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.

Acoustic characterization of materials in rooms

Bachelorarbeit von Schwachtgen, Denis
Forschungsgebiet: Raum- und Bauakustik / Akustische Messtechnik
Betreuer: Müller-Giebeler, Mark

Adequate room acoustic conditions are important to create a comfortable situation for communication, learning or working, for example in classrooms. While acoustic simulations are an established tool for the prediction of the acoustic condition of a room, the input data describing the acoustic properties of the surfaces (and objects) of a room comes with uncertainties. In this thesis work, standardized and non-standardized methods to determine the acoustic characterstics of materials should be compared and the impact of differently determined data on simulated result should be analyzed. For this, a seminar room scenario, equipped with different materials is investigated. First, room acoustic measurements are conducted in the empty room. A corresponding simulation model is created and fitted to the measurement by adjusting the boundary conditions. Subsequently, different material configurations are introduced into the real space and into the virtual model and measured or simulated, respectively. Thus, the simulation accuracy can be evaluated for the sets of acoustic material parameters determined by different methods.

Analyse von direktionalen Abklingkurven mittels simulierter Raumimpulsantworten

Bachelorarbeit von Bilitewski, Niclas
Forschungsgebiet: Raum- und Bauakustik
Betreuer: Berzborn, Marco / Klein, Johannes

Unter Diffusität wird weitläufig ein homogenes und isotropes Schallfeld verstanden. Diffuse Schallfelder sind eine Voraussetzung für Messungen von Absorption in Hallraumen. Zur Bewer-tung der Eignung von Hallraumen für solche Messungen ist daher eine Quantifizierung der Diffu-sität nötig, für die aber noch keine Konvention besteht. Daher werden in dieser Arbeit zwei Indika-toren für Diffusität in Schallfeldern in Raumen analysiert. Sie basieren auf der relativen Stan-dardabweichung der Nachhallzeiten sowie des Energieeinfalls für den eintreffenden Schall aus verschiedenen Richtungen. Dazu werden direktionale Impulsantworten verwendet, die durch akustische Simulationen und Beamforming ermittelt werden. Beamforming filtert den Schall am Empfänger so, dass er auf sei-ne Anteile aus einer bestimmten Richtung reduziert wird. Die Berechnung und Analyse der Indi-katoren wird mehrmals für ein Raummodell mit unterschiedlichen Verteilungen von Absorptions-flächen durchgeführt. Die Qualität der Indikatoren wird bewertet, indem sie hinsichtlich ihrer Übereinstimmung mit den Erwartungen für das Schallfeld wird und Korrelationen untereinander überprüft werden.

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.

Analyse von Normmessungen des Streugrades

Bachelorarbeit von Zhang, Muxi
Betreuer: Heimes, Anne

Recent developments in virtual reality have led to renewed interest in scattering in room acoustics, such as in concert halls, sound studios, and industrial halls. The investigation of scattering may be used for the acoustic design of rooms. For example, people can hear more high-quality and clear music at the concert to achieve joy and satisfaction.
Although the quality of room acoustics simulation has increased dramatically in recent years, it is rare to achieve fully realistic results in virtual environments. The scattering coefficient has been considered to simulate the acoustic propagation of sound with high quality. It is a factor that describes the degree of scattered sounds from surfaces. Many experimental factors can affect the final result of the scattering coefficient. Therefore, It is necessary to analyze its standards and rules throughout the process.

Anpassung von raumakustischen Auralisationen an den Wiedergaberaum

Masterarbeit von Voth, Markus
Forschungsgebiet: Akustische Virtuelle Realität
Betreuer: Kohnen, Michael

In dieser Masterarbeit wird untersucht, in wieweit sich virtuelle Räume an reale Wiedergabesituationen anpassen lassen. Dazu werden die hörphysiologischen und physikalischen Eigenschaften von frühen und späten Reflexionen genutzt. In Räumen treten bei unzureichender Absorption ausgeprägte frühe Reflexionen und lange Nachhallzeiten auf. Reflexionen und Nachhall im Wiedergaberaum verfälschen die Inhalte der virtuellen Szene. Zur Kompensation der Nachhallzeit gibt es bereits mehrere Ansätze. Bei der Betrachtung früher Reflexionen hat sich jedoch herausgestellt, dass eine Kompensation durch Auslöschung sehr störanfällig ist. Daher sollen in dieser Arbeit die frühen Reflexionen des Wiedergaberaumes mit einer Mappingmethode bestmöglich in die VR-Szene integriert werden. Hierfür wird eine vektorbasierte Darstellungsform entwickelt. Es werden objektive Bewertungskriterien bzw. Fehlermaße für den Vergleich von Raumimpulsantworten erarbeitet. Die Fehler sollen durch die zu entwickelnden Kompensationsmaßnahmen verringert werden, sind hierbei jedoch durch den Wiedergaberaum nach unten begrenzt. Zur objektiven Validierung der Ergebnisse werden Simulationen und Messungen durchgeführt. Zur subjektiven Validierung der fertigen Kompensation soll ein Kopfhörer-Hörversuch durchgeführt werden.

