360 Mikrophone für 3D Audio in VR Überblick

Wenn man 360 Microphone erwähnt, denken die meisten Leute wohl an Ambisonics. Ich muss gestehen, das find ich erstmal gar nicht so verkehrt. Dieses Format ist unter realistischen Arbeitsbedingungen, etwa bei VR-Dreharbeiten mit einer 360° Kamera, durchaus praktisch.
Deswegen würde ich sie auch eher als 360 Microphone im Zusammenhang mit Virtual Reality und 360 Video bezeichnen, auch wenn 3D Mikrofone wohl treffender wäre. 360 Audio beschreibt historisch gesehen vermehrt Surround Sound, also kein Ton von oben oder unten, sondern nur planar.
Als logische Konsequenz gibt es auch eine ganze Reihe an Aufnahmetechniken. Um den Überblick zu behalten, möchte ich versuchen, sie zu kategorisieren, wie ich es bei meinem Artikel Virtual Reality Audio Formate getan habe.

• Kanal-basiert (Mono, Stereo, Surround, immersiv)
• Binaural (binaurales Stereo, Quad-Binaural)
• Schallfeld-basiert (Ambisonic, Higher Order Ambisonic)
• Objekt-basiert (das wichtigste zum Schluss)

Zunächst möchte ich drauf hinweisen, dass diese Übersicht nicht wertend zu verstehen ist, da bei der ganzen Diskussion über 360 Microphone und Tonaufnahmen vergessen wird: Jedes Setup hat Vor- und Nachteile und diese hängen meist nicht vom Mikro, sondern von den Umständen ab, unter denen die Aufnahme passiert. Darüber hinaus wurde ich von keinem der Hersteller gesponsort und will hier versuchen möglichst objektiv sein.

Update 2019/08:

• Hinzugefügte Kunstkopf Mikrofone: DAVINCI HEAD MK2, Sennheiser MKE2002, Headacoustics HMS AACHENHEAD, Gras 45BB Kemar Head and Torso B&K type 4128-D
• Hinzugefügte binaurale Inear Mikrofone: Soundman OKM, Aevox Audio IE, B&K type 4101-B

Kanalbasierte Mikrofone

Diese Mikrofone, bzw. Mikrofon-Arrays, wurden also meist für die spätere Wiedergabe auf Lautsprechern angedacht, was für VR Audio hingegen nur in Spezialfällen relevant ist. Trotzdem lohnt es sich die Herangehensweisen im Folgenden zu kennen.

Mono

Hierfür lässt sich eigentlich jedes Mikrofon nehmen, am besten eines mit kugelförmiger Richtcharakteristik, womit der Ton aus allen Richtungen aufgenommen wird. Folglich wird aber nur ein Kanal verwendet und die spätere Wiedergabe mit dynamischem Head-Tracking wird nicht funktionieren. Jedenfalls besser als der meiste Ton von 360 Kameras und folglich der Vollständigkeit halber erwähnt.

Stereo

Auch hier gilt, dass die Anwendung für VR auf den ersten Blick nicht ganz eindeutig erscheint. Insofern seien nur kurz die wichtigsten Vertrete, XY, AB, ORTF und Blumlein erwähnt. Trotzdem möchte ich an dieser Stelle auf einen Vortrag von Schoeps hinweisen, zum Thema Mikrofontechnik für VR. Folglich nutze ich auch gerne Stereo-Aufnahmen für 360 Videos, auch wenn sie erstmal nicht „die komplette Kugel mit Schall befüllen“.

Surround Sound

Auch von bei Surround im klassichen Sinne, auch 360 Audio genannt, kein Schall über und unter dem Zuhörer wiedergegeben werden kann, gibt es einige interessante Anwendungen:

Zoom H2n

Ist wohl einer der bekanntesten Vertreter unter den hier genannten 360 Mikrofonen und hat immernoch seine Daseinsberechtigung. Dank eines Firmware Updates, kann er im Spatial Audio Modus direkt in Ambisonic B-Format aufnehmen, lediglich ohne Höheninformation, womit die dritte von vier Spuren im Ambix-Format leer bleibt.

