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Daten sind wie ein Bild von Musik

José Luis Romero wendet Mathematik an, um die Verarbeitung von Signalen zu verstehen, und entwickelt zugleich die Analysemethoden weiter.
José Luis Romero wendet Mathematik an, um die Verarbeitung von Signalen zu verstehen, und entwickelt zugleich die Analysemethoden weiter.Die Presse/Clemens Fabry
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Der Mathematiker und Schallforscher José Luis Romero untersucht Darstellungen von Daten und Signalen, die einer Musikpartitur sehr ähnlich sind.

„In der Schule fand ich Mathematik nicht besonders interessant und habe mich eher widerwillig durch die Hausaufgaben gequält“, erinnert sich José Luis Romero mit einem Lächeln. Der Mathematiker hat sein Fach erst nach einem Umweg über die Computerwissenschaften für sich entdeckt. Im Alter von fünf Jahren war der Argentinier, Spross einer Historikerfamilie aus Buenos Aires, enorm fasziniert von dem Computer, den seine Eltern als Schreibgerät angeschafft hatten. Recht schnell brachte er sich das Programmieren bei, später inskribierte er sich für Informatik. Doch bereits in den dafür nötigen Grundkursen fand er das, was ihm der Schulunterricht vorenthalten hatte und was ihn dauerhaft fesseln sollte: die formalen und logischen Aspekte der Mathematik. Er sattelte um.

Heute ist Romero Assistenzprofessor an der Fakultät für Mathematik der Uni Wien und assoziierter Forscher am Institut für Schallforschung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW). Für ein Projekt zur Zeit-Frequenz-Analyse hat er 2019 einen Start-Preis des Forschungsförderungsfonds FWF erhalten und mit diesen Mitteln eine Forschungsgruppe aufgebaut.

 

Jedes Signal wird in Frequenzen zerlegt

Die Zeit-Frequenz-Analyse ermöglicht es, viele unterschiedliche Phänomene des Zeit- und Frequenzbereichs wie Bild, Ton, Funkübertragung oder Daten im Allgemeinen zu untersuchen. Dabei betrachte man die Dinge auf eine Art, die sich gut mit einer Musikpartitur vergleichen lasse, sagt Romero. Jedem Bestandteil werde eine gewisse Rolle in der „Komposition“ zugeordnet, jedes Signal in sogenannte Frequenzen zerlegt. Wie verändern sich die Einzelheiten mit der Zeit? „Musik wird üblicherweise in zwei Richtungen geschrieben“, erläutert der Forscher. „Von links nach rechts repräsentiert man die Zeit: Was rechts geschrieben steht, wird später gespielt. Und die vertikale Richtung ist die Frequenz: Je höher man schreibt, desto höher ist die Tonhöhe der Note.“ Wenn man sich ein solches „Bild von Musik“ ansehe, ließe sich das Ganze besser analysieren.

So könne man sich etwa die unterschiedlichen Musikinstrumente ansehen, sie separat spielen lassen. Oder Musik von Hintergrundgeräuschen unterscheiden und eine Aufnahme bereinigen. „Dieses Verfahren heißt Signalverarbeitung.“ Ähnliche Konzepte wende man in der Bildverarbeitung an, um die Qualität eines Bilds zu verbessern. Darüber hinaus spiele die Zeit-Frequenz-Perspektive in der Physik eine zentrale Rolle. „Die Quantenmechanik zum Beispiel wird weitgehend in der Sprache der Zeit-Frequenz-Analyse beschrieben.“

In seinem Start-Preis-Projekt, das noch bis 2026 läuft, arbeitet der 38-Jährige daran, die Methoden der Signalverarbeitung auf die Physik geladener Teilchen zu übertragen. Ein Schwerpunkt dabei ist die sogenannte Abtastung, das Problem der Rekonstruktion eines Objekts aus knappen Messungen. „Das braucht man etwa in der medizinischen Bildgebung, wo man einerseits die Anatomie eines Patienten gut wiedergeben, andererseits aber auch die erforderliche Scan-Zeit minimieren möchte.“ Ein weiteres Ziel sei es, versteckte oder latente Strukturen in scheinbar zufälligen Erscheinungen zu finden. „Das ist unter anderem relevant, wenn ein Messvorgang mit Rauschen kontaminiert oder durch unbekannte experimentelle Bedingungen beeinträchtigt wird.“

Romero schätzt den Dialog zwischen Grundlagenforschung und Anwendung. „Einerseits ist es immer sehr erfreulich, konkrete Anwendungen der Mathematik zu sehen. Andererseits hilft mir die Intuition aus der Signalverarbeitung, bestimmte sehr abstrakte mathematische Probleme zu verstehen und so die mathematische Analyse weiterzuentwickeln.“

Private Energie- und Motivationsquelle sei seine zweijährige Tochter, erzählt der Wissenschaftler. Der tägliche Wechsel zwischen mehreren Sprachen durch deren zweisprachiges Aufwachsen mit Deutsch und Spanisch und die Forschungsarbeit auf Englisch bildeten zudem einen herausfordernden, aber anregenden Kontrast zur Mathematik. „Über meinen Akzent sehen meine Studierenden freundlich hinweg.“

ZUR PERSON

José Luis Romero (38) studierte Mathematik in Buenos Aires (Argentinien), wo er 2011 promovierte. Nach einem Aufenthalt als Fulbright-Stipendiat an der University of Maryland (USA) kam er 2011 als Postdoc an die Universität Wien, habilitierte sich hier 2016 und ist seit März 2021 Assistenzprofessor. Aktuell leitet er das FWF-Start-Projekt „Zeit-Frequenz-Analyse, Zufälligkeit und Abtastung“.

Alle Beiträge unter: www.diepresse.com/jungeforschung

("Die Presse", Print-Ausgabe, 20.03.2021)