Technische Akustik

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  • A wavelet-synthesis model for the auralization of moving sound sources


    Masterarbeit von Wenhuan Duan
    Forschungsgebiet: Akustische Virtuelle Realität
    Betreuer: Meng, Fanyu

    Moving sound sources are indispensable parts in acoustical environment and cause noise problems as the speed of the sources increases rapidly, such as high-speed trains and cars. Auralization is an efficient way for prediction and provides immerse audible sense. Therefore, it is important to find a sound synthesis approach to modeling moving sound sources and create perceptually convincing sounds for auralization. In this research, wavelet transform (WT) is proposed to synthesize moving sound sources in virtual reality environment. Compared to Fourier transform, WT has the advantage of remaining time information when transforming signals into the frequency domain, which benefits the received time-variant signals from moving sources. Due to frequency shift, the Doppler effect should be eliminated through interpolation before WT. With varying the parameters generated from WT, new signals can be synthesized based on several samples. The results need to be verified by on-site measurements listening tests. Finally, a synthesis model for auralization is established based on WT for moving sound sources.
  • Analyse von mit kompakten sphärischen Mikrofon- und Lautsprecherarrays gemessenen Raumimpulsantworten


    Masterarbeit von Haar gen. Epping, Christian

    Presently, compact spherical arrays of microphones and loudspeakers are used to measure directional room impulse responses for a complete spatiotemporal sound field analysis. This work deals with the analysis of point-to-point room impulse response measurements between compact spherical arrays. While higher-order arrays achieve a higher angular resolution compared to first-order arrays, they involve a band limitation toward low frequencies. This is necessary in order to avoid noise amplification due to high gains in their equalization, which trades off with time resolution. In contrast, lower-order arrays exhibit wide lobes while having an appropriate time resolution. A comparison is made between first-order and higher-order arrays with respect to their directional qualities toward sound field analysis. In directional room impulse responses, the early part consists approximately of distinct impulses due to the direct sound and a few specular reflections while the late part is diffuse with direction contributions from all around. Hence, a room impulse response can be considered as sparse in the early part. In order to determine the main directions for both, the sender and receiver side, principal component analysis is used in combination with sparse recovery.
  • Atmosphärisches Ray Tracing basierend auf höhenabhängigen Wetterdaten


    Masterarbeit von Schäfer, Philipp
    Forschungsgebiet: Akustische Virtuelle Realität
    Betreuer: Mecking, Jens / Stienen, Jonas

    Diese Arbeit beschäftigt sich mit Schallausbreitung in der Atmosphäre im Zusammenhang mit der Auralisation akustischer Szenen. Eine weit verbreitete Methode zur Schätzung von Schallausbreitungspfaden zwischen einer Quelle und einem Empfänger ist das so genannte Ray Tracing. Mit Hilfe solcher geschätzten Pfade kann eine Impulsantwort, die die Auralisierung akustischer Szenen in einer virtuellen Umgebung erlaubt, hergeleitet werden. Im Gegensatz zum akustischen Medium in Räumen, für die Ray Tracing häufig verwendet wird, ist die Atmosphäre weder homogen noch statisch. Hauptgründe dafür sind die Variation der Schallgeschwindigkeit über den Raum und Bewegung des Mediums, wie z.B. Wind. Diese Effekte führen zu Brechung und Verschiebung von Schall und damit auch zu gekrümmten Ray Pfaden. Desweiteren sind Distanzen zwischen Quelle und Empfänger draußen in der Regel sehr groß. Folglich ist die Ray Dichte um den Empfänger eher gering und die Schätzung der Ray Pfade benötigt einen hohen Rechenaufwand. Dies erschwert die Findung von Eigenrays - Rays, die den Empfänger direkt treffen - da dieses Problem zwar komplex ist, die Implementierung für eine schnelle Berechnung der Impulsantwort aber effizient sein muss. Im Zuge dieser Arbeit wird ein Ray Tracing Algorithmus für die Simulation atmosphärischer Schallausbreitung und Auralisierung entwickelt. Es werden Kriterien untersucht, um für den Empfänger unrelevante Rays frühzeitig zu identifizieren und zu verwerfen, wodurch Rechenzeit eingespart werden kann. Für die Modelierung der Atmosphäreneigenschaften werden höhenabhängige Wetterdaten verwendet und somit ein horizontal geschichtetes Medium angenommen. In einem zweiten Schritt wird der Einfluss dieser Eigenschaften auf die Impulsantwort untersucht. Dafür wird eine akustische Szene mehrfach simuliert, wobei die Wetterparameter variiert werden.
  • Automatische Geometrievereinfachung für Raumakustiksimulationen


    Bachelorarbeit von Durand, Christopher
    Forschungsgebiet: Akustische Virtuelle Realität / Raum- und Bauakustik
    Betreuer: Aspöck, Lukas

    Raumakustiksimulationssoftware hat eine Vielzahl von Anwendungsbereichen. Sie wird in der Architektur bei der Planung von Gebäuden genutzt, deren akustische Eigenschaften von besonderer Bedeutung sind, wie zum Beispiel Konzerthäuser oder Hörsäle. Des Weiteren wird diese auch bei der Auslegung von Beschallungsanlagen oder in der virtuellen Realität zur Simulation akustischer Umgebungen verwendet. Die Algorithmen der Software basieren hauptsächlich auf Prinzipien der geometrischen Akustik. Hier wird das Schallfeld durch Strahlen angenähert, deren Richtung, Energie und Ausbreitungsdauer untersucht wird. Als Eingabe nutzen diese Algorithmen CAD-Modelle, die die akustischen Eigenschaften des Raums hinreichend genau nachbilden sollen. Da die geometrische Akustik keine Welleneffekte, wie zum Beispiel Interferenz, modelliert, sind diese Vereinfachungen nur physikalisch sinnvoll, wenn die Maße des simulierten Raumes groß gegenüber den Wellenlängen des Schalls sind. In den meisten Anwendungen existieren meist schon CAD-Modelle. Daher ist es naheliegend, diese zur akustischen Simulation zu nutzen. Jedoch sind diese zur visuellen Darstellung konzipierten Modelle oft sehr detailreich und enthalten viele kleine Strukturen, die im Allgemeinen keinen wahrnehmbaren akustischen Einfluss haben. Diese erhöhen nicht nur die Rechenzeit massiv, sondern verletzen auch die Grundannahmen der geometrischen Akustiksimulation. Daher ist es Ziel dieser Arbeit, eine Implementierung eines Algorithmus zu erarbeiten, die in der Lage ist, zur Visualisierung gedachte Raummodelle derart automatisch zu vereinfachen, dass mit dem Modell die Akustik des Raumes simuliert werden kann. Dabei ist es wichtig, dass akustisch relevante Eigenschaften, wie Raumvolumina und die Orientierung von Flächen, möglichst erhalten bleiben. Bei vielen aus der Computergrafik stammenden Algorithmen zur Vereinfachung von 3D-Modellen ist dies im Allgemeinen nicht der Fall. In dieser Arbeit sollen geeignet erscheinende Methoden implementiert und validiert werden. Die Eignung von Algorithmen soll an Hand von Vergleichen der simulierten akustischen Parameter mit tatsächlichen Messdaten der Räume bestimmt werden.
  • BEAMFORMING ZUR SCHALLQUELLENLOKALISIERUNG AN EINER FAHRZEUGKAROSSERIE UNTER VERWENDUNG VON ÜBERTRAGUNGSFUNKTIONEN