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.

Aufbau und Analyse einer Übertragungsfunktion zur schwingungstechnischen Qualitätsüberwachung beim Metall-Ultraschallschweißen

Bachelorarbeit von Joyeux-Alcindor, Thomas
Forschungsgebiet: Maschinenakustik, -diagnose und Transpferpfadanalyse
Betreuer: Abi Raad, Elie

Ultrasonic Metal Welding (USMW) is a technique used for numerous industrial applications. However, the welding process is in fact poorly known, and same values of input machine parameters can lead to different weld qualities. It is necessary to assess with more details which phenomena happen during welding, to extend the use of USMW. This thesis aims at caracterizing the transfer of vibrations, called the transfer path, between two pieces of the USMW machine, the horn and the anvil. To do so, measurements have been done using laser vibrometers. With an input, the horn displacement, and an output, the anvil displacement, it is possible to identify a system representation tool called a transfer function, which describes the transfer path. Matlab has got indeed various identification algorithms to compute a mathematical link between an input signal and an output signal. After a study of the literature and of the mechanical models, a transfer function order will be derived, and used for the identification. This work has shown that the transfer function order derived fits well with the measurement signals. The mechanical model used for this thesis can be considered as representative of the welding system. Also, the transfer function identified on the startup of the welding has indicated poor performances compared to the rest of the welding signals. It has been assessed that the beginning of the welding can hardly be considered as a linear system. Keywords : Ultrasonic Metal Welding (USMW), transfer function, identification.

Auralisation von Fluglärm unter Berücksichtigung der atmosphärischen und städtischen Schallausbreitung

Masterarbeit von Reich, Lennart
Forschungsgebiet: Akustische Virtuelle Realität
Betreuer: Schäfer, Philipp

Wenn es darum geht einzuschätzen, wie Flugzeuglärm von den Bewohnern von nahegelegenen städtischen Umgebungen wahrgenommen wird, kann die Auralisierung ein effektives Werkzeug sein. Dafür müssen die Einflüsse von Atmosphäre und städtischer Umgebung auf die Schallpfade berücksichtigt werden. In der Atmosphäre hat die Inhomogenität des Mediums einen großen Einfluss auf die Schallausbreitung, während letztere in städtischen Umgebungen vor allem von Reflektionen und Beugungen an den Flächen und Kanten der Gebäude beeinflusst wird. Zwar gibt es unabhängige Methoden, die jeweils nur einen dieser Aspekte berücksichtigen, aber die Auralisierung des kombinierten Szenarios erfordert die Betrachtung beider Aspekte. Um dieses Problem zu lösen, stellt diese Arbeit ein kombiniertes Ausbreitungsmodel, das die existierenden Simulations-Tools verbindet, vor. Diese so-genannte Virtuelle Quellmethode ist in der Lage den Einfluss von atmosphärischer Brechung und Translation auf die verschieden Ausbreitungspfade in einer Stadt zu beschreiben. Dafür wird die ursprüngliche Quellposition basierend auf dem atmosphärischen Freifeldpfad zwischen Quelle und Empfänger angepasst. Dann werden unterschiedliche Auralisierungsparameter für die mit dieser Methode bestimmten Pfade hergeleitet . Schließlich wird das Ausbreitungsmodell mit einem existierenden Auralisierungsframework verbunden, um ein einfaches Überflugszenario zu auralisieren.

