbildung 21). Erst jetzt kann der Ton korrekt abgespielt werden. Falls noch genug Zeit übrig ist, besteht die Option mit dem Plugin „Facebook Spatialiser“ auf einer weiteren Spur zusätzlich Musik oder ein Geräusch durch den Raum zu bewegen. Der Input des Plugins muss dabei bei Musik auf „Stereo“ und bei Mono Geräuschen auf „Mixdown“ stehen. Nach der fertigen Postproduktion besteht die Möglichkeit das Projekt entweder im B Format oder mit binauralem Audio zu exportieren.
9 Fazit
In dieser Arbeit wurden verschiedene Aspekte von dreidimensionalem Sound aufgelistet und verglichen. Aktuell ist Stereo das am Weitesten verbreitete Signal. Durch die Entwicklung von u.a. kommerziell erhältlichen Ambisonic Mikrofonen findet 3D Sound immer mehr Beachtung. Das Ziel von dreidimensionalem Sound ist es, das Erlebnis für die Zuhörenden immersiver zu gestalten. Ambisonic Mikrofone nehmen in einem 3D Format auf, welches später nicht nur in dreidimensionale, sondern auch in ein- oder zweidimensionale Wiedergabeformate konvertiert und exportiert werden kann. Außerdem verhalfen Virtual Reality, Augmented Reality und die Entwicklung der 3D Soundwiedergabe durch Lautsprecher in Heimkinos zu mehr Bedarf im Bereich des dreidimensionalen Audios.
9.1 Zusammenfassung
Eine schnelle und kompakte Möglichkeit unterwegs und in Aufnahmestudios 3D Sound aufzunehmen, ist durch sogenannte „Ambisonic Mikrofone“ gegeben. Die meisten kommerziell erhältlichen Ambisonic Mikrofone nehmen im A Format auf. Dieses besteht aus vier Mikrofonkapseln mit der Richtcharakteristik „Niere“, die auf den vier Seiten eines Tetraeders sitzen. Das A Format muss in der Postproduktion zur weiteren Verwendung in das B Format konvertiert werden. Das B Format besteht aus einer Richtcharakteristik „Kugel“ und einer Richtcharakteristik „Acht“ pro X-, Y- und Z Achse. Die je vierspurigen A- und B Formate sind sogenannte „First Order Ambisonics“. Eine weitere Option, dreidimensionalen Sound aufzunehmen, ist binaural mit einem Kunstkopf oder einem Headset mit eingebauten Mikrofonen. Binauraler Sound wird für die Wiedergabe durch Kopfhörer aufgenommen und produziert.
Die anschließende Postproduktion von dreidimensionalem Sound unterscheidet sich nur in manchen Punkten von der klassischen Postproduktion. Die meisten Audiobearbeitungsprogramme (DAWs) sind mit entsprechenden Plugins in der Lage, 3D Audio zu bearbeiten. Die getesteten Plugins wandeln u.a. A- in B Format, platzieren 1D- und 2D Schallquellen im dreidimensionalem Raum und konvertieren den Sound binaural. Ohne diese Plugins können die Ambisonic Aufnahmen jedoch nicht korrekt wiedergegeben werden. Bei der Postproduktion sollte das Monitoring binaural per Kopfhörer geschehen, sofern keine Wiedergabe über ein 3D Lautsprechersystem möglich ist. Wenn mehrere FOA Aufnahmen gleichzeitig abgespielt werden müssen, entsteht schnell eine große Anzahl an Spuren. Sobald die zusammengehörigen FOA Audiofiles in der DAW gruppiert wurden, unterscheiden sich jedoch Arbeitsschritte wie z. B. das Schneiden, das Verschieben und das Erstellen von Übergängen nicht von der klassischen Postproduktion. Hall und ähnliche Effekte sind gleichermaßen auf alle Spuren einer Ambisonic Aufnahme zu legen.
Nach der Aufnahme und der Bearbeitung gibt es für die Wiedergabe von 3D Sound verschiedene Optionen, wie z. B. binaural über Kopfhörer. Binauraler Sound wird u.a. für AR, VR und immersive Hörspiele verwendet. Für weniger als 1.000 € ist es weiterhin möglich, viele Heimkinos in die dritte Audio Dimension zu erweitern. Das geschieht, indem eine Surround Sound Anlage um mindestens zwei z. B. Deckenlautsprecher erweitert wird. Dolby (Dolby Atmos), Auro (Auro-3D) und dts (dts:X) haben jeweils ein eigenes System entwickelt, mit dem sich 3D Sound durch unterschiedliche Lautsprecheranordnungen wiedergeben lässt. Beim Planen des eigenen Heimkinos ist es wichtig, dass das gewählte System die geplante Lautsprecheranordnung unterstützt und der AV Receiver 3D Sound abspielen kann. Die meisten aktuellen AV Receiver können sowohl Dolby Atmos, Auro 3D als auch dts:X abspielen. Zwar gibt es momentan nur eine kleine Auswahl an Filmen mit 3D Sound, dennoch können die meisten AV Receiver ebenfalls 1D- und 2D- in 3D Sound konvertieren („Upmixing“). Inzwischen sind in manchen Autos Lautsprechersysteme eingebaut, die dreidimensionalen Sound abspielen können.
Bei dem Mini Hörspiel konnten die Schritte von Aufnahme bis zur Wiedergabe praktisch angewandt werden. Dieses wurde mit vier separaten Mikrofonen im A- sowie im B Format aufgenommen. So konnte getestet werden, ob ein Unterschied zwischen A und B Format besteht und ob vier einzelne Mikrofone in den FOA Aufstellungen für die Aufnahme eines überzeugenden 3D Sound eignen. Das Mini Hörspiel war so konzipiert, dass sich Schallquellen durch den Raum bewegen. Zur Aufnahme wurden die vier Mikrofone mit einstellbarer Richtcharakteristik mit einem Interface an den Computer angeschlossen. Das Aufnehmen von A- und B Format erfolgten nacheinander. Für die Postproduktion wurde die DAW „Reaper“ mit den Plugins für 3D Sound von Sennheiser und Facebook verwendet. Beim Vergleich der fertigen, binauralen Hörspiel Varianten stach heraus, dass das A Format Hörspiel in allen Frequenzbereichen ausgewogener klang. Längere und sich wiederholende Geräusche waren gut zu lokalisieren.
Mit dem selbstentworfenen und -gebauten Würfel Mikrofon wurde zudem untersucht, ob dies eine Alternative zu den kommerziell erhältlichen Ambisonic Mikrofonen sein kann. Das Würfel Mikrofon besteht aus einem hohlen Würfel mit je einer Mikrofonkapsel pro Würfelseite. Der Würfel wurde in einer 3D Computergrafik Software entworfen und anschließend mit einem 3D Drucker gedruckt. Die sechs Mikrofonkapseln besitzen alle die Richtcharakteristik „Niere“. Aufgenommen wurden das Würfel Mikrofon mit einem mobilen Audiorekorder. In der Postproduktion konnten durch Spatialiser Plugins die Aufnahmen im virtuellen Raum entsprechend positioniert werden. Es wurden dabei der Spatialiser von Sennheiser und Facebook verglichen. Der Spatialiser von Sennheiser erzeugt ein besseres Klangbild als der von Facebook. Die Ergebnisse übertrafen die Erwartungen hinsichtlich der Qualität und der Lokalisation der Schallquellen.
9.2 Empfehlung
Das Würfel Mikrofon hat gezeigt, dass es sich sehr gut für gelegentliche, nicht professionelle, Aufnahmen von 3D Sound eignet. Bei einem Nachbau sollte dieses kleiner gehalten und mit hochwertigeren Mikrofonen ausgestattet werden. Außerdem ist es empfehlenswert einen Windschutz für Außenaufnahmen einzuplanen. Auch die Überdeckung der einzelnen Richtcharakteristiken muss berücksichtigt werden. Das Berechnen der perfekten Positionen von Mikrofonkapseln auf dem Würfel Mikrofon und das Entwerfen eines eigenen Audiointerfaces für dieses Mikrofon könnten z. B. Aufgaben für eine weitere Abschlussarbeit sein.
In der Ostbayerischen Technischen Hochschule Amberg-Weiden werden den Studierenden des Studiengangs „Medienproduktion und -technik“ erste Einblicke in die Surround Sound Aufnahme ermöglicht. Von den Studierenden im Praktikum aufgenommene Surround Signale können aktuell nur an einem Arbeitsplatz im Multimedialabor wiedergegeben werden, was hohe Wartezeiten erzeugen kann. In dieser Arbeit wurden mögliche Wege untersucht, wie der Arbeitsablauf optimiert werden kann. Eine weitere Überlegung war die Studierenden mit ähnlichen Arbeitsschritten wie beim Mini Hörspiel an 3D Sound heranzuführen.
Binauraler Sound ist ein möglicher Lösungsweg, die Wartezeiten für die Studierenden vor dem Multimedialabor zu verkürzen und 2D in 3D Sound zu konvertieren. Weiterhin ist es für die Studierenden im Medien Bereich umso hilfreicher, bereits Erfahrungen mit dreidimensionalem Sound zu haben, wenn dieser in Zukunft immer mehr Verwendung findet. Diese Erfahrungen können durch die Aufnahme und Bearbeitung von Ambisonic Sound vertieft werden.
Abschließend lässt sich sagen, dass dreidimensionaler Sound in Zukunft weiter ausgebaut wird, sofern die Nachfrage steigt. Ein solcher 3D Sound kann zwar mit vier einzelnen Mikrofonen in einer der FOA Aufstellungen aufgenommen werden, jedoch ist der räumliche Eindruck von kommerziell erhältlichen Ambisonic Mikrofonen besser. Direktes Monitoring bei den Ambisonic Aufnahmen ist aktuell nur bei dem „Zoom H3 VR“ möglich. Einer Änderung von Hard- und Software kann jedoch zukünftig das Monitoring anderer VR Mikrofone erleichtern und das Aufnehmen somit attraktiver gestalten. Momentan gibt es nur sehr wenige Filme mit einer 3D Spur in Deutsch. Aber auch das wird sich zukünftig ändern, wenn der Bedarf groß genug ist.
10 Anhang
10.1 Quellenverzeichnis
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10.2 Abbildungsvrzeichnis
Abbildung 1: MS Stereofonie [62]
Abbildung 2: HRTF-Filterwirkung [67]
Abbildung 3: Lautsprecheranordnung bei 5.1 Surround-Sound [63]
Abbildung 4: Neumann KU 100 [64]
Abbildung 5: Ambeo Smart Headset von Sennheiser [65]
Abbildung 6: Anordnung der Mikrofonkapseln [15]
Abbildung 7: Ambisonic 0. bis 4. Ordnung [66]
Abbildung 8: B-Format Versuch
Abbildung 9: A-Format Versuch
Abbildung 10: Tracks Live von Waves
Abbildung 11: Das AMBEO A-B-Konverter Plugin von Sennheiser
Abbildung 12: Das Rode SoundField Plugin
Abbildung 13: Eine Dolby Atmos 4.1.2 Anlage [61]
Abbildung 14: Skizze eines Lautsprechers mit einem „Enabled Speaker“
Abbildung 15: Lautsprecheranordnung von Auro 11.1 und 13.1 [45]
Abbildung 16: Auro-3D Lautsprecheranordnung im Porsche Panamera [49]
Abbildung 17: Mögliche Lautsprecheraufstellung bei dts:X [50].
Abbildung 18: Mini-Hörspiel. A-Format Mikrofonierung
Abbildung 19: Kanalführung der vier Spuren zum Plugin
Abbildung 20: Kanalführung des Projektes
Abbildung 21: Routing Einstellungen der Masterspur
Abbildung 22: A-Format Hörspiel in Reaper
Abbildung 23: B-Format Hörspiel in Reaper
Abbildung 24: Schaltungsskizze eines Kondensatormikrofons mit Spannungsregler
Abbildung 25: Schaltungsskizze des Würfelmikrofons mit Schalter
Abbildung 26: Skizzen des Würfelunterteils. Links Seitenansicht, rechts Draufsicht.
Abbildung 27: Der „Boolean Modifikator“ in Blender 2.8
Abbildung 28: Gevierteltes Würfelunterteil nach dem Extrudieren
Abbildung 29: Teilweise geschlossene Faces des Lochs für die Mikrofonkabel.
Abbildung 30: Der Würfel nach dem 3D-Druck
Abbildung 31: Platine mit Drahtbrücken, Widerständen, Mikrofonkabeln und Kondensatoren
Abbildung 32: Anordnung der Klinkenkabel
Abbildung 33: Die Stativbefestigung des Würfel Mikrofons
Abbildung 34: Aufbau des Würfel-Mikrofons am Parkplatz im Wald
Abbildung 35: Die Plugin-Einstellung für Spur "Mic 4 Links"
Abbildung 36: Die Aufnahmen des Würfel-Mikrofons in Reaper
Abbildung 37: 3.0 Surround-Signal im Facebook Spatialiser Plugin
10.3 Drehbuch – Mini-Hörspiel
10.4 Kosten des Würfel-Mikrofons
Es folgt eine Auflistung der verwendeten Bauteile für das Würfel Mikrofon. Einige Komponenten waren bereits vorhanden und werden daher nicht einkalkuliert.
| Beschreibung |
Anzahl |
Preis in € |
| Batterie 9 V |
1 |
- |
| Batterieanschluss |
1 |
- |
| Klinkenkabel 25 m |
1 |
25,95 |
| Klinkenstecker, Mono 6,3mm |
6 |
3,30 |
| Kondensator 0,1 µF |
6 |
0,12 |
| Kupferdraht kurz (2-Adrig) |
6 |
- |
| Lötzinn |
1 |
- |
| Metallwinkel |
1 |
0,95 |
| Mikrofonklemme |
1 |
5,19 |
| Mikrofonkapsel EMY-625N, Lötanschluss |
6 |
10,20 |
| Mikrofonkapselhalter |
6 |
5,70 |
| Platine 50 mm x 50 mm |
1 |
- |
| Schalter |
1 |
- |
| Silber Drahtrolle |
1 |
12,99 |
| Widerstand 1 k? |
6 |
- |
| Würfel (3D-Druck) |
1 |
10,00 |
|
|
|
| Gesamt |
|
74,40 |
Abkürzungen und Begriffe
| µF |
Mikro Farad = 10-6 |
| 3D |
Dreidimensional |
| AR |
Augmented-Reality |
| ASH |
Ambeo Smart Headset |
| AV-Receiver |
Audio-Video-Receiver |
| BPM |
Beats per minute |
| DAW |
Digital Audio Workstation |
| FOA |
First Order Ambisonic |
| GPL/GNU |
General Public License |
| HOA |
Higher Order Ambisonic |
| HRTF |
Head Related Transfer Function |
| LFE |
Low Frequency Effects |
| Mikrofone leveln |
Die unterschiedlichen Mikrofone auf dieselbe Lautstärke bringen |
| Monitoring |
Überwachen der laufenden Aufnahme |
| MS |
Mitte-Seite-Stereofonie |
| Plugin |
Eine Erweiterung für ein Programm |
| Postproduktion |
Das Bearbeiten von Audio- und Videoaufnahmen. |
| VR |
Virtual-Reality |
| VST-Plugins |
Virtual Studio Technology Plugins. |
| v. |
Version |
|