    Masterarbeit von Havolli, Albulena
    Betreuer: Nau, Clemens / Berzborn, Marco

    Der akustische und schwingungstechnische Komfort von Kraftfahrzeugen (NVH) gewinnt insbesondere im Premiumsegment immer mehr an Bedeutung. Um das eigene Entwick-lungspotential voll auszuschöpfen und weiterhin Fortschritte gegenüber den Wettbewer-bern bezüglich dieser Disziplin erzielen zu können, ist die Weiterentwicklung akustischer Entwicklungswerkzeuge für die OEM (Original Equipment Manufacturer) von zentraler Be-deutung. Als erfolgreiches Entwicklungswerkzeug zur Lokalisierung und Charakterisierung von (Stör-)Geräuschen sowohl außerhalb als auch innerhalb des Fahrzeugs hat sich dabei das Beamforming erwiesen. Die Lokalisierung einer Quelle, die Schall in Form von Struktur-schwingungen in die Karossiere einspeist, welcher von den Innenraumberandungen als Luftschall in den Insassenraum abgestrahlt wird, ist derzeit nicht möglich. So erfolgt mit den bereits vorhandenen Beamforming-Algorithmen lediglich eine Ortung der Luftschallab-strahlung, aber nicht der Schallentstehung. Die vorliegende Masterarbeit soll einen Beitrag zur Verbesserung des Beamformings für die Schallquellenortung im Fahrzeuginnenraum unter Zuhilfenahme von Übertragungsfunktio-nen leisten. Dazu werden im ersten Schritt die Übertragungsfunktionen an definierten Struktureinleitpunkten einer sogenannten „aufsetzfertigen Fahrzeugkarosserie“ experi-mentell durch Anschlagen mit dem Impulshammer bestimmt. Im nächsten Schritt werden diese Übertragungsfunktionen anschließend in einer bestehenden Beamforming-Umge-bung implementiert. Zur Validierung des Ansatzes Beamforming unter Verwendung von Übertragungsfunktio-nen wird die Karossiere an den definierten Positionen mit einem Shaker angeregt. Die Lo-kalisierungsergebnisse dieses Ansatzes und der entsprechend gleichen Methode ohne das Einbinden von Übertragungsfunktionen werden erfasst, verglichen und qualitativ bewer-tet.
  • Bestimmung akustischer Wandimpoedanzen mittels eines kombinierten Mess- und wellenbasierten Simulationsverfahrens


    Masterarbeit von Müller-Giebeler, Mark
    Betreuer: Vorländer, Michael / Opdam, Rob

    Existierende und üblicherweise angewandte Methoden zur Messung der akustischen Reflektionseigenschaften von Flächen unterliegen gewissen Einschränkungen. Entweder liefern sie grundsätzlich nicht ausreichend Informationen (wie etwa Phaseninformationen für wellentheoretisch basierte Simulationsverfahren), oder lediglich unter bestimmten Bedingungen realistische Ergebnisse (zum Beispiel im idealen Diffusschallfeld, unter der Annahme des Einfalls ebener Wellen, oder nur für einen beschränkten Frequenzbereich). Differenziertere Methoden um die komplexen, winkelabhängigen Reflektionsparameter zu bestimmen, sind häufig kompliziert und zeitaufwändig. Diese Arbeit stellt eine inverse Methode vor, welche neben geometrischen Informationen lediglich eine einzige Schalldruckmessung eines endlichen porösen Absorbers als Eingangsdaten erfordert. Die Methode ermöglicht die Berechnung aller akustischen Oberflächenparameter für beliebige Einfallswinkel und Frequenzen, während realistische einfallende Schallfelder ebenso berücksichtigt werden, wie potentiell nichtlokal reagierende Materialien. Mithilfe eines nichtlinearen Optimierungsalgorithmus wird der simulierte komplexe Schalldruck an die Messung angepasst, indem die das absorbierende Material charakterisierenden Modellparameter iterativ verändert werden (Strömungswiderstand, Porösität usw.). Verschiedene Faktoren, welche die Messdaten bzw. den Optimierungsprozess beeinflussen, werden theoretisch untersucht. Darüber hinaus wird eine Erweiterung des vorgenannten Ansatzes vorgeschlagen, um die Korrektur von Beugungseffekten an den Kanten des endlichen Materialsamples zu erreichen. Die Integration iterativ angepasster FEM Simulationen der selben Absorbergeometrie in den Optimierungsalgorithmus, erlaubt die Kompensation des verursachten Fehlers und damit die Bestimmung der Oberflächenimpedanzen einer unendlich ausgedehnten Schicht des getesteten Materials. Die Methode wird mithilfe von Simulationen validiert und auf vorläufige Messungen angewandt.
  • Building acoustics simulation based on semantic models


    Forschungsgebiet: Akustische Virtuelle Realität / Raum- und Bauakustik
    Betreuer: Stienen, Jonas / Imran, Muhammad

    Room acoustics simulations are mostly based on geometry meshes with polygonal faces that are linked to acoustic materials, such as absorption and scattering coefficients. Unfortunately, building acoustics simulations require also sound transmission through walls and ducts. Here, polygonal meshes are inherently insufficient, because solid structures can not be described efficiently. In building and architectural modeling, semantic data structures based on the BIM approach are widely used and well integrated into the design and model workflow. In this master thesis, the employment of IFC-compatible semantic input data for building acoustics simulation will be investigated. Ways to extract room meshes for room acoustic simulation are investigated. A derivation of sound transmission paths between rooms will be formulated that can be readily used for building acoustics simulations with flanking paths. Requirements ? Basic C++ programming skills ? Basic knowledge of technical acoustics ? Basic knowledge of acoustic simulation ? Interest in the topic and independent work Optional skills ? Familiar with SketchUp, FreeCAD, Revit ? Knowledge of semantic data structures (namely IFC) ? Familiar with Visual Studio
  • Charakterisierung und Analyse von Auralisierungen komplexer akustischer Szenen


    Bachelorarbeit von Reffgen, Matthias
    Forschungsgebiet: Akustische Virtuelle Realität
    Betreuer: Aspöck, Lukas / Stienen, Jonas

    Die vorliegende Arbeit beschreibt die Untersuchung einer komplexen akustischen Szene, welche binaural synthetisiert und über Kopfhörer reproduziert wurde, hinsichtlich ihrer Plausibilität. Unter einer komplexen Szene wird in diesem Fall ein akustisches Szenario verstanden, bei dem es neben einer deutlich erkennbaren Primärquelle zusätzlich auch eine Mehrzahl im Hintergrund hörbarer Quellen gibt, die in einer realen Alltagsszene die Umgebungsgeräusche erzeugen und dabei nicht immer einzeln identifizierbar sind. Hier liegt nun der Fokus der Betrachtung nicht auf einer exakten physikalischen Reproduktion der mit technischen Mitteln feststellbaren physikalischen Parameter, sondern vielmehr auf der Erzeugung einer als plausibel empfundenen Szene. Hierbei wurde insbesondere der Einfluss verschiedener Faktoren wie Quellanzahl oder Quelltypus auf das Plausibilitätsempfinden des Hörers untersucht. Ausgangspunkt der Arbeit ist eine Seminarszene , die unter Veränderung unterschiedlicher Parameter erzeugt und durch 28 Personen im Rahmen eines Hörversuchs auf ihre Plausibilität hin untersucht wurde.
  • Charakterisierung von simuliertem Strahllärm mittels Zerlegung in Kugelflächenfunktionen


    Masterarbeit von Cappellotto, Francesco
    Forschungsgebiet: Lärmforschung / Akustische Virtuelle Realität
    Betreuer: Mecking, Jens

    Diese Arbeit behandelt die Modellierung von Flugzeugdüsen als Lärmquelle, mit dem Ziel der Wiedergabe des Flugzeuglärms in simulierten VR-Umgebungen. Der Fokus liegt hierbei auf einer originalgetreuen Wiedergabe. Derzeit folgt die akustische Modellierung von Düsenlärm semi-empirischen Modellen, die teilweise von Überflugaufnahmen abgeleitet wurden. Diese Modelle wurden weiter optimiert um verschiedene Flugzeugkonfigurationen einzubeziehen, z.B. lärmmindernde Mantelstromtriebwerke. Dieses Verfahren hat jedoch einige Einschränkungen, und zwar ist die spektrale Auflösung auf Terzbänder begrenzt, und die Korrelation einzelner Lärmkomponente ist nicht definiert. Zudem benötigen Bodenaufnahmen einige Näherungen um der Cutback-Phase - eine Reduktion des Leistungspegels direkt nach dem Abheben - Rechnung zu tragen. Das beeinflusst nicht nur den Leistungspegel, sondern auch die Richtcharakteristik des Düsenlärms, die wegen Informationsmangels nicht genähert werden kann. Schließlich sind Bodenaufnahmen auf Standardatmosphäre normalisiert, dadurch ist die vom Wetter zum Zeitpunkt der Aufnahme abgeleitete Unbestimmtheit in der Richtcharakteristik eingeschlossen. Im Rahmen dieser Masterarbeit wird eine Methode untersucht, um Strahllärm mit höherer Genauigkeit zu modellieren. Hierfür werden simulierte Strömungsdaten verwendet, um die Richtcharakteristik physikalisch korrekt - anstatt empirisch oder semi-empirisch - zu beschreiben und von meteorologischen Bedingungen unabhängige und nicht auf Terzbänder begrenzte Ergebnisse zu erzielen. Dafür stehen simulierte Daten in einem 3D-Gitter in dem nahen Fernfeld rund um die Düse zur Verfügung. Eine Menge von Messpunkten muss gewählt und mittels Kugelflächenfunktionen zerlegt werden. Da man vermutet, dass das Modell Kugelflächenfunktionen hoher Ordnung erreichen wird, eine akustische Zentrierung der Quelle wird evaluiert werden, um den Rechenaufwand zu vermindern. Durch Benutzung dieser Methode wird eine realistischere Auralisierung erwartet, die für wirklichkeitsnahe VR-Simulationen verwendet werden kann.
  • Diffraction simulation in Geometrical Acoustics