Auswirkungen von unsicherren Materialdaten beiraumakustischen Simulationen

Masterarbeit von Schäfer, Johanna
Betreuer: Aspöck, Lukas

Die Zuverlässigkeit von Raumakustiksimulationen hängt unter anderem von der Wahl der richtigen Materialdaten, wie Absorptions- und Streuunggraden ab. Trotz genormter Messungen stehen für ein einzelnes Material, wie zum Beispiel Mauerwerk, in Fachbüchern und Veröffentlichungen viele unterschiedliche Daten zur Verfügung. Diese Variation der Materialdaten kommt vor allem durch Messungenauigkeiten und unzureichender Dokumentation zustande. Für den/die Anwender/in einer Raumakustiksimulationssoftware ist es schwer herauszufinden, welche Materialdaten dem von ihm in der Realität verwendeten Material am besten entsprechen. Für diese Masterarbeit wurden die Auswirkungen der Unsicherheiten in der Wahl der Materialdaten, sowie die der Messunsicherheiten auf die Ergebnisse von raumakustischen Simulationen genauer betrachtet . Verwendet wurden hierzu Datensätze der Ahnert Feistel Media Group (AFMG) zu verschiedenen Materialien, wobei der Fokus auf die Absorptionsgrade gelegt wurde. Als Simulationssoftware wurden sowohl EASE als auch RAVEN untersucht, zwei Softwarelösungen, die raumakustische Parameter und Raumimpulsantworten basierend auf den Konzepten der geometrischen Akustik bestimmen. Zuerst wurden die beiden Softwarelösungen miteinander verglichen, wobei sich starke Ähnlichkeiten zeigten, weshalb die Simulationen im weiteren Verlauf der Arbeit nur noch mit je einer Simulationssoftware durchgeführt wurden. Zur Betrachtung der Unsicherheiten der Materialdaten wurde der Absorptionsgrad in einem Schuhkartonmodell systematisch variiert, um daraus die Unsicherheit von Simulationsergebnissen infolge unsicherer Materialdaten zu bestimmen. Schließlich wurden die Auswirkungen mehrerer unsicherer Materialien untersucht. Mit den Gesetzen der Fehlerfortpflanzung wurde ein Zusammenhang zwischen der Anzahl der Materialien im Raum und der Unsicherheit der Nachhallzeit hergeleitet. Durch Monte-Carlo-Simulationen wurde diese Formel bestätigt und dann die Auswirkung mehrerer unsicherer Materialien in realistischen Räumen analysiert.

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.

Beugungsfilterentwurf für die Auralisierung urbaner Umgebungen

Bachelorarbeit von Filbert, Daniel
Forschungsgebiet: Akustische Virtuelle Realität
Betreuer: Stienen, Jonas

Die akustische Schallausbreitung im Freien und im Innenraum kann durch geometrische Simulationsverfahren effektiv und in hoher Qualität berechnet werden. Phänomene, die sich vor allem aufgrund der wellenbasierten Eigenschaften ausprägen, werden durch diese Ansätze allerdings nur unzureichend oder mit vergleichsweise komplexen Berechnungsvorschriften umgesetzt. In dieser Bachelorarbeit werden bekannte Verfahren zum Filterentwurf der Beugungssimulation in der geometrischen Akustik untersucht und für die Auralisierung urbaner Umgebungen angewendet, bei denen hauptsächlich Wellenfronten niedriger Ordnung eine Rolle spielen.

Bewertung von Text Mining zur Kontextualisierung subjektiver akustischer Beurteilungen

Forschungsgebiet: Akustische Virtuelle Realität / Kategorisierung von Architekturentwürfen
Betreuer: Heck, Jonas

In the research project “Person-focused Analysis of Architectural Design”, we study human perception of built environments. The first step is to understand which dimensions are of importance to assess and verbalize the perception. Such a vocabulary can be collected by applying experimental methods such as individual vocabulary profiling. But it could also origin from already existing literature and other text-based sources. A first text mining methodology has already been developed and a first database of audio-visual attributes already exists.

In this work, you will address the question whether text mining helps to understand and contextualize subjective acoustic assessments from individuals. More specifically, the task is to derive clusters from the existing data that represent perceptive dimensions. These dimensions are then to be compared to known dimensions in acoustical research. Furthermore, individually developed attributes from experiments can be assigned to the derived clusters in order to check which dimension they match. To find the clusters, both traditional statistical methods like principal component analysis and machine learning approaches will be applied.

Requirements:

- Python/Matlab skills
- High interest in statistics
- Accurate and reliable work attitude

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.

