Echolokation: Raumvermessung mit intelligentem Algorithmus

Schweizer Wissenschaftler haben eine neue Methode entwickelt, mit wenigen Mikrofonen komplexe Räume zu vermessen, ohne wie bisher dabei streng auf die Anordnung der Mikros achten zu müssen. Die Technik könnte in Zukunft in vielen Bereichen angewandt werden, auch auf Smartphones.

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Mit der neuen Messmethode haben die Wissenschaftler bereits ein Bild der Lausanner Kathedrale erstellt.
Mit der neuen Messmethode haben die Wissenschaftler bereits ein Bild der Lausanner Kathedrale erstellt. (Bild: EPFL (Fotomontage))

Wissenschaftler der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Lausanne (École Polytechnique Fédéral de Lausanne, EPFL) unter der Leitung von Martin Vetterli haben eine Möglichkeit entwickelt, komplexe Räume mit wenigen Mikrofonen und einem neuen Algorithmus auszumessen. Dabei messen im Raum verteilte Mikrofone ein von den Wänden zurückgeworfenes akustisches Signal, um ein Bild des Raumes zu erstellen. Die Forscher haben auf diese Weise bereits ein Teilabbild der Kathedrale von Lausanne erstellt.

Wenige Mikrofone reichen aus

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Ein Unterschied zu bisherigen Messansätzen mit Mikrofonen besteht in der geringeren Komplexität der Methode: Mit weniger Mikrofonen als bisher sollen dennoch gute Messergebnisse erzielt werden. Um die aus der geringeren Anzahl der Mikrofone resultierende fehlende Genauigkeit auszugleichen, haben die Forscher einen intelligenten Algorithmus entwickelt.

Dieser berechnet zum einen die Distanz zwischen den Messmikrofonen sowie den Wänden und der Quelle, zum anderen wird der Abstand zwischen den aufgestellten Mikrofonen ermittelt. Der Algorithmus erkennt schließlich, ob ein Signal zum ersten oder zweiten Mal von einer Wand oder einem Objekt zurückgeworfen wird. Auf diese Weise soll die neue Methode auch bei willkürlich aufgestellten Mikrofonen gute Ergebnisse liefern.

Kirchen, Räume, Tatorte

Die neue Messmethode wurde zunächst in einem leeren Vorlesungssaal der Hochschule getestet, der keine komplexen Strukturen aufwies. Mit einer beweglichen Wand konnten die Wissenschaftler die Raumgröße variieren und zeigen, dass ihr neuer Messansatz funktioniert. In einem Teil der Kathedrale von Lausanne wurde die neue Methode schließlich an deutlich komplexeren Strukturen getestet, was laut den Wissenschaftlern gute Teilresultate ergab.

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Laut dem Forscherteam könnten Architekten beispielsweise mit der neuen Methode Räume einfacher nach speziellen akustischen Gesichtspunkten gestalten. Auch die forensische Wissenschaft könnte von der unkomplizierten Messmethode profitieren: Mit geringer Ausstattung könnten beispielsweise Tatorte vermessen werden. Auch auf mobilen Geräten wie Smartphones könnte die Technik angewandt werden, um beispielsweise die Navigation innerhalb von Gebäuden zu verbessern.

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