ScienceWednesday: Forschungsprojekt Wellenfeldsynthese

Auch in diesem Semester gibt es wieder die Lunchtalks zu Forschung und Entwicklung am Mediencampus. Statt in der Mittagspause an den langen Schlangen der Mensa anzustehen, bietet der vom Institut für Kommunikation und Medien (ikum) organisierte ScienceWednesday einen Vortrag zu aktuellen Forschungsthemen mit kleinen Snacks und Getränken. Zuhören, essen und abschließend mitdiskutieren.

Den Auftakt des Sommersemesters übernahmen dieses Jahr Prof. Dr. Kyrill Fischer und Prof. Carsten Kümmel vom Studiengang „Sound and Music Production“. Ihr Vortrag konzentrierte sich auf das Thema „Wellenfeldsynthese“.

Prof. Carsten Kümmel machte den Einstieg und führte zur Frage „Warum nutzt man überhaupt die sogenannte Wellenfeldsynthese?“ hin, indem er die Probleme der Schalllokalisation visuell anschaulich vorstellte. Bei einem Konzert sei das Ziel, für jeden Hörer im Raum das gleiche Stereobild zu schaffen. Dies funktioniere allerdings nur, wenn der Lautstärkeunterschied der beiden Schallquellen nicht mehr als 10 dB betrage und sich der Hörer in einem bestimmten Bereich zwischen den Lautsprechern befinde. Verändere man die Lautstärke eines einzelnen Lautsprechers, so verschiebe sich die optimale Hörzone. Benutze man mehrere Schallquellen, so steige der Panorama-Effekt, jedoch werde die genannte Zone zunehmend eingeschränkt und folglich kommen weniger Leute in einen guten Hörgenuss.

Foto: Steven Wolf

Die Lösung dieses ortsabhängigen Hörens bestehe nach Prof. Dr. Kyrill Fischer in der sogenannten Wellenfeldsynthese. Ziel sei es, das originale Soundfeld der Aufnahme nachzubauen und einen gleichmäßigen Schalldruck an jeder Stelle des Raumes zu erreichen. Diese Reproduktion sei aufgrund des Kirchhoff-Helmholtz-Integrals möglich. Dieses besagt, dass man nur den Schalldruck der Ränder des Raumes kennen müsse, um den inneren Druck ausrechnen zu können. Genutzt wird die physikalische Eigenschaft der Interferenz. Schallwellen überlagern sich und erzeugen somit eine neue virtuelle Welle durch geschicktes Zusammenspiel der Soundquellen. Es wird eine hohe Anzahl von Lautsprechern benutzt, die Elementarwellen zeitlich versetzt losschicken, um eine neue synthetisierte Wellenfront zu kreieren. Wie diese Wellenfront sich im Raum ausbreitet, wurde durch eine eigens programmierte Anwendung gezeigt. Im Beispiel wurden vier Wände mit Lautsprechern bestückt. Es war zu beobachten, wie die Wellen sich verknüpfen und somit eine neue virtuelle Soundquelle entstehen lassen. Diese ist nun ortsunabhängig und von jedem Hörer akustisch gleich wahrzunehmen.

Foto: Steven Wolf

In der Praxis befinden sich Systeme mit Wellenfeldsynthese vorerst nur in akademischen Einrichtungen wie z.B. der TU Berlin, da die Herstellung und Installation sehr zeitaufwendig und teuer sei. Das System sei noch nicht perfekt ausgereift, denn es komme teilweise zu falschen Wahrnehmungen an manchen Stellen im Raum. Daher forsche man bislang noch an ausgereiften Soundquellen wie z.B. den Waveguides mit Hochtonhörnern, um den Sound an allen Positionen anzugleichen.

Die beiden Professoren hoffen, das Thema Wellenfeldsynthese auch in die Lehre integrieren zu können und im Elective „Lautsprecherbau“ am Mediencampus Dieburg zu vertiefen.

Hier finden Sie das aktuelle Programm des ScienceWednesday im Sommersemester 2015.