Nächstes Ziel: der Fluxkompensator

Bei Benjamin Bernschütz gibt’s was auf die Ohren, und zwar dreidimensionalen Klanggenuss über Kopfhörer. Sechseinhalbjahre lang hat der wissenschaftliche Mitarbeiter am Institut für Nachrichtentechnik (INT) an seiner kooperativen Promotion zum Thema „Microphone Arrays and Sound Field Decomposition for Dynamic Binaural Recording“ gearbeitet.

Benjamin Bernschütz steht neben einem Plastikkopf mit Kopfhörer.Benjamin Bernschütz erhielt für seine Dissertation die Note „summa cum laude“. An der TH Köln betreute ihn Prof. Christoph Pörschmann. (Bild: Costa Belibasakis/FH Köln)

„Das ist in in unserem Bereich eine durchaus übliche Zeitspanne“. Jetzt hat er seine Dissertation an der TU Berlin bei Professor Stefan Weinzierl erfolgreich verteidigt. Benjamin Bernschütz stellt seine Arbeit näher vor:

Wie erklären Sie Ihren Freunden und der Familie Ihre Arbeit?
Stell Dir vor, Du setzt einen Kopfhörer auf und bist plötzlich in einem Konzertsaal. Du merkst den Kopfhörer gar nicht mehr. Die Instrumente kannst Du klar in ihrer Richtung und Distanz lokalisieren, die Konzertsaalakustik umhüllt Dich von allen Seiten wie in einem dreidimensionalen Raum. Und auch die Atmosphäre, der Applaus und alle Details werden nahezu greifbar und erscheinen ganz realistisch. Du kannst Deinen Kopf frei innerhalb dieser Szene drehen, ohne dass die Quellen ihren Ort im Raum verändern. Es verhält sich eigentlich alles genau so wie in der Realität.

Die hier zugrundeliegende Technologie nennt sich „dynamische Binauraltechnik“ und hat im Ergebnis wirklich gar nichts mit der allgemein bekannten Stereowiedergabe auf einem Kopfhörer zu tun. Ich habe mich mit einem geeigneten Aufnahmeverfahren für diese Technologie befasst. Ich nutze sphärische Mikrofonarrays und mathematische Methoden der Schallfeldzerlegung, um am Ende die passenden Kopfhörersignale zu generieren. Das Mikrofonarray stellt man anschließend in einen realen Konzertsaal und kann sich zu Hause via Kopfhörer in den virtuell abgebildeten Saal setzen.

Wie lange haben Sie promoviert?
Als Doktorand habe ich mich circa sechseinhalb Jahre mit dem Thema beschäftigt, was in unserem Bereich eine durchaus übliche Zeitspanne ist. Davor habe ich bereits meine Masterarbeit im Themenumfeld der Dissertation bei den Deutschen Telekom Laboratories in Berlin geschrieben.

Um in diesem Bereich sinnvolle Forschung betreiben zu können, benötigt man eine ganze Menge spezieller Ressourcen wie z.B. komplexe Messtechnik, umfangreiche Software für die Systemsimulation und Audiosignalverarbeitung, geeignete Mess- und Referenzdatensätze oder auch eine recht aufwendige Hörversuchsumgebung. Ich war somit mehrere Jahre maßgeblich damit beschäftigt, eine perfekt abgestimmte Ressourcenbasis aufzubauen, auf der ich dann die Forschung durchführen konnte. Insgesamt eine lange und äußerst arbeitsintensive Zeit. Man braucht viel Disziplin und eine klare Vision am Ende des Weges, um so ein verhältnismäßig großes Projekt eigenständig und erfolgreich durchzuziehen. Es war aber auch eine sehr schöne Zeit mit vielen Freiheiten und viel Raum für kreative Prozesse, in der mir Professor Pörschmann ein ganz fantastisches Arbeitsumfeld geboten hat. Zudem hatte ich unfassbar nette Kollegen, die mich sehr unterstützt haben. So intensiv und vor allem gedanklich frei werde ich mich wohl nie wieder mit einer Sache befassen können. Insofern war mir die Zeit doch recht kurzweilig.

Welcher Teil Ihrer Arbeit hat Sie am meisten interessiert?
Mich interessierte besonders, ob die entsprechenden Verfahren auch in der Praxis sinnvoll einsetzbar sind, ob sie unter realistischen Bedingungen tatsächlich zu guten perzeptiven Ergebnissen führen, also salopp gesagt „gut klingen“. Oft befassen sich eher Mathematiker und Physiker mit diesen Themen, da die zugrundeliegenden Ansätze mathematisch und physikalisch relativ anspruchsvoll sind. Man kommt hier auch keinesfalls an dieser Komplexität vorbei und muss sich wirklich tief in die Materie einarbeiten. Ich habe auch lange Zeit im Bereich der Audioproduktion und Studiotechnik gearbeitet und somit noch eine ganz andere Perspektive – und vielleicht einen anderen Anspruch an das hörbare Ergebnis als ein reiner Naturwissenschaftler. Mir reichte es eben nicht, ein paar abstrakte Grafiken zu erzeugen und theoretisch zu zeigen, dass es prinzipiell möglich sein sollte. Somit habe ich am Ende komplexe Hörversuche mit vielen Probanden und vor allem auch mit sehr kritischen und erfahrenen Experten wie zum Beispiel Toningenieuren des WDR durchgeführt. Mit großem Erfolg. Ich konnte klar zeigen, dass die Verfahren auch in der Praxis unter realistischen Bedingungen zu sehr guten Ergebnissen führen.

