imported>Peter Gröbner: /* Lasertriangulation */ Beistrich am Beginn des infiniten Nebensatzes; m. E. die Lesbarkeit erleichterndes Wort ergänzt

2026-04-04T09:36:59Z

Lasertriangulation: Beistrich am Beginn des infiniten Nebensatzes; m. E. die Lesbarkeit erleichterndes Wort ergänzt

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Ein '''Lasermikrofon''' ist ein [[Tonabnehmer]], der mittels Laserstrahlen [[Schall|Festkörperschwingungen]] von anvisierten Objekten in elektrische Spannungsimpulse umwandelt. Lasermikrofone können verwendet werden, um Körperschall von Objekten punktgenau und berührungslos zu messen. Zudem besteht die Möglichkeit, über durch Schall in Schwingung versetzte Membranen, zum Beispiel Fensterscheiben, Gespräche in einem Raum zu verfolgen.

== Funktionsweise ==
Die Festkörperschwingungen des anvisierten Objektes werden über die Entfernungsänderung zwischen dem Reflexionspunkt des Lasers auf dem anvisierten Objekt und dem Lasermikrofon ermittelt. Die Entfernungsmessung per Laser kann dabei über eine Laufzeitmessung von Laserimpulsen, über die Phasenlage oder über Triangulation erfolgen.

Bei normaler Unterhaltungslautstärke sind die Auslenkungen der Luftmoleküle allerdings mit 1 bis 10 nm recht klein (54 dB @1 kHz entspricht 4 nm), getroffene Gegenstände schwingen mit noch geringeren Amplituden.

=== Laufzeitmessung ===
Bei der Laufzeitmessung wird ein Lichtpuls ausgesandt und die Zeit zwischen Absenden und Empfangen des reflektierten Impulses gemessen. Aus der [[Lichtgeschwindigkeit]] c, des [[Brechungsindex]] <math>n</math> und der Signallaufzeit <math>\Delta t</math> lässt sich nach folgender Formel der Abstand <math>l</math> zwischen Quelle und Objekt ermitteln.

:<math>
l = \frac{c \cdot\Delta t}{2 \cdot n}
</math>

Um die durch Körperschallschwingungen verursachten sehr geringen Distanzänderungen messen zu können, ist eine hochexakte Zeitmessung erforderlich. Derzeit sind etwa 3 ps ≙ 1 mm bei 3,6 m Entfernung bei Dunkelheit möglich. Bei 1 kHz entspricht das Schallpegeln von 160 dB.



=== Messung über die Phasenlage ===
Die [[Phasenverschiebung]] des reflektierten Laserstrahls oder dessen Modulation gegenüber dem ausgesandten Strahl ist entfernungsabhängig und kann so genutzt werden, um die zurückgelegte Distanz zu ermitteln. Wird die Laserfrequenz selbst zur Überlagerung genutzt, arbeitet das Gerät wie ein '''Laserinterferometer'''. Laserinterferometer messen keine absoluten Weglängen, sondern nur die relative Änderung bei Verschiebung des Zieles bzw. eines Referenzspiegels. Beim Verschieben des Spiegels wird die Summe aus ausgesandtem und reflektiertem Strahl periodisch moduliert ([[Interferenz (Physik)|Interferenz]]). Der Vorteil dieser Methoden ist die gegenüber Laufzeitverfahren höhere Auflösung, die mit geringerem messtechnischen Aufwand zu realisieren ist.

=== Lasertriangulation ===

[[Datei:Laserprofilometer DE.svg|mini|Prinzip der Lasertriangulation]]

Bei der Lasertriangulation wird ein [[Laserstrahl]] (bei geringen Anforderungen auch die Strahlung einer [[Leuchtdiode]]) auf das Messobjekt fokussiert und mit einer daneben im Sensor befindlichen [[Kamera]], einer [[Position Sensitive Device|ortsauflösenden Photodiode]] oder einer [[CCD-Sensor|CCD]]-Zeile beobachtet.
Ändert sich die Entfernung des Messobjektes vom Sensor, ändert sich auch der Winkel, unter dem der Lichtpunkt beobachtet wird und damit die Position seines Abbildes auf dem Fotoempfänger. Aus der Positionsänderung wird mit Hilfe der [[Winkelfunktion]]en die Entfernung des Objektes vom Laserprojektor berechnet.

