Bereits in den 1980er-Jahren tüftelte der deutsche Elektrotechniker und Mathematiker Karlheinz Brandenburg an den Grundlagen dafür, was die Musikindustrie ins Internetzeitalter katapultieren sollte: die Komprimierung von Audiodateien auf ein Format mit geringer Datengröße, trotz hoher Klangqualität. Gemeinsam mit einer Handvoll Kollegen entwickelte er ein Verfahren, das als MP3 die Welt eroberte. Kommende Woche hält er auf Einladung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften einen Vortrag bei der Jahrestagung für Akustik, die von 15. bis 18. August in Wien stattfindet.

STANDARD: Nach einer schleppenden Anfangsphase krempelte MP3 rasch die gesamte Musikbranche um. Was ist das für ein Gefühl, wenn sich die eigenhändig entwickelte Technologie auf einmal selbstständig macht?

Brandenburg: Wir haben uns nach Kräften bemüht, ihr dabei zu helfen. Aber erst ging es langsam. Irgendwann um 1998 herum bekam ich dann das Gefühl: Das ist eine Lawine, die sich nicht mehr aufhalten lässt. Ein paar Jahre später, als ich in Hongkong in einem Schaufenster 30 verschiedene MP3-Spieler gesehen habe, dachte ich: Wir haben es geschafft. Bis heute muss ich mich aber manchmal in den Arm zwicken, um zu realisieren, dass das Wirklichkeit geworden ist.

STANDARD: MP3 wurde aber auch als Basis der Filesharing-Piraterie missbraucht, was die Musikindustrie gewaltig erschütterte.

Brandenburg: Die Industrie wurde davor gewarnt und wollte es nicht hören. Schon um 1995, als MP3 noch ein exotisches Format war, hat unser Team die Technologie einer großen Plattenfirma vorgestellt, wurde aber nach Hause geschickt mit den Worten: Was hat das mit uns zu tun? Solche Antworten gab es häufig. Als sich die sogenannte Musikpiraterie verbreitete, sind die Leute aufgewacht. Aber auch dann hat die Musikindustrie auf viele Ratschläge nicht gehört – etwa darauf, MP3 rasch als einheitlichen Standard zu etablieren.

STANDARD: Letztlich ist das Format von selbst zum unumstrittenen Standard geworden. Sind Sie zufrieden mit der Entwicklung?

Brandenburg: Ich hätte ich es schöner gefunden, wenn den Plattenfirmen und Künstlern so manche Schmerzen erspart geblieben wären. Aus Sicht des Technologieentwicklers ist das Ganze nach wie vor ein Traum. Die Patente zu MP3 sind zwar mittlerweile ausgelaufen, doch die Gruppe am Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen in Erlangen ist auf mehr als 200 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter angewachsen und hat unter anderem die Nachfolgetechnologie AAC (Advanced Audio Coding), das Hauptformat für Apple und das Digitalradio DAB+, wesentlich miterarbeitet.

STANDARD: Bei der Entwicklung von MP3 spielten Erkenntnisse der Psychoakustik eine wesentliche Rolle. Was hat es damit auf sich?

Brandenburg: Bei der Entwicklung ging es darum, die Vorgänge im Gehör zu imitieren. Was im Gehör passiert und was wir wahrnehmen, wird in einem Bereich der Psychoakustik mithilfe von Experimenten erforscht. Der Schall gelangt über das Trommelfell ins Innenohr zur Hörschnecke. Dort werden einzelne Haarzellen zum Schwingen angeregt und die Schwingungen in Nervenimpulse umgewandelt. Die Haarzellen schwingen dabei nicht starr an einer Frequenz, sondern andere Zellen werden mitangeregt. Das bewirkt den sogenannten Maskierungseffekt, durch den etwa lautere Töne leisere verdecken können. MP3 imitiert diese Effekte und überträgt nur Signale, die für den Menschen wahrnehmbar sind, was eine starke Reduktion der Datenmenge ermöglicht. Wie unterschiedliche Frequenzen im Gehör wahrgenommen werden, wurde intensiv mit Hörtests überprüft. Wir haben sehr viel Zeit in unserer kleinen Schallkabine verbracht.

STANDARD: Es ist also nichts dran an mancher Kritik, dass die Komprimierung dem Klang schaden würde?

Brandenburg: Zunächst gibt es tatsächlich Grenzen, was man hören kann und was nicht. Ich musste aber auch lernen, wie fein das menschliche Gehör ist. Die "goldenen Ohren" – so nennen wir die Testpersonen, die ein geschärftes und trainiertes Gehör haben – haben in der Anfangszeit sehr geholfen, zu verstehen, was funktioniert und was nicht. MP3 ist nicht perfekt. Man kann bestimmte Musikstücke komprimieren, und ich höre den Unterschied zum Original. Das Nachfolgeformat AAC ist bei einer Bitrate, die hoch genug ist, so nahe am Perfekten, dass wir alle "goldenen Ohren" damit in die Irre führen können. Aber auch bei MP3 ist fast alles auf die Psychologie zurückzuführen. In vielen Experimenten konnte gezeigt werden, dass das, was wir hören, im Wesentlichen durch Erwartungen bestimmt wird. Viele Leute meinen einfach, wenn etwas komprimiert ist, muss es schlecht sein, und nehmen das auch so wahr.

