Welche 3D Audio Kopfhörer klingen am besten? Profi-Analyse

Spatial Audio hat in den letzten Jahren stark an Aufmerksamkeit gewonnen, da es ein intensiveres und realistischeres Hörerlebnis auch mit kabellosen Kopfhörern verspricht. Die rasante Entwicklung der Technik im Bereich räumlicher Kopfhörer, der Einsatz von 3D Sound und moderner Audiotechnik, die Integration in verschiedene Medien, die Veränderungen in der Musikwelt, die Bedeutung von Surround Sound und die Parallelen zum Kino bieten Musikfans heute ein immersives Musikerlebnis, das weit über klassischen Stereo-Sound hinausgeht. Angesichts der wachsenden Zahl von Lösungen auf dem Markt fällt es vielen Nutzern jedoch schwer, zwischen den verschiedenen Angeboten zu unterscheiden. Die Unternehmen verwenden häufig ähnliche Begriffe – Head-Tracking, HRTF, Immersive Sound -, aber die Nuancen in der Implementierung und die Benutzererfahrung sind es, die „besseres“ Spatial Audio wirklich definieren.

In diesem Artikel wird untersucht, was tatsächlich den Unterschied bei Spatial Audio ausmacht, indem die Auswirkungen von Funktionen wie Head-Tracking, HRTF und Reverb auf verschiedene Lösungen analysiert werden. Durch die Durchführung objektiver Messungen und subjektiver Bewertungen decken wir die Stärken, Schwächen und Marketingmythen rund um die führenden Produkte der Branche auf.

Spatial Audio Technologie: Mehr als nur Geräuschunterdrückung

Als Einführung in die Technologien des räumlichen Klangs ist es wichtig zu verstehen, wie moderne Technik und fortschrittliche Audiotechnik die Entwicklung von Spatial Audio und immersiven Klangwelten ermöglicht haben. Spatial Audio-Ohrhörer sollen die Wahrnehmung des dreidimensionalen Klangs nachbilden, die wir von Lautsprechern gewohnt sind. Moderne Technik und innovative Audiotechnik spielen dabei eine entscheidende Rolle, indem sie neue Wege zur Schaffung realistischer Klangfelder eröffnen. Um dies zu erreichen, werden verschiedene technische Methoden eingesetzt, um zu simulieren, wie wir den Klang in der realen Welt wahrnehmen. Die Entwicklung von 3D Sound, 3D Audio, Surround Sound und Stereo Sound stellt dabei wichtige Meilensteine dar, die das Musikerlebnis und die Klangwiedergabe stetig verbessert haben. Drei der wichtigsten Aspekte des Spatial Audio Renderings sind

• HRTF (Head-Related Transfer Function),
• Head-Tracking, und
• Reverb-Verarbeitung.

Verschiedene Audioformate und das zugrundeliegende Audioformat bilden die technische Basis für räumliches Hören und bestimmen, wie Klänge im Raum positioniert werden können. Das Klangfeld, die präzise Lokalisation von Schallquellen, die Erfassung der Kopfbewegung und der Einsatz von Headtracking sind zentrale Aspekte der räumlichen Wahrnehmung und sorgen für ein immersives Hörerlebnis. Jeder dieser Aspekte spielt eine besondere Rolle bei der Gestaltung des Klangerlebnisses, und das Verständnis ihres Zusammenspiels ist der Schlüssel zur Unterscheidung zwischen hochwertigen und ineffektiven Implementierungen.

HRTF: Der Schlüssel zu Externalisierung und Direktionalität

Die Kopfbezogene Übertragungsfunktion (HRTF) ist ein mathematisches Modell, das simuliert, wie unsere Ohren und unser Kopf eingehende Schallwellen formen. Da jeder Mensch eine einzigartige Ohr- und Kopfform hat, erreichen Klänge unsere Ohren mit subtilen Zeit-, Pegel- und Frequenzunterschieden. Anhand dieser interauralen Unterschiede können wir feststellen, woher ein Geräusch im dreidimensionalen Raum kommt – ob es von hinten, oben oder von der Seite kommt. Die Fähigkeit zur präzisen Lokalisation von Schallquellen ist dabei entscheidend für ein realistisches räumliches Hörerlebnis.

