Hören mit Licht

Peking (China) - Aus Räumen mit schalldichten Fenstern dringt kein Laut. Aber dennoch können Gespräche belauscht werden. Möglich wird dies mit einem neuartigen Mikrofon, das Vibrationen von Papierschnipseln oder gar grünen Blättern einer Pflanze aufzeichnet und analysiert. Aus diesen Vibrationen lassen sich dann gesprochene Wörter wieder klar verständlich rekonstruieren. Wie die chinesischen Entwicklerinnen und Entwickler in der Fachzeitschrift „Optics Express“ berichten, seien dazu nicht mal teure Hochgeschwindigkeitskameras, sondern nur günstige Leuchten und optoelektronische Komponenten nötig.

Die Gruppe um Xu-Ri Yao vom Beijing Institute of Technology in Peking zeichnete mit einem Prototypen ihres Lichtmikrofons gesprochene Zahlen und sogar die ersten Takte des Beethoven-Stücks „Für Elise“ erfolgreich auf. Die Qualität dieser Aufzeichnungen hinkte zwar weit hinter der von einfachen Mikrofonen hinterher. Doch reichte sie aus, um klar die gesprochenen Wörter zu verstehen oder die Musiksequenz zu erkennen.

Das Prinzip dieses Lichtmikrofons ist ausgesprochen pfiffig: Mit einer einfachen Halogenlampe beleuchteten die Forschenden ein frei flatterndes Stück Papier oder das Blatt einer Pflanze. Das reflektierte Licht fokussierten sie über eine Linse auf ein Areal mit tausenden winziger Mikrospiegel. Diese Mikrospiegel kippten – elektronisch gesteuert – bis zu 20.000 Mal pro Sekunde um zwölf Grad hin und her. So lenkten die Spiegel mal etwas mehr, mal etwas weniger Licht auf einen einfachen Lichtsensor. Dieser entspricht einem Detektor mit nur einem einzigen Pixel, der kein Bild, sondern nur die schwankende Intensitäts des Lichts aufzeichnete.

Die Schallwellen gesprochener Wörter oder von Musik versetzten nun das Planzenblatt oder den Papierschnipsel in Schwingung. Diese kaum sichtbaren Schwingungen beeinflussten die Reflexion der Lichtwellen, die jeweils ein klein wenig in ihrer Phase verschoben wurden. Durch das schnelle Hin-und-Her-Klappen der Mikrospiegel wurde so abhängig von den Blattschwingungen mal mehr, mal weniger Licht auf den Lichtsensor fokussiert. Diese schnellen Änderungen der Lichtintensität genügte, um daraus mit einer speziellen Analyse-Software wieder die Form der ursprünglichen Schallwellen zu rekonstruieren. Ein einfacher Lautsprecher machte diese rekonstruierten Schallwellen hörbar.

Da dieses Lichtmikrofon weder Laser noch eine teure Hochgeschwindigkeitskamera benötigt, lässt es sich prinzipiell sehr günstig fertigen. Auch die Datenrate lag mit gerade mal 4,31 Megabits pro Sekunde weit unter der von hochauflösenden Kameras mit bis zu zehn Millionen Megabits pro Sekunde. Dadurch lassen sich Geräusche über viele Stunden mit relativ kleinen Datenspeichern aufzeichnen. Gut funktionierte das Lichtmikrofon bei tieferen Frequenzen zwischen 300 und 1000 Hertz, höhere Frequenzen ließen sich dagegen nur verzerrt rekonstruieren. Darunter leidet zwar die Qualität der Tonaufnahmen, doch verständlich sind sie allemal.