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Sennheiser Geschäftsbericht 2008: Klang knipsen

Mit ausgeklügeltem Labor-Hightech machen Akustikexperten den Schall sichtabr. Dabei zaubern Laservibrometer und Computer faszinierende Aufnahmen von Tonwelten auf Rechnerschirme. Das Ziel: Produkte für den möglichst unverfälschten Klang entwickeln.

Erschienen:

  • Juli 2009

Fotos:

  • Alexander Lauterwasser
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Manche Klänge entfalten ihre wahre Schönheit erst, wenn man sie anschaut. Vorhin hat Axel Grell noch von Frequenzgangkurven und Klirrfaktoren erzählt, von Auslenkungen, Moden, taumelnden Spulen – und man konnte den obersten Kopfhörerentwickler von Sennheiser vielleicht für einen trockenen Techniker halten. Aber jetzt spricht Grell über jene Bilder, die sein Laservibrometer erzeugt, die roten und grünen Farbflächen, die plastischen Wellen und Wölbungen, die immer neuen Kurven, Beulen, Ebenen, und es schleicht sich ein warmer Ton in seine Stimme: „Das kann man sich an die Wand hängen“, sagt er und schaut versonnen auf den Bildschirm.

Das Gerät steht im Hauptgebäude des Firmensitzes im ländlichen Wedemark bei Hannover. Im Labor testen Grell und seine Kollegen mit dem „künstlichen Ohr“ – einem Spezialmikrophon für Kopfhörer –, mit Messverstärkern und Computern die Eigenschaften neuer Modelle. Am Ende muss der so genannte THD-Wert möglichst niedrig sein, das steht für „Total Harmonic Distortion“ – die Verzerrung des Originalsignals. „Unser Ziel ist immer der möglichst unverfälschte Klang“, so Grell. Keine wummernden Hip-Hop-Bässe. Keine unnatürlich übersteuerten Höhen. Sondern die naturgetreue Reproduktion der originalen Schallquelle. Eigentlich ganz einfach. Aber Perfektion ist immer schwer.

Also wird gerechnet und gezeichnet, werden Wandler – sozusagen die Lautsprecher im Kopfhörer – gebaut, wieder verworfen, und zwischendurch wird immer wieder einfach nur: gehört. Zum Testen legt Grell „Also sprach Zarathustra“ auf, Vivaldis „Vier Jahreszeiten“ aber auch Sabrina Setlur. Doch bei der Entwicklung eines neuen Kopfhörers müssen alle Sinne mitarbeiten – auch die Augen. Und so kommt zum Hören das Schauen: In der Simulationsabteilung, wo Grells Kollege Alwin Harms am Rechner die Eigenschaften neuer Modelle vorherberechnet und als bunte Computeranimation darstellt. Unter dem Stroboskop, das – richtig eingestellt – die Membran wie in Zeitlupe schwingen lässt. Und eben vor allem im ersten Stock, am Laservibrometer.

Das Gerät – ein unspektakulär aussehender grauer Kasten – verwandelt Klänge in Bilder. Vereinfacht gesagt, tastet ein Laserstrahl viele einzelne Punkte auf einem Wandler ab, während dieser einen Testton produziert und dabei schwingt. Die Punkte werden im Computer zu einem vollständigen Bild zusammengesetzt. Die einzelnen Schnappschüsse kann man wie einen Film abspielen. Auf einem Bildschirm sieht man dann, quasi Schritt für Schritt verlangsamt, wie sich die Membran bei verschiedenen Frequenzen verhält. Bewegt sie sich gleichmäßig abwechselnd nach oben und unten, ist alles in Ordnung. Bildet sie Wellen oder schwingt ungleichmäßig, muss in der Regel der Wandler nachjustiert werden.

Die Visualisierung akustischer Phänomene hat hier, im Labor des Kopfhörerherstellers entwicklungstechnische Gründe, aber eine ästhetische Komponente schwingt immer mit, wenn sich die Sinne mischen, wenn Hörbares sichtbar gemacht wird. Die optischen Formen, die Klangfrequenzen erzeugen können, sind von solch eigenartiger Gestalt, dass manche hinter den ebenmäßigen Wellen und Mustern gar den Bauplan der Natur selbst zu erkennen meinen, „die schöpferische Musik des Weltalls“, so der Untertitel eines Fachbuchs. Und auch wenn Wissenschaftler die Gründe für diese Objekte streng logisch erklären können, bleibt doch der Eindruck, hier könnte jemand aus Versehen eine flüchtige Weltformel visuell gebannt haben.

Das geradezu methaphysische anmutende Faszinosum von Bildern, die aus Klängen entstehen, war auch das Erfolgsgeheimnis des Naturforschers Ernst Chladni. Er kam Ende des 18. Jahrhunderts erstmals auf die Idee, dünne, mit Sand bestreute Glasplatten mit Hilfe eines Violinbogens zum Schwingen zu bringen. Dabei entstanden die später nach ihm benannten „chladnischen Klangfiguren“ – Formen und Strukturen im Sand, gerade und geschwungene Linien, Häufchen und Kreise, ganz unterschiedlich je nach Tonhöhe und doch einer beschreibbaren Logik folgend.

Beobachter sprachen damals von der „Kunst zu malen mit Tönen“. Auf zeitgenössischen Abbildungen sieht man Chladni mit Geigenbogen und Glasplatte, umringt von schönen Damen der Gesellschaft, die seiner poetischen Darbietung hingerissen folgen. Chladni und seine Klangfiguren waren eine Sensation. „Vermutlich war es ihm auf diese Weise zum ersten Mal überhaupt gelungen zu zeigen, dass Klänge nicht nur Seelen berühren und zu bewegen vermögen, sondern auch in der Lage sind, stoffliche Substanzen zu ergreifen, ja sie zu formen und zu gestalten“, schreibt Alexander Lauterwasser in seinem 2002 erschienenen Standardwerk „ Wasser Klang Bilder“.

