Alles über Kunstkopf-Aufnahmen, Recording, Zukunft, Hintergründe

Alles über Kunstkopf-Aufnahmen, Recording, Zukunft, Hintergründe

Es war im Jahr 1973. Auf der Berliner Funkausstellung präsentierten die Radioanstalten der ARD eine Technik, die schon Jahrzehnte alt war und nun für das Radio wiederentdeckt wurde: Die Kunstkopf-Stereophonie – oder auch Kunstkopf-Aufnahmen genannt. Das Ziel: Produktion von Hörspielen und Features mittels Kunstkopf-Stereophonie soll den Zuhörer direkt ins Geschehen hinein versetzen. Der Bayrische Rundfunk produzierte zahlreiche Programme speziell für diesen Zweck und bewarb die Ausstrahlung zusammen mit erklärenden Hinweisen, wie denn Aufnahmen mit der „neuen“ alten Kunstkopf-Stereophonie vom Hörer an den Radiogeräten richtig abzuhören seien, nämlich mit einem Kopfhörer. Und damit sind wir mitten drin in der spannenden Geschichte rund um den Kunstkopf.

Geschichte der Kunstkopf-Stereophonie

Die Geschichte des Kunstkopfs beziehungsweise der Kunstkopf-Stereophonie lässt sich bis in die 1930er-Jahre zurückverfolgen. Die Bell Telephone Laboratories in New Jersey waren an der Entwicklung des ersten Dummies maßgeblich beteiligt. Dieser bestand aus dem Kopf einer Schaufensterpuppe, an dessen Seiten Mikrofone befestigt waren. Damals waren die Mikrofone allerdings noch außerhalb des Kopfes angebracht, denn in den frühen 1930er-Jahren waren diese noch sehr groß und an eine Konstruktion mit Mikrofonen in einem künstlichen Gehörgang war noch nicht zu denken. Dennoch waren die Ergebnisse bereits erstaunlich, denn die Ingenieure hatten herausgefunden, dass Laufzeitunterschiede und Lautstärkeunterschiede zwischen den beiden Ohren maßgeblich für die Ortung des Schalls im Raum sind. Dass zwischen den beiden Ohren der Kopf sitzt, musste also Auswirkungen auf die Ortung haben.

Ein Kunstkopf der Firma NEUMANN

Schon damals stellte man fest, dass für eine Reproduktion so aufgenommenen Schalls Kopfhörer erforderlich sind, denn bei einer Lautsprecherwiedergabe würden die Raumeinflüsse die Ortung des Schalls beeinflussen und verfälschen. So entwickelten die Bell Telephone Laboratories 1932 ein komplettes System für die Aufnahme und Wiedergabe binauraler Klänge. Es bestand aus dem Kunstkopfvorgänger „Oscar“, diversen Verstärkern mit Filterschaltungen und 32 Kopfhörern. Zur gleichen Zeit forschten auch die Ingenieure der Philips Laboratory in den Niederlanden an der binauralen Aufzeichnung und Wiedergabe mit einem Kunstkopf. In der Tat wird der Begriff „Kunstkopf“ auch den Philips Ingenieuren zugeschrieben. Auch ihre Version des Kunstkopfs musste noch mit außenliegenden Mikrofonen auskommen. Er wurde 1939 vorgestellt.

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Neumann KU100

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Die ersten Kunstkopf-Aufnahmen

Es vergingen noch mehr als zwei Jahrzehnte, bis die Mikrofontechnologie so ausgereift war, um kleine Mikrofone in einem künstlichen Gehörgang zu positionieren. In den 1960er-Jahren forschten diverse Teams an deutschen Universitäten am Kunstkopf und den Möglichkeiten, die sich durch ihn ergeben. Der Schwerpunkt der Forschung war dabei sehr unterschiedlich: Einige Forscher hatten die Messtechnik im Blick und nutzten den Kunstkopf für die Messung der Raumakustik, andere forschten an der Entwicklung von Hörgeräten und wieder andere an der binauralen Technologien. Berücksichtigt man die Tatsache, dass erst 1963 die Stereophonie im Rundfunk vorgestellt wurde und wenige Jahre zuvor die erste Stereo-Schallplatte, ist es nicht weiter verwunderlich, dass trotz bereits bekannter Stereo-Mikrofonverfahren es lange Zeit sehr ruhig um den Kunstkopf war. Blumlein experimentierte schon 1931 mit „binauralen“ Aufnahmetechniken und meldete zahlreiche Patente an, die in der Folge die Nutzung des Wortes „binaural“ durch Mitbewerber verhinderten. Die Bedeutung des Hörfunks, der nun in Stereo ausgestrahlt wurde, spielte  eine große Rolle für die weitere Entwicklung.

