Headphone Equalizer
Headphone Equalizer können Pegelberge versetzen und ebnen damit den Weg für guten Kopfhörerklang. (Diagramm: J. Schröder)

Ratgeber: So funktionieren Kopfhörer-Equalizer

Was bringen Kopfhörer-Equalizer – zu diesem spannenden Thema initiierte LowBeats bereits zur CanJam 2016 in Essen eine viel beachtete Podiumsdiskussion. Durch die wachsende Präsenz von Musik-Streaming-Diensten rückt die nachträgliche Frequenzgangoptimierung von Kopfhörern nun zunehmend in den Blickpunkt.

So hat beispielsweise der Streaming-Player von Roon Labs entsprechende Korrekturfilter für einige Kopfhörermodelle von Audeze bereits an Bord. Und auch der soeben vorgestellte HRA-Streaming-Player vom Berliner Musikportal highresaudio.com integriert demnächst optional Sonarworks True-Fi – ein System, welches beliebige Kopfhörer korrigieren kann.

kopfhörer-equalizer Roon-Player headphone setup
Roon-Player Kopfhörer-Setup (Screenshot: R.Vogt)

Dieser Ratgeber verschafft einen grundlegenden Überblick über die möglichen Methoden von Kopfhörer-Equalizing. Da sich das Thema überraschend umfangreich gestaltet, haben wir dem Inhalt auf zwei Beitragspakete verteilt: Im vorliegenden, ersten Paket werden Hintergründe und technische Zusammenhänge erläutert.

Dazu gibt’s ausführliche Tests zweier spannender Software-Equalizer für Kopfhörer – einen für Tonprofis und ProSumer, den anderen speziell für HiFi-Anwender. Zudem findet sich noch ein weiterer interessanter Beitrag, der den Stein für diese umfangreiche Geschichte in Rollen brachte – der Test des neuen Planarwandler-Kopfhörers Audeze LCD-2 Classic.

Im demnächst erscheinenden, zweiten Teil folgen dann die Hardware-EQ-Alternativen, die keinen Computer erfordern. Dazu gibt’s Tipps zum Einstellen und natürlich auch Tests von empfehlenswerten Geräten: Der neue RME ADI-2 DAC wartet bereits auf seinen Einsatz.

Kopfhörer sind keine Lautsprecher

Zwei ohrnahe Schallwandler, von einem Bügel gehalten – auch wenn es das einfache Prinzip kaum vermuten lässt: Die akustische Abstimmung von Kopfhörern ist kaum weniger diffizil als dienjenige von Lautsprechern.

Das mag unglaublich klingen, ist aber eine wissenschaftlich belegte Tatsache. Der wesentliche Grund: Das menschliche Gehör bewertet den bei Kopfhörerwiedergabe seitlich einfallenden Schall anders als frontal eintreffenden.

Herkömmliche Stereo-Aufnahmen werden jedoch zur Wiedergabe über Lautsprecher gemacht, die üblicherweise vor dem Zuhörer platziert sind – und das nicht nur zuhause, sondern auch beim Aufnehmen und Abmischen im Tonstudio.

Daher müssen Kopfhörer in einer Weise korrigiert, sprich: „entzerrt“ werden, dass sie trotz abweichender akustischer Bedingungen Musik ähnlich wiedergeben wie Lautsprecher – zumindest in tonaler Hinsicht.

Leichter gesagt als getan, denn vergleichbar dem Fingerabdruck fällt auch die Anatomie der Ohrmuscheln bei jedem Menschen anders aus. Es gilt also für Kopfhörer-Entwickler, für jedes Modell eine Art „Durchschnittsentzerrung“ zu finden, die eine möglichst große Zuhörerschaft anspricht.