    Forschungsgebiet: Akustische Virtuelle Realität
    Betreuer: Stienen, Jonas

    Acoustic diffraction off and around geometrical obstacles is an important phenomenon that occurs if the compared wave length is not small or big against the geometrical dimensions. Simulating acoustic diffraction is usually done in the time or frequency domain using simulation methods that solve the wave equation, i.e. naturally take this effect into account. Calculating a sound field this way results in a high spatial resolution but is yet so computationally expensive, that it is not suitible for almost any non-fundamental problem. Acoustic simulations using the Geometrical Acoustics principle, on the other hand, are able to rapidly generate sound transmission information for distinct solitaire positions of a source and a receiver, which makes this approach feasible for real-time auralization. In this master thesis, acoustic sound diffraction shall be investigated using geometrical technique.
  • Dynamische Crosstalk-Cancellation mit Raumkompensation für immersive CAVE-Umgebungen


    Masterarbeit von Röcher, Eric
    Forschungsgebiet: Akustische Virtuelle Realität
    Betreuer: Kohnen, Michael / Stienen, Jonas

    Die Auralisierung virtueller Szenen mittels Binauralsynthese ermöglicht eine realitätsnahe Reproduktion von Schallereignissen, die im Kontext der Virtuellen Realität das Gefühl der Immersion verstärken. Um diese Immersion durch das Tragen von Kopfhörern, welche üblicherweise für die Wiedergabe von Binauralsignalen benutzt werden, nicht zu verschlechtern, kann ein Lautsprechersetup mit vorgeschalteter Crosstalk-Cancellation-Filterung eingesetzt werden. In großen CAVE-VR-Systemen, bei denen die Visualisierung auf großflächigen schallharten Projektionswänden dargestellt wird und welche unter Umständen den Benutzer vollständig umgeben, sind schwierige akustische Bedingungen zu erwartet. Zum einen schränken die Projektionswände die Möglichkeit für die Platzierung von Lautsprechern stark ein, und zum anderen überlagern ausgeprägte frühe Reflexionen an den nicht-absorbierenden Wänden das Nutzsignal des Wiedergabesystems. Damit geht eine nicht vernachlässigbare Änderung der Nachhallzeit einher. Aus diesem Grund wird die Berücksichtigung der frühen Reflexionen bei der CTC-Filtersynthese vorgeschlagen, da diese aufgrund der einfachen geometrischen Ausgangslage mit guter Näherung geschätzt werden können. Es wird ein dynamisches CTC-System vorgestellt, welches die Raumeigenschaften in die Lösung integriert und die Wiedergabe in CAVE-Umgebungen verbessern soll. Das Verfahren wird in der aixCAVE, dem VR-Systems der RWTH Aachen, instrumentell überprüft und auf Leistungsfähigkeit hin untersucht. Dabei wird besondere Rücksicht auf Präzision und Fehlerabschätzung der einzelnen beteiligten Komponenten gelegt, welche z.B. durch Systemlatenzen und Positionsungenauigkeiten des Tracking-Systems inhärent vorhanden sind.
  • Dynamische Modenkompensation in Quaderräumen


    Bachelorarbeit von Voth, Markus
    Forschungsgebiet: Akustische Virtuelle Realität
    Betreuer: Kohnen, Michael / Stienen, Jonas

    In kleinen Räumen treten, insbesondere bei parallelen, schallharten Wänden ausgeprägte stehende Wellen auf. Durch stehende Wellen kommt es an dedizierten Stellen im Raum zu einer Überhöhung bzw. Auslöschung des Schalldrucks für einzelne tiefe Frequenzen. Diese inhomogene Verteilung des Schalldrucks im Ort wird vom Zuhörer als ein unausgeglichenes und unangenehmes Klangbild wahrgenommen. Insbesondere in der aixCAVE sind die oben genannten Auslöser für stehende Wellen vorhanden. Weil Wände und Boden für Rückprojektionen benutzt werden, bleibt als Optimierungsmöglichkeit eine Softwarelösung übrig. Bisher werden nur statische Softwareansätze zur Kompensation von Raum- und Wandlereinflüssen betrachtet. Daher wird in dieser Bachelorarbeit untersucht, in wieweit der spektrale Verlauf des Schalldruckpegels in Quaderräumen durch eine hörpositionsabhängige Modenkompensation geglättet werden kann. Dazu wird eine analytische Frequenzgangschätzung und ein adaptives IIR-Filterkonzept mit angepasster Abtastrate implementiert. Zur Reduktion des Rechenaufwandes, wird außerdem ein symmetrieoptimiertes Lookup-Table Konzept entwickelt. Die Ergebnisse der Kompensation werden durch geeignete Simulationen und Messungen validiert. Dabei erweist sich die Schätzung der Moden in der aixCAVE als schwierig, weil aufgrund der offenen absorbierenden Decke komplizierte Randbedingungen entstehen. Die entwickelte Softwarekompensation der Moden in der aixCAVE bietet bei einer idealen Schätzung ein realistisches Verbesserungspotential von mehr als 20dB.
  • Eine Messeinrichtung für die Abtastung von Schallfeldern in Räumen


    Masterarbeit von Thevißen, Florian
    Forschungsgebiet: Raum- und Bauakustik
    Betreuer: Witew, Ingo / Vorländer, Michael

    Raumakustische Parameter werden weithin dazu verwendet das akustische Feld in Raumen zu charakterisieren. Durch ihre örtliche Variation sind sie jedoch oft nicht repräsentativ für den gesamten Raum. Es stellt sich die Frage, für welche Teile eines Raums ein skalarer Parameter repräsentativ ist. Zur Beantwortung dieser Frage ist eine genauere Untersuchung darüber notwendig, wie sehr das akustische Feld sich in einem Raum über den Ort ändert. In dieser Arbeit wurde ein Messsystem fertiggestellt, mit dem eine solche Untersuchung möglich wird. Dazu wurde die Software entwickelt, die zur Steuerung nötig ist, und ein Verfahren implementiert mit dem die Mikrofone der Messanordnung im Raum geortet werden.
  • Entwicklung einer Messmethode zur Analyse von Oberflächenschwingungen