Mit Kopfhörern wird der Ton jedoch direkt an jedes Ohr übertragen, ohne die natürlichen Filtereffekte der Ohrmuschel und die Reflexionen der Umgebung. Dadurch klingen kopfhörerbasierte Audiosignale „im Kopf“ und nicht von außen. Die HRTF-Verarbeitung korrigiert dies, indem sie simuliert, wie der Klang auf natürliche Weise an den Ohren ankommen würde. Damit ist es möglich, eine Out-of-Head-Lokalisierung zu erzeugen, bei der die Klänge von realen Positionen um den Hörer herum zu kommen scheinen.

Schlüsselfaktoren bei der HRTF-Verarbeitung für räumliches Audio und drahtlose Ohrhörer sind:

Kompromiss zwischen Klang und Lokalisierung: Ein perfektes HRTF-Modell sollte eine gute räumliche Präzision (genaue Klangpositionierung) bieten, ohne den natürlichen Klang des Klangs zu verzerren. Viele Implementierungen kämpfen mit diesem Gleichgewicht.

Kompatibilitätsprobleme: Verschiedene Plattformen (z. B. Apple, Samsung, Ceva) verwenden unterschiedliche HRTF-Datenbanken, was zu uneinheitlichen Erfahrungen auf verschiedenen Geräten und Inhaltsquellen führen kann. Zudem spielen verschiedene Audioformate und das zugrundeliegende Audioformat eine wichtige Rolle, da sie bestimmen, wie HRTF und räumliches Audio technisch umgesetzt und auf unterschiedlichen Geräten wiedergegeben werden können.

Personalisierung: Einige Systeme wie Apple versuchen, die Ohrform des Hörers zu messen (z. B. über Fotos oder Lidar-Scans), um eine genauere HRTF zu erstellen. Andere verlassen sich auf generische HRTF-Modelle, die für manche Nutzer gut, für andere jedoch schlecht funktionieren.

Da es keine universelle HRTF gibt, die für alle gleich gut funktioniert, erforschen einige Unternehmen die dynamische oder KI-basierte HRTF-Auswahl, um das Nutzererlebnis zu optimieren. Die Personalisierung ist jedoch noch in der Entwicklung begriffen, und viele Benutzer können in gewöhnlichen Hörsituationen nicht ohne weiteres zwischen einer allgemeinen und einer personalisierten HRTF unterscheiden. Ein gelungenes HRTF-Setup ermöglicht es jedoch, ein immersives Klangfeld zu schaffen, das den Hörer vollständig umgibt und ein natürliches, dreidimensionales Musikerlebnis vermittelt.

Head-Tracking: Der wichtigste Aspekt für die räumliche Klangqualität?

Head-Tracking passt die Schallpegel und die Audioszene dynamisch an die Kopfbewegungen des Zuhörers an und sorgt dafür, dass die Klänge an Ort und Stelle verankert bleiben. Warum ist Head-Tracking meiner Meinung nach wichtiger als pHRTF (Personalized HRTF)?

Während personalisierte HRTFs auf die Feinabstimmung der Lokalisierung abzielen, hat Head-Tracking einen weit größeren Einfluss auf den wahrgenommenen Realismus. Ohne Head-Tracking:

• Klänge bleiben auf den Kopf und nicht auf die Umgebung fixiert, was sich unnatürlich anfühlt.

• Vorne-hinten-Verwechslungen sind häufig, da dem Gehirn bewegungsbasierte Hinweise zur Unterscheidung der Richtungen fehlen.

Mit selbst einfachem Head-Tracking verbessert sich die räumliche Wahrnehmung erheblich, weil unser Gehirn kleine Veränderungen der Klangposition erwartet, wenn wir uns bewegen. Selbst wenn ein HRTF nicht perfekt auf den Hörer abgestimmt ist, kann ein gut implementiertes Head-Tracking-System viele Ungenauigkeiten ausgleichen.

