3D-Raumklang auf Stereo-Kopfhörer
3D-Sound im MP3-Format

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Das Fraunhofer-Institut macht MP3 fit fürs Surround-Zeitalter. MP3 SX bringt sogar Stereo-Signalen den 5.1-Raumklang bei. Der Ensonido-Player gibt 3D-Sound auf gewöhnlichen Stereokopfhörern wieder.

Das perfekte Klangerlebnis

3D-Raumklang auf Stereo-Kopfhörer

Surround-Sound: Synonym für das perfekte Klangerlebnis im Kino und zu Hause. Ob im Stand-alone-DVD-Player oder am PC, mittlerweile gibt es passende Wiedergabegeräte und Boxensets für jeden Geldbeutel. MP3-Nutzern wurde dieser Genuss bisher vorenthalten. Kostenlose Software-Tools bringen jetzt aber nicht nur Surround-Sound ins MP3-Format, sondern ermöglichen echten Raumklang auch auf normalen Stereokopfhörern.


Surround-Klang im MP3-Format

3D-Raumklang auf Stereo-Kopfhörer

Wissenschaftler vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen in Erlangen haben mit MP3 Surround bereits ein Verfahren vorgestellt, das basierend auf dem MP3-Format 5.1-Raumklangerlebnis mit niedrigen Bitraten verspricht. Benötigt wird dazu lediglich ein herkömmliches Surround-Sound-System. Das Audiomaterial muss ebenfalls im 5.1-Sound-Format vorliegen, also zum Beispiel als Dolby-Digital-Tonspur.

Der Trick: Beim Codieren werden in den MP3-Datenstrom neben dem Stereosignal auch die Surround-Informationen eingebettet. Normale Software-Player ignorieren diese. Der vom Fraunhofer-Institut kostenlos unter www.all4mp3.com bereitgestellte MP3 Surround Player 2.0 spielt dagegen zusätzlich die gespeicherten 3D-Klang-Informationen über die Anlage ab. Das Resultat: Echter Surround-Sound, aber im Platz sparenden MP3-Format verpackt. Den kostenlosen Encoder gibt es unter www.iis.fraunhofer.de/amm/download/mp3surround. Wer MP3 Surround auf dem populären Musikplayer Winamp hören möchte, kann sich unter www.all4mp3.com ein passendes Plug-in herunterladen.

Der eigentliche Clou des Fraunhofer-Software-Players ist aber nicht das Abspielen von MP3-Raumklang: Er enthält mit »Ensonido« ein Modul, das die räumliche Wiedergabe von Surround-Material auf gewöhnlichen Stereokopfhörern emuliert.


Ensonido: Raumklang mit Kopfhörer

3D-Raumklang auf Stereo-Kopfhörer

Weder ein schneller PC noch ein Surround-System sind erforderlich, um MP3-Surround-Files auf dem Kopfhörer abzuspielen. Im Fraunhofer-Player lässt sich die Surround-Option per Knopfdruck auf das Kopfhörer-Symbol aktivieren. Auch wer nicht über eine 5.1-Anlage verfügt, hat somit die Möglichkeit, sich am PC einen Eindruck der Mehrdimensionalität zu verschaffen.

Um den Raumklang über Kopfhörer zu ermöglichen, berücksichtigt Ensonido drei Parameter, die für die Positionierung von Tonquellen ausschlaggebend sind: Der Ursprung einer Schallquelle wird aus den Laufzeit- und Pegelunterschieden zwischen beiden Ohren wahrgenommen. Zudem verwendet Ensonido die Schallfeldsimulation HRTF (Head Related Transfer Function, kopfbezogene Übertragungsfunktion), um Raumklang zu ermöglichen. Je nach Kopf- und Torsoform eines Menschen werden Schallquellen unterschiedlich reflekiert. Das Gehör erkennt die Reflexionen und kann daraus deren Urprung lokalisieren. HRTF bildet den Widerhall und die Brechung des Schalls per Algorithmus nach.


Hörbare Qualitätsunterschiede nur auf Highend-Audio

3D-Raumklang auf Stereo-Kopfhörer

Die aufwändige Rechnerei lohnt sich: Lauscht man mit Ensonido MP3-Surround-Files über Kopfhörer, entsteht der Eindruck, man befände sich tatsächlich inmitten des Geschehens. Nur Besitzer einer teuren High-end-Anlage werden einen Qualitätsunterschied zwischen MP3 Surround und dem unkomprimierten Ausgangsmaterial heraushören.

Auf einer »normalen« Anlage merkt man indes keinen Unterschied. Dafür sorgt das Prinzip der Datenreduktion, das hinter MP3 und seiner Erweiterung MP3 Surround steckt. Es wird als Perceptual Audio Coding bezeichnet und macht sich eine Eigenschaft des Gehörs zunutze. Bei der Codierung eines Musikstücks werden die Frequenzanteile, die vom menschlichen Ohr nicht oder kaum wahrgenommen werden können, weggelassen. Gleichzeitig wird eine Frequenz- und Pegelanalyse durchgeführt. Es werden die Frequenzen herausgefiltert, die von einer anderen überdeckt und somit nicht wahrnehmbar sind. Die verbleibenden Frequenzen werden mit einer Bitrate codiert, die der Anwender festlegt. Diese kann zwischen 32 KBit/s und 320 KBit/s liegen. Je höher die Bitrate, desto besser die Klangqualität.


MP3 SX: Aus Stereo wird 5.1-Sound

3D-Raumklang auf Stereo-Kopfhörer

Raumklang gibt es mit Ensonido aber nicht nur exklusiv für 5.1-Material: Mit dem MP3-SX-Encoder des Fraunhofer-Instituts lassen sich auch Stereo-Aufnahmen ganz gewöhnliche MP3- und WAV-Dateien in Multikanal-Sound umwandeln und mit Ensonido über Stereokopfhörer wiedergeben.

In jeder Stereoaufnahme sind bereits Raumklanginformationen enthalten wie viele, hängt von der verwendeten Studio-Aufzeichnungsmethode ab. Diese Raumklang-Infos werden durch den MP3-SX-Encoder analysiert und über die beiden hinteren Kanäle wiedergegeben. Auf dem vorderen, linken und rechten Kanal verbleibt der Originalton. Durch die Aufteilung in verschiedene Kanäle entsteht ein Klangbild mit erweitertem Sweet Spot: In diesem Bereich nimmt der Hörer die Position der verschiedenen Klangquellen im Raum am besten wahr.


Raumklang-Infos machen 3D-Sound

3D-Raumklang auf Stereo-Kopfhörer

Tests mit MP3 SX zeigen, dass sich der Raumklang-Effekt mit Ensonido allerdings nur dann einstellt, wenn die Stereofiles ausreichend Raumklanginformationen enthalten. Das ist von CD zu CD verschieden. Beispielsweise klingt Jean-Michel Jarres Album »Aero« im MP3-SX-Format im subjektiven Hörtest kaum besser als das Original.

Bei Musikfiles wie »Californication« von den Red Hot Chili Peppers dagegen ortet man nach MP3-SX-Konvertierung Instrumente und Stimmen deutlicher im Raum. Eine Konkurrenz zu MP3 Surround und unkomprimiertem 5.1-Ton stellt MP3 SX aber nicht dar.


Schnelles MP3-SX-Encoden ab 3 GHz

3D-Raumklang auf Stereo-Kopfhörer

Zum Erstellen der MP3-SX-Files ist der gleichnamige Fraunhofer-Konverter erforderlich. Die für den privaten Gebrauch kostenlose Software gibt sich bereits mit einem 1-GHz-PC samt 128 MByte RAM zufrieden. Um lange Wartezeiten beim Encoden zu vermeiden, sollte der Rechner aber deutlich schneller sein. Selbst auf einem 3-GHz-Rechner dauert das Konvertieren einer 5 MByte großen MP3-Datei rund zwei Minuten. Der Encoder verarbeitet sechskanalige WAV-Dateien (lineares PCM mit 44,1 oder 48 kHz Samplingrate) und erzeugt 5.1-Sound mit einer festen Bitrate von 192 KBit/s. Akzeptiert wird derzeit nur MP3-Ausgangsmaterial mit fester Bitrate von maximal 192 KBit/s. Wiedergeben lassen sich die Files mit dem MP3 Surround Player 2.0.

Trotz Raumklang-Erweiterung bleibt der größte Vorteil des Musikformats erhalten: Zur Speicherung der Raumklang-Informationen in MP3 SX wird wie bei MP3 Surround nur eine etwas größere Datenmenge benötigt als für die Stereo-Codierung notwendig. Eine MP3-SX-Datei ist nur rund 15 Prozent größer als ihr Stereo-MP3-Pendant. Der Daten-Overhead beträgt 16 KBit/s.