Ein Roboter auf Reise durch virtuelle Räume: "FAIRest Dataset Award" 2024 für Ilmenauer Wissenschaftler

Wie lassen sich akustische Umgebungen beispielsweise für Virtual und Augmented Reality Anwendungen (VR und AR) möglichst plausibel nachbilden? Daran forscht Georg Stolz gemeinsam mit seinen Kollegen auf dem Gebiet der virtuellen Akustik. „Einerseits ist es für uns dabei interessant, wie sich Schall im Raum ausbreitet“, erklärt Georg Stolz. Viele Faktoren wie beispielsweise die Raumgeometrie, die Inneneinrichtung oder die Positionen von Schallsender und Schallempfänger im Raum hätten darauf einen Einfluss. „Andererseits erkunden wir die menschliche Wahrnehmung von Akustik“, so der Wissenschaftler. Insbesondere versuchen Stolz und seine Kollegen herauszufinden, welche Unterschiede und Änderungen in der Raumakustik für Menschen hörbar sind und welche nicht. Eines der Ziele dieser Forschung ist es, die Simulation von Raumakustik und Vorhersagemodellen der Hörwahrnehmung zu verbessern. Eine große Rolle spielen dabei die Positionen des Schallsenders und Empfängers im Raum.

Ein Datensatz für Raumimplusantworten an beliebig vielen Positionen im Raum

Georg Stolz

Um an möglichst vielen Positionen im Raum automatisiert Messungen durchführen zu können, haben Georg Stolz und seine Kollegen eine mobile, fahrbare Roboterplattform mit einem sogenannten Mikrofonarray aus sieben Mikrofonen ausgestattet. Mit Hilfe von fest im Raum verteilten Lautsprechern lassen sich so Messungen an beliebig vielen Positionen in einem Raum durchführen. Gemessen werden dabei so genannte Raumimpulsantworten. „Sie stellen letztendlich den Einfluss der Raumakustik auf ein beliebiges Audiosignal dar“, erklärt Stolz.

Der Datensatz für Raumimpulsantworten, für den Georg Stolz und seine Kollegen jetzt ausgezeichnet wurden, wurde im Helmholtzbau der TU Ilmenau gemessen. „Die Idee entstand zusammen mit Georg Götz, einem unserer ehemaligen Studenten und jetzt Kollegen an der Aalto University Finnland“, erzählt der Akustikexperte. Ein besonderes Augenmerk legten die Forschenden dabei auf die so genannte akustische Kopplung mehrerer Räume und den Einfluss, der daraus auf die Raumakustik entsteht: „Während der Roboter also in einem der oberen Flure seine Kreise zog, waren die Schallquellen in diesem Datensatz über mehrere Stockwerke und Räume verteilt.“

"Fachspezifisch, offen, gut dokumentiert"

Den fertigen Datensatz veröffentlichten die Wissenschaftler zunächst auf der europäischen Plattform zum Austausch von wissenschaftlichen Datensätzen Zenodo, wo er frei zugänglich heruntergeladen werden kann. Neben den Messungen an sich nahm sich das Forschungsteam auch viel Zeit für die Dokumentation des Datensatzes. Dazu gehörten Erklärungen ebenso wie Fotos des Aufbaus oder Übersichtspläne: „Damit auch andere etwas mit den Messungen anfangen können, haben wir sie als SOFA-Dateien (Spatially Oriented Format for Acoustics) veröffentlicht, die neben Audiodaten auch allerhand Metadaten zur jeweiligen Messung enthalten“, so Stolz. So sollte der Datensatz für andere Forschende möglichst leicht zu verwenden sein, aufgrund seiner hohen natürlichen Varianz beispielsweise auch im Bereich des maschinellen Lernens (ML).

Dass die Wissenschaftler das SOFA-Format verwendet, ist auch den Juror*innen des „FAIRest Dataset Award“ besonders positiv aufgefallen: „Es ist fachspezifisch, offen, gut dokumentiert und hat dabei immer die Nachvollziehbarkeit im Sinn“, so die Jury in ihrer Begründung. Damit entspricht die Arbeit von Georg Stolz und seinem Team den Prinzipien, die für die Verleihung des „FAIRest Dataset Awards“ ausschlaggebend sind: Findable, Accessible, Interoperable und Reusable, das heißt auffindbar, zugänglich, interoperabel und wiederverwendbar. Mit der Auszeichnung im Rahmen der Thüringer FDM-Tage 2024 würdigt das Thüringer Kompetenznetz für Forschungsdatenmanagement zugleich den Aufwand, der notwendig ist, um die Daten nach diesen Prinzipien für alle Interessierten verfügbar zu machen. Das Preisgeld in Höhe von 2.000 Euro, das Georg Stolz und seine Kollegen erhalten, ist zweckgebunden für Kosten beim Datenmanagement zu verwenden.

Die Thüringer FDM-Tage finden diesen Jahr am 18. und 19. Juni 2024 unter dem Motto "Becoming literate in the Data Universe - Von der Datenkompetenz bis zur Anwendung von KI" online statt.

Der Datensatz der ausgezeichneten Wissenschaftler wurde im Rahmen der Projekte "ISOPERARE", gefördert von Reality Labs Research at Meta, und "Multiparties", das im Rahmen von „KMU-innovativ: Interaktive Technologien für Gesundheit und Lebensqualität“ vom Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert wird, erstellt:

Stolz, G., Götz, G., Treybig, L., Werner, S., & Klein, F. (2024). Spatial Room Impulse Response Dataset: A Robot's Journey Through Coupled Rooms of a Reverberant University Building [Data set]. DAGA 2024, Hannover. Zenodo. https://doi.org/10.5281/zenodo.10708306