Allerdings ist Head-Tracking nicht narrensicher:

• Latenzprobleme können die Immersion stören, wenn das System zu lange braucht, um die Klangpositionen zu aktualisieren.

• Verfolgungsstabilität ist von entscheidender Bedeutung – manche Systeme setzen Kopfbewegungen häufig zurück oder interpretieren sie falsch.

• Feste vs. dynamische Verankerung: Bei einigen Systemen bleiben die Schallquellen fest im Raum verankert, während andere Systeme das Schallfeld nach einer gewissen Zeit der Bewegung automatisch neu zentrieren.

Trotz der damit verbundenen Herausforderungen ist Kopfverfolgung nach wie vor eine der effektivsten Möglichkeiten, den Realismus von Spatial Audio zu verbessern, oft mehr als die Feinabstimmung der HRTFs allein.

Reverb: Der Schlüssel zu räumlicher Tiefe und immersivem Erlebnis

Der Nachhall ist ein wesentlicher Bestandteil unserer Raumwahrnehmung. Das Klangfeld spielt dabei eine zentrale Rolle, da es die dreidimensionale Positionierung von Klängen ermöglicht und so ein immersives Hörerlebnis schafft. In realen Umgebungen werden Schallwellen von Wänden, Böden und Decken reflektiert, wodurch ein Empfinden von Entfernung, Raumgröße und akustischer Textur entsteht. Bei kopfhörerbasiertem Spatial Audio müssen diese Reflexionen simuliert werden, um den unnatürlichen „trockenen“ Klang zu vermeiden, der für die direkte Kopfhörerwiedergabe typisch ist.

Schlüsselelemente der Reverb-Verarbeitung in Spatial Audio:

• Hallmenge: Zu wenig, und der Klang fühlt sich an, als wäre er in Ihrem Kopf; zu viel, und er verliert an Klarheit und Durchschlagskraft.

• Raumgrößensimulation: Qualitativ hochwertiges Rendering sollte den Nachhall an die wahrgenommene Größe der virtuellen Umgebung anpassen.

Verschiedene Audioformate und das zugrundeliegende Audioformat spielen eine entscheidende Rolle bei der Reverb-Verarbeitung, insbesondere bei modernen Technologien wie 360 Reality Audio, Reality Audio und Surround Sound, da sie bestimmen, wie der räumliche Klang realistisch und immersiv wiedergegeben wird.

Herausforderungen bei der Verarbeitung von räumlichem Audio-Hall

• Einheitsgröße für alle: Viele Systeme wenden einen einzigen Halltyp für alle Inhalte an, der nicht immer für verschiedene Genres und Umgebungen geeignet ist.

• Ungereimtheiten bei verschiedenen Plattformen: Einige Plattformen wie Apple Music auf iOS ignorieren die in Dolby-Atmos-Mischungen eingebetteten Metadaten, die vorgeben, wie sich der Hall verhalten soll, was zu unterschiedlichen Wiedergabeergebnissen auf verschiedenen Geräten führt.  

• Low-End Bloom: Eine schlecht implementierte Hallverarbeitung kann ein Übermaß an Bassreflexionen erzeugen, wodurch tiefe Frequenzen eher matschig als eindringlich wirken.

Wie habe ich die 3 Systeme verglichen?

Um einen aussagekräftigen Vergleich von räumlichen Audiosystemen durchzuführen, habe ich einen strukturierten Testansatz verwendet, bei dem objektive Messungen mit subjektiven Hörbewertungen abgeglichen wurden. Im Test kamen verschiedene Modelle wie Over Ear Kopfhörer, In Ear Kopfhörer, In Ears, Beats, Airpods Max und Jabra zum Einsatz, die sowohl per USB C als auch über Kabel verbunden werden konnten. Dabei wurde auch die Rolle von Smartphone und Smartphones bei der Nutzung und Kalibrierung von räumlichem Audio berücksichtigt, um ein umfassendes Bild der Integration und des Nutzererlebnisses zu erhalten. Ziel war es, die tatsächliche Leistung des Head-Trackings, die HRTF-Genauigkeit (Head-Related Transfer Function) und das Hallverhalten in realen Anwendungsfällen zu bewerten und dabei die üblichen Fallstricke von Marketing-Behauptungen zu vermeiden, die sich oft nicht in für den Benutzer wahrnehmbare Verbesserungen umsetzen lassen.

Testaufbau und Methodik

Ich habe drei Spatial Audio-Lösungen getestet:

• Apple AirPods Pro 2 (mit einem iPhone als Host)

• Samsung Galaxy Buds Pro 3 (gepaart mit einem Samsung S10 + S22)

• Cevas Referenzimplementierung (getestet mit einem AKG Head-Tracker und einem Sony MDREX 15 in einem individuellen Setup)

Um Verzerrungen auszuschließen und Konsistenz zu gewährleisten, habe ich nur 7.1.4 Dolby Atmos Inhalte getestet. Räumliches Stereo habe ich bewusst ausgeschlossen, da viele räumliche Audiolösungen in diesem Modus eine künstliche Verarbeitung einführen, die die Audioqualität im Vergleich verzerren kann. 

Für den Test verwendete Lieder und Inhalte

Um zu vergleichen, wie die verschiedenen Lösungen mit der räumlichen Positionierung, der Externalisierung und der Klangfarbengenauigkeit umgehen, wählte ich drei wichtige Referenztitel aus, die für die räumliche Wiedergabe besondere Herausforderungen darstellen. Für den Test wurden Inhalte aus verschiedenen Musik Streaming Diensten und anderen Medien genutzt, um eine möglichst breite Auswahl an Audioformaten und Klangfeldern zu gewährleisten.

1. Elton John – Rocketman

• Ausgewählt wegen der Mischung aus Klavier und Gesang im Intro, die in einen breiten, vielschichtigen Refrain übergeht.

• Bewertet wurde, wie gut die Systeme die Klarheit in einer dichten Mischung aufrechterhalten und gleichzeitig mit Raumhall und Panning umgehen.

• Test des Fokus: Tiefenwahrnehmung, Front-Rücken-Trennung und Head-Tracking-Ansprechbarkeit bei Stereo-Surround-Übergängen.

1. Hans Zimmer – Dune (OST)

• Eine Filmmusik mit langem Sustain, Betonung der tiefen Frequenzen und ätherischen Synthesizern.

• Nützlich, um zu beurteilen, ob Spatial-Audio-Systeme die Definition in Umgebungsgeräuschen aufrechterhalten können.

• Testschwerpunkte: Simulation der Nachhallgröße, Basswiedergabe und ob entfernte Elemente in der Mitte zusammenfallen.

1. Tiesto – Boom

• Ein energiegeladener elektronischer Track mit knallhartem Bass und räumlichen Bewegungseffekten.

• Gut geeignet, um zu testen, wie verschiedene Spatial Audio-Lösungen mit dynamischen Bewegungen und transientenlastigen Klängen umgehen.

• Testschwerpunkt: Lokalisierungsgenauigkeit von sich schnell bewegenden Klangelementen, Beibehaltung des Basses in räumlichen Formaten und Phasenartefakte.

Bei der Auswahl der Tracks wurde darauf geachtet, verschiedene Facetten der Musikwelt und des Musikerlebnisses abzudecken, um insbesondere Musikfans ein möglichst realistisches und immersives Hörerlebnis zu bieten.

Diese Tracks wurden bewusst ausgewählt, um eine breite Palette von Raumklangcharakteristika zu testen – von natürlichen akustischen Umgebungen (Elton John) über filmische Immersion (Hans Zimmer) bis hin zu extremen elektronischen Geräusch- und Bewegungseffekten (Tiesto).