Die Mechanik von HD 800 S und HD 800 wirkt filigran, ist aber ziemlich robust. Der HD 800 im Bild hinten ließ bereits sieben harte Jahre ziemlich spurlos hinter sich. (Foto: J. Schröder)
Die beiden ohrumschließenden Kopfhörer Sennheiser HD 800 S (vorn) und HD 800 haben sich dank ihrer geschickten Abstimmung eine weltweite Fangemeinde erspielt (Foto: J. Schröder)

Die wahrgenommene Klangqualität eines Kopfhörers hängt damit nur bedingt von seinen physikalischen Qualtäten ab. Klanglich maßgebend ist vielmehr, wie gut seine akustische Entzerrung mit dem geplanten Einsatzbereich sowie der Ohmuschel-Anatomie des Benutzers harmoniert.

Hier stellt sich natürlich die Frage, ob man da nicht mit elektronischen Mitteln nachhelfen kann – ganz gleich, ob man nun einen bestimmten Kopfhörer für die eigenen Ohren „passend machen“ oder aber das klangliche Ergebnis mit dem Lieblingshörer noch verbessern möchte.

Genau diese Aufgabe wollen spezielle Kopfhörer-Equalizer erfüllen: Hier haben sich im Wesentlichen zwei Gruppen ausgebildet: Software-basierte Headphone-Equalizer für den Einsatz mit Computer oder Smartphone sowie in DACs oder Kopfhörerverstärker bereits integrierte Hardware-Equalizer.

Kopfhörer-Equalizer: Kurvendiskussionen

Bei Lautsprechern herrscht weltweit Konsens, dass ein möglichst geradliniger Verlauf beim Amplituden-Frequenzgang eine solide Basis für hohe Klangqualität ist. Nicht jedoch bei Kopfhörern: Hier stellt sich vielmehr die Frage, wie ein „optimaler Frequenzgang“ eigentlich auszusehen hat.

Denn linear wie bei Lautsprechern kann er definitiv nicht verlaufen, weil er damit den gehörphysiologischen Anforderungen (beispielsweise der korrekten Transformation einer Außenohr-Übertragungsfunktion) nicht entsprechen würde.

So kommt denn auch die International Electrotechnical Commission (IEC) in der entsprechenden Norm 60268-7 (Headphones and Earphones) zu folgendem Schluss*: „Keine bekannte, objektive (Mess-) Methode erzeugt eine lineare Frequenzgang-Charakteristik mit einem Kopfhörer, der, subjektiv betrachtet, eine breitbandige, unverfärbte Wiedergabe aufweist.“

Aus diesem Grund macht denn auch die IEC 60286-7 erst gar keine Vorgaben zu effektiven Frequenzgangcharakteristiken nebst den dazugehörigen Toleranzbereichen. Kein Wunder also, dass Kopfhörer-Hersteller für ihre Modelle nur äußerst selten Frequenzgang-Diagramme publizieren.

sound pressure level at drp with circumaural hps (chart: www.cjs-labs.com)
Wilde Berg- und Talfahrt: Verlauf des Schalldruckpegels im Gehörgang (nahe Trommelfell = DRP), gemessen mit mehreren, ohrumschließenden Kopfhörern (Grafik: www.cjs-labs.com)

Im Gegensatz zu Lautsprechern existiert bei Kopfhörern demnach keine allgemein anerkannte, genormte Zielkurve für einen optimalen Frequenzgang – was denn mittlerweile auch zu einem gehörigen „Wildwuchs“ geführt hat.

Immerhin bieten sich einige Philosophien als Ausgangsbasis zur Entzerrung von Kopfhörern an. Die beiden bekanntesten sind zweifellos die Freifeld- sowie die Diffusfeld-Methode. Zwar berücksichtigen beide Verfahren die Tatsache, dass das menschliche Ohr ein richtungsabhängiges Filter darstellt; sie gehen dabei jedoch von geradezu gegensätzlichen akustischen Rahmenbedingungen aus.

Entsprechend deutlich fällt denn auch der Klangunterschied zwischen Freifeld- und Diffusfeld-entzerrten Kopfhörern aus, selbst wenn diese ansonsten technisch gleichwertig sind.