IRT-Cross

Hierdurch wird eine Alternative vom Institut für Rundfunktechnik (IRT) zum vierkanligen Ambisonics (dazu später mehr) gezeigt. Durch die höhere Laufzeit zwischen den Mikrofonkapseln und der Ausrichtung auf einer Ebene, kann die Lokalisation genauer sein, als im Falle der Ambisonic A-Format Mikrofone.

5.1 Surround, Double MS

Auch wenn ich oft nach Dolby Surround 5.1, 7.1 oder ähnliches gefragt werde, sind diese Formate nur wenig relevant, da vor allem der Lautsprecher in der Mitte, also der Center eigentlich überflüssig wird. Trotzdme kann es in Spezialfällen angebracht sein, mehr Mikrofone in eine Richtung zu verstärken. Ähnliche Herangehensweisen sind etwa von Schoeps das Double MS System, Josephson c700s, Nevaton BPT oder Antelope Audio edge quadro. Mit eigenen Decodern können die Signale in komplexere Richtcharakterisitiken wie M/S, X/Y, Blumlein umgewandelt, oder gar mit einander kombiniert werden.

3D Audio

Endlich kommen wir zu den wirklich spannenden Vertretern der 360 Microphone, die meist, im Gegensatz zu Ambisonic, ihre Klangeigenschaften durch Laufzeitunterschiede erreichen.

ORTF-3D

Im Grunde genommen ist dieses Mikrofonarray ein Quader, dessen acht Mikrofone in je eine der Ecken zeigen. Dieses gibt es in verschiedenen Varianten, etwa mit Supernieren statt Nieren für die Höhenachse, oder zusätzlichen Laufzeiten. Vergleichbar ist das ESMA-3D (Equal Segment Microphone Array), welches damit auch interessant für das SPS Mach1 Format ist, auch wenn die Umwandlung etwas komplexer ausfällt.

Weitere 3D Mikrofonierung

Wie sich erahnen lässt, gibt es Mikrofone in den unterschiedlichsten Anordnungen, weswegen hier kurz folgende erwähnt sollen, aber keineswegs alle sind:

• 7.0.2 Andriessens-Hoffmeister-Array, welches speziell für das Dolby Atmos Bett (7.1.2) entwickelt wurde https://www.hauptmikrofon.de/de/3d/tonundmeister
• 5.0.4 Florian Camerer http://www.aes.org/conferences/2019/immersive/tutorials/tutorial10.cfm

Binaurale Mikrofon Aufnahmen

Binaural beschreibt eine Wiedergabemethode, die ausschließlich für Kopfhörer geeignet ist. Infolgedessen also für Lautsprecher unbrauchbar, trotzdem ermöglicht es mit nur zwei Kanälen eine dreidimensionale Wiedergabe von Ton.

Stereo Binaural

Kunstkopf Mikrofon

Der bekannteste Vertreter ist wohl der Neumann KU100, welcher in Zeiten der 360 Microphone immer noch gerne als Referenz genommen wird.

Aber es gibt noch einige weitere, wie etwa DAVINCI HEAD MK2, Sennheiser MKE2002, Headacoustics HMS AACHENHEAD, Gras 45BB Kemar Head and Torso. Zu guter letzte ist B&K type 4128-D zwar nicht für binaurale Aufnahmen, dafür aufgrund der Bauweise interessant.

In-Ear Mikrofone

Falls man kein Fan von In-Ear Kopfhörern ist, kann man sich mit diesen Mikrofonen aber vielleicht doch noch dafür begeistern. Denn die hybriden Ohrhörer können Ton aufnehmen und wiedergeben. Damit wird ein sehr persönliches Klangbild geschaffen, was einfach zu handhaben ist, da die In-Ears lediglich in die Ohren gesteckt werden müssen.

Genannt seien hier der

• Roland CS-10 EM, welcher etwa mit dem Zoom H2n verwendet werden kann, sobald die zusätzliche Speisung aktiviert wird.
• Sennheiser Ambeo Smart Headset aufgrund der Kombination von acoustic noise-cancelling und transparent hearing, auch bekannt als „audio awareness“. Damit können Außengeräusche je nach Wunsch entfernt oder hinzugefügt werden, was den Einsatz von 3D-Audio vor allem für Augmented Reality interessant macht.
• Hooke Verse Audio Headset, welches kabellos entsprechend mit Bluetooth arbeitet und nicht nur für iOS Geräte geeignet ist.
• Weitere, ähnliche Modelle: Soundman OKM, Aevox Audio IE, B&K type 4101-B

Omni-Binaural

In den meisten Fällen auch als Quad-Binaural bezeichnet wird, handelt es sich deswegen um vier Paaren von zwei binauralen Mikrofonen, also acht Ohren. Diese ermöglichen, im Vergleich zu den einfachen binauralen Mikrofonen, eine spätere Wiedergabe mit Head-Tracking in VR.

