Ein Punktstrahler wirft schmale Schallkegel
Neues Verfahren könnte Audio-Welt revolutionieren

In der Disco ist es nur auf der Tanzfläche laut - an den Tischen dagegen können die Gäste in Ruhe plaudern. Eine neue Technik vom MIT in Boston ermöglicht es, einzelne Orte punktgenau zu beschallen.

DÜSSELDORF. Forscher am Media Lab des Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Boston haben ein Verfahren entwickelt, mit dem Musik oder Sprache übertragen und nur an ganz bestimmten Punkten hörbar gemacht wird - ohne dass dazu herkömmliche Lautsprecher notwendig sind. Frank Joseph Pompei und seine Kollegen produzieren Schallkegel und können den Schall exakt wie einen Lichtstrahl auf bestimmte Ziele richten. Dazu nutzen die Wissenschaftler Ultraschall, also Akustikwellen, die weit jenseits des hörbaren Bereichs liegen.

Anwendungen für die Technik von Pompei gibt es viele. Im Auto beispielsweise hören Fahrer und Beifahrer unterschiedliche Musik. Der Autokonzern Daimler-Chrysler hat in den USA mit dem so genannten Schallwerfer Tests in einem Fahrzeug gestartet. Im Museum werden Besucher vor einem Bild mit Informationen zu dem Werk versorgt. Sie müssen nicht mehr mit einem Walkman herumlaufen, der sie durch die Ausstellung führt. Im Supermarkt erhält der Kunde vor dem Waschmittelregal einen Hinweis auf ein Sonderangebot. Denkbar ist auch, dass auf Bahnhöfen über Abfahrt oder Verspätungen nur auf dem Bahnsteig informiert wird, von dem der jeweilige Zug abfährt. Auf den Bahnsteigen nebenan ist nichts davon zu hören. Supermärkte, Tanzlokale, Automatenbetreiber, Bushersteller oder auch Militärs haben beim MIT Interesse an der Technik angemeldet.

Mit normalen Lautsprechern nicht zu realisieren

Mit einem normalen Lautsprecher ist die punktgenaue Beschallung nicht möglich. Schall wird dabei in alle Richtungen abgestrahlt und lässt sich - anders als Licht - nicht leicht bündeln. Er ist langwellig, die Wellenlänge liegt im Meterbereich. Um den Schall eng bündeln zu können, also eine brauchbare Richtwirkung zu erzielen, müsste die Schallquelle größer sein als die Wellen lang sind. Die dazu nötigen Lautsprecher wären enorm groß. Für einen auf drei Grad gebündelten Schallkegel beispielsweise wäre ein Gerät mit über 50 Metern Durchmesser nötig. Derartig große Lautsprecher sind Platz raubend und lassen sich kaum herstellen.

Ultraschall dagegen ist kurzwellig. Ein Schallkegel kann deshalb mit wesentlich kleineren Quellen erzeugt werden. Allerdings wäre der Schall dann für das menschliche Gehör nicht wahrnehmbar. Seit Jahren ist allerdings bekannt, dass Luft die Ultraschallwellen beim Transport stört und so Teile davon hörbar werden. Die Idee der Forscher am MIT besteht darin, diese Störungen gezielt zu nutzen.

Grundlagen kommen aus der 60er Jahren

Die Grundlagen für die Technik von Pompei wurden bereits in 60er-Jahren geschaffen. Damals stellten der Amerikaner Dr. Peter J. Westervelt und der Engländer Dr. Orhan Berktay Untersuchungen darüber an, wie sich Ultraschall-Signale unter Wasser ausbreiten. Pompei hat nun das Formelwerk von Berktay so modifiziert, dass es den Eigenschaften der Luft entspricht. Sind die Eingangssignale entsprechend aufbereitet, sorgt die Luft dafür, dass in dem eng begrenzten Schallkegel hörbare Signale entstehen.

Schon in den 70er- und 80er-Jahren haben sich Entwickler daran versucht, Ultraschall zu nutzen. Sie legten Ultraschallwellen verschiedener Frequenzen übereinander. Dabei entstanden hörbare Töne, die allerdings schrill und von Störungen durchsetzt waren. Auch der Versuch, eine Ultraschallfrequenz mit einem hörbaren Signal zu modulieren, wie es beim Mittelwellen-Radio mit elektromagnetischen Wellen gemacht wird, brachte keine brauchbaren Ergebnisse. Es entstanden mehr Nebengeräusche als für Klangübertragung brauchbare Signale. Daraufhin wurden die Versuche nahezu eingestellt.

Als Entwicklungsingenieur beim Hersteller von Hi-Fi-Geräten Bose erkannte Pompei, dass sich ein "Akustik-Scheinwerfer" herstellen lässt. Seine Vorschläge fanden jedoch wegen der missglückten Versuche in der Vergangenheit keine Gegenliebe.

Prototypen funktionieren schon

Anders beim MIT. Hier bekam Pompei die Chance, seine Forschungen anzustellen. Neben den mathematischen Grundlagen entwickelte er spezielle Wandler (Transducer), da mit den herkömmlichen Schallquellen keine sauberen Töne im hörbaren Spektrum erzeugt werden konnten. Die Prototypen im MIT erreichen zwar noch nicht die Qualität, die man von einer Stereo-Anlage gewohnt ist. Doch der Erfinder ist zuversichtlich, dass bald ein Musikgenuss ohne Einschränkung möglich ist. Dann könnten Tänzer in Discos ihre Musik in der nötigen Lautstärke hören. An den Tischen am Rand der Tanzfläche könnten sich die Gäste jedoch bei dezenter Musik entspannt unterhalten.

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