Die Audiowiedergabe ist nicht so einfach

Auf den ersten Blick mag die Wiedergabe von Spatial Audio-Inhalten einfach erscheinen – einfach eine 7.1.4 wav-Datei laden und abspielen. Die Realität ist jedoch weitaus komplizierter. Verschiedene Audioformate und das zugrundeliegende Audioformat bestimmen maßgeblich, wie Mehrkanal-Audio und räumliche Klangeffekte korrekt wiedergegeben werden können. Die Gewährleistung einer korrekten Wiedergabe von 12-Kanal-WAV-Dateien erwies sich als eine Herausforderung, insbesondere auf einem Android-Gerät, wo verschiedene Apps Mehrkanal-Audio nicht einheitlich handhaben.

• Der Dateibrowser von Apple unterstützt die 12-Kanal-WAV-Wiedergabe von Haus aus und ermöglicht so eine genaue Testumgebung ohne zusätzliche Einstellungen. Das System zeigt Mehrkanal-Audiowiedergabe an

• Das in Android eingebaute Wiedergabesystem war unzuverlässig, was zu Verwirrungen darüber führte, was tatsächlich abgespielt wurde. In einigen Fällen waren technisch gesehen alle 12 Kanäle aktiv, aber die Ausgabe wurde auf nur die vorderen linken und rechten Lautsprecher reduziert, was die Räumlichkeit völlig ruinierte.

• Ceva umging diese Einschränkungen, indem es seine eigene angepasste Wiedergabe-App auf einem Google Pixel-Telefon nutzte, um ein richtiges Routing aller Kanäle für genaue Tests zu gewährleisten. Hierbei kamen spezielle Tools zum Einsatz, die eine präzise Wiedergabe von räumlichem Audio und die Unterstützung verschiedener Audioformate sicherstellen.

Diese Inkonsistenz in der Art und Weise, wie verschiedene Plattformen mit räumlichen Audiodateien umgehen, zeigt eine große Lücke in der standardisierten Mehrkanal-Audiowiedergabe außerhalb eines robusten Ökosystems für räumliches Audio.

Unterschiede und Gemeinsamkeiten bei TWS-Lösungen

Ich bin mir bewusst, dass der Vergleich zwischen einem fertigen Produkt (wie Apple oder Samsung) und Ceva, das noch nicht mit einer Mehrkanal-Audiolösung auf dem Markt ist, ein wenig unausgewogen erscheinen mag. Allerdings hat Ceva bereits Stereoprodukte auf dem Markt, wie das Nirvana Europia (Headset) und das Nirvana Ivy (TWS).

Dieser Vergleich konzentriert sich ausschließlich auf Mehrkanal-Audio, nicht auf räumliches Stereo oder Stereo-to-3D-Audio. Obwohl Ceva noch kein Mehrkanal-Produkt hat, macht das Unternehmen in diesem Bereich große Fortschritte, wie ich bei ihrer Demo feststellen konnte.

Die wichtigsten Erkenntnisse für Spatial-Audio-Kopfhörer

Einer der wichtigsten Indikatoren für qualitativ hochwertiges Spatial Audio ist, wie überzeugend es den Eindruck vermittelt, dass der Klang von außerhalb des Kopfes kommt. Ein großartiges System sollte das Gefühl vermitteln, dass Klänge in einer realen Umgebung existieren und nicht in den Kopfhörern gefangen sind. Viele Systeme erzeugen jedoch Artefakte und Rauschen, die diese Illusion zerstören.

• Apple liefert ein größtenteils solides Erlebnis, ist aber nicht perfekt. Es verspricht nahtloses, personalisiertes Spatial Audio, aber in Blindtests hatten viele Benutzer Schwierigkeiten, einen klaren Unterschied zwischen generischen und personalisierten HRTFs zu hören. Während das Tracking effektiv ist, sind die Ansprüche an die Personalisierung übertrieben.

• Samsung ahmt weitgehend Apples Ansatz der Einheitsgröße nach, allerdings mit schwächerer Ausführung. Übermäßiger Gebrauch des Begriffs „Dolby Atmos“, selbst für einfaches Stereo-Upmixing. Viele Nutzer erwarten eine echte objektbasierte Räumlichkeit, aber in Wirklichkeit erweitern einige Implementierungen nur das Stereobild, anstatt einen echten 3D-Raum zu schaffen.

• Ceva gibt der Flexibilität den Vorrang vor der Einfachheit und bietet die meiste Kontrolle mit interessanten Alleinstellungsmerkmalen, erfordert aber eine manuelle Anpassung. Bietet die größte Anpassungstiefe, aber die Komplexität macht es weniger zugänglich. Benutzer, die ein einfaches Plug-and-Play-System wünschen, könnten damit überfordert sein.

Letztlich gibt es keine eindeutige Antwort auf die Frage, welches System das beste räumliche Audio bietet. Die optimale Wahl hängt von individuellen Prioritäten, technischen Möglichkeiten und persönlichen Vorlieben ab.

Transparenzhinweis

Der vorliegende Artikel wurde in Zusammenarbeit mit Ceva verfasst. Die Zusammenarbeit war zwar mit einer finanziellen Vergütung verbunden, die hier geäußerten Meinungen und Bewertungen basieren jedoch ausschließlich auf meiner unabhängigen, professionellen Einschätzung.

Die Zukunft von Spatial Audio

Der Spatial-Audio-Markt entwickelt sich weiter, und kommende Entwicklungen könnten das Erlebnis weiter verbessern, indem sie die derzeitigen Einschränkungen beseitigen. Neue Technologien und innovative Audiotechnologie, wie objektbasierte Audioformate und fortschrittliche Hardwarelösungen, spielen dabei eine entscheidende Rolle für die Weiterentwicklung von Spatial Audio und die Steigerung des Nutzererlebnisses. Einige Schlüsselbereiche für zukünftiges Wachstum sind:

• Inhaltsoptimierte Hall-Einstellungen – Statt einer Größe, die für alle passt, könnten zukünftige Systeme Hall-Profile auf der Grundlage des Inhaltstyps anpassen, wodurch Filme, Musik und Spiele natürlicher und immersiver klingen.

• Intuitivere Benutzeroberflächen – Ceva zeigt, dass Anpassung zwar mächtig ist, aber zu viele Einstellungen Gelegenheitsnutzer überfordern können. Zukünftige Spatial Audio Systeme könnten vereinfachte Bedienelemente bieten, die automatisch die Einstellungen optimieren, während fortgeschrittene Benutzer weiterhin die Möglichkeit haben, Details zu optimieren.

• Zusätzliche Funktionen wie Geräuschunterdrückung, KI-Übersetzung, Transparenzmodus usw. werden dazu beitragen, einen nahtloseren Raumklang zu schaffen, der sich unserer visuellen Wahrnehmung anpasst, genau wie AR. Denken Sie daran, dass Spatial Audio nur eine der Funktionen ist und die Verbraucher auch auf Akkulaufzeit, aktive Geräuschunterdrückung usw. achten.

Mehr dazu bei echten kabellosen Ohrhörern im zweiten Teil dieses Artikels.

Abschließende Gedanken zu Premium-Kopfhörern

Spatial Audio verändert bereits die Art und Weise, wie wir hören, aber das beste Erlebnis hängt davon ab, wie gut die Technologie implementiert ist.

Der Schlüssel zu einem wirklich immersiven Erlebnis wird darin bestehen, das richtige Gleichgewicht zwischen Automatisierung und Benutzerkontrolle zu finden – sicherzustellen, dass sich Spatial Audio an den Hörer anpasst, anstatt ihn zu zwingen, sich dem System anzupassen. Das ist es, was Apple und Samsung zu erreichen versuchen, was aber derzeit nicht mit dem beabsichtigten Aha-Effekt funktioniert.

Spatial Audio befindet sich noch in der Entwicklung, und der Unterschied zwischen großartigen und durchschnittlichen Implementierungen hängt sowohl von der Technologie als auch von der Qualität der Inhalte ab. Das beste räumliche Audio-Erlebnis ergibt sich aus der gelungenen Kombination aus Technik, hochwertigen Inhalten und vor allem der individuellen Anpassung an den Nutzer.

Wenn Sie neugierig darauf sind, was wirklich großartige Spatial Audio-Inhalte leisten können, lassen Sie uns darüber sprechen.