    Bachelorarbeit von Peckert, Fabian
    Betreuer: Mecking, Jens / Klein, Johannes

    Mikrolautsprecher sind sehr kompakte Wandler, die meist nach dem elektrodynamischen Funktionsprinzip arbeiten. Der Einsatzbereich dieser Lautsprecher liegt größtenteils bei mobilen Endgeraten. Viele Nahe-rungen konventioneller Lautsprechermodelle sind für Mikrolautsprecher nur eingeschränkt gültig, da sich auf Grund ihrer kompakten Bauform andere mechanische Eigenschaften aufweisen als etwa HiFi-Lautsprecher. Insbesondere die Annahme einer Lautsprechermembran als konphas schwingender Kolben-strahler ist nicht für den gesamten Frequenzbereich gegeben, da sieh oberhalb einer bestimmten Frequenz Schwingungsmoden in Form von Biegewellen auf der Membran ausbilden. Um die Entstehung dieser Moden untersuchen zu können, wird in der vorliegenden Arbeit eine Methode zur automatisierten Abtastung der ortsabhängigen Oberflächenschnelle einer Lautsprechermembran entwickelt. Darüber hinaus kann mittels der entwickelten Methode das Schwingungsverhaltender Membran visualisiert werden und so eine Analyse der Abstrahlung erfolgen. Die Oberflächenschnelle der Membran wird mit Hilfe eines Laservibrometers an einem von Schrittmotoren gesteuerten Messtisch ermittelt. Die Messung erstreckt sich über die gesamte Fläche der Lautsprechermembran, bei einstellbarer Auflösung eines Messpunktenetzes. Dabei wird ein breitbandiges Anregungssignal verwendet, das den gesamten Arbeits-bereich des Lautsprechers abdeckt. Diese Arbeit beschränkt sich auf die Messung von Mikrolautsprechern, die entwickelte Messmethode kann jedoch auch für die Analyse anderer schwingender Oberflachen einge-setzt werden. Die Darstellung der Messergebnisse erfolgt durch die entwickelten Visualisierungsmethoden. Einerseits können zwei- und dreidimensionale Darstellungen ausgegeben werden, welche eine Auswertung für frei wählbare Frequenzen ermöglicht. Andererseits können die Übertragungsfunktion und die Impulsantwort für einzelne Messpunkte auf der Membran dargestellt werden, um eine ortsabhängige Visualisierung zu errei-chen. Darüber hinaus können mit Hilfe einer automatisierten Routine Videos erstellt werden, welche das Schwin-gungsverhalten der Membran bei verschiedenen Frequenzen demonstriert. Hierdurch können die Ausbrei-tung von Schwingungsmoden und die Phasenlage relativ zur Anregung beobachtet werden. All diese Dar-stellungen sollen in Zukunft für das Akustische Praktikum verwendet werden, um anschauliches Material zu Lehrzwecken zu erhalten. Eine Auswertung dieser Darstellungen kann außerdem dazu beitragen Mik-rolautsprecher weiterzuentwickeln und das Abstrahlverhalten zu verbessern.
  • Erweiterung einer modulbasierten Tagebaulagerstättenmodellierung zur Optimierung von Lärmmissionen


    Masterarbeit von Uber, Thomas
    Betreuer: Vorländer, Michael / Aspöck, Lukas
  • Evaluation der Audio-Signalsynthese und Netzwerkübertragung für die Echtzeit-Auralisierung in der Virtuellen Realität


    Bachelorarbeit von Heimes, Anne
    Forschungsgebiet: Akustische Virtuelle Realität
    Betreuer: Stienen, Jonas

    In Applikationen der Virtuellen Realität sind technische Herausforderungen die größte Hürde, um eine virtuelle Szene qualitativ überzeugend zu reproduzieren, sodass eine zufriedenstellende Immersion erreicht wird. In der Praxis werden zu diesem Zweck verschiedene Komponenten zu einem Gesamtsystem integriert, welche auf der einen Seite Aufgaben sinnvoll trennen, und auf der anderen Seite die allgemeine Last komplizierter Berechnungen aufteilen. Ein typisches Beispiel stellen CAVE-Systeme dar, bei denen in der Regel dedizierte Computer für die Visualisierung, das Tracking und die Auralisierung verwendet werden, die ausschließlich über Netzwerkschnittstellen kommunizieren. Erweiterungen, die einen entsprechend hohen Berechnungsaufwand erfordern, können über die Hinzunahme weiterer Recheneinheiten integriert werden, ohne das Gesamtsystem auszubremsen. Ein wichtiger Aspekt interaktiver VR-Applikationen stellt die Systemreaktion auf eine Benutzeraktion dar. Bei der Simulation der Schallausbreitung wird auf eine solche Änderung mit der Berechnung neuer Parameter für die Digitale Signalverarbeitung bei der einem Eingabesignal die Auswirkungen der Ausbreitungseffekte aufgeprägt werden. Diese Eingabesignale der Echtzeit-Verarbeitung werden üblicherweise ohne nennenswerten Aufwand direkt aus dem Arbeitsspeicher gelesen. Eine andere Situation stellt sich dar, wenn das Eingabesignal nicht unmittelbar zur Verfügung steht, sondern aus einem künstlichen parametrierbaren Berechnungsmodell oder einem komplexen physikalischen Modell mittels Modalanalyse und -synthese generiert werden muss. In diesem Fall werden mathematische Operationen ausgeführt, die den Prozessor zusätzlich belasten und damit um Ressourcen konkurrieren. In der vorliegenden Bacheloraufgabe soll untersucht werden, unter welchen Voraussetzungen die Signalerzeugung einer virtuellen Schallquelle auf einem dedizierten Rechner und der sich anschließenden Übertragung an den Auralisierungsrechner über eine Netzwerkschnittstelle sinnvoll ist. Dabei werden Systemkomponenten und Komplexität der Signalerzeugung sowie Latenz und Übertragungsraten berücksichtigt, um eine allgemeine Empfehlung zu formulieren.
  • Filteroptimierung für 3-D Audiowiedergabe


    Bachelorarbeit von Klein, Simon
    Forschungsgebiet: Psychoakustik
    Betreuer: Kohnen, Michael / Stienen, Jonas

    Head-mounted Displays (HMD) wie die Oculus Rift oder die HTC Vive ermöglichen es heutzutage selbst im Consumerbereich virtuelle Realitäten zu erzeugen und immersiv erleben zu können. Um neben der visuellen Darstellung auch einen korrekten Höreindruck zu bekommen, können verschiedene Wiedergabeverfahren genutzt werden. In dieser Arbeit sollen Lautsprecherwiedergabeverfahren untersucht werden. Um die zusätzliche Rechenlast für die akustische Wiedergabe zu minimieren, soll untersucht werden wie weit Filter sich vereinfachen und/oder kürzen lassen ohne einen hörbaren unterschied beim Hörer zu erzeugen. Hierzu sollte zunächst die Optimierung in Matlab implementiert werden und anschließend ein kurzer Hörversuch durchgeführt werden. Benötigte Voraussetzungen - Grundkenntnisse in der Programmierung (MATLAB) - Selbständiges Arbeiten - Interesse am Themengebiet Empfohlene Kenntnisse- - Vorlesungen: Einführung in die Akustik o.ä.
  • Hörversuch zur akustischen Immersion in virtuellen Realitäten


    Masterarbeit von Jarmer, Fabian
    Forschungsgebiet: Akustische Virtuelle Realität / Psychoakustik
    Betreuer: Kohnen, Michael / Aspöck, Lukas

    Akustische virtuelle Realitäten können auf verschiedenen Wegen dreidimensionale, räumliche Wiedergabe ermöglichen. Um verschiedene Systeme beurteilen zu können oder um Aussagen darüber zu treffen ob gewisse Veränderungen eine Verbesserung des Systems bewirken, muss die Begrifflichkeit des „verbessern“ geklärt werden. Ist ein System interessanter, dass mir einen sehr genauen Eindruck von der Position der Quelle gibt, dafür aber sehr verzerrt klingt? Oder besser ein sauberer Klang, dafür aber keine genaue Vorstellung von der Position der Quelle? Aufbauend auf Vorarbeiten sollen verschiedene Wiedergabeverfahren miteinander verglichen werden um richtige Fragestellungen und Bewertungsverfahren für Lautsprecherwiedergaben zu finden. Benötigte Voraussetzungen - Grundkenntnisse in der Programmierung (MATLAB) - Selbständiges Arbeiten - Interesse am Themengebiet Empfohlene Kenntnisse - Grundkenntnisse in MATLAB - Vorlesungen: Einführung in die Akustik o.ä.
  • Implementierung von V-BAP und D-BAP mit Evaluierung mittels Messung und binauralem Simulationsmodell


    Bachelorarbeit von Bassiri, Sina
    Betreuer: Vorländer, Michael / Kohnen, Michael

