Besuch bei Soundcam: Wie sieht Maschinenlärm aus?

Merkwürdige Geräusche in der Montagehalle oder im Auto, die sich nicht orten lassen: Die Akustik kann manchmal trügerisch sein. Ein Unternehmen aus Gütersloh hilft dem Gehör auf die Sprünge: mit einer Kamera, die Geräusche sieht. Wir waren dort.

Ein Bericht von Werner Pluta veröffentlicht am 25. April 2018, 12:10 Uhr

Soundcam im Einsatz: eine Kamera, die Geräusche sieht (Bild: Martin Wolf/Golem.de)

Wie sieht ein fahrendes Auto aus, wie das Rauschen eines Laptop-Lüfters oder das Auslösen einer digitalen Spiegelreflexkamera? Die Soundcam ist eine akustische Kamera, die Geräusche sichtbar macht. Damit lassen sich unerwünschte Lärmquellen aufspüren: in Produktionshallen, bei Haushaltsgeräten - oder im Auto eines Kollegen der Entwickler.

Eine akustische Kamera - das erscheint erst einmal widersprüchlich: Eine Kamera ist ein optisches Gerät, das Bilder festhält. Geräusche hingegen sind eine ganze andere Sphäre. Und doch lassen sie sich sichtbar machen: als Sonogramm oder als Spektrum. Der Zweck der Soundcam ist aber ein anderer: Mit ihr lassen sich Schallquellen lokalisieren. Sie nimmt ein Bild auf, in dem zu sehen ist, wo ein Geräusch entsteht. "Das kann man sich wie eine Wärmebildkamera vorstellen: Eine Wärmebildkamera zeigt, wo es warm ist, und wir zeigen, wo es laut ist", sagt Maik Kuklinski, der beim Soundcam-Hersteller CAE Software und Systems für den technischen Vertrieb zuständig ist, im Gespräch mit Golem.de.

Eine akustische Kamera funktioniert anders als eine herkömmliche: Sie besteht in erster Linie aus 64 Mikrofonen, die in fast konzentrischen Kreisen angeordnet sind. Im Mittelpunkt des Kreises sitzt eine kleine Kamera, die Bilder in Schwarz-Weiß aufzeichnet. Um sie herum sitzen vier Leuchtdioden - für den Fall, dass sich die Schallquelle im Dunkeln befindet. Auf der Rückseite des 34 mal 34 Zentimeter großen und knapp 10 Zentimeter tiefen Geräts befindet sich ein Touchscreen. Zwei Griffe links und rechts davon erleichtern es, die etwa drei Kilogramm schwere Soundcam auf eine Schallquelle zu richten.

Die Mikrofone sind mikroelektromechanische Systeme (Mems), die eine hohe Qualität liefern und dabei sehr günstig sind. Sie sind synchronisiert und erfassen ein Signal zeitgenau synchron zueinander. Über die Analyse von Laufzeitdifferenzen lässt sich dann eine Schallquelle lokalisieren.

Die Kamera sei nach dem Motto "Keep it simple" konstruiert, sagt Kuklinski. "Das bedeutet, sie ist so beschaffen, dass auch ein akustischer Laie sie einfach nutzen kann. Sie benötigt keine lange Vorbereitungszeit. Einschalten, und das Gerät ist einsatzbereit." Bedient wird die Kamera über den Touchscreen. Das Wichtigste ist das große Bild: Es zeigt das Kamerabild, das mit den Daten der Mikrofone überlagert wird. Auf einer Heatmap sieht der Nutzer, wo sich die Lärmquelle befindet. An der Farbe ist zu erkennen, wie stark der Lärm ist.

Darunter befinden sich zwei Diagramme, ein Sonogramm, das die Geräuschentwicklung über die Zeit angibt, und ein Spektrum, das anzeigt, welche Frequenzen zu hören sind. Mit Hilfe des Spektrums lassen sich die Frequenzen filtern. "Das Spektrum ist für den ersten Schritt hilfreich, weil man dort sieht, in welchem Frequenzbereich viel Energie ist", erläutert Kuklinski "Da erscheint ein Peak oder eine größere Beule. Man kann sich dann nur diesen Peak oder diese Beule anschauen und herausfinden, wo in diesem Frequenzbereich der Schall herkommt."

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Wo knattert der Motor? Maik Kuklinski schaut mit der Soundcam nach. (Bild: Werner Pluta/Golem.de)

Das Innenleben der Soundcam ist vergleichsweise einfach gehalten: Ein Field Programmable Gate Array (FPGA) wertet die Daten der Mikrofone aus. Es sitzt auf einem entworfenen Board, über das er mit einem Windows-Tablet verbunden ist, das als Bedieneinheit fungiert. Die Kamera ist ebenfalls an den FPGA angeschlossen. Das sie nur zur Referenz da ist, liefert sie lediglich Schwarz-Weiß-Bilder mit einer Auflösung von 320 x 240 Pixeln bei einer Rate von 50 Bildern pro Sekunde oder 640 x 480 Pixeln bei 16 Bildern pro Sekunde.

Was aber lässt sich mit einer Soundcam anfangen?