Nie mehr „Conni“ für alle: Forschende tüfteln an besserem Hörerlebnis für Autobeifahrer

Ein junger Mann hört mit Kopfhörern Musik von seinem Smartphone.

Ein junger Mann hört mit Kopfhörern Musik von seinem Smartphone.

Die Kinder möchten zum 20. Mal „Conni lernt reiten“ hören, die Eltern womöglich lieber eine Helene-Fischer-CD. Längere Fahrten im Auto können für Familien allein schon akustisch recht anstrengend sein. Französische Forschende sind nun dem Ziel näher gekommen, jedem Autoinsassen ohne Kopfhörer ein eigenes Hörerlebnis zu ermöglichen. Dafür verbesserten sie das Verfahren der Personal Sound Zone (persönliche Klangzone) so, dass es für einen guten, auf den einzelnen Passagier abgestimmten Klang sorgt, auch wenn der Sitz nach vorne oder hinten verstellt wird.

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Die Technologie könne es künftig jedem Fahrgast ermöglichen, sein eigenes Audioprogramm zu hören, „ohne andere zu stören und ohne Kopfhörer zu benutzen“, sagte einer der Hauptautoren, Lucas Vindrola. Großes Potenzial habe das System auch für andere Anwendungen, etwa bei Heimaudiosystemen und in Museen. Derzeit ist das System demnach in der Lage, einen Lautstärkeunterschied von 30 Dezibel zwischen den beiden Vordersitzen aufrechtzuerhalten, was in etwa dem Unterschied zwischen Gespräch und Flüstern entspricht.

Bei dem Projekt arbeiteten Forschende des Autokonzerns Stellantis in Vélizy Villacoublay um Vindrola und Wissenschaftler der Universität in Le Mans um Bruno Gazengel zusammen. Ihre Studie ist im „Journal of the Acoustical Society of America“ erschienen.

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Hörkomfort hängt an der Position der Sitze

„In den Kopfstützen befinden sich Lautsprecher, und für jeden werden spezifische Filter berechnet, um ein Audiosignal zu reproduzieren, das in der betrachteten Zone eine gute Qualität beibehält und in einer anderen Zone stark gedämpft wird“, erklärt Vindrola. Die Akustiker sprechen von der „hellen Zone“ (gut hörbar) und der „dunklen Zone“ (stark gedämpft). Das Dämpfen erreichen die Wissenschaftler durch die Überlagerung von Schallwellen: Durch das Zusammentreffen von Wellentälern und Wellenbergen wird das Signal nahezu ausgelöscht.

Bei einem unbeweglichen System haben Forscher in der Vergangenheit schon gute Ergebnisse erzielt. Allerdings wurde der Hörkomfort deutlich eingeschränkt, sobald sich die Raumsituation änderte, etwa der Sitz vor- oder zurückgestellt wurde. Dieses Problem löste das Team um Vindrola und Gazengel, indem es zwei Algorithmen miteinander kombinierte: einen für die unbewegte Personal Sound Zone bewährten Algorithmus und einen weiteren, FxLMS genannt. Dessen Anwendung ist auch möglich, wenn die räumliche Umgebung der Personal Sound Zone nicht genau bekannt ist. Das System funktioniert auch dann noch, wenn der Sitz verstellt wird.

Tests mit Klängen am Fahrer- und Beifahrersitz

Die Forschenden testeten ihr Verfahren mit Fahrer- und Beifahrersitz in jeweils fünf verschiedenen Positionen: eine mittlere Position und um sechs und zwölf Zentimeter nach vorne und nach hinten verschoben. Die Position des anderen Sitzes, die Entfernung zur Windschutzscheibe und ähnliche Faktoren beeinflussen den Klangraum, weshalb die Klangfilter immer wieder neu eingestellt werden müssen. „Der zu zahlende Preis besteht darin, Kontrollmikrofone im Fahrgastraum zu haben, damit der Algorithmus funktionieren kann“, sagt Vindrola. Denn nur mit den Aufnahmen der Mikrofone kann das Programm den optimalen Klang und die optimale Dämpfung hervorbringen.

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Eine Verbesserung ihres Systems ist der Gruppe um Vindrola und Gazengel bereits gelungen: Sie konnten die ursprünglich 36 Mikrofone auf 16 reduzieren und dennoch ein gutes Ergebnis liefern. Jedoch erwarten sie weiteren Forschungsbedarf, bevor das System in der Serienfertigung von Autos zum Einsatz kommen kann. So funktioniert das Verfahren bisher nur für die Frequenzbereiche von 100 bis 1000 Hertz, also von Basstönen bis zur normalen Sprechstimme. Für den Frequenzbereich von 1000 bis 10.000 Hertz (bis zum höchsten Ton auf den Piano) wird ein anderes Verfahren verwendet werden müssen.

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