Freifeldentzerrung und Diffusfeldentzerrung im Vergleich www.cjs-labs.com
Freifeld- und Diffusfeld-HRTF im Vergleich. Je nachdem, welche der beiden Übertragungsfunktionen der Entzerrung eines Kopfhöres zugrunde liegt, fällt sein Frequenzgang anders aus. (Grafik: www.cjs-labs.com)

Als Alternative zur klassischen Freifeld- oder Diffusfeld-Schule bietet sich mittlerweile eine weitere Entzerrungsoption für Kopfhörer an, die die beiden Akustik-Experten Dr. Sean  Olive und Todd Welti (beide Harman International) im Jahre 2014 vorstellten.

In einer international angelegten Studie zeigen sie, dass die Versuchpersonen diejenige Kopfhörer-Klangcharakteristik am höchsten bewerteten, die dem Klangbild von (guten) Lautsprechern in Wohnraumumgebung am meisten entsprach.

Die Harman-Methode hat in der Tat einigen Charme und durchaus das Zeug zu einem internationalen Standard. Signaltechnisch betrachtet, findet sie einen guten Kompromiss zwischen Freifeld- und Diffusfeldentzerrung, weil sie frontal eintreffende Direktschallanteile prinzipbedingt verfärbungsärmer reproduzieren kann als letztere.

headphone target curve (diagram: harman international)
Diese Grafik zeigt die von Dr. Sean Olive und Todd Welti (beide Harman International) erarbeiteten Target-Kurven zur Grundentzerrung von Kopfhörern. Sowohl die aktuelle Studie (hellblau) als auch die vorhergehende Studie (schwarz) stimmen sehr gut überein mit der (optimierten) Lautsprecherwiedergabe im Wohnraum (hellgrün). Die Bassanhebung der Kopfhörer-Targetkurven entspricht der rezeptiv stärker empfundenen Tieftonwiedergabe bei Lautsprecherwiedergabe in Räumen (Diagramm: Harman International)

Doch ganz gleich, ob Diffusfeld-, Freifeld- oder Olive & Welti – selbst mit einer perfekten Basisentzerrung ist der klangliche Entwicklungsprozess von Kopfhörern längst nicht abgeschlossen. Die Ursache hierfür: Bereits das Aufsetzen von Kopfhörern verändert das akustische Verhalten der Ohrmuscheln nachhaltig – und das sogar abhängig davon, ob es ein offener oder geschlossener ohrumschließender, ohraufliegender oder ein In-Ear-Hörer ist.

Zudem ergeben sich zwischen Wandlersystem und Ohrmuscheln dadurch auch noch diverse Hohlräume mit ihren spezifischen Reflexionen und Resonanzen, die besonders im Bereich oberhalb von 5 Kilohertz für merkliche Welligkeiten im Frequenzgang sorgen. Erschwerend kommt hinzu, dass die Ohrmuscheln bei jedem Menschen individuell ausfallen.

Spätestens jetzt wird deutlich, dass eine „mehrheitskonforme“ Klangabstimmung von Kopfhörern der vielzitierten Suche nach der Stecknadel im Heuhaufen gleichkommt. Da mutet es fast schon wie ein Wunder an, dass sich Kopfhörer wie beispielsweise der Sennheiser HD 800 S weltweit einer allgemein hohen Akzeptanz erfreuen.

Kopfhörer-Equalizer: Korrektur nach Maß

Die vorhergehenden Absätze lassen allerdings auch erkennen: Die nur schwer durchführbare Standardisierung von Kopfhörer-Frequenzgängen schafft je nach Modell durchaus Spielräume für nachträgliche, individuelle Klangoptimierungen.

Diese allerdings setzen qualifizierte Tools aus der Hand von Experten voraus: Mit den Smartphone-typischen 5-Band-Graphic-EQs ist da jedenfalls nicht viel Staat zu machen, will man echte klangliche Verbesserungen erzielen.