1967 waren es Ralf Kürer, Georg Plenge und Henning Wilkens, die in Berlin am Heinrich Hertz Institut forschten, die den Kunstkopf wieder in den Mittelpunkt des Hörens stellten und schließlich in Zusammenarbeit mit Neumann 1973 den Neumann Kunstkopf KU80 vorstellten. Mit diesem wurde schließlich das erste binaurale Radiohörspiel der Geschichte, „Demolition“,  produziert und ausgestrahlt. Die Resonanz war groß und so wurden fleißig weitere Radiohörspiele produziert, Interviews mit dem Kunstkopf aufgezeichnet und auch Musik. Der federführende Bayrische Rundfunk erhielt begeisterte Hörerzuschriften und das, obwohl die Hörer gezwungen waren, Kopfhörer beim Anhören des Programms zu tragen.

Im Radio wurde vor der Ausstrahlung sogar intensiv über die neue Technik informiert und wie sie sich von der Lautsprecherwiedergabe unterscheidet. So sollten die Hörer das neue Verfahren kennenlernen und verstehen, warum ein Kopfhörer zwingend erforderlich ist.

Sehr interessanter Podcast zum Thema Kunstkopf

Einen interessanten Podcast zum Thema Kunstkopf inklusive Hörbeispielen und historischen Radioaufnahmen findet sich hier.

Grundgedanke der Kunstkopf-Stereophonie

Das Gehirn wertet für die Ortung einer Schallquelle fortlaufend mehrere Informationen beider Ohren aus und gleicht diese miteinander ab. Dazu nutzt es im Wesentlichen zwei Parameter:

Der erste Parameter ist die Lautstärke des Schalls. Ist eine Schallquelle direkt vor uns, also auf der 0°-Achse, so ist die Schallintensität auf beiden Ohren gleich. Verschiebt sich die Schallquelle um den Hörer herum, ergeben sich Intensitätsunterschiede. Diese Differenzen nutzt das Gehirn zur Ortung der Schallquelle.

Der zweite Parameter, der ebenso wichtig für die Ortung ist, ist die Laufzeit des Schalls. Befindet sich die Schallquelle direkt vor uns, also erneut auf der 0°-Achse, ist die Entfernung der Schallquelle zu den beiden Ohren gleich groß. Bewegt sich nun die Schallquelle um den Hörer herum, nimmt die Entfernung zu einem Ohr zu, während die Entfernung zum anderen Ohr abnimmt. Es ergeben sich bei konstanter Schallgeschwindigkeit Laufzeitunterschiede. Diese Differenzen nutzt das Gehirn ebenfalls zur Ortung.

Ein dritter Parameter betrifft Klangunterschiede, die entstehen, wenn sich ein Objekt (unser Kopf) dem Schall in den Weg stellt. Sehr hohe Frequenzen werden nicht um den Kopf herum gebeugt, sondern reflektiert beziehungsweise absorbiert. Somit besteht ein leichter Klangunterschied zwischen den Ohren, wenn der Schall nicht aus der 0° oder 180° Richtung auf die Ohren trifft. Dieser Parameter spielt im Vergleich zu den beiden anderen Parametern aber eine untergeordnete Rolle.

Bei der herkömmlichen Stereophonie wird eine Schallquelle mit einem Stereomikrofonverfahren (XY, ORTF, Blumlein, M/S, AB) aufgezeichnet und dann über zwei Lautsprecher wiedergegeben. Allerdings wird bei der Wiedergabe die ursprüngliche Position im Raum bei der Aufnahme verfälscht, weil die stereophone Wirkung bei der Lautsprecherwiedergabe von der Aufstellung der Lautsprecher, der Position des Hörers zu den beiden Lautsprechern und vom Raum, in dem der Hörer und die Lautsprecher sich befinden, abhängt. Die verschiedenen Stereomikrofonverfahren haben darüber hinaus Schwächen, die ihrerseits die Positionierung der Schallquellen im ursprünglichen Raum verfälschen. Insbesondere die Aufstellung der Mikrofone zur Schallquelle und das Verfahren selbst bestimmen in einem hohen Maße die spätere Ortung. Da keine akustische Trennung zwischen den beiden Mikrofonen besteht, wirken sich Laufzeit- und Intensitätsunterschiede anders aus als beim menschlichen Hören.