Ein Vorteil der [[Triangulation (Messtechnik)|Triangulation]] ist der Umstand, dass es sich um rein trigonometrische Zusammenhänge handelt. Die Messung kann darum kontinuierlich erfolgen und eignet sich damit gut zur Abstandsmessung an bewegten Objekten. Jedoch muss der Beobachtungswinkel ausreichend groß gewählt werden, um die gewünschten Festkörperschwingungen messen zu können. Dies schränkt die Reichweite dieser Messmethode in der Praxis stark ein.

[[Datei:Relation triangulation.JPG]]

Das obige Schema verdeutlicht die Relationen zwischen den verschiedenen Distanzen. Mit Hilfe der [[Trigonometrie]] ist es möglich, die Distanz <math>x - x_0</math> aus der gemessenen Distanz <math>x'-x_0'</math> zu ermitteln:

:<math>\tan \delta = \frac{x'-x_{0}'}{f} \to \tan \alpha = \frac{x_{0}}{D} </math>

:<math> x = D \cdot \tan(\alpha + \delta) = D \cdot \frac{\tan \alpha + \tan \delta}{1 - \tan \alpha \cdot \tan \delta}
</math>

:<math>
x = D \cdot \frac{\frac{x_{0}}{D} + \frac{x' - x_{0}'}{f}}{1 - \frac{x_{0}}{D} \cdot \frac{x' - x_{0}'}{f}}
</math>

== Anwendung ==
Lasermikrofone werden meist bei der Untersuchung oder Überwachung von Maschinen eingesetzt, bei denen über den Körperschall verschiedene Parameter erfasst werden sollen. Beispielsweise kann über den Körperschall auf den Verschleißgrad von [[Wälzlager]]n geschlossen werden.

Durch die hohe Präzision der Abstandsmessung ist im Gegensatz zu anderen Schallwandlern die Aufnahme durch ein ''Lasermikrofon'' auch aus der Ferne möglich. Aus diesem Grund werden ''Lasermikrofone'' manchmal auch von [[Nachrichtendienst]]en und selten auch von [[Detektiv]]en eingesetzt. Zum Verfolgen von Gesprächen in einem Raum wird der [[Laser]]strahl auf eine [[Schwingungsmembran|Membran]] gerichtet, die durch den aufzunehmenden Schall ausgelenkt wird. Üblicherweise werden [[Fensterscheibe]]n von Wohnungen oder Autos verwendet. Der Laserstrahl wird vom Fensterglas schwach reflektiert (etwa 4 % bei senkrechtem Einfall). Ist der Einfallswinkel nicht senkrecht, wird der Laserstrahl nur noch durch mikroskopische Unebenheiten und Staubpartikel auf der Scheibe in Richtung des Senders reflektiert, wodurch die Intensität der Reflexion deutlich geringer ist als bei senkrechtem Einfall. Auch mehrfach verglaste Fensterscheiben können die Empfangsqualität durch zusätzliche Reflexionen und Interferenzen herabsetzen. Durch [[Jalousie]]n oder [[Rollladen]] vor der Scheibe kann diese Form der Spionage abgewehrt werden.

Obwohl das Lasermikrofon kein Mikrofon, sondern ein Tonabnehmer ist, hat es dennoch das Problem, dass Erschütterungen (Körperschall) am Lasermikrofon genauso gemessen werden, wie der Körperschall des zu messenden Objektes. Daher muss das Lasermikrofon entweder mechanisch entkoppelt oder störende Frequenzbereiche über Frequenzfilter ausgeblendet werden.

== Weblinks ==
{{Wiktionary}}

[[Kategorie:Laseranwendung]]
[[Kategorie:Mikrofon]]
[[Kategorie:Tonabnehmer]]

Lasermikrofon - Versionsgeschichte

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