Comparison of Multi-Exponential Decay Constant Estimation Methods

Bachelorarbeit von Rummler, Nils
Forschungsgebiet: Raum- und Bauakustik
Betreuer: Berzborn, Marco

The measurement of the absorption coefficient in reverberation chambers according to the international standard ISO-354 shows a poor reproducibility between laboratories. One reason is the non-uniform distribution of absorption due to the placement of the test object. This causes shorter decay times for modes with oblique and perpendicular incidence on the absorber. Modes propagating parallel to the floor are less dampened by the absorber and will lead to longer decay times. Only the shorter decay times of this multi-exponential decay allow precise conclusions about the material. This study investigates the sound field decay of a simplified measurement setup in a reverberation chamber. The computations rely on the analytic model by Nolan and Davy using the principle of modal superposition to obtain room impulse responses for multiple receiver positions. The decay times of all modes contributing to the respective frequency range are derived as a reference from the analytic model. Three different approaches on decay time estimation are evaluated in respect to their initial decay time approximation and their sensitivity to noise. The linear approximation according to ISO-3382 and two fitting algorithms for a multi-exponential model are chosen. One multi-exponential fitting method is based on the principle of least squares whereas the other uses Bayesian statistics to estimate the decay times. The results indicate that the estimation based on Bayesian statistics reliably determines the order of the multi-exponential decay and its reverberation times.

Data-Mining von Wetterbedingungen für Schallausbreitung in der Atmosphäre

Masterarbeit von Tavoosi, Nasim
Forschungsgebiet: Numerische Akustik / Lärmforschung
Betreuer: Dreier, Christian

Im Zusammenhang mit der Auralisierung von akustischen Szenen in Außenszenarien sind die Auswirkungen der Atmosphäre auf die Schallausbreitung von entscheidender Bedeutung. Raytracing ist eine gängige Methode zur Verfolgung der Wege zwischen Quellen und Empfängern und kann zur Berechnung atmosphärischer Übertragungsfunktionen verwendet werden, wenn die höhenabhängigen physikalischen Eigenschaften der Atmosphäre bekannt sind. Auf der Grundlage von Wetterdaten aus Messungen werden die atmosphärischen Eigenschaften in geschichteten Medien durch statistische Analyse ausgewertet und ihr Einfluss auf atmosphärische Übertragungsfunktionen studiert.

Die räumliche Variation des Schallfelds in Auditorien

Bachelorarbeit von Reich, Lennart
Forschungsgebiet: Raum- und Bauakustik
Betreuer: Witew, Ingo

In room acoustics, several measurements have shown that the acoustic field in large rooms, such as auditoria, varies significantly depending on position. This raises the question of the practical validity of acoustical measurements, especially if single measurements are used to analyze the acoustical character of an extended area in an auditorium. In order to make this argument work it is necessary to know how much the sound changes from one position to the next. To establish this relationship empirically impulse responses are measured in an array of closely spaced microphone positions using a measurement apparatus capable of automatically sampling the sound field over an extended area. These impulse responses can be used to calculate acoustical quantities related to the perceived acoustical character of a room, which are then examined in a statistical analysis.

Die richungsabhängige Nachhallkurve in Hallräumen

Bachelorarbeit von Imort, Johannes
Forschungsgebiet: Raum- und Bauakustik
Betreuer: Berzborn, Marco / Vorländer, Michael

Die akustischen Absorptionseigenschaften unterschiedlicher Materialien werden meist durch die Bestimmung des Absorptionskoeffizienten für zufälligen Schalleinfall klassifiziert. Die Bestimmung des Koeffizienten setzt voraus, dass das Schallfeld im Hallraum diffus ist. In der Vergangenheit zeigten vielerlei Studien eine schlechte Reproduzierbarkeit derartiger Messungen auf, weshalb der Verdacht naheliegt, dass die Ungenauigkeit defErgebnisse vor allem auf die Verletzung der Bedingung eines diffusen Schallfeldes zurückzuführen sind. Eine standardisierte Methode zur Charakterisierung von Schallfeld-Diffusität steht bisher nicht zur Verfügung. Diese Arbeit untersucht das Konzept von richtungsabhängigen Nachhallkurven daraufhin, ob mithilfe dieser Rückschlüsse auf einen systematischen Defekt in der Schallfeld-Isotropie gezogen werden können. Es wurden zwei raumakustische Simulationen durchgeführt, die jeweils aus einem Szenario einer hypothetische Messung von Absorptionskoeffzienten bestehen. Die Ergebnisse wurden ausgewertet und in Kontext mit der Absorptionskoeffizienten-Berechnung nach dem internationalen Standard ISO-354 gesetzt. Ein zentraler Untersuchungsaspekt ist die Abhängigkeit von Raumvolumen und Absorbergröße auf die richtungsabhängige Nachhallkurve. Die Ergebnisse deuten eine Korrelation zwischen der Variation in der richtungsabhängigen Nachhallkurve und dem relativen Fehler bei der Bestimmung von Absorptionskoeffizienten an. Abschließend wird daher ein neuer Schätzwert vorgeschlagen, der die Charakterisierung von Schallfeld-Diffusität stützen kann.