    Um eine akustisch virtuelle Welt in einem geschlossenen Raum realitätsnah erzeugen zu können, ist es notwendig die Wiedergabe von räumlich wahrgenommenen Schall in bestimmten Bereichen zu analysieren. In dieser Arbeit werden hauptsächlich die Verfahren Vector Base Amplitude Panning (VBAP) und Distance-Based Amplitude Panning (DBAP) betrachtet. Mit diesen Methoden lassen sich mehrere Lautsprecher so ansteuern, dass für einen Hörer eine virtuelle Schallquelle im Raum wahrnehmbar wird. Wichtige Signalinformationen wie die interaurale Zeitdifferenz (ITD) und die Interaurale Leveldifferenz (ILD) sowie die Charakteristika der entsprechenden Frequenzspektren der Verfahren gilt es zu analysieren und zu evaluieren. Diese Informationen werden in Abhängigkeit zur Kopfrichtung und Bewegung der virtuellen Schallquelle untersucht. Ziel dieser Bachelorarbeit ist es VBAP und DBAP in MatLab zu implementieren und ein dazu entsprechendes Testskript zu schreiben, mithilfe dessen man nacheinander Signale des jeweiligen Verfahrens abspielt. Diese Signale werden mit einem Kunstkopf aufgenommen und in Bezug auf ITD, ILD und des Frequenzspektrums innerhalb des Testskriptes ausgewertet. Mit Hilfe einer bereits existierenden Simulation aus dem Außenohrübertragungsfunktion (HRTF) Datensatz des Kunstkopfes, wird die Evaluierung durchgeführt. Zudem wird ein Vergleich mit dem Modell des menschlichen Cehars gezogen. Der Vergleich erfolgt mit dem binauralen Simulationsmodell von Dietz aus der Auditory Modeling Toolbox. Die Abhängigkeit zu Lautsprecherpositionen und Lage im kopfbezogenen Koordinatensystem für die Wahrnehmung der Quellen spielen eine große Rolle. Für bestimmte Lagen der Quellen zeigte sich DBAP während der Evaluierung als sehr unvorteilhaft. VBAP hingegen arbeitet größtenteils zuverlässig
  • In-situ Bestimmung von raumakustischen Randbedingungen basierend auf inverser Simulationstechnik


    Masterarbeit von Knauber, Fabian
    Forschungsgebiet: Akustische Virtuelle Realität
    Betreuer: Pelzer, Sönke / Vorländer, Michael

    Soll ein existierender Raum durch ein Simulationsmodell miiglichst exakt akustisch nachgebildet werden, muss dazu ein 3D-Modell erstellt und die Randbedingungen der Wände in dem Raum erfasst werden. Das 3D-Modell ist meist leicht zu erstellen, wobei die Randbedingungen der Wände nicht immer einfach vor Ort bestimmbar sind. Eine Raumakustik-Software wird meist dazu verwendet Impulsantworten mit Hilfe des 3D-Modells und der Wandeigenschaften zu generieren. Haufig wird die Simulation "durch Probieren" auf eine Messung angepasst und dabei werden bestimmte Absorptionskoeffizienten eingestellt. Das Finden dieser Werte lasst sich nicht analytisch lösen, aber kann als nicht-lineares Minimierungsproblem dargestellt werden, welches dann mit Hilfe von Optimierungsalgorithmen gelöst werden kann. In dieser Arbeit wurde ein MATLAB- Tool entwickelt, dass die Bestimmung von Absorptionswerten ermiiglicht. Dazu werden Liisungsalgorithmen aus der MATLAB Optimization Toolbox zusammen mit einer neuen, schnellen Methode zur Bestimmung der Energiekurven aus einem neuen Set von Absorptionskoeffizienten verwendet. Dabei wurde eine raumakustisch motivierte Kostenfunktion formuliert und die Optimierung anhand von simulierten Räumen validiert, sowie auf Messungen verschiedener Räume angewendet.
  • Modellierung und Evaluierung der Schallabstrahlung elektrischer Antriebe


    Forschungsgebiet: Maschinenakustik und Diagnose und Transpferpfadanalyse / Numerische Akustik
    Betreuer: Müller-Giebeler, Mark

    Im Zusammenhang mit der Akustik von Fahrzeugantrieben sind Virtual Engineering Ansätze zunehmend Gegenstand der Forschung. Ziel der entwickelten Methoden ist es, bereits früh im Entwicklungsprozess eine Bewertung und Optimierung des akustischen Verhaltens von Antriebssträngen zu ermöglichen. Explizit für elektrische Antriebe wurde im Rahmen eines interdisziplinären Projektes am ITA ein Gesamtsystemmodell mitentwickelt, welches ausgehend von der elektromagnetischen Anregung und anschließender Modellierung des strukturdynamischen Verhaltens die Berechnung und Hörbarmachung der antriebsbedingten Geräusche im Fahrzeuginnenraum erlaubt. Ein wichtiger Bestandteil einer solchen Kette ist die Modellierung des vom Antriebsstrang abgestrahlten Luftschalls in Abhängigkeit der Oberflächenschnelle auf dem Gehäuse. Dazu werden Maschinen- und Getriebegehäuse bisher als zylinderförmige Elemente approximiert, was eine schnelle analytische Berechnung des abgestrahlten Luftschalls an beliebigen Raumpunkten ermöglicht. Im Rahmen dieser Arbeit soll das analytische Modell in unterschiedlichen Detailgraden sowohl mit alternativen Berechnungsmethoden, als auch mit detaillierten numerischen Simulationen verglichen und der jeweils resultierende Fehler abgeleitet werden. Anhand subjektiver Bewertungen des auralisierten Schalldrucksignals an den Fahrerohren kann darüber hinaus die notwendige Abbildungsgenauigkeit dieses Modellteils bestimmt werden.
  • Modelling of moving sound sources using compressive beamforming for auralization


    Masterarbeit von Li, Yan
    Forschungsgebiet: Akustische Virtuelle Realität
    Betreuer: Meng, Fanyu

    Compressive beamforming (CB) is a method to reconstruct sparse signals using few measurements by solving a convex minimization problem. CB not only has good localization resolution, but is also able to reconstruct source signals with phase information. For moving sound sources, CB guarantees an acceptable localization resolution; Besides, phase information benefits auralization by completely reconstructing source signals. This paper focuses on obtaining the signals of moving sound sources for auralization using CB. A microphone array will be applied to record a pass-by moving sound source. The deployment of the array should be determined in terms of a better performance. Subsequently, the recordings are processed by CB to localize and reconstruct the source signal. Finally, the reconstructed signal will be added to the moving sound source in virtual reality (VR) for auralization.
  • Optimierung eines Modell-Schalldämmungsprüfstands hinsichtlich seiner Messgenauigkeit


    Bachelorarbeit von Mattern, Arne-Heinz
    Forschungsgebiet: Raum- und Bauakustik / Akustische Messtechnik
    Betreuer: Mecking, Jens

    Eine wichtige Größe des Schallschutzes ist das Schalldämmmaß. Es beschreibt die Eigenschaft eines Bauteils hinsichtlich seiner Schallübertragung in Anhängigkeit der Frequenz und ist daher maßgebend für die Schallausbreitung in Gebäuden. Die Bestimmung des Schalldämmmaßes erfolgt dabei durch Messungen im Laborprüfstand nach EN ISO 10140. Ein wichtiger Aspekt, der bei den Messungen beachtet werden muss, ist die Flankenübertragung, also die Übertragung von Schalleistung über das Bauteil flankierende Objekte. Diese zusätzliche Schalleistung sorgt dafür, dass der gemessene Schalldruck im Empfangsraum größer und somit das gemessene Schalldämmmaß niedriger ist als sein wahrer Wert. Da aber das Schalldämmmaß eine Eigenschaft des Bauteils ist und nicht vom Raum abhängen soll, muss die Flankenübertragung im Prüfstand soweit wie möglich unterdrückt werden. Ziel dieser Arbeit ist die Verbesserung der Messgenauigkeit eines Modell-Prüfstands, der vorrangig für die Lehre im akustischen Praktikum eingesetzt wird. Dazu soll dieser zunächst messtechnisch charakterisiert werden, indem das für Bauteile gemessene Schalldämmmaß mit dem errechneten Schalldämmmaß verglichen wird. Sodann sollen durch Messungen die möglichen Flankenwege charakterisiert und analysiert werden. Auf Basis dieser Ergebnisse sollen konstruktive Lösungsvorschläge gemacht und umgesetzt werden. Zum Schluss sollen die umgesetzten Lösungsvorschläge bewertet werden. Dazu eignet sich ein Vorher-Nachher-Vergleich der Messgenauigkeit.
  • Outdoor noise simulation based on CityGML models