Hier setzt die Kunstkopf-Stereophonie an. Durch die Positionierung von zwei Mikrofonen in einem künstlichen Kopf mit künstlichen Gehörgängen soll die Mikrofonaufnahme dem natürlichen Hören entsprechen. Der künstliche Kopf sorgt für Laufzeit- und Intensitätsunterschiede sowie Klangunterschiede an den Mikrofonmembranen, die denen an unserem Trommelfell entsprechen sollten. Man spricht in diesem Fall auch von interauralen Differenzen. Gibt man die so aufgezeichneten Mikrofonsignale nun über geschlossene Kopfhörer direkt am Ohr des Hörers wieder, um störende Raumeinflüsse am Ort des Hörers auszuschließen, lässt sich das Signal am Kunstkopf reproduzieren. Auf diese Weise entsteht ein räumliches Signal, das wesentlich natürlicher wirkt als die Lautsprecher-Stereophonie und Aufnahmen mit den oben genannten Stereomikrofonverfahren. Der größte Nachteil ist und bleibt allerdings die Kopfhörerwiedergabe.

Hört man sich Kunstkopf-Aufnahmen an, fällt auf, dass ein wesentliches Manko der Kopfhörerwiedergabe weniger ausgeprägt ist: Die Im-Kopf-Lokalisation. Hört man sich über Kopfhörer eine Monoaufnahme eines Sprechers an, so wird dieser nicht vor dem Kopf verortet, sondern direkt im Kopf. Stereophone Signale verschieben sich auf einer Achse durch den Kopf, die zwischen den beiden Ohren verläuft. Eine Wiedergabe über Kopfhörer ist somit sehr unnatürlich und Hörer haben lange Zeit die Wiedergabe über Lautsprecher bevorzugt.

Ein weiterer Vorteil von Kunstkopfaufnahmen ist eine gewisse Dreidimensionalität. Im Vergleich zu normalen stereophonen Aufnahmen hat der Hörer eher den Eindruck, sich in einem realen Raum zu befinden. Dennoch ist bei einem Kunstkopf wie bei gewöhnlichen stereophonen Aufnahmen die Vorne-Hinten- sowie Oben-Unten-Ortung schwierig, wenn auch nicht komplett unmöglich.

Der Abgesang der Kunstkopf-Aufnahmen

Obwohl sich die Hörer 1973 begeistert zeigten, war der Kunstkopf-Stereophonie kein Erfolg beschieden. Das hatte vor allem damit zu tun, dass die Bedeutung des Radios und von Hörspielen immer weiter abnahm, zugleich aber auch die Musikindustrie kein großes Interesse am Kunstkopf hatte. Dazu kam sein Erfolg einfach zu spät. Mittlerweile hatten sich Aufnahmeverfahren weiterentwickelt. Statt Live-Einspielungen im Tonstudio auf Mono- oder Stereobändern kamen Mehrspurbänder mit vier, acht, 16 und schließlich 24 Spuren. Multimikrofonie und Overdubs gehörten nun zum Alltag. Die Produktionsschritte Aufnahme und Mischung, die vormals noch vereint waren, wurden getrennt. Das endgültige Klangbild wurde immer mehr in die Mischung verlagert und das Stereobild erst dort erzeugt.

Zudem experimentierte man in den 1970er-Jahren mit Quadrophonie, also der Wiedergabe über vier Lautsprecher. Neben der diskreten Quadrophonie mit vier getrennten Kanälen, war es insbesondere die Matrix-Quadrophonie, einem Vorläufer des späteren Dolby Surround, das die Verbreitung von quadrophonen Musikaufnahmen auf herkömmlichen Schallplatten und Compact Cassetten ermöglichte. Beide Verfahren hatten jeweils eigene Verfechter. Es erschienen zahlreiche quadrophone Alben, zum Beispiel von Pink Floyd, Black Sabbath, Mike Oldfield, Kraftwerk und vielen anderen. Musik wurde außerdem aufgrund der immer noch nicht ausgereiften Kopfhörerwiedergabe von den Hörern lieber per Lautsprecher konsumiert.

Nun hätten eigentlich die 1980er-Jahre mit der Entwicklung des Sony Walkman und seiner raschen Verbreitung die Wende bringen können, da nun wieder vermehrt mit Kopfhörern gehört wurde. Allerdings waren das leichte und offene On-Ear-Kopfhörer mit schlechter Außendämpfung. Durch die veränderten Produktionsverfahren von Musik im Tonstudio war der Tod des Kunsttkopfes als Mittel der Wahl für binaurale Aufnahmen nicht mehr aufzuhalten. Verschwunden vom Markt ist er aber nicht.