Diffraction simulation in Geometrical Acoustics

Bachelorarbeit von Erraji, Armin
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.

Direktionales Abklingen des Schallfeldes in Hallräumen

Masterarbeit von Kersten, Simon
Forschungsgebiet: Raum- und Bauakustik
Betreuer: Berzborn, Marco

Der Absorptionsgrad für stochastischen Schalleinfall wird entsprechend der internationalen ISO­Norm 354 in einem Hallraum gemessen, indem die Nachhallzeiten mit und ohne Absorber bestimmt werden. Das Schallfeld im Raum wird als diffus angenommen. Die dazugehörigen energetischen Abklingkurven verlaufen einfach exponentiell. Gemessene Kurven zeigen jedoch oft einen multiex­ponentiellen Charakter und weisen auf das Vorhandensein unterschiedlicher Abklingprozesse hin. In der Modaltheorie des Schallfeldes wird dies auf die Existenz von Modengruppen zurückgeführt, die entsprechend ihrer ähnlichen Dämpfung abklingen. In dieser Arbeit erlaubt die Verwendung eines Multiple-Input Multiple-Output Systems die Bestimmung von direktionalen Abklingkurven, welche eine direktionale, zeitabhängige Analyse ermöglichen, bei gleichzeitiger Variation der Richtwirkung der Quelle. Gruppen unterschiedlich abklingender Moden werden qualitativ und quantitativ identifiziert. Sie werden hinsichtlich ihrer Nachhallzeiten und der daraus resultierenden Isotropie des Schallfeldes im Raum, die eine grundlegende Eigenschaft eines Diffusschallfeldes ist, diskutiert. Weiterhin wird durch die Optimierung der Richtcharakteristik der Quelle hinsichtlich eines einfach-exponentiellen Abklingens und einer maximalen Isotropie ihre Fähigkeit zur Gewichtung der Modengruppen und ihr Einfluss auf das Abklingen des Schallfeldes aufgezeigt.

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.

Dynamische Synthese von PKW-Vorbeifahrtgeräuschen

Bachelorarbeit von Hahn, Johannes
Forschungsgebiet: Akustische Virtuelle Realität
Betreuer: Dreier, Christian / Vorländer, Michael

Fortschritte im Bereich der computergest¨utzen Berechnung und Simulation von Schallfeldern und akustischen Ausbreitungseffekten er¨offnen eine Vielzahl neuer Anwendungsm¨oglichkeiten f¨ur dieAuralisierung. Wichtige Beispiele sind die L¨armforschung, die Planung von St¨adten und Geb¨auden sowie das maschinelle Lernen. Neben der Ber¨ucksichtigung wahrnehmbarer Ausbreitungseffektestellt die realit¨atsnahe Synthese der Quellsignale, wie beispielsweise des Straßenl¨arms, einen wesentlichen Aspekt f¨ur die Generierung realistischer H¨oreindr¨ucke dar. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein in C++ implementierter Synthesizer f¨ur die Generierung von PKW-Vorbeifahrtger¨auschenvorgestellt. Die Synthese erfolgt anhand eines echtzeitf¨ahigen prozeduralen Ansatzes auf der Basis eines physikalischen Modells des Motors und des Abgassystems unter Verwendung von digitaler Wellenleitersynthese. Zudem werden richtungsabh¨angige Abstrahlungseigenschaften auf der Basis von PKW-Vorbeifahrtmessungen mittels invers-Filterung akustischer Ausbreitungseffekte modelliert. Zus¨atzlich zur Synthese der Ger¨ausche, die durch Prozesse im Motor erzeugt werden, umfasst der Synthesizer eine Funktion zur Generierung von Reifenger¨auschen. Hierf¨ur wird weißes Rauschen im Frequenzbereich gefiltert, wobei die gew¨ahlte Filterung von den Messergebnissen abgeleitet wird. Die synthetisierten PKW-Vorbeifahrtger¨ausche werden abschließend kurz analysiert und mit dem Spektrum eines realen PKWs verglichen. Des weiteren wird die CPU-Belastung des programmierten Synthesizers bewertet.