    Forschungsgebiet: Akustische Virtuelle Realität
    Betreuer: Stienen, Jonas

    Sound scapes of cities are not only affected by typical sound sources, but also by the build environment. To simulate instant noise distribution or auralize an urban situation, acoustic (noise) simulations are required that incorporate physical sound propagation with correct reflections off building facades and around diffraction objects. In an attempt to describe the real world by means of computer models, CityGML can be helpful to define static build environment, traffic routes as well as dynamics in time-variant traffic. This Bachelor thesis will investigate how far CityGML models can be used for urban noise distribution and auralization, and which data processing is required to achieve this goal. Depending on skill and interest, the actual orientation of the topic can be suggested by the student’s favor, requiring a coordination with the supervior, a short literature review and exposé beforehand. Requirements ? Basic C++ and/or Matlab programming skills ? Basic knowledge of acoustics ? Interest in the topic and independent work Optional skills ? Familiar with SketchUp or other CAD modellers ? Knowledge of XML and semantic data structures (namely CityGML) ? Sound design or audio processing
  • Parallelisierung einer Echtzeit-Raumakustik-Simulation für Mehrkernprozessoren


    Masterarbeit von Schallenberg, Ralf
    Betreuer: Pelzer, Sönke / Vorländer, Michael

    Diese Arbeit ist angesiedelt im Gebiet der Raumakustiksimulation, was als Teilgebiet der Virtuellen Realität ( VR) betrachtet werden kann. Das Simulieren von Schallfeldern in virtuellen Räumen erlaubt Vorhersagen über die Raumakustik echter Räume. Das kann zum Beispiel für Architekten während der Planungsphase neuer Gebäude sehr interessant sein. Es existieren bereits seit Längerem Softwaresysteme, die für die Raumakustiksimulation geeignet sind. Bekannte Vertreter dieser Art Software sind zum Beispiel CAT T [7], EASE [1] und ODEON [22]. Was diese Programme bisher jedoch nicht bieten, ist eine interaktive Echtzeit-Simulation. Das liegt vor allem daran, dass Raumakustiksimulation sehr rechenintensiv ist. Am Institut für Technische Akustik (ITA) an der RWTH Aachen wurde die Software Room Acoustics for Virtual Environments (RAVEN) [24] entwickelt, die interaktive Echtzeit-Raumakustiksimulation ermöglicht. Sie wurde zu diesem Zweck bereits in das VR-System aixCAVE [16] der Virtual Reality Group an der RWTH Aachen integriert [27]. Das aixCA VE-System verfügt über einen leistungsstarken Rechnerverbund, auf den die Rechenlast der Simulation verteilt wird. Aber nicht jeder, der an Echtzeit-Raumakustiksimulation interessiert ist, hat Zugang zu einem derartigen System. So wäre es wünschenswert, auch auf Einzelrechnern eine adäquate EchtzeitSimulation zu ermöglichen. Im Rahmen einer Diplomarbeit [3] am ITA wurde bereits ein Ansatz in dieser Richtung unternommen, der ebenfalls die RAVEN-Software nutzt und einen lauffähigen Prototyp hervorgebracht hat. Jedoch hat dieser Prototyp den Nachteil, einzelne Komponenten, aus denen sich die Simulation zusammensetzt, sequentiell zu berechnen. Diese Komponenten werden als Direktschall, frühe Reflexionen und Nachhall bezeichnet. Sie bilden zusammen eine sogenannte Raumimpulsantwort und werde getrennt von der RAVEN-Software berechnet. Sie unterscheiden sich in der benötigten Rechendauer um mehrere Größenordnungen. So kann die Direktschallberechnung in unter einer Millisekunde erledigt sein, während es nicht ungewöhnlich ist, wenn die Nachhallberechnung mehrere Sekunden dauert. Durch die sequentielle Vorgehensweise verhindert eine Nachhallberechnung unter Umständen über einen Zeitraum von mehreren Sekunden die Aktualisierung von Direktschall und frühen Reflexionen. Gerade der Direktschall sollte jedoch bei einer interaktiven Echtzeitsimulation viele Male pro Sekunde und ohne merkliche Latenzen aktualisiert werden. Das Ziel dieser Arbeit ist es, ein System zur parallelen Berechnung der drei Simulationskomponenten zu entwickeln, das auf einem Einzelrechner mit Mehrkern-CPU läuft und dessen Ressourcen unter Berücksichtigung der durch Psychoakustik, Physik und Algorithmik gegebenen Anforderungen möglichst sinnvoll einsetzt.
  • Physikalisch-basierte Echtzeit-Auralisierung mit der Spiele- und VR-Umgebung „Unity“


    Bachelorarbeit von Andreas, Maurice
    Forschungsgebiet: Akustische Virtuelle Realität
    Betreuer: Stienen, Jonas

    Für den Entwurf überzeugender virtueller Welten sind nicht nur hohe technische und künstlerische Fähigkeiten gefordert. Ohne den Einsatz von professioneller State-of-the-Art-Software ist der immense Aufwand für Modellierung, Drehbuch und Entwicklung individueller Erweiterungs-Scripten nicht umsetzbar. Die hochspezialisierte Entwicklungsumgebung „Unity“ von Unity Technologies Inc. bietet nicht nur der kommerziellen Computerspielbranche eine umfangreiche Basis zur vereinfachten Umsetzung ihrer Ideen, sondern unterstützt explizit den Anwendungsbereich der Virtuellen Realität. Hierzu stehen beispielsweise integrierbare Module zur Verfügung, die eine Reihe von VR-Geräten nativ unterstützen, unter anderem die kommerzielle VR-Datenbrille „Rift“ der Firma Oculus VR, LLC oder die „HTC Vive“. Unity bietet zudem weitreichende Möglichkeiten der Plugin-Programmieren und einfachen Anreicherung von Objekten der virtuellen Umgebung mit Programmier-Scripten in der modernen Programmiersprache C# an. In dieser Bachelorarbeit soll eine Anbindung von Unity an die Software VA umgesetzt werden, welche eine Benutzung der physikalisch-basierten Echtzeit-Auralisierung und allen verfügbaren Wiedergabeverfahren in Kombination mit einer VR-Datenbrille ermöglicht. Ergebnis wird ein vollwertiges multi-modales VR System sein, welches beispielsweise für seriöse interaktive Demonstration Im Bereich Umgebungslärm oder für Bau- und Raumakustische Untersuchungen dienen kann. Außerdem ist der Einsatz für Studien zur multi-modalen Perzeption denkbar, welche unter kontrollierbaren und reproduzierbaren Bedingungen durchgeführt werden und sich daher für Kollaborationen bei der Wahrnehmungsforschung oder für Round-Robin-Studien eignen.
  • Psychoakustische Untersuchung der Geräuschqualität von Elektrofahrzeugen


    Forschungsgebiet: Maschinenakustik und Diagnose und Transpferpfadanalyse / Psychoakustik
    Betreuer: Müller-Giebeler, Mark

    Als Qualitäts- und Differenzierungsmerkmal kommt der Geräuschcharakteristik von Fahrzeugen und damit deren akustischen Gestaltung eine immer größere Bedeutung zu. Zusätzlich stellen sich für die Fahrzeugakustik durch die fortschreitende Elektrifizierung von Kraftfahrzeugen gänzlich neue Herausforderungen: Vorhergehende Erfahrungen mit E-Fahrzeugen und daraus abzuleitende interne Referenzen zur Beurteilung der Geräuschqualität sind selten und die Nutzererwartungen an das Innenraumgeräusch eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs aus diesem Grund unklar. Insgesamt ist das antriebsbedingte Geräusch im Fahrzeuginnenraum zwar deutlich leiser, jedoch weist es aufgrund der fehlenden breitbandigen Verdeckung durch den Verbrennungsmotor einzelne hochfrequente tonale Anteile auf, welche subjektiv als störend empfunden werden können. Ziel dieser Arbeit ist deshalb die Entwicklung eines Modells zur Prognose der empfundenen Geräuschqualität in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen. Zu diesem Zweck sollen unterschiedliche Fahrzustände sowohl objektiv als auch subjektiv in Hörversuchen bewertet werden. Aus der Korrelation zwischen messbaren Parametern und den Versuchsergebnissen soll anschließend ein Bewertungsmodell abgeleitet werden. Zur Signalanalyse sollen dabei sowohl (mithilfe eines bestehenden Gesamtmodells) simulierte, als auch reale aus Teststreckenmessungen stammende Zeitsignale verwendet werden.
  • Psychoakustische Untersuchung von simulierten und gemessenen Räumen


