• Walter Miller

Die auditive Wahrnehmung Teil 1: 3D-Audio

Wer Gefahrensituationen am Arbeitsplatz sicher meistern möchte, muss sich vor allem auf seine Wahrnehmung verlassen. Nach der visuellen ist die auditive Wahrnehmung unsere wertvollste Stütze beim Erkennen von Gefahren.

Unsere Ohren sind hoch entwickelte Multifunktionsmessgeräte, kompakt und unersetzlich im täglichen Leben. Die technischen Daten sind beeindruckend. Ausgestattet mit einem scharfen Hörsinn, einer sensiblen Warnfunktion und einer präzisen Orientierungshilfe, sind sie 24/7 für uns im Einsatz.

Informationshaltige Betriebsgeräusche von Maschinen, Sprachkommunikation und Warnsignale gehören neben Umweltgeräuschen zum täglichen Arbeitsleben. Das dreidimensionale Sound Design eines VR-Sicherheitstrainings muss diese wichtigen Elemente bestmöglich wiedergeben, um Trainingssituationen realistische darzustellen.


Das VR Headset - Ein echtes Raumwunder

Den ersten Schritt in die virtuelle Welt setzen wir mit einer VR Brille. Direkt vor unseren Augen laufen Filme von realen oder künstlich generierten Räumen ab. Wir landen von einer zur nächsten Sekunde in einem dreidimensionalen Abbild einer entfernten Realität. Doch wer virtuelle Räume nicht nur sehen, sondern erleben möchte, macht noch einen zweiten Schritt - mit einem Kopfhörer.

„Audio is 50% of the movie going experience.“, lautet ein bekanntes Zitat des Star Wars Regisseurs George Lucas.

Und hier besteht kein Unterschied zum Kino - die Macht der Tongestaltung ist genauso stark in der Virtuellen Realität, vielleicht sogar noch stärker.


Lokalisation von Warnsignalen in VR

In der realen Welt kann der Mensch Schallquellen sehr genau orten. Hören wir beispielsweise das Signal eines LKW im Rückwärtsgang, den Rückfahrwarner, können wir schnell einschätzen, in welcher Richtung und Entfernung der LKW sich gerade befindet, noch ohne ihn gesehen zu haben. Verantwortlich für das binaurale Richtungshören sind unsere beiden Ohren und das Gehirn.

Binaurales Hören funktioniert über Pegel und Laufzeitunterschiede. Die Schallwellen treffen zuerst auf ein Ohr und geringfügig später und leiser auf das andere Ohr, welches von der Schallquelle abgewandt ist. Es können Unterschiede von 0,00001 Sekunden wahrgenommen werden. Das Gehirn berechnet daraus die Richtung, mit einer Genauigkeit von bis zu einem Grad. Zusätzlich wird durch die Form der Ohrmuschel und des Schädels die Klangfarbe verändert, sodass ermittelt werden kann ob ein Signal von vorne, hinten, oben oder unten kommt.

Dasselbe Prinzip kommt bei der 3D-Audioproduktion für VR-Sicherheitstrainings zum Einsatz. Der Sounddesigner platziert Schallquellen im virtuellen Raum, kombiniert diese mit Originalaufnahmen und erstellt damit ein dreidimensionales Klangfeld. Daraus wird im VR Headset der binaurale Ton berechnet.


Spatial Audio - 3D für die Ohren

Die Ansprüche an ein VR-Sicherheitstraining sind hoch, es wird eine möglichst realistische Erfahrung in 360° 3D angestrebt. Wir bewegen uns durch einen dreidimensionalen Raum, bei dem es auf die visuelle und auditive Wahrnehmung ankommt. Der Raum darf sich nicht mit dem Kopf mitdrehen, das würde die Simulation zerstören. Er muss, um statisch zu wirken, synchron zur aktuellen Kopfdrehung, in die Gegenrichtung rotiert werden. Möglich macht das ein Bewegungssensor und eine spezielle Tonspur, die ein Klangfeld erzeugt - Ambisonics genannt.

Ambisonics besteht in seiner einfachsten Form aus vier Kanälen (first order ambisonics) in denen die Position und Rauminformation jeder einzelnen Schallquelle steckt. Das VR Headset misst ständig seine eigene Orientierung im Raum. Es erkennt demnach unseren Blickwinkel, die Lage der Ohren und die daraus resultierende Lage der Schallquellen. Mit Hilfe dieser Daten werden in Echtzeit aus dem ambisonischen Ton, die beiden Kanäle des binauralen Tons berechnet. Einer für jedes Ohr. Direkt über Kopfhörer, also ohne zusätzliche Laufzeiten, wird der binaurale Ton abgehört und im Gehirn entschlüsselt - genauso wie wir es aus dem Alltag gewohnt sind.

Somit erleben wir die auditive Wahrnehmung als einen ganz natürlichen Vorgang in VR. Und es braucht keine aufwendige Surround Sound Anlage mit 21 und mehr Lautsprechern, wenn der Mensch doch nur zwei Ohren hat. Letztendlich genügt ein handelsüblicher Kopfhörer um in die faszinierende, dreidimensionale Klangwelt einer VR Simulation einzutauchen.


Photo by Alex Holyoake on Unsplash

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