Chladnis Technik wurde später von der Engländerin Mary Waller und vor allem vom Schweizer Hans Jenny perfektioniert. Sie machten nicht nur Töne sichtbar, wie es ja auch Oszilloskope oder – ganz schlicht – der Pegelausschlag an der Hifi-Anlage können, sondern, so Lauterwasser, vielmehr „den Klang und seine gestaltenden Kräfte.“ Der studierte Philosoph Lauterwasser hat in eigenen Experimenten sogar ganze Melodien bildlich dargestellt. Er leitete Musik in Wasser über und fotografierte unterschiedliche Muster der Oberflächenspannung, die durch Buckelwalgesang und Beethoven-Komposition, Didgeridoo-Gebrumm oder Saxophon-Solo entstehen.

Das Phänomen Chladnischer Klangfiguren hat jedoch nicht nur eine ästhetische oder physikalische Bedeutung – es gibt auch ganz handfeste, praktische Anwendungen, zum Beispiel beim Instrumentenbau: Mit ihrer Hilfe können einzelne Holzplatten einer Violine auf ihre Schwingungs-Eigenschaften hin untersucht werden, um einen optimalen Klangkörper zu erzielen. Sand auf Holzplatten zu streuen ist heute natürlich nicht mehr die zeitgemäße Methode, um akustische Eigenschaften von Materialien und Konstruktionen zu visualisieren. An der Universität von East Carolina bebilderte der Physiker George Bissinger mittels Laser-Scannern den Klang von Geigen. Ein wichtiges Ergebnis: Alte Stravidaris klingen subjektiv besser als neuere Modelle, weil sie im Bassbereich eine stärkere Resonanz bieten.

Mit gebündeltem Licht macht auch Axel Grell im Sennheiser-Labor die akustischen Eigenschaften neuer Wandler-Modelle sichtbar und sieht so, was er noch verbessern kann. Die Konstruktion aus Spulen und Membranen, die elektrische Impulse wieder in Schall verwandeln ist eigentlich ein altes und bewährtes System. „Aber wir finden immer noch was“, sagt Grell über seine stete Optimierungsarbeit. Grell gilt als „Kopfhörer-Papst“ der unternehmenseigenen Entwicklungsabteilung. Mehrere hundert Male muss manches neue Bauteil allein im Laservibrometer zum Test antreten, bis er zufrieden ist. Bei seiner letzten Erfindung waren es mit etwa 50 vergleichsweise wenige Durchgänge. Und das, obwohl die Konstruktionsweise diesmal radikal neu war.

Für das neue Topmodell der Sennheiser-Kopfhörerfamilie entwarf der Tüftler eine nach außen gewölbte, ringförmige Membran – normalerweise bestehen diese aus einer kreisförmigen oder ovalen Fläche. Die Membranen sitzen beim HD 800 außerdem relativ weit vom Ohr entfernt und der Schall kommt schräg von vorn ins Gehör. All das gab es so noch nie in einem Kopfhörer – dennoch möchte Grell die Innovation nicht als Revolution verstanden wissen, sondern als nächsten Schritt im evolutionären Prozess, an dem er seit inzwischen 18 Jahren beharrlich arbeitet: Den möglichst unverfälschten Klang zu erzeugen.

„Das sieht einfach toll aus“ – Interview mit Axel Grell


Welche Rolle spielt die Visualisierung von akustischen Phänomenen bei der Entwicklung neuer Kopfhörer?

Axel Grell: Eine sehr große, weil man manche Effekte deutlich besser sehen und dann bewerten kann. Man kann zwar sehr viele Dinge hören, aber um sie richtig einordnen zu können, ist es für den Menschen sehr viel einfacher, sie erst mal sichtbar zu machen, um sie dann zu verändern und zu verbessern.

Welches sind die wichtigsten Techniken, die Sie zu dieser Visualisierung anwenden?

Grell: Das ist einmal die akustische Frequenzgang- und Klirrfaktormessung, die man als Graphen am Computer sieht. Dann das Stroboskop, um Bewegungen sichtbar zu machen – eine etwas ungenaue Methode, aber sehr schnell und darum hilfreich. Und dann gibt es eben vor allem das Messen der Wandler mit dem Laservibrometer, wo man wirklich sehen kann, wie sich eigentlich mechanische Teile bewegen – in diesem Fall die Membranen.

Interessiert Sie dabei auch die historische Tradition des Sichtbarmachens von Klang?

Grell: Klar, wer sich mit Akustik beschäftigt, kennt auf jeden Fall ihre Wurzeln. Und da sind die chladnischen Klangfiguren sehr faszinierend. Manchmal bekommt man das ja schon in der Schule gezeigt. Das hat mich nicht mehr losgelassen, sondern mir die Faszination mitgegeben, mich mit der Akustik näher zu beschäftigen. Also mit der Frage: Was passiert da eigentlich. Es geht ja los mit Wasserwellen, die man im Physikunterricht erzeugt. Das Interessante ist, dass einen das später im Berufsleben wirklich noch verfolgt, dass man dieses Wissen braucht.

Gibt es eine Schönheit von Akustik, die sich auf einer visuellen Ebene bewegt?

Grell: Auf jeden Fall. Wenn man die Computersimulation von Moden anschaut, also wie sich die Membranen bewegen, oder noch besser die echten Bilder aus dem Laservibrometer – das sieht einfach toll aus, unglaublich. Das kann man sich an die Wand hängen.