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Nr. 77, 06.07.2013  voriger  Übersicht  weiter  REIHEN  SUCHE 

Forschen mit Nebengeräuschen

Wer in der Fußgängerzone oder in der Kantine telefoniert, nutzt möglicher­weise Erkenntnisse der CAU. Im Audiolab der Tech­nischen Fakultät werden Geräusch umgebungen simuliert, um Geräte daran anzupassen.


Ein Handy kann lernen, die menschliche Stimme zu verstärken und Nebengeräusche auszublenden. Foto: pur.pur

Wie muss ein Kommunikationssystem arbeiten, damit Feuerwehrleute sich auch mit Atem­schutzmasken verständlich machen können? Wie unterscheidet ein Handy zwischen der Sprechstimme und den Nebengeräuschen, die es ausblenden muss?

Solche Fragen beschäftigen den Lehrstuhl für Digitale Signalverarbeitung und Systemtheorie an der Technischen Fakultät der CAU. Mit seinen Doktorandinnen und Doktoranden hat Professor Gerhard Schmidt die Software »Kiel Real-Time Audio Toolkit« (KiRAT) entwickelt und ein Audiolab eingerichtet, in dem die Geräusche bestimmter Umgebungen simuliert werden können. Beides dient nicht nur der Forschung, sondern wird von Firmen auch für reale Aufgabenstellungen angefragt.

»Eine ganz alltägliche Situation ist zum Beispiel, dass Sie auf der Autobahn fahren und sich mit der Person auf dem Rücksitz unterhalten wollen«, sagt Schmidt. Die Fahrgeräusche im Auto und die Notwendigkeit, nach vorne zu sehen, machen das Gespräch schwierig. Eine Lösung wäre, am Fahrersitz in Mundnähe ein Mikrofon und am Rücksitz in Ohrennähe Lautsprecher anzubringen. Doch welche Rückkopplungen entstehen dabei? Und funktionieren bei Tempo 50 die gleichen Einstellungen wie bei Tempo 160? KiRAT und das Audiolab erlauben es, diese Fragen auszutesten.

»Zunächst einmal fährt jemand tatsächlich mit dem Auto los und nimmt die Fahrgeräusche bei verschiedenen Geschwindigkeiten auf«, erklärt Schmidt. Man könnte dafür sehr viel Aufwand treiben und mit Hunderten von Mikrofonen und Lautsprechern versuchen, exakt die Schallwellen zu reproduzieren, die im Inneren des Fahrzeugs ankommen. Die Technische Fakultät hat sich für eine deutlich günstigere Lösung entschieden. »Uns reicht es, wenn die Fahrgeräusche sich für einen Menschen realistisch anhören«, sagt Schmidt. Dafür genügen Mikrofone in der Nähe der Ohren.

Die Software KiRAT erlaubt, Töne aus verschiedenen Quellen – etwa von der Festplatte oder aus dem Mikrofon – auf unterschiedliche Weise zu bearbeiten und wieder auszugeben, ob über Lautsprecher, Kopfhörer oder in eine Datei. »KiRAT besteht aus vielen einzelnen Modulen, die von unterschiedlichen Leuten entwickelt wurden«, erklärt Schmidt. So gibt es zum Beispiel nicht nur ein Modul, das »Sprechen im Auto« simuliert, sondern auch weitere Untermodule etwa für Zweisitzer, Viersitzer oder Kleinbusse. Viele der Module wurden im Rahmen einer Master- oder Doktorarbeit geschrieben. So wird KiRAT seit der ersten Codezeile im Jahr 2010 ständig leistungsfähiger.

Eine ehemalige Lagerhalle auf dem Gelände der Technischen Fakultät wurde zum Audiolab umgebaut, das 2012 in Betrieb ging. Es erinnert an ein Tonstudio, mit Schaumstoff an den Wänden, Verstärkern und Musikinstrumenten und insgesamt 64 Lautsprechern. Eine Besonderheit sind die »Hörköpfe«, Modelle menschlicher Köpfe, die in Ohrhöhe Ton empfangen und auf Mundhöhe Ton ausgeben können. Daneben kann auch ein Auto selbst zum Testlabor werden, mit Computer und KiRAT-Software im Kofferraum und eigens eingebauten Mikrofonen und Lautsprechern im Fahrgastraum. Gerhard Schmidt lässt die Aufnahme von der Autobahn einspielen. »Das ist jetzt Tempo 120«, sagt er. Automatisch wird seine Stimme lauter, um sich verständlich zu machen – genau der Effekt, den man im Audiolab erreichen möchte.

»Für die Forschung können wir hier alle möglichen Umgebungen simulieren, zum Beispiel die Mensa oder den Bahnhof.«


Praktische Anwendungsmöglichkeiten gibt es in vielen Bereichen. Innerhalb der CAU kooperiert der Wissenschaftler etwa mit Linguistik und Medizin. »In der Linguistik verwendet man KiRAT im Sprachlabor, gibt uns aber auch Tipps zur Spracherkennung und -filterung«, sagt Schmidt. In der Medizin können spezielle Headsets etwa die Gehirnpotenziale von Epilepsiekranken messen. Alle Anwendungen müssen sich nicht nur im Audiolab, sondern auch unter realen Bedingungen bewähren. Wenn also Studierende erproben, wie man unter Wasser Taucher oder Schiffe orten kann, dann gehört zur Forschung auch das Tauchen in der Kieler Förde.

Eva-Maria Karpf
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