Todgesagte leben länger – was in der Zwischenzeit geschah

Wie zuvor erwähnt, hat der Kunstkopf nicht nur in der Hörspielproduktion eine Nische gefunden, sondern wurde von Wissenschaftlern aus dem Bereich Akustik intensiv eingesetzt. So ist er zum Beispiel oft das Mittel der Wahl, wenn Messungen an Kopfhörern gemacht werden müssen. Doch auch die Forscher aus dem Bereich der Akustik haben weiterhin den Kunstkopf eingesetzt, um zum Beispiel Räume zu messen und zu beurteilen. Ein ganz großer Einsatzbereich ist und war die Autoindustrie. Hier hat man mithilfe von Kunstköpfen untersucht, was der Fahrer oder die Beifahrer an ihren Positionen hören, um die Akustik innerhalb des Innenraums des Autos zu bestimmen und anzupassen, sodass Fahrgeräusche minimiert werden konnten.

Wiedergeburt der Kunstkopf-Aufnahmen

Das Wort „binaural“ ist zu einem neuen Schlagwort innerhalb der Welt der Audiotechnik geworden. Es wird gezielt als Gegenpol zum Wort „stereo“ genutzt und umfasst vielmehr das dreidimensionale Hörerlebnis. Es wird im gleichen Atemzug mit „Immersive Audio“ genutzt. Das ist nicht weiter verwunderlich, denn das Hören hat sich erneut verändert.

Während im Kino mehrkanalige Formate wie Dolby Digital 5.1 und 7.1 und mehr weite Verbreitung fanden, hat in den eigenen vier Wänden (abseits von Heimkino-Systemen mit Dolby Digital) ein Wandel von der stereophonen Lautsprecherwiedergabe hin zu 360° Lautsprechern stattgefunden, die ein raumfüllendes Klangerlebnis liefern sollen und oftmals mitten im Raum positioniert sind. Kleine Breitbandlautsprecher werden auf alle Räume verteilt und beschallen das Haus. Dass diese klanglich gegenüber guten Mehrwegelautsprechern eingeschränkt sind, spielt für die Hörer kaum noch eine Rolle, da sich die Hörgewohnheiten massiv verändert haben. Schuld sind die allgegenwärtigen Smartphones mit Apple Music und Spotify, die schon lange den MP3-Player abgelöst haben. Wurde früher mit Walkman, Discman und dann den MP3-Playern Musik konsumiert, wenn man draußen unterwegs war, sind Smartphones nun die Sound-Lieferanten für drinnen und draußen gleichermaßen. Kleine In-Ear-Kopfhörer sind die täglichen Begleiter und transportieren den Schall direkt in den Gehörgang. Ein Knopfdruck und die Musik wird auf Smart-Home-Lautsprecher per Bluetooth oder WLAN übertragen.

Die Tatsache, dass sich In-Ear-Kopfhörer so weit verbreitet haben, macht binaurale Wiedergabe erst möglich, denn je mehr Schall ohne Umwege auf das Trommelfell gelangt, desto mehr Möglichkeiten der Beeinflussung gibt es.

Ob nun mit einem Kunstkopf aufgenommen oder mit Computermodellen berechnet, 3D-Audio spielt eine große Rolle für unseren Alltag. Insbesondere die Welt der Computerspiele hat 3D-Audio längst für sich entdeckt. Hörbücher, Hörspiele, Aufnahmen von Naturgeräuschen für Entspannung und Meditation, Sounddesign für Elektroautos und auch Ambience-Aufnahmen bei Konzerten und anderen Veranstaltungen sind typische Anwendungsgebiete für einen Kunstkopf.

In vielen Ausstellungen erhalten die Gäste kleine Empfänger und Kopfhörer, über die Informationen zu den Ausstellungsgegenständen abgespielt werden. Manchmal wird der Zuhörer selbst zum Bestandteil einer Installation, die um ihn herum aufgebaut ist. Während er sich durch die Installation bewegt, verändert sich mit Kopfbewegungen und mit der Bewegung im Raum auch das Klangerlebnis. Erstellt werden können solche Aufnahmen in der DAW, aber auch mit einem Kunstkopf.

Und noch ein weiteres Feld hat sich durch die Corona-Pandemie aufgetan: Mehr und mehr Geschäfts-Meetings finden im Internet statt. Einzelne Teilnehmer sind von zu Hause aus zugeschaltet. Hier kann binaurales Audio gerade bei längeren Sitzungen das Hörempfinden deutlich verbessern.