Echtzeitauralisierung zahlreicher Schallquellen

Masterarbeit von Mösch, Lucas
Forschungsgebiet: Akustische Virtuelle Realität
Betreuer: Stienen, Jonas / Aspöck, Lukas

Simultaneous rendering of numerous sound sources in real time still poses a challenge today. Especially for rendering virtual environments, where up to hundreds or thousands of potential sound source objects are present, not enough processing power is available to provide a convincing aural experience with common auralization approaches. This thesis proposes a new auralization pipeline which is focused on real time processing, while maintaining the plausibility of the virtual scene. This is done via state-of-the-art culling and clustering algorithms that reduce the number and complexity of sound source calculations, as well as a sophisticated sound source and cluster transitioning method, that ensures a seamless audio feedback for the user.

Effekte von Schall in Gebäuden auf die menschliche Kognitionsleistung

Masterarbeit von Muhammad Ridwanur Rahim
Forschungsgebiet: Raum- und Bauakustik / Akustische Virtuelle Realität
Betreuer: Imran, Muhammad

It is a well-established and documented phenomenon that noise generating from inside the building (Source-Receiver in different rooms and same room) and outside the building has some negative impact on the cognitive performance of human being. Extensive researches have been carried out in this field to find how noise traverses through direct walls and flanking walls. But no work has ever been done to find this phenomenon in virtual reality. The main objective of this Master Thesis is to find out the impact of noise due to building acoustics in virtual reality. Our primary objective will be to setup a simple test in virtual reality to find out how noise impacts humans carrying out different cognitive tasks. We will use a standard memory test such as verbal short term memory recall. We will use different types of background speeches both varying in Sound Pressure Level and Speech Intelligibility. Our target is to find the impact of ISE on cognitive performance in Virtual Reality. But we wish to use ISE with changing-state characteristics. We also want to analyse the speed-accuracy trade-off when performing the test under limited time. In VR, for auralization of sound generated in a Room-Room situation requires modelling sound generation, propagation and reflection from Room-Room and through the walls (both direct and flanking). It also requires modelling the insulation characteristics of direct and flanking walls. We will use varied sound insulation levels based on different levels of speech intelligibility. Finally we would like to correlate the findings of this thesis with existing results from other researches. We wish to come to a concrete conclusion where we can assert that, in VR, human mind shows a particular reaction to a specific type of background noise and our result might or might not comply with the existing findings from other researches.

Ein effizientes DSP Netzwerk für die Echtzeitauralisierung komplexer urbaner Szenarien

Masterarbeit von Andrew, Henry
Betreuer: Stienen, Jonas

Even with modern hardware, many virtual seen es are aehallenge to auralise in real time. Part of the problem is that eurrent renderers struggle to manage and apply the neeessary operations to the large number of paths needed for eomplex scenes. Outdoor urban seenes are partieularly diffieult due to many sourees, whieh may be fast moving, and lots of diffraeted and refiected paths. A novel rendering module is presented in this thesis which implements several recentconcepts not found in other renderers, and is built with an efficient DSP structure. Key features include: using IIR filters in place of more conventional FIR filters to simulate air absorption and diffraction effects, path clustering to limit the number of HRTF directions, and interpolation from multi read cursor variable delay lines to implement Doppler shifting. This thesis was implemented in the VA framework, and uses several libraries developed at the Institute of Technical Acoustics at RWTH Aaehen university. During the development of the rendering module, several algorithms for IIR filter design were tested. The Burg algorithm was chosen as the design method for the IIR path filters due to its fast eomputation time and high quality filter design.

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.