Qualifiziert bedeutet jedoch keineswegs kompliziert – im Gegenteil: Die beiden getesteten Software-EQs Sonarworks Reference 4 Headphone Edition und Sonarworks True-Fi versprechen besseren Kopfhörerklang mit wenigen Mausklicks.

In der Praxis bedeutet das: Den verwendeten Hörer aus der Datenbank auswählen – Korrekturfile in die Software laden – fertig. Zeitintensives Probehören manuell programmierter Filtereistellungen ist hier nicht erforderlich.

Kopfhörer-Equalizer Sonarworks True-Fi
Ein Mausklick genügt: Angepasstes Kopfhörer-Equalizing mit der Software Sonarworks True-Fi (Screenshot. J. Schröder)

Mehr braucht’s zumindest für den HiFi-Fan nicht, denn die entscheidenden Prozesse finden ohnehin „unter der Haube“ statt.

Und hier stellen sich gleich zwei qualitätskritische Fragen, die da lauten: a.) welches Messverfahren setzt der Anbieter ein, um die Ist-Übertragungsfunktion der Kopfhörer zu ermitteln? und b.) welche „Zielkurve“ bildet die Grundlage für den Korrekturvorgang? Wenn’s da bereits hapert, ist auch die tollste Software-Umgebung drumherum völlig nutzlos.

Selbst Hand anlegen heißt es dagegen bei Hardware-Equalizern, die integraler Bestandteil von DACs oder Headphone-Amps sind. Hardware- Kopfhörer-Equalizer sind zwar arbeitsintensiver als die Load-&-Listen-Konkurrenz, jedoch in Sachen Flexibilität kaum zu schlagen.

Zudem findet sich längst nicht jeder Kopfhörer in den Datenbanken von Sonarworks & Co. Ein weiterer Vorteil: Digitale Hardware-EQs folgen stets der aktuellen Abtastrate des DACs – von DSD einmal abgesehen, das prinzipiell keine Nachbearbeitung auf nativem Wege erlaubt.

Kopfhörer-Equalizer: Fazit

Von einem der weltweit renommiertesten Audio-Experten, Dr. Floyd Toole, stammt folgendes Statement**: „Der Frequenzgang ist der wichtigste Einzelaspekt in der Performance jeder Audio-Komponente. Wenn der nicht stimmt, zählt nichts anderes mehr.“

Diese Aussage bestätigt sich im Test der beiden Software-Equalizer einmal mehr – und zwar auf beinahe schon ketzerische Weise. Klar, tolle Headphone-Amps, gute Kabel, solide Armaturen – all das trägt zum guten Klangergebnis bei.

Einen in seiner Grundentzerrung „vergurkten“ Kopfhörer jedoch (was auch für so manchen exklusiven gilt) kann man sich damit bestenfalls schön-hören. Denn die ursächliche, spektrale Verfärbung lässt sich mit allerbestem Equipment allein gewiss nicht beheben.

Oder anders gefragt: Was nützt das weltbeste Lautsprecherkabel, wenn der Hochtöner einer Lautsprecherbox um 6 Dezibel zu leise spielt?

Genau an diesem Punkt setzt Kopfhörer-Equalizing an. Das Optimieren der Hörer-Entzerrung mit den richtigen Mitteln ermöglicht drastische Klangverbesserungen. Gemessen daran, bewirkt beispielsweise das Umstellen von unsymmetrischer auf symmetrische Anschlussweise geradezu lächerlich geringe Unterschiede.

Beim „amtlichen“ Kpfhörer-Equalizer geht es nicht um geschmäcklerisches Erbsenzählen, sondern um die Kernfrage: Kann man mit einem Kopfhörer „leben“ und arbeiten oder eher nicht?

Ein gutes Beispiel hierfür ist der Audeze LCD-2 Classic, dem ich mit entsprechendem Post-Equalizing ein spürbar unmittelbareres Klangergebnis habe abgewinnen können. Denn erst die Frequenzgangkorrektur über Sonarworks Reference 4 Headphone Edition brachte seine Stärken bei jeder Art von Musik, insbesondere bei Jazz und Pop so richtig zur Geltung.

