Das US-Patentamt hat Apple kürzlich ein neues Patent für "Spatial headphone transparency" zugesprochen. Das dazugehörige Dokument beschreibt im Prinzip und vereinfacht ausgedrückt einen Weg, um akustisch geschlossene Kopfhörer mittels DSP-Klangmanipulation im Effekt akustisch transparent zu machen.

Dazu ein klein wenig Kopfhörer-Grundlagenwissen:
Man kann Kopfhörer (In-Ears wie Bügelkopfhörer) grob in zwei Bauarten unterteilen: offen und geschlossen. Die meisten In-Ears und Bügelkopfhörer für den Mobilgebrauch sind geschlossene Konstruktionen. Das heißt, ihre Gehäuse schirmen den Außenschall je nach Bauweise mehr oder weniger stark ab und lassen den im Inneren von den Treibern erzeugten Ton nicht nach außen. Der Nutzer wird dadurch weniger von Umgebungsgeräuschen gestört und Außenstehende werden nicht von dem Gedudel des Kopfhörers genervt.

Der Sonus faber PRYMA ist ein typischer geschlossener Kopfhörer. Er isoliert den Träger vor Außenschall und lässt kaum Geräusche von den eigenen Schallwandlern nach außen.

Neben diesen im Prinzip positiven Eigenschaften haben geschlossene Kopfhörer aber auch nicht unerhebliche Nachteile. Die Außenschallisolierung bedeutet auch, dass der Träger eventuell zur Orientierung und Bewegung im öffentlichen Verkehr wichtige Geräusche nicht registriert. Etwa Sirenen oder Fahrradklingeln. Oder es nicht bemerkt, wenn er angesprochen wird. Aus klanglicher Sicht ist die Abschottung auch nicht ideal, weil die akustische Isolation unter dem Kopfhörer ein unnatürliches Gefühl verursacht. Es gibt weitere Nachteile, die hier aber den Rahmen sprengen würden.


Kopfhörer für daheim, und speziell solche mit besonders hohem Klanganspruch, sind oft offen(er) konstruiert. Dadurch wird das akustische Ambiente, welches für eine natürliche Klangwahrnehmung nicht unwichtig ist, weniger beeinträchtigt. Für unterwegs sind offene Kopfhörer aber weniger beliebt.


In dem neuen Apple-Patent geht es unter anderem um einen Weg, die Vorteile beider Bauarten miteinander zu kombinieren. Mittels einer Reihe von Mikrofonen, die den Außen- und Innenschall aufnehmen, sowie schlauer Algorithmen und digitalem Signalprozessor (DSP), soll das Gehäuse geschlossener Hörer akustisch transparent gemacht und somit das Gefühl erzeugt werden, als würde man gar keinen Kopfhörer tragen. – Oder zumindest so, als trüge man einen offenen Kopfhörer. Der vom Kopfhörer erzeugte Ton dringt weiterhin nicht nach außen.


Das Prinzip an sich ist nicht neu. Es gibt schon eine Reihe von Kopfhörern mit aktiver Geräuschkompensation und sogenannter „Hear-Through“-Funktion. Auf Tastendruck werden dabei die von den außenliegenden Mikrofonen erfassten Geräusche gezielt über die Treiber der Kopfhörer wiedergegeben. Etwa, um Stimmen hörbar zu machen und Gespräche zu ermöglichen.


Apples Patent führt diesen (und andere) Gedanken aber sehr viel weiter. So will sich Apple offenbar die aus der Entwicklung des HomePod mit seinem Mikrofon-Array für automatische Raumeinmessung gewonnenen Erkenntnisse nutzbar machen, um Kopfhörern unterschiedliche Dinge beizubringen.

Primär geht es darum, wie oben beschrieben, den das Ohr verdeckenden/verschließenden Kopfhörer akustisch transparent zu machen. Also quasi umgekehrte Geräuschunterdrückung. Dabei soll ein Array von Mikrofonen (wie im HomePod) die akustische Umgebung räumlich erfassen und so über die Treiber wiedergeben, dass der Nutzer ein akustisch-räumliches Gefühl von seiner Umgebung bekommt. Herkömmliche Hear-Through-Funktionen können keinen räumlichen Eindruck vermitteln. Und selbst offen konstruierte Kopfhörer verschlechtern meist durch Ihre Gehäuse die Ortungsfähigkeit.

Natürlich ließe sich mit so einem System auch eine Geräusch-unterdrückende Funktion realisieren. Man könnte also, je nach Bedarf, Außengeräusche bewusst durchlassen, oder sie bedämpfen, um seine Ruhe zu haben. Des weiteren ist denkbar, mit dieser Technik eine Einmessung des Frequenzgangs auf die Ohren des Trägers zu verwirklichen. Also so, wie es schon Mimi Hearing Technologies beispielsweise im beyerdynamic Aventho Wireless (Testbericht) macht.

Apple sieht aber noch mehr Möglichkeiten. So wird als Anwendungsfall das berühmt-berüchtigte „Im-Kopf-Gefühl“ beim Musikgenuss über Kopfhörer genannt. Per Mikrofon-Array und DSP soll der Ton mittels psychoakustischer Tricks so manipuliert werden, als läge die Tonquelle deutlich vor oder auch über dem Hörer. (Z.B. überfliegende Flugzeuge.) An solch räumlicher Wiedergabe laborieren Kopfhörer-Entwickler schon seit langem – überwiegend mit mäßigem Erfolg.

Die unterschiedlichen Anwendungsmöglichkeiten sollen auch in Kombination genutzt werden können. Im Beispiel zuvor mit der räumlichen Wiedergabe könnten dank des Mikrofon-Arrays räumliche Filtereffekte berücksichtigt werden. Damit sind z.B. anatomische Einflüsse auf die Wahrnehmung gemeint, wie etwa von den Schultern verursacht.

Das Patent beschreibt – wie so oft – sehr weitreichende Anwendungsszenarien, wobei keines davon wirklich neu ist. Des Pudels Kern ist der Einsatz eines Mikrofon-Arrays, wie aus dem HomePod bekannt. Damit könnte es möglich sein, die beschriebenen Szenarien besser als je zuvor zu verwirklichen. Mit der Betonung auf "könnte". Ein Patent allein bedeutet noch nicht, dass es zu realen Produkten führen wird. In diesem Fall ist aber durchaus wahrscheinlich, dass Apple irgendwann z.B. aufgemotzte Beats-Kopfhörer mit einem solchen Mikrofon-Array und DSP-Filterung bringen wird. Ob alle der genannten Möglichkeiten dabei gleichzeitig umgesetzt werden, ist jedoch keineswegs sicher. Gut möglich, dass die zugehörige Software zunächst nur einzelne der genannten Features ermöglichen wird.