Eine Schnittstelle zwischen Matlab und Unreal Engine für die Evaluierung städtischer Soundscapes

Bachelorarbeit von Wegener, Marco
Forschungsgebiet: Akustische Virtuelle Realität / Interdisziplinäre Raumanalyse
Betreuer: Heck, Jonas / Llorca-Bofí, Josep

In the recent decades, Virtual Reality developed in a way that audio-visual scene evaluation is possible for more and more complex architectural and urban environments. However, the implementation of such scenarios and the control of multiple variables for research studies is still a big task. In our recent studies, we analyze the effect of varying sound sources, their positions, weather conditions or building layouts while representing the same urban environment in Unreal Engine. In order to evaluate such scenarios, Matlab serves as data capturing tool, allowing for an efficient subsequent analysis.
In the recent decades, Virtual Reality developed in a way that audio-visual scene evaluation is possible for more and more complex architectural and urban environments. However, the analysis of such scenarios for research studies is still a big task as it is hard to meet the target of considering a representative population. Especially during the COVID-19 pandemic, there has been a significant increase in the popularity of conducting online experiments which could counteract this disadvantage and reach more participants.

In this work, the student will develop an interface for data collection and making the audio-visual scenes from Unreal Engine accessible on an online platform. The interface must be able to record all the participant, as well as forwarding commands to Unreal Engine regarding the test conditions that are to be reproduced. In this sense, the following subfields are relevant: The communication between the acoustic cues through Virtual Acoustics (VA), the visual cues through Unreal Engine and the online user interface. This includes the implementation of a simple calibration procedure as well as feedback and suggestions by participants.
Requirements
- Independent work
- Interest in the topic
- Programming skills
- Media technology expertise

Einfallswinkelabhängige Messung von Schallstreuungs-Charakteristiken

Masterarbeit von Chen, Yunyin
Forschungsgebiet: Akustische Messtechnik / Raum- und Bauakustik
Betreuer: Heimes, Anne / Vorländer, Michael

Die akustische Oberfächenstreuung ist in allen Aspekten der Raumakustik wie in Konzertsälen und Hallen von großer Bedeutung. Die akustische Schallausbreitung kann mit Hilfe von geometrischen Simulationsmethoden effektiv und in hoher Qualität berechnet werden. Dennoch werden zuverlässige Streukoeffizienten benötigt. In dieser Masterarbeit wird ein Messaufbau entwickelt und validiert, um das Streumuster unter verschiedenen Schalleinfallswinkeln zu messen.

Einfallswinkelabhängige Messung von Schallstreuungs-Charakteristiken

Forschungsgebiet: Akustische Messtechnik / Raum- und Bauakustik
Betreuer: Heimes, Anne

Die akustische Schallausbreitung kann mit Hilfe von geometrischen Simulationsmethoden effektiv und in hoher Qualität berechnet werden. Dennoch werden zuverlässige Streukoeffizienten benötigt. In dieser Masterarbeit wird ein Messaufbau entwickelt und validiert, um das Streumuster unter verschiedenen Schalleinfallswinkeln zu messen.

Einfluss von Geometrievereinfachung auf raumakustische Simulationen

Bachelorarbeit von Pan, Yuying
Forschungsgebiet: Raum- und Bauakustik / Akustische Virtuelle Realität
Betreuer: Llorca-Bofí, Josep / Heck, Jonas

Simulation of the 3D model of a concert halls is an efficient way to predict the acoustic properties, e.g. when planning the renovation or refurbishment, without the need to measure them physically. The creation of the 3D model, however, requires modeling expertise and time. Additionally, the variety of modeling strategies makes this process difficult to be reproduceable. 3D photogrammetry modeling is a robust and automatable way to represent rooms, but it requires a large amount of computational power, and unnecessary geometrical details have to be removed to perform the acoustical simulations. Removing the unnecessary geometrical details of the model and maintain the material properties is the aimed solution to this problem. The question is in which level of detail the simplified model still contains sufficient information for the calculation of accurate results.

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.

Entwicklung eines Richtmikrofons mittels eines Hornaufsatzes

Masterarbeit von Huang, Zhaohui
Forschungsgebiet: Akustische Messtechnik
Betreuer: Abi Raad, Elie

Das Ziel dieser Arbeit ist es, die Messungen des Ultraschall-Metallschweißens (JSMW) zu verbessern. Indem ein Tool gebaut wird. das die Störung des Rauschens reduzieren kann. Das bedeutet, die Richtwirkung des Mikrofons zu erhöhen. Diese Arbeit fängt mit der Theorie an, dann werden Simulationen und Tests der Prototypen durchgeführt, um das oben genannte Ziel zu erreichen. Wellenleiter und Horn werden mit ihrer mathematischen Modellierung und Ableitung bezüglich der Theorie vorgestellt. Anhand von der Finite-Elemente-Methode (FