Die Ingenieure der Automobilhersteller und Akustikexperten arbeiten Hand in Hand, um die Performance der Soundsysteme zu neuen technologischen Höhen zu bringen. Inzwischen existieren Fahrzeuge, die über 30 Lautsprecher verfügen und mit bahnbrechenden Technologien ausgestattet sind. Auf dem Weg zu den „rollenden Konzertsälen“, berücksichtigen die Experten auch Merkmale der Psychoakustik. Nicht ohne Grund. Denn die Beurteilung der Klangqualität lässt sich nicht alleine auf eine Metrik basierend auf Zahlen beurteilen. Reine Mathematik kann kein emotionales Hörerlebnis garantieren. Das menschliche Ohr funktioniert viel subtiler. Zudem findet die Wahrnehmung von Schall nicht nur über das Ohr statt, vielmehr werden mehrere menschliche Sinne angesprochen.

Der Mensch besitzt nach der modernen Physiologie neun Sinne. Das Sehen und Hören sind die dominantesten Informationsträger, wobei der Sehsinn alle anderen Sinne dominiert. In der Psychoakustik heißt es daher auch: Das Auge hört mit. Neben unseren Augen ist es den Menschen möglich, durch die Ohren und akustische Lebenserfahrung Räumlichkeit wahrzunehmen, wie die empfundene Größe eines Raums oder die Position in einem Raum zu interpretieren. Diese kognitive Leistung findet unbewusst, kontinuierlich und automatisch statt.

Von Natur aus verfügt der Mensch über eine ausgeprägte auditive Wahrnehmungskompetenz. Er hat gelernt, akustische Informationen unbewusst, rund um die Uhr, zu beurteilen. Die auditive Wahrnehmung unterscheidet sich dabei von Mensch zu Mensch. Sie ist nicht universell. Jedes Signal wird in realer Umwelt auf dem Weg zum Ohr beeinflusst, entgegen der Übertragung in einem schalltoten Raum. Das vom Ohr aufgenommene „Mischprodukt“ lässt durch die angelernte Erfahrung automatisch Rückschlüsse auf die das Signal umgebende Umwelt zu. Darüber hinaus belegen Studien, dass die Wahrnehmung von Schall auch über die Körperoberfläche stattfindet.

Wissenschaftliche Erkenntnisse zur Wahrnehmung von Vibrationen
Diverse Studien haben sich in der Vergangenheit den Auswirkungen von Vibrationen, erzeugt durch Audio, auf die menschliche Wahrnehmung gewidmet. Exemplarisch stellen wir Ihnen drei Studien vor. Zwei Studien beziehen sich auf die Wahrnehmung von Vibrationen in einem Fahrzeug, eine Studie bezieht sich auf die Wahrnehmung von Vibrationen in einem Konzertsaal.

1. William L. Martens et al. untersuchten den Einfluss von Ganzkörpervibration (über dem Boden und Fahrzeugsitz) binauraler Musikaufnahmen, die über ein Soundsystem im Fahrzeug reproduziert und über eine kopfhörer-basierte binaurale Tonwiedergabe ausgegeben wurden (binaurale Tonaufnahme = Tonaufnahme von Schallsignalen mit Mikrofonen, die bei der Wiedergabe über Kopfhörer einen natürlichen Höreindruck mit genauer Richtungslokalisation erzeugen). Die Forschung bezieht sich auf vier unterschiedliche Musikstücke, die aufgrund ihres substantiellen Niederfrequenzgehaltes ausgewählt wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass der bevorzugte Pegel (Bassausgleich) für von einem Kopfhörer abgegebene niederfrequente Audiosignale von den Studienteilnehmern reduziert wurden, sobald die Vibrationslevel für die vier Musikstücke erhöht wurden. Ein substantieller Effekt auf das vom Hörer bevorzugte Niederfrequenzniveau wurde beobachtet, sobald das dem Hörer zugeführte Schwingungsniveau um 12 dB geändert wurde.
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Quelle: “Whole-body vibration associates with low-frequency audio reproduction influences preferred equalization”; William L. Martins et. al., AES 36th International Conference, Dearborn, Michigan, USA, 2009

2. Germain Simon et al. analysierten ebenfalls das Vorhandensein von Ganzkörpervibrationen. Die Bass-Ausgleichspräferenzen der Zuhörer wurden auch für vier verschiedene Musikstücke gemessen, die durch ein hochwertiges Soundsystem in einem Fahrzeug reproduziert und durch eine kopfhörer-basierte binaurale Tonwiedergabe ausgegeben wurden. Die Aufgabe wurde wiederholt, während die Zuhörer verschiedene Niveaus von simulierten und realen Ganzkörpervibrationen erlebten, die durch das Soundsystem des Fahrzeugs assoziiert wurden.
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Die Ergebnisse bestätigen, dass durch ein Automobil-Soundsystem erzeugte reale als auch simulierte Ganzkörperschwingungen das bevorzugte Niveau der Basseinstellung beeinflussen. Die Bewertungen des virtuellen Soundsystems zeigen, dass das Hinzufügen von simulierten Vibrationen zur BRS-Wiedergabe die scheinbaren „fehlenden 3 dB Bass“ wieder herstellen kann und das Erlebnis viel näher an das bringt, was man hört und fühlt, wenn man im Fahrzeug sitzt.

Quelle: “The effect of whole-body vibrations on preferred bass equalization of automotive audio systems”; Germain Simon et al., AES 127thConvention, New York, NY, USA, 2009.

Die Experimente beider Studien wurden in einem parkenden Fahrzeug mit ausgeschaltetem Motor in einem Forschungslabor durchgeführt. Die Auswirkungen von Vibrationen, verursacht durch den Fahrzeugmotor und Straßengeräuschen und entsprechend bevorzugtem Bassausgleich wurden in diesen Experimenten nicht untersucht.

Zusammenfassend belegen beide Studien, dass binaurale Raummessungen möglicherweise kein exaktes, natürliches valides Hörergebnis für Fahrzeugaudiosysteme liefern, sofern die Ganzkörpervibration nicht berücksichtigt werden.

3. Merchel und Altinsoy untersuchten den Einfluss durch Audio induzierte/verursachter Vibrationen auf die wahrgenommene Qualität eines Konzerterlebnisses. Die Forscher gingen den Fragen auf den Grund, ob Ganzkörper-Vibrationen für die Wahrnehmung von Musik wichtig sind, ob das Fehlen der Vibrationskomponente zu einem Verlust der wahrgenommenen Qualität in einem Konzerterlebnis führen kann und ob ein Konzerterlebnis durch Hinzufügen von Vibrationen verbessert werden kann. Die Studie fokussiert sich auf Ganzkörpervibrationen einer sitzenden Person, wie sie in einem klassischen Konzertsaal wahrgenommen werden.
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Schwingungsintensitäts- und Frequenzspektren sind von verschiedenen Faktoren, wie z. B. Raummodi oder Bauparameter abhängig. In vielen Fällen, so die Forscher, kann der Konzerthörer die Schwingung nicht als separates Merkmal erkennen, weil das taktile Wahrnehmen mit den anderen Sinnen (z. B. Sehen und Hören) in eine multi-modale Wahrnehmung integriert ist. Selbst wenn der Zuhörer sich Schwingungen nicht bewusst ist, können diese einen Einfluss auf erkennbare Merkmale des Konzerterlebnisses haben, die von entscheidender Bedeutung für die Qualität der Konzertsäle sind.

Zusammenfassend belegten Merchel und Altinsoy, dass sich Vibrationen äußerst positiv auf das Musikerlebnis auswirken können (untersucht in sitzender Position).

Quelle: “Vibration in music perception”, Sebastian Merchel und M. Ercan Altinsoy, AES 134thConvention, Rome, Italy, 2013

Die Forscher sind sich einig, dass Vibrationen eine signifikante Rolle in der Wahrnehmung von Musik einnehmen. Studienergebnisse belegen, dass 10 – 15 dB Veränderung im Bereich der tiefen Frequenzen durch den Menschen über den Körperschall wahrgenommen werden.

Berücksichtigung von psychoakustischen Merkmalen mit Hilfe der Auralisation
Um bei der Entwicklung von modernen Soundsystemen in Fahrzeugen in der frühen Entwicklungsphase bereits die Merkmale der Psychoakustik berücksichtigen zu können, wird das Verfahren der Auralisation angewendet.

Mit dem Verfahren der Auralisation werden akustische Animationen einer Situation (eines Raumes) erzeugt, die die Auswirkungen unterschiedlicher Situationen (Raumgestaltungen) unmittelbar hörbar machen. Der Klang der virtuellen Soundsysteme wird erlebbar gemacht. Die Sinneseindrücke werden transportiert. Stimmen die Reize nicht überein, entsteht eine kognitive Dissonanz – ein Widerspruch von Eindrücken. Klangliche Unzulänglichkeiten werden als unnatürlich oder gar störend empfunden. Die Akustikexperten können im Auralisationsverfahren psychoakustische Merkmale am digitalen Produkt untersuchen und unerwünschten Eindrücke in der frühen Entwicklungsphase eliminieren.

Erweitertes Hörerlebnis durch Wahrnehmung von Körperschall durch kraftvolle, natürliche Bassleistung
Wir von MVOID haben in den vergangenen Monaten das Phänomen der Körperschallwahrnehmung näher beleuchtet. Wir haben untersucht, wie wir die wissenschaftlichen Ergebnisse in unserem Auralisationsverfahren berücksichtigen können. Bei unserer Arbeit sind wir auf das Start-up-Unternehmen Lofelt (www.lofelt.com) aufmerksam geworden. Das Unternehmen entwickelt haptische Technologie für verschiedene Anwendungsbereiche.

Lofelt hat auf der CES 2017 ein Produkt namens Basslet vorgestellt. Ein Produkt, das bei der Musikwiedergabe die Wahrnehmung von Körperschall über Kopfhörer verstärkt. Das Kernstück des Basslet ist der „L5 Actuator“. Der Aktuator erzeugt Vibrationen, die die tiefen Töne fühlbar macht. Die Bässe werden intensiver wahrgenommen, obwohl Personen sie nicht lauter hören als zuvor.

Das Basslet beginnt zu vibrieren, sobald Musik abgespielt wird und zwar in Intensität, Frequenz und Takt passend zu den Basstönen in der Musik. Ein langsam ausklingender Bass ist auch als solcher spürbar. Der Schlag einer Basstrommel macht sich kurz, aber dafür umso deutlicher bemerkbar. Das Wearable arbeitet in den tiefen Tönen.

Das Basslet erinnert beim ersten Anblick an eine Smartwatch oder ein Fitness-Gadget. Es besteht aus zwei Teilen: einem Sender und einem Empfänger. Der kabelgebundene Sender wird mit dem Smartphone, Laptop oder Musik-Player und dem Kopfhörer verbunden. Der Empfänger wird wie eine Uhr eng am Arm getragen.

Inzwischen hat MVOID für Lofelt Simulationsprozesse für die Optimierung des L5-Aktuators entwickelt und wird das weiterentwickelte Produkt im MVOID-Auralisationsverfahren in der nächsten Release von „VRtool“ einsetzen.

Durch die Weiterentwicklung unseres MVOID-Auralisationstools (VRtool) mittels haptischer Technologie von Lofelt sind wir nun in der Lage, auch die Tiefenwahrnehmung von Vibrationen über Kopfhörer in unserem Auralisationsverfahren erlebbar zu machen. Das menschliche Gehirn kann nun Klang und Vibration zu einem einzigen Erlebnis verbinden.

Sofern Sie mehr zum MVOID-Auralisationsverfahren erfahren möchten, lesen Sie auch unseren Artikel „Musik in den Ohren – Wie schützt Auralisation vor unzutreffenden Erwartungen an den Klang?“.

 

Bildquellen: 
©Jrgen Fichle – Fotolia.com #98157119  
„L5 Actuator“, Lofelt
Basslet, Lofelt