    Forschungsgebiet: Raum- und Bauakustik
    Betreuer: Aspöck, Lukas

    Raumakustiksimulationen bieten die Möglichkeit die akustischen Eigenschaften eines Raumes vorherzusagen bevor der Raum bzw. das Gebäude gebaut oder modifiziert wurde. Für existierende Räume kann die Raumakustik durch eine Raumimpulsantwort erfasst werden. Zur Anpassung an die menschliche Wahrnehmung kann mit Hilfe eines Kunstkopfes eine binaurale Raumimpulsantwort erfasst werden. Diese binauralen Raumimpulsantworten können genutzt werden, um Simulationsergebnisse eines entsprechenden Raummodelles zu validieren. Durch eine Faltung mit einem nachhallfreien Sample kann der Raum dann hörbar gemacht werden – dieser Prozess wird Auralisierung genannt. In dieser Arbeit sollen die Unterschiede von simulierten und gemessenen binauralen Raumimpulsantworten von verschiedenen Räumen untersucht werden. Da Raumakustiksimulation komplexe Eingabedaten nutzen und eine Vielzahl von Konfigurationsmöglichkeiten beinhalten, dienen gemessene Resultate als Referenz für die Validierung. Mit Hilfe eines Optimierungsprozess kann ein oder mehrere Parameter der simulierten Raumimpulsantwort an die Parameter der Messung angepasst werden. Im Rahmen dieser Arbeit sollen Hörversuche durchgeführt werden, welche die Wahrnehmung eines gemessenen und simulierte, angepassten Raumes vergleicht. Dabei sollen Schwachstellen in den Simulationsmodellen und in der Filtersynthese identifiziert werden. "Frühstmöglicher Beginn: Mitte Mai/Ende Juni 2017"
  • Raumgeometrieschätzung basierend auf Raumimpulsantworten


    Bachelorarbeit von Maintz, Thomas
    Forschungsgebiet: Akustische Virtuelle Realität / Raum- und Bauakustik
    Betreuer: Aspöck, Lukas

    Innerhalb einer virtuellen Welt wird versucht, für einen Beobachter den Eindruck entstehen zu lassen, dass er sich in dieser befindet und mit ihr interagieren kann. Dazu ist neben der virtuellen Wahrnehmung auch die Akustik wichtig. Mit der Auralisierung sollen Szenen hörbar werden, um sie mit dem visuellen Eindruck in Einklang zu bringen. Für dieses Vorgehen werden simulierte Raumimpulsantworten benötigt, die den akustischen Raum beschreiben. Raumimpulsantworten enthalten innerhalb der ersten 50 ms frühe Reflexionen des Schalls an begrenzenden Oberflachen, welche als Peaks erkennbar sind. Diese Anteile der Impulsantwort können durch das Modell der Spiegelschallquellen approximiert werden, welches auf den Prinzipien der geometrischen Akustik beruht. Um die Reflexion innerhalb der Raumimpulsantwort in eine Oberfläche zu überführen, wurde ein Lösungsalgorithmus entwickelt. Dieser setzt neben der Kenntnis einer Empfängeranordnung und der Schallgeschwindigkeit kein a priori Wissen liber den zu schätzenden Raum voraus. Da die Identifikation von Spiegelschallquellen höherer Ordnungen nicht trivial ist, wurden hauptsächlich konvexe Raumgeometrien untersucht. In diesen sind unabhängig von Position der Quelle und der Empfänger alle Spiegelschallquellen erster Ordnung hörbar. Die gefundenen Peaks der Raumimpulsantwort werden in äquivalente Laufstrecken überführt. Mithilfe von Methoden del' Euklidischen Distanzmatrix sowie del' Multidimensionalen Skalierung wird die Position der Quelle geschützt. Ausgehend von den geschützten Positionen der Original- als auch der Spiegelschallquellen werden reflektierende Oberflächen errechnet. Um das Ergebnis der Schatzung zu validieren, wurde ein Fehlermall unter Berücksichtigung akustischer und geometrischer Eigenschaften erstellt.
  • Real-time auralization of complex scenes


    Forschungsgebiet: Akustische Virtuelle Realität
    Betreuer: Stienen, Jonas / Aspöck, Lukas

    Auralization of virtual scenarios has been investigated for decades, however the total number of sound sources and sound reveivers considered is still imited in the approaches available to date. It is common that only one receiver is regarded and a few sound sources can be calculated. This Master thesis will deal with the design and implementation of a real-time auralization module that can cope with hundrets of sound sources. The main challenge will be to interactively route audio processing resources to most relevant sources, i.e. by culling approaches that require a-priori estimations on the relevance of a source. Also, clustering options will be examined that combine distant sources for propagation simulation. The evaluation of the results have to be conducted by either a benchmark or a listening experiment. Depending on skill and interest, the actual orientation of the implementation and evaluation part can be suggested by the student’s favor, requiring a coordination with the superviors, a short literature review and a written exposé beforehand. Requirements ? Basic C++ programming skills ? Basic knowledge of technical acoustics ? Basic knowledge of acoustic simulation ? Interest in the topic and independent work Optional skills ? Basic Matlab skills ? Real-time audio processing skills ? Familiar with Visual Studio
  • Tracker-unterstützte Spracherkennung eines entfernten Sprechers mittels eines Mikrofonarrays in der aixCAVE


    Bachelorarbeit von Schöls, Tobias
    Forschungsgebiet: Akustische Virtuelle Realität / Elektroakustik
    Betreuer: Wefers, Frank / Stienen, Jonas

    Ziel dieser Arbeit ist die robuste Spracherkennung eines Sprechers in der aixCAVE zur Steuerung der virtuellen Umgebung. Als Eingangsdaten stehen hierfür ein in die Decke der aixCAVE integriertes Mikrofonarray, die genaue Position und die Blickrichtung des Sprechers zur Verfügung. Die Signale des Mikrofonarrays sollen mithilfe der Positionsdaten zu einem störgeräuscharmen Monosignal verarbeitet und mit einer Spracherkennungs-Software verbunden werden. Zur Spracherkennung wird eine externe Software ausgewählt, die eine einfache Anbindung an das bestehende Audiosystem erlaubt, parallelisierbar und echtzeitfähig ist und eine gute Erkennungsquote für wechselnde Sprecher ermöglicht.
  • Unsicherheiten von Raytracing-Ergebnissen in Abhängigkeit von Simulationsparametern


    Bachelorarbeit von Czaplinski, Marcel
    Betreuer: Witew, Ingo / Vorländer, Michael

    Raumakustische Simulationen werden dank steigender Effizienz in der akustischen Gestaltung in den Bereichen der Architektur angewendet, in denen hohe Ansprüche vorliegen und Nuancen von Bedeutung sind. Zusätzlich finden sie Anwendung in der akustischen virtuellen Realität, in der sie für die Nachbildung der Akustik einer Szene eingesetzt werden. Raytracing ist ein simpler, echtzeitfähiger und auralisierbarer Algorithmus, über dessen Unsicherheiten der Ergebnisse in Abhängigkeit der Simulationsparameter, wie die Anzahl der Teilchen oder den Streugrad, aller-dings wenig bekannt ist. Besonders im Bereich der Planung sind aufwändige Bauprojekte am Fehler und an den Unsicherheiten interessiert. In der virtuellen Realität müssen, aufgrund des Kompromisses von Schnelligkeit und Genauigkeit, die Unsicherheiten, die solch eine Simulation mit sich bringt, verstanden werden. Mithilfe des am Institut für Technische Akustik der RWTH Aachen entwickelten Raytracer, RAVEN, zielt die Arbeit auf die statistische Untersuchung des Einflusses der verschiedenen Pa-rameter von Raytracing auf die Ergebnisse und ermittelt damit die Unsicherheiten.
  • Unterschung thermischer und nichtlinearer Verzerrungen in Kleinstlautsprechern


    Masterarbeit von Mecking, Jens
    Forschungsgebiet: Elektroakustik
    Betreuer: Behler, Gottfried / Müller-Trapet, Markus