STANDARD: Sie arbeiten seit einiger Zeit unter dem Stichwort PARty (Personalized Auditory Reality) an einer Technologie für die perfekte Klangillusion. Was ist Ihre Vision?

Brandenburg: Die Idee ist an der TU Ilmenau entstanden und wird in meiner Firma Brandenburg Labs weitergeführt. Es geht darum, mit Kopfhörern optimal räumlich zu hören, so wie das beim Sehen mit einer Brille selbstverständlich ist. Die Kopfhörer sollen intelligent darauf reagieren, was ich hören will und was in der Umwelt gerade passiert. Wir kennen die Noise-Cancelling-Technologie, die Umgebungsgeräusche unterdrückt. Das soll selektiv werden, wenn ich zum Beispiel auf einer Party bestimmte Personen klar und deutlich hören oder bestimmte Musik herausfiltern will. Oder wenn ich bei einer Telefonkonferenz das Gefühl haben möchte, dass die Person tatsächlich eineinhalb Meter neben mir steht und nicht scheinbar in meinen Kopf spricht – obwohl ich Kopfhörer trage.

STANDARD: Wie gehen Sie dabei vor?

Brandenburg: Auch hier gilt, dass Erwartungen einen wesentlichen Einfluss darauf haben, wie sich etwas anhört. Das Gehirn vergleicht den Klang, den es über Kopfhörer bekommt, automatisch mit dem, was zuletzt zu hören war in dem Raum, in dem ich mich befinde. Deshalb kann ich eine Konzerthalle mit Symphonieorchester niemals wirklich nach Hause bringen, mit Kopfhörern erst recht nicht. Für den räumlichen Klang sind verschiedene Faktoren wichtig, also wie ich meinen Kopf drehe oder die Raumakustik. Wir haben herausgefunden, dass eine grobe Modellierung nicht reicht, da ist Feinarbeit, auch mithilfe von maschinellem Lernen, nötig. Bei ersten Demos konnten wir allerdings schon zeigen, dass wir über einen simulierten Raum einen Klang erzeugen konnten, bei dem die Leute nicht erkennen konnten, ob er über die Kopfhörer oder Lautsprecher wiedergegeben wurde. Da bekommt man schon tolle Illusionen zustande. Diese Technologien in Anwendungen miteinzubauen ist aber absolut nicht trivial.

STANDARD: Wird die Suche nach dem optimalen Sound nicht immer mehr zur Nische, wenn Musik immer und jederzeit in oft zweifelhafter Handy-Qualität verfügbar ist?

Brandenburg: Es gibt natürlich die Brüllwürfel, wie ich sie nenne, die nicht gerade dazu dienen, auf gute Audioqualität trainiert zu werden. Andererseits habe ich als Kind Musik aus dem Mittelwellenradio auf Tonband aufgenommen und die Musik trotzdem genossen, obwohl das weit weg war von guter Qualität. Meine zweite Beobachtung dazu ist, dass Leute in den 2000er-Jahren, die ihre CDs selbst gerippt und die MP3s zu Hause gespeichert haben, immer höhere Bitraten verwendeten. Die dritte Beobachtung ist, dass immer mehr Leute, auch junge, teure Over-Ear-Kopfhörer aufhaben. Das sind sicher nicht Menschen, denen die Tonqualität egal ist.

STANDARD: Mittlerweile hat Streaming das Speichern von Audiodateien überholt. Wie hören Sie Musik? Und welche?

Brandenburg: Im Wohnzimmer Musik zu hören ist eher selten geworden. Es ist also wahrscheinlicher, dass ich auf Reisen Kopfhörer aufhabe und Musik, die ich am Mobiltelefon gespeichert habe, höre. Vieles davon ist gekauft und heruntergeladen, anderes von Streamingdiensten, von denen ich auch herunterlade. Wenn ich unterwegs bin, streame ich nicht gern, weil die Bitrate dann doch oft zu schlecht wird. Ich mag gut gemachte Musik in verschiedenen Varianten, aus Klassik, Jazz und Popmusik. Nicht so gern höre ich Hardrock und Metal, das ist mir zu lärmig, da muss man sehr gut eingehört sein. Außerdem mag ich keine Opern, insbesondere keinen Koloratursopran, und was es heute so an Schlagern gibt. (Karin Krichmayr, 12.8.2021)