Aktuelle Produkte

Neumann KU 100

Neumann KU 100 Kunstkopf

Maß aller Dinge bleibt sicherlich der Neumann Kunstkopf, der mittlerweile auf den Namen Neumann KU 100 hört und mit einem Verkaufspreis von fast 8.000,- Euro für viele unerschwinglich ist. Allerdings gibt Neumann für den Neumann KU 100 eine Kompatibilität zur Lautsprecherwiedergabe an, was seinen Einsatz universeller macht. Alle Infos zum Neumann KU 100 inklusive eines interessanten Musikvideos von Biffy Clyro, das mit dem KU 100 aufgenommen wurde, finden sich unter: https://www.neumann.com/de-de/produkte/microphones/ku-100/

Head Acoustics

Head Acoustics Kunstkopf

Der Hersteller Head Acoustics bietet ebenfalls mehrere Kunstkopfmodelle an, deren Preis allerdings per individuellem Angebot mitgeteilt wird.

DaVinci Head MK2

DaVinci Head MK2 Kunstkopf

Günstiger geht das sicherlich mit dem DaVinci Head MK2, der für 289,- Euro auf der Internetseite des Herstellers gelistet ist.

Ein Video des Herstellers mit einer Orchester-Aufnahme demonstriert die Leistungsfähigkeit dieses Kunstkopfmikrofons:

Sehr eindrucksvoll ist ein Demo, das im Auto aufgenommen wurde und bei dem mehrfach zwischen dem Stereomikrofon einer GoPro und dem DaVinci Head MK2 Kunstkopf umgeschaltet wird.

Hier noch eine weitere Aufnahme eines Chores mit dem DaVinci Head MK2:

Soundman OKM-Mikrofone

Soundman Dummy Head

Soundman bieten die OKM-Mikrofone an, die entweder wie IEM-Hörer im eigenen Ohr getragen werden oder aber im Soundman Kunstkopf aus Fichtenholz. Letzterer kostet 598,- Euro, die OKM-Mikrofone starten bei knapp 59,- Euro (OKM I Classic Solo) und es gibt zahlreiche Modelle in verschiedenen Preisklassen.

Soundman OKM Classic

DPA 4560 Core

DPA 4560 Core binaurales Kopfbügelmikrofon

Die Idee, den eigenen Kopf als „Kunstkopf“ zu verwenden, ist so einfach wie genial und es gibt einige Hersteller, die passende Mikrofone anbieten. Qualitativ sehr hochwertig ist das binaurale Kopfbügelmikrofone DPA 4560 CORE. Mit einem Verkaufspreis von 969,- Euro wesentlich günstiger als ein Neumann Kunstkopf.

Alle wichtigen Infos zum Produkt findest du hier: https://www.dpamicrophones.de/immersiv/4560-binaurales-kopfbuegelmikrofon

Interessante Infos zum Thema „binaurale Mikrofonaufnahmen“ finden sich auf der DPA Website: https://www.dpamicrophones.de/mikrofon-universitaet/binaurale-aufnahmetechniken

3Dio FS Pro II

3Dio FS Pro II Kunstkopf

An den Kunstkopf angelehnt ist das Design des 3Dio FS Pro II Binaural Microphone, das mit zwei Ohren samt künstlichem Ohrkanal und zwei DPA 4060 CORE Mikrofonen bestückt ist. Infos finden sich hier: https://3diosound.com/products/free-space-pro-binaural-microphone

Der Verkaufspreis liegt bei knapp 2.000,- USD.

Eigenbau als Alternative

Doch auch ein Eigenbau wäre denkbar. Auch die ersten Kunstkopf-Mikrofone waren Eigenbauten mit Schaufensterpuppen. Es gibt zum Beispiel Silikonohren zum Ankleben für kleines Geld im Internet, die man an den Kopf einer ausgedienten Schaufensterpuppe kleben kann und in die dann zum Beispiel die Soundman OKM-Mikrofone gesteckt werden. Diese sind zum Beispiel auf Amazon.de zu finden und werden dort für Kunstkopf-Selbstbauprojekte angepriesen. Sie sind dort zu Preisen von circa 12,- bis 20,- Euro zu erwerben. Mannequin-Köpfe inkl. Halterung für ein Stativ sind dort zu Preisen um die 25,- Euro erhältlich, teilweise sogar bereits mit Silikonohren bestückt.

Natürlich ist auch ein 3D-Druck denkbar. Fertige „Dummy Head“-Vorlagen für den 3D-Drucker finden sich schnell per Google-Suche.