So betrachtet, stellen gut konzipierte Kopfhörer-Equalizer ein schon beinahe unverschämt günstiges Angebot zur nachhaltigen Verbesserung der Klangqualität dar.

Ganz gleich, ob Software oder Hardware: Grundsätzlich ist gut umgesetzter Headphone-EQ das Mittel der Wahl, um bildlich gesprochen „an den richtigen Stellschrauben“ zu drehen.

Kopfhörer-Equalizer correction curve
Die Grafik zeigt den vom Kopfhörer-Verstärker Sonarworks True-Fi angewandten Korrekturfrequenzgang, mit dem der Kopfhörer Audeze LCD-2 per Mausklick gezielt entzerrt wird. (Grafik: J. Schröder)

Sind Kopfhörer-Equalizer damit das hochwirksame Wundermittel für ultimativen Klang? Durchaus – allerdings nicht ohne Nebenwirkungen: Denn wenn ein Kopfhörer spektrale Verfärbungen zeigt, kann das vom Entwickler durchaus beabsichtigt sein.

Hauptgrund für solche Frequenzgang-Manipulationen ist in der Regel das Ziel, das Kopfhörer-Erlebnis „räumlicher“ erscheinen zu lassen – beispielsweise, um Räume akustisch diffuser klingen zu lassen oder einen Lautsprecher-ähnlichen „Frontstaging“-Effekt zu simulieren. Solche Maßnahmen gelingen (in begrenztem Maße) mit Hilfe psychoakustischer Tricks, Stichwort: Blauertsche Bänder.

Auf solche „Kunstgriffe“ jedoch nehmen zumindest die mit fixen Korrekturkurven arbeitenden Kopfhörer-Equalizer wie etwa Sonarworks True-Fi keinerlei Rücksicht. Ihr Ziel ist vielmehr, die Kopfhörer in spektraler Hinsicht so zu optimieren, dass sie der Klangbalance bei Lautsprechwiedergabe so gut wie möglich entsprechen – was einer Annhäherung an die Freifeldentzerrung entspricht.

Darum kann es durchaus passieren, dass mit dem Kopfhörer nach erfolgter Frequenzgang-Korrektur die Musik plötzlich mehr als vorher „im Kopf“ spielt. So müsste in Kopfhörer-Equalizer „Beipackzetteln“ eigentlich vermerkt sein: „Achtung! Der Einsatz kann hörbare Änderungen in der akustischen Raumabbildung Ihres Kopfhhörers bewirken.“

Das ist jedoch keine Schwäche des Equalizing-Vorgangs an sich, sondern einzig der Physik geschuldet: Will man Kopfhörer mit üblichen Stereo-Aufnahmen angenähert so räumlich wie ein frontal platziertes Lautsprecherset klingen lassen, so erkauft man sich das prinzipbedingt stets mit spektralen Verfärbungen – daran führt kein Weg vorbei, auch wenn immer wieder anderes behauptet wird.

Selbstverständlich können Kopfhörer auch ein überzeugend dreidimensionales Klangerlebnis ohne Klangverfärbungen schaffen. Das gelingt ihnen jedoch ausschließlich mit binauralen Aufnahmen – in üblichen Stereo-Aufnahmen hingegen sind die hierfür erforderlichen Ohrsignale nicht enthalten.

*“No known objective method produces a flat frequency response characteristic from an earphone which is subjectively judged to produce wide band uncolored reproduction.“

**“Frequency response is the single most important aspect of the performance of any audio device. If it is wrong, nothing else matters.“

Test Kopfhörer-EQ Sonarworks Reference 4 Headphone Edition
Test Kopfhörer-EQ Sonarworks True-Fi

Test Kopfhörer Audeze LCD-2 Classic
Test Kopfhörer Sennheiser HD 800 S