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Besser hören mit Kopfhörern

Neuartiges Filterelement ermöglicht akustische Orientierung trotz Musik oder Podcast

So sähe ein möglicher Prototyp von Kopfhörern mit Filterelement aus. Hier haben die Strukturen der Filters die Form einer menschlichen Ohrmuschel, es sind aber auch andere Designs vorstellbar. © Timo Oess

Mit aufgesetzten Kopfhörern ist es oft schwer zu unterscheiden, aus welcher Richtung ein von außen kommendes Geräusch kommt. Forscher haben nun einen Filter vorgestellt, der dabei helfen soll, dies wieder besser einschätzen zu können. Durch spezielle Strukturen stellt dieser akustische Modulationen wieder her, die die Quelle eines Tons verraten. Besonders bei Gefahren, die sich im toten Winkel befinden, kann dies ein großer Sicherheitsaspekt im Alltag sein.

Podcasts, Musik, Telefonate: Viele Menschen sind in ihrem Alltag mit Kopfhörern unterwegs und hören Musik oder Gespräche. Besonders im Straßenverkehr führt dies allerdings immer wieder zu gefährlichen Situationen und Unfällen. Das hängt unter anderem damit zusammen, dass Kopfhörer die auditive Wahrnehmung der Außenwelt einschränken und es der Träger so nur schwer erkennen kann, aus welcher Richtung ein Geräusch kommt. Besonders die Frage, ob sich eine Schallquelle von vorne oder hinten nähert, ist mit Musik auf den Ohren fast unmöglich zu beantworten.

Das Problem von vorne und hinten

Wissenschaftler bezeichnen diesen Effekt als „front-back confusion“. Im Speziellen rührt diese Verwirrung daher, dass sich das menschliche Gehirn durch die Kopfhörer nicht mehr auf sogenannte „head-related transfer functions (HRTFs)“ verlassen kann. Während es über die Zeitdifferenz zwischen dem linken und rechten Ohr verhältnismäßig einfach festzustellen ist, von welcher Seite ein Geräusch kommt, ist das Hirn bei der Unterscheidung zwischen vorne und hinten auf Erfahrungswerte angewiesen.

Das Gehirn bewerkstelligt dies unter anderem, indem es die für verschiedene Richtungen typischen HRTFs auswertet. Diese komplexen Veränderungen des eintreffenden Schalls hängen vor allem mit Resonanzeffekten zusammen, die auftreten, wenn die Schallwellen mit dem Kopf, Körper und Außenohr interagieren. Durch die Kopfhörer werden diese Veränderungen der Schallqualität jedoch erheblich beeinflusst und erschweren so die Ortung.

Filterelement reduziert Mehrdeutigkeit

Forscher der Universität Ulm haben nun ein Filterelement entwickelt, das diese Modulationen wiederherstellen kann. Es wird, ähnlich wie ein menschliches Ohr, an der Außenseite der Kopfhörer um einen Mikrofoneingang herum angeordnet und kann dort – unabhängig von der spektralen Zusammensetzung der Geräusche – akustische Mehrdeutigkeiten reduzieren.

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Das gelingt primär über die spezifisch geformten Strukturen des Filterelements. Durch sie wird der Außenschall so beeinflusst, dass räumlich abhängige Frequenzmodulationen entstehen. Die daraus resultierenden HRTFs ermöglichen dem Träger dann eine präzise Lokalisierung der Schallquelle und somit eine Auflösung der „front-back confusion“.

Forscher sehen großes Potential

Die Ulmer Wissenschaftler hoffen, dass so insbesondere auditorische Objekte im toten Winkel des jeweiligen Anwenders wieder besser erkannt werden können, wodurch sich die Sicherheit von Kopfhörern im Alltag und Straßenverkehr erhöhen würde. Zudem sei es möglich, das Filterelement in allen verschiedenen Modellen wie beispielsweise ohrumschließenden, In-Ear- oder gar Knochenleitungs-Kopfhörern zu integrieren. Insbesondere im voraussichtlich weiter wachsenden Markt für innovative Kopfhörer-Designs sehen die Forscher eine Zukunft der Filterelemente.

Quelle: Technologie Lizenz-Büro (TLB) der Baden-Württembergischen Hochschulen GmbH

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