    Die Arbeit beschäftigt sich mit der Vermessung und Modellierung kleiner dynamischer Lautsprecher, die durch den Einsatz in mobilen Geräten zunehmend an Bedeutung gewinnen. Diese zeigen deut- liche Abweichungen vom idealisierten Modell eines linearen zeit-invarianten Systems, welches eine elektrische, mechanische und akustische Charakterisierung durch zeitunabhängige Übertragungsfunk- tionen ermöglicht. Obwohl die Ursachen dieser Abweichungen von großen Lautsprechern bekannt sind, ist die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf Kleinstlautsprecher auf Grund der veränderten physischen Randbedingungen (Struktur, Materialien und Größe des Geräts) noch nicht vollständig gelungen. Eine genauere Kenntnis der auftretenden Verzerrungen würde eine Kompensation er- möglichen und somit zu einer Erhöhung der Wiedergabequalität beitragen. Im Laufe der Betriebsdauer erhöht sich die Temperatur des Systems, was sich auf die elektrischen und mechanischen Eigenschaften und damit auf das lineare Übertragungsverhalten auswirkt. Eine unkontrollierte Erhitzung kann zu dauerhaften Schäden und sogar zur Zerstörung im System führen. Eine genaue Beschreibung des thermischen Verhaltens in Abhängigkeit des Eingangssignals ist daher notwendig, um den Einfluss der Temperatur zu kompensieren. Die Grundlage einer thermischen Untersuchung ist eine Kenntnis der Temperatur. Daher wurde in dieser Arbeit eine Methode zur Messung der Temperatur des Lautsprechers über den Gleichstromwiderstand der Spule im Hinblick auf ihre Genauigkeit und Reproduzierbarkeit validiert. Diese Methode wurde anschließend benutzt, um thermische Modelle zu charakterisieren, welche die Temperatur in Abhängigkeit der elektrischen Eingangsleistung voraussagen. Außerdem wurde die Temperaturabhängigkeit der Thiele-Small Parameter und damit der linearen Übertragungsfunktion untersucht. Zusätzlich zu thermischen Effekten treten in der Übertragungsfunktion Nichtlinearitäten auf, wenn der Lautsprecher hohen Eingangsamplituden ausgesetzt wird. Hier wurde die Harmonic-Balance Methode verwendet, um den Lautsprecher im Rahmen eines erweiterten nichtlinearen Modells zu charakterisieren. Dazu wurden verallgemeinerte Übertragungsfunktionen für höhere Ordnungen des Anregungssignals hergeleitet und an Messdaten angepasst. Ein besonderes Augenmerk wurde hierbei auf die Übertragung der linearen Lautsprecherparameter in das nichtlineare Modell gelegt.
  • Untersuchung und Entwicklung eines angepassten Mikrofon-Arrays für MIMO Anwendungen in der Raumakustik


    Masterarbeit von Berzborn, Marco
    Betreuer: Vorländer, Michael / Klein, Johannes

    Mikrofon- und Lautsprecher-Arrays können verwendet werden um die räumlichen Eigenschaften von Wellenfeldern in Räumen zu analysieren. Unter anderem kann durch die Verwendung von Mikrofon-Arrays die Einfallsrichtung eines Schallereignisses, wie die einer Reflektion in einem Raum, detektiert werden. Lautsprecher-Arrays können wiederum verwendet werden um einzelne Reflexionen in Raumen anzuregen. Die Kombination beider zu einem akustischen Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) System stellt somit ein sehr mächtiges Instrument zur räumlichen Analyse in der Raumakustik dar. In dieser Arbeit wurde zunächst ein analytisches Modell eines solchen MIMO Systems erstellt. Besonderes Augenmerk wurde dabei auf die Formulierung potentieller Fehlerquellen gelegt. Dabei wurden Fehler durch räumliches Aliasing und durch Modellabweichungen betrachtet. Basierend auf diesen Fehlerformulierungen wurde eine Simulationsroutine entwickelt, die es ermöglicht ein MIMO System mit einem möglichst geringen Fehler für ein gegebenes Lautsprecher Array zu ermitteln. Diese Arbeit schließt mit der Entwicklung eines sphärischen Mikrofon-Arrays basierend auf den durch die Simulation ermittelten Parametern.
  • Vergleich von inversen Verfahren zur Absorptionsgradbestimmung mit traditioneller Hallraummessung


    Forschungsgebiet: Akustische Virtuelle Realität
    Betreuer: Aspöck, Lukas

    Die genaue Messung von Absorptionsgraden zur Nutzung als Eingabedaten für raumakustischen Simulationen stellt nach wie vor eine Herausforderung dar. Ein standardisiertes Verfahren bestimmt den Absorptionsgrad für beliebig verteilte Schalleinfallsrichtungen indem eine Materialprobe in einen Hallraum gelegt wird und eine akustische Messung durchgeführt wird. Diese wird dann mit einer weiteren Messung, des leeren Hallraumes, verglichen. Da diese Methodik Limitierungen aufweist, wurde ein neuer Ansatz entwickelt, welcher raumakustische Simulationen durchführt und dessen Eingabedaten solange anpasst, bis das Ergebnis dem einer entsprechenden akustischen Messung der gleichen Situation entspricht. In dieser Arbeiten sollten beide Verfahren für mindestens zwei Proben durchgeführt werden und deren Ergebnisse analysiert und vergleichen werden. Dabei sollen vor allem die Probleme von nicht-diffusen Schallfeldern und nicht-linearen Energieabklingkurven untersucht werden.
  • Wie stark ändert sich das Schallfeld in Auditorien von einer Position zur anderen?


    Forschungsgebiet: Raum- und Bauakustik / Akustische Messtechnik
    Betreuer: Witew, Ingo

    Raumakustische Array-Messungen haben gezeigt, dass sich das Schallfeld in Räumen sehr stark von Position zu Position ändert. Daraus ergibt sich die Frage wie aussagekräftig akustische Messungen in Räumen sind. Das ist besonders dann relevant, wenn aus wenigen Einzelmessungen auf Schallfeldeigenschaften größerer Raumbereiche geschlossen werden soll. Am Institut für Technische Akustik wurde ein Messroboter gebaut, mit dem das Schallfeld in Räumen automatisiert über größere Raumbereiche (5.5 x 8.0 m) hochauflösend abgetastet werden kann. Mit diesen Messdaten kann untersucht werden wie stark sich das Schallfeld von Ort zu Ort unterscheidet. In dieser Abschlussarbeit sollen zunächst die Schallfelder in verschiedenen Auditorien (Hörsäle und Konzerträume) vermessen werden. Diese Daten bilden dann die Basis um die Änderung der akustischen Eigenschaften über den Messort zu beschreiben. Ziel ist es zwei wichtige Fragen zu beantworten: • Für welche Raumbereiche ist eine einzelne Raumakustische Messung aussagekräftig? • Wie genau muss ich den Messort dokumentieren, damit die Ergebnisse einer Messung reproduzierbar sind? Mit diesem Wissen können raumakustische Messungen effizienter durchgeführt werden.
  • Zweidimensionale Faltung für Echtzeit-Audioverarbeitung


    Bachelorarbeit von Schäfer, Phillipp Marco
    Betreuer: Vorländer, Michael / Wefers, Frank

    Diese Arbeit befasst sich mit einer Klasse von Algorithmen zur Faltung eines laufenden Eingangssignals mit einer finiten Impulsantwort (eng!. FIR) , bei dem beide Operanden (Signal und Filter ) in gleich große Blöcke unterteilt und im Frequenzbereich verarbeitet werden. Diese eindimensionale Faltung des kontinuierlichen Signals kann als eine zweidimensionale Faltung interpretiert werden, wobei üblicherweise nur eine der beiden Dimensionen eine schnelle Faltung darstellt. Auch die zweite Faltung kann durch die vVahl effizienter linearer Kurzfaltungsalgorithmen (wie z.B. dem Karatsuba-Verfahren) effizient berechnet und somit der Gesamtalgorithmus beschleunigt werden. Es werden zunächst verschiedene dieser Kurzfaltungsalgorithmen auf ihre Eigenschaften, insbesondere ihre Komplexität und Echtzeitfähigkeit, untersucht und miteinander verglichen. Im \Neiteren werden diese in verschiedenen FFT-Faltungsalgorithmen implementiert und dann die erreichte Leistung bestimmt. Abschließend wird das Potential dieses neuartigen Ansatzes anhand verschiedener Anwendungen und Parameter bewertet.