Gab es Situationen, mit denen Sie nicht gerechnet oder die Ihre Arbeit in eine andere Richtung gesteuert haben?
Das passiert eigentlich ständig in gewissem Maße. Man muss definitiv immer kleinere Kurskorrekturen zulassen und dafür auch Raum einplanen, ohne sich jedoch zu verzetteln und das große Gesamtziel aus den Augen zu verlieren. Ohne Überraschungen wäre es ja keine Forschung. Wenn alles von vorneherein ganz offensichtlich und klar wäre, müsste man sich schließlich nicht so lange und intensiv damit beschäftigen.

Als konkretes Beispiel gab es eine mathematische Operation, die in der einschlägigen Literatur und Theorie ganz en passant mit einem geschlossenen Integral gelöst und mit einem kurzen profanen Satz abgehandelt wird. Nun gut, Ärmel hochgekrempelt – ich hatte mal ganz großzügig eine Woche für die Implementierung in das System angesetzt, also Software und Signalverarbeitung. Dann stellte ich fest, dass es ganz massive Probleme gibt, sobald diese Operation konkret unter realistischen Bedingungen durchgeführt wird. Nachdem ich dann die erste selbstkritische „ich-bin-einfach-irgendwie-nicht-in-der-Lage-das-zu-implementieren“-Phase überwunden hatte, wurde mir bewusst, dass es hier wohl eher ein echtes und fundamentales Problem gibt. Am Ende habe ich mich statt der geplanten Woche über acht Monate damit beschäftigt! Das ist hart. Aber genau dieses Problem wurde dann zu einem der zentralen Punkte meiner Dissertation und stellte sich tatsächlich auch als einer der ganz wesentlichen Aspekte des gesamten Verfahrens heraus. Glücklicherweise konnte ich das Problem nicht nur lokalisieren und verstehen, sondern auch noch eine elegante Lösung dafür finden und diese Lösung erfolgreich evaluieren. Glück gehabt.

Womit hatten Sie persönlich zu kämpfen?
Der Einstieg war hart. Ein Riesenthema, unfassbar kompliziert. Ich hatte definitiv zu kämpfen. Da sitzt du als gerade mal fertiger Absolvent plötzlich in Berlin zwischen lauter wirklich schlauen Köpfen – Leute, die man nur aus Büchern kennt und mit allerlei akademischen Titeln verziert – und fragst dich, in welchem Film du hier gelandet bist. Alle waren sehr nett und hilfsbereit und ich hatte einen spitzenmäßigen Doktorvater. Aber anfangs habe ich mich dennoch ziemlich verloren und überfordert gefühlt. „Werde ich das jemals überhaupt verstehen und gar am Ende noch irgendetwas Sinnvolles dazu beitragen können?“ Aber das kennt vermutlich jeder Doktorand.

Der Trick ist, vom ganz Kleinen zum Großen zu gehen. So mühsam das auch ist. Die Schritte müssen klein genug sein, dass man sie selbst gut verstehen kann. Und so erschafft man sich Stück für Stück eine Art eigenen kleinen Mikrokosmos im Kopf, in dem man selbst die Zusammenhänge schlüssig erklären kann. Und plötzlich ist man irgendwie drin, kann mitreden, sich behaupten und wird von der Community ernst genommen. Zum Beispiel wenn man einen Beitrag auf einer Konferenz leistet. Ab diesem Punkt macht es dann richtig Spaß.

Worauf sind Sie besonders stolz?
Zunächst einmal natürlich darauf, dass ich das Promotionsvorhaben nun tatsächlich abgeschlossen habe. Und das auch irgendwie auf meine ganz eigene Art und Weise – was nicht immer einfach und möglicherweise ja auch nicht immer sinnvoll war. Am Ende ist mein Konzept aber tatsächlich voll aufgegangen und ich bin froh, dass ich alles genau so gemacht habe. Es sind viele neue und wichtige Ergebnisse im Rahmen meiner Arbeit herausgekommen. Umfangreiche Ressourcen aus meiner Arbeit wurden unter Open Source bzw. Open Access Lizenzen veröffentlich und der Scientific Community zur Verfügung gestellt. Internationale Forschergruppen nutzen diese Ressourcen außerordentlich rege. Das ist eine tolle Resonanz und freut mich natürlich. Zusammen mit den Leuten der Werkstatt am INT habe ich auch den Akustikmessroboter „VariSphear“ entwickelt, den wir dann mehrfach für verschiedene Forschungseinrichtungen, Universitäten und Unternehmen der Industrie gebaut haben. Es freut mich sehr, dass vieles auch über die eigentliche Dissertation hinaus großen Anklang findet.

Was sind Ihre nächsten Pläne (kurz- oder mittelfristig, beruflich oder privat)?
Jetzt trinke ich einen Kaffee. Danach gehe ich ein wenig spazieren. Dann werde ich mal versuchen, einen Fluxkompensator zu bauen.

Interview: Monika Probst

8. März 2016

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