Akustische Signale mit Lasern generieren

Die Schallerzeugung wird heute nicht nur in der Sprach- oder Musikwiedergabe eingesetzt, sondern auch in vielen technologischen und wissenschaftlichen Bereichen wie der Kalibrierung, Diagnostik und Messtechnik. Je nach Anwendung sind punkt- oder linienförmige Schallquellen mit breitem Spektrum und Dynamikbereich gefragt.

Stand der Technik

Gängige Lautsprecher basieren meist auf elektromechanischen Wandlern, die elektrische Signale in mechanische Schwingungen und schließlich in akustische Signale umwandeln. Solche Geräte sind in der Regel groß, schwer und räumlich gebunden, da sie für die nötige Signalverstärkung eine ständige Stromversorgung erfordern. Zudem können sie den Schall nur an ihrem Standort wiedergeben, da sie einen begrenzten Wiedergabebereich der Frequenzen haben. Für Hochfrequenz- oder Ultraschallanwendungen werden alternativ Plasmaschallwandler eingesetzt, die jedoch ebenfalls räumlich und im Frequenzbereich limitiert sind.

Technologie

Forschende der Universität Patras (Griechenland) und des Engler-Bunte-Instituts (EBI) am KIT haben gemeinsam ein Verfahren entwickelt, mit dem akustische Informationen berührungslos über weite Strecken übertragen und direkt an einer weit entfernten Position wiedergegeben werden können. Das neue System erzeugt komplexe Schall- oder Ultraschallsignale mittels optoakustischer Übertragung: punktuelle Schallquellen werden durch Plasma erzeugt. Hierfür werden ein oder mehrere Laser verwendet. Durch verschiedene Modulationsarten kann die Information des akustischen Spektrums kodiert werden. Dabei können Schallquellen mit nahezu idealen räumlichen, zeitlichen und spektralen Eigenschaften generiert werden. Am Zielort wird das Schallsignal direkt in der umgebenden Atmosphäre interpretiert (Demodulation), indem die lokale Druckwelle als Signal vom menschlichen Gehör empfangen wird. Die maximale Frequenz ist dabei abhängig vom Laser.

Vorteile

Der lasergenerierte Klang ist von Natur aus breitbandig und somit für die Wiedergabe von impulsartigen und komplexen Dauerschallereignissen geeignet. Das entwickelte Laser-Sound-System kann Schallwellen über große Entfernungen übertragen, ohne dass vor Ort Empfänger-, Demodulationseinheiten oder Strom erforderlich sind. Je nach Laserspezifikation kann die effektive Bandbreite des Systems den gesamten hörbaren Bereich abdecken oder sogar bis in den Ultraschallbereich reichen.

Optionen für Unternehmen

Neben Grundlagenuntersuchungen konnten bereits mit einem Prototyp Musikstücke in guter Qualität wiedergegeben werden. Das KIT sucht Partner für Entwicklungsprojekte und für die industrielle Anwendung.