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Unhörbare Informationen – versteckt in Musik
Inhalt des Artikels
von Walter Eigenmann
Jeder kennt das Info-Band im Autoradio, wenn Musik gespielt wird; es enthält div. Angaben zum Titel oder Interpreten des betr. Songs. Zwei Forscher an der ETH Zürich, nämlich die Doktoranden Manuel Eichelberger und Simon Tanner gingen nun noch einen Schritt weiter: In Experimenten gelang es ihnen, Daten direkt in der Musik selber zu speichern. Ein praktisches Beispiel für die Anwendung: Hintergrundmusik könnte z.B. die Zugangsdaten für das lokale Wi-Fi-Netzwerk enthalten, die das eingebaute Mikrofon eines Mobiltelefons empfangen kann. „Das wäre in einem Hotelzimmer praktisch“, sagt Tanner, „da die Gäste Zugang zum Hotel-Wi-Fi erhalten würden, ohne ein Passwort auf ihrem Gerät eingeben zu müssen.“
Um solche Daten zu speichern, nehmen die beiden Wissenschaftler und ihr Kollege, der Master-Student Gabriel Voirol, minimale Änderungen an der Musik vor. Im Gegensatz zu den Versuchen anderer Wissenschaftler in den letzten Jahren behaupten die drei Forscher, dass ihr neuer Ansatz höhere Datenübertragungsraten ohne hörbare Auswirkungen auf die Musik ermöglicht. „Unser Ziel war es, den Hörgenuss nicht zu beeinträchtigen“, sagt Eichelberger.
Tests, die die Forscher durchgeführt haben, zeigen dass ihre Technik unter idealen Bedingungen bis zu 400 Bit pro Sekunde übertragen kann, ohne dass der durchschnittliche Hörer den Unterschied zwischen der Quellmusik und der modifizierten Version bemerkt. Da unter realistischen Bedingungen eine gewisse Redundanz erforderlich ist, um die Übertragungsqualität zu gewährleisten, wird die Übertragungsrate eher etwa 200 Bit – oder etwa 25 Buchstaben – pro Sekunde betragen. „Theoretisch wäre es möglich, Daten viel schneller zu übertragen. Aber je höher die Übertragungsrate, desto eher werden die Daten als störender Ton wahrnehmbar oder die Datenqualität leidet“, ergänzt Tanner.
Verborgene Informationen in Pop-Songs
Die drei Forscher in den Labors für Computertechnik und Netzwerke der ETH Zürich verwenden solche informativen „dominanten“ Noten in einem Musikstück und überlagern sie mit jeweils zwei leicht tieferen und zwei leicht höheren Noten, die leiser sind als die dominante Note. Sie nutzen auch die Obertöne (eine oder mehrere Oktaven höher) der stärksten Note, wobei sie hier ebenfalls etwas tiefere und höhere Töne einsetzen – zusätzliche Hinweise, die Daten tragen können.
Während ein Smartphone diese Daten über sein eingebautes Mikrofon empfangen und analysieren kann, nimmt das menschliche Ohr diese zusätzlichen Hinweise nicht wahr: „Wenn wir einen lauten Ton hören, bemerken wir keine leiseren Töne mit einer etwas höheren oder niedrigeren Frequenz“, sagt Eichelberger. „Das bedeutet, dass wir die dominanten, lauten Töne in einem Musikstück benutzen können, um den akustischen Datentransfer zu verbergen.“ Daraus folgt, dass die beste Musik für diese Art der Datenübertragung viele dominante Noten hat – zum Beispiel Popsongs. Leise Musik ist weniger geeignet.
Um dem Decoder-Algorithmus im Smartphone mitzuteilen, wo er nach Daten suchen muss, verwenden die Wissenschaftler sehr hohe Töne, die das menschliche Ohr kaum wahrnehmen kann: Sie ersetzen die Musik im Frequenzbereich 9,8-10 kHz durch einen akustischen Datenstrom, der die Informationen darüber trägt, wann und wo im restlichen Frequenzspektrum der Musik die übertragenen Daten zu finden sind.
Vom Lautsprecher zum Mikrofon
Das Übertragungsprinzip dieser Technik unterscheidet sich grundlegend vom bekannten RDS-System beim Autoradio, das zur Übertragung des Namens des Radiosenders und der Details der abspielenden Musik verwendet wird. „Mit RDS werden die Daten über UKW-Radiowellen übertragen. Mit anderen Worten, die Daten werden vom FM-Sender an das Radiogerät gesendet“, erklärt Tanner. Demgegenüber sei das neue Verfahren eine massive Weiterentwicklung: „Was wir tun, ist, die Daten in die Musik selbst einzubetten – Daten vom Lautsprecher zum Mikrofon zu übertragen.“
Für den Hörer unbemerkbare Informationen, versteckt in den Musikstücken selber? Im Falle des W-Fi-Passwortes des Hotels vielleicht ganz nützlich – aber die Technik liesse sich weiter denken, bis hin zu geheimdienstlichen Anwendungen. Dann könnten die Konsenquenzen solcher Forschung plötzlich eine ganz andere Seite der Kunstform Musik offenbaren… ♦
(Quelle: Internationale Konferenz für Akustik, Sprache und Signalverarbeitung – Brighton/England, Mai 2019)
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