Fraunhofer-Forscher entwickeln System zur Schallquellenortung

Durch die Analyse akustischer Signale sollen Ampeln automatisch geschaltet, Gebäude belüftet, beheizt und beleuchtet werden

Wie viele Menschen halten sich in einem Gebäude auf? Wo genau fahren Autos durch die Straßen? Bislang können solche Fragen fast ausschließlich durch die Auswertung von Kameraaufnahmen beantwortet werden. Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer-Instituts für Digitale Medientechnologie (IDTM) wollen das jetzt ändern. Sie erprobten den Einsatz akustischer Monitoringsysteme für die Städte der Zukunft.

Grüne Amepl für Fahrradfahrer — ©FooTToo / shutterstock.com

Die Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts in Ilmenau (Thüringen) entwickelten Hard- und Software, die Schallereignisse zuverlässig erkennen und lokalisieren können. Der Vorteil: Während der Einsatz von Kameras nur bei guten Lichtverhältnissen und Sichtverbindung möglich ist, können Mikrofone Schall- und Geräuschquellen auch bei Dunkelheit und schlechten Sichtverhältnissen orten.

Als ein Teil des Projekts „Ear-It“ erforschten die Thüringer Wissenschaftler zunächst Problemstellungen auf den Gebieten Verkehr, Sicherheit und Energieeffizienz. Gemeinsam mit europäischen Kolleginnen und Kollegen installierten sie dazu Testsysteme in zwei Städten: in Genf (Schweiz) und in Santander (Spanien). In Genf wurde der Nutzungsgrad eines Gebäudes über akustische Sensoren ermittelt - mit dem Zweck der effizienten Regulierung von Beleuchtung, Lüftung und Heizung. Die Fraunhofer-Forscher nutzten vernetzte Mikrofone, um in computerbasierten Verfahren akustische Ereignisse in Büros zu erkennen: klackernde Computertastaturen, brühende Kaffeemaschinen und Türen, die sich öffnen und schließen. Auf der Grundlage dieser akustischen Daten wurde die Klimaanlage automatisch nachgesteuert, die Beleuchtung ein- und ausgeschaltet und der Energieverbrauch insgesamt gesenkt.

Vernetzte Mikrofone und Sensoren

In Santander ergänzten die Forscher ein bestehendes Sensornetzwerk um kleine Signalverarbeitungseinheiten, um den Straßenverkehr akustisch zu messen und das Ampelsystem zu steuern. Dadurch wurde der Straßenlärm deutlich verringert. Außerdem setzten sie Erkenner-Algorithmen ein, die das Signal von Sirenen aufnehmen, Einsatzfahrzeuge lokalisieren und in Notfällen die Ampelschaltung automatisch ändern können.

„Die technologische Herausforderung besteht darin“, sagte der Wissenschaftler Danilo Hollosi aus der Projektgruppe Hör-, Sprach- und Audiotechnologie am IDMT, „akustische Ereignisse nicht nur zu erkennen, sondern sie von ähnlichen akustischen Ereignissen zu unterscheiden.“ So müsse eine tätliche Auseinandersetzung in einem U-Bahn-Waggon von einem gewaltlosen Streit unterschieden werden können.

Auch in der Industrieproduktion nutzen Unternehmer bislang fast ausschließlich Kamerasysteme – sowohl bei der Überwachung von Fertigungsanlagen als auch bei der Qualitätskontrolle von Produkten. Hollosi erklärt dies mit der Dominanz visueller Systeme in der Industrie: "Das Potenzial des akustischen Beobachtens wurde bislang vernachlässigt.“

Die Akustikforschung eröffnet neue, breite Perspektiven für eine nachhaltige Entwicklung in der Stadt der Zukunft – von Einsparpotenzialen beim Energieverbrauch über die Förderung des Verkehrsflusses bis hin zu innovativen Möglichkeiten bei der Sicherung von Gebäuden und öffentlichen Verkehrsmitteln.

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