3Dio Omni-Binaural

Das wohl am skurrilsten aussehende 360 Mikrofon stammt von 3Dio und wurde zu Beginn des VR-Hypes rund um 360° Videos häufig genutzt, bevor es nun mittelfristig von Ambisonic-Mikrofonen abgelöst wurde. Trotzdem behält es seine Daseinsberechtigung.

8Ball Hear360

Vom Prinzip sehr ähnlich den obigen Ohren, hat aber ein ausgefeiltes System, was das Befestigen am Stativ unter der VR-Kamera sehr einfach macht. Außerdem wird durch die fehlende Ohrmuschel der Ton weniger zu einer HRTF (head related transfer function) gefiltert und ist damit brauchbarer für Lautsprecher Anwendungen.

Ambisonics

Kommen wir nun zum wohl bekanntesten Vertreter: Ambisonics. Diese Schallfeld-Technologie eignet sich hevorragend zur Aufnahme und Reproduktion von kugelförmigen Tonaufnahmen. Für mehr Infos dazu einfach hier klicken.

Ambisonic erster Ordnung

Für diese Art der Aufnahme hat sich vorallem eine tetraedische Anordnung der nierenförmigen Mikrofonkapseln etabliert, welche im Idealfall möglicht nah aneinander sitzen. Doch es gibt auch andere Möglichkeiten, wie ein Trippel-MS Setup, oder die Idee das A-Format zu überspringen und mit der richtigen Mikrofonanordnung nativ ins B-Format aufzunehmen mit einer Kugel und drei Achten.

Ambisonic A-Format Mikrofone

Weil es mittlerweile eine ganze Reihe von Audio Herstellern gibt, die ein sehr ähnliches 360 Microphone, manchmal auch als VR Mic oder 3D Mikrofon bezeichnet, auf den Markt für VR Sound gebracht haben, werden diese nur Stichpunktartig aufgeführt, in chronologischer Reihenfolge.
Es sollte aber erwähnt werden, dass alle vierkanalige sind, und meist in Kombination mit einem externen Aufnahmegerät genutzt werden. So haben der Zoom F8, Zoom F4, Sounddevices MixPre-6 und MixPre-10t, sowie der Tascam DR-701D eigene Firmware Updates bekommen, die ein eine einfache Aufnahme und Live-Preview für Kopfhörer ermöglichen.

• Soundfield SPS200, Soundfield ST450 und weitere
• Core Sound TetraMic
• Brahma Ambisonic Standalone
• Reynolds Microphones
• Sennheiser AMBEO VR Mic 3D AUDIO Mikrofon
• Røde NT-SF1 (Rode Soundfield)
• Nevaton BPT Erweiterung um die Höhenachse (Nevaton VR)
• Oktava MK-4012 4-D Ambisonic A-format Mikrofon

Einige der genannten 360 Microphone haben eigene Plug-Ins, wie etwa das AMBEO A-B-Konverter-Plugin oder dearVR Micro, sowie das SoundField by RØDE Plugin. Diese können die Konvertierung der Ambisonic A-Format Aufnahme in ein B-Format erster Ordnung in Ambix oder Fuma übernehmen. Darüber hinaus ist es möglich den Klang über verschiedene binaurale Decoder oder sogar Lautsprecher-Anordnungen direkt abzuhören.

Handliche Recorder

Mobile Aufnahmegeräte, die eine Ambisonic-Anordnung integriert haben, sind folgende:

• Zoom H3-VR 360° VR Handy Recorder
• Twirling720 VR Audio Recorder

Interessante Ambisonic Varianten

• Ricoh TA-1 3D Mikrofon ist ein spezieller Mikrofon-Aufsatz, der ausschließlich mit der Ricoh Theta V 360° Kamera verwendet werden kann.
• Audeze Planar Magnetic Microphones mit sehr großen, 100mm Membranen
• Fraunhofer Uphear ist kein Mikrfon sondern eine Technologie, nutzt dabei aber die Mikrofone, die in einer 360-Kamera verbaut sind, um ein Schallfeld zu erzeugen.
• Brahma Microphones (versatile Ambisonic recording systems) hat eine ganze Reihe von individuellen Lösungen wie Brahma-in-Zoom H2n, ein Großmembran Brahma Ambisonic Studio Microphone (siehe Bild unten) und einer Mischung dessen: einem tetraedischen Großmembram Array auf einem Zoom H2n

Für weitere Infos zu VR-Kameras, die für Spatial Audio geeignet (oder auch nicht) sind, wie die Sonicam, Nokia Ozo, Kandao Obsidian, GoPro Fusion oder Vuze Camera, bitte hier klicken.

Ambisonic zweiter Ordnung

Die nächste Generation an VR-Mikrofonen ist auch schon im Kommen, die acht statt vier Mikrofonkapseln nutzen. Vorteil ist unter anderem eine höhere Lokalisation und bessere Schallfeld Wiedergabe über Lautsprecher. Ob es sich nun wirklich um zweite Ordnung Ambisonic lasse ich außern vor, da Ambisonic im B-Format eigentlich neun Kanäle besitzt.

• Brahma-8
• Core Sound OctoMic (siehe Bild unten)

Mit beiden 360 Microphonen ist es möglich, im sogenannten SPS-8 Format aufzunehmen, sind aber genau genommen kein Mach1 Format. Man benötigt einen Zwischenschritt, um das A-Format in ein P-Format umzuwandeln, was mit einer Filtermatrix des Herstellers möglich ist.

Ambisonic höherer Ordnung

Sind in einem Mikrofon-Array, je nach Hersteller knappe 20 Mikrofone verbaut, spricht man von Higher Order Ambisonic. Auch wenn es noch wahnsinnig vielen Mikrofonen klingt, ist die eigentliche Anzahl der Produkte als 360 Microphone überschaubar.

• Zylia ZM-1 hat 19 Kapseln und kann damit maximal in dritter Ordnung Ambisonic aufnehmen, was aktuell aber nur in Kombination mit einem Laptop oder Tablet über USB möglich ist. Mit dem 6DOF VR/AR Development Kit ist es darüber hinaus gibt es die Chance, sich von der Aufnahmeposition wegzubewegen und damit die sechs Freiheitsgrade nutzen kann
• mhacoustics em32 Eigenmike microphone schafft sogar Ambsionic vierter Ordnung und ist damit wohl der aktuelle König unter den Ambisonic-Mikrofonen. Um die Anzahl der Mikrfone überhaupt handhaben zu können, ist auch hier eine digitale Singnalverarbeitung nötig.

Objektbasierte Aufnahme

Auch wenn ich eigentlich kein Fass aufmachen will und mit Audio-Objekten fachsimpeln will, wie sie etwa bei MPEG-H 3D Audio oder Dolby Atmos VR genutzt werden, sollte man das Wichtigste nicht vergessen:
Egal wie schön die Wahl des 360 Microphone ist, ob Ambisonic oder mit Laufzeit, in den allermeisten Fällen ist es wichtiger, sich auf Stützmikrofone zu konzentrieren. Seien es klassische Stützen bei 3D Orchester Aufnahmen oder Ansteckmikrofone bei Protagonisten, es bleiben meist Mono Mikrofone bei VR-Aufnahmen, denen ich meine größte Aufmerksamkeit schenke. Auch das hängt natürlich stark vom Fall ab und die Wahrheit liegt wohl irgendwo dazwischen, aber ich finde es wahnsinnig hilfreich, wenn man während der 3D Sound Aufnahme bereits an die immersive Audiomischung denkt.

Fazit

Es gibt also eine unheimlich große und immer weiter wachsende Auswahl and 360 Microphone, die man für VR-Aufnahmen oder 3D Audio nutzen kann. Doch man darf nicht vergessen, dass es nie das perfekte Mikrofon für jede Situation gibt, sondern lediglich ein oder mehrere beste Mikrofon für die jeweilige Situation. Bei der Suche nach der richtigen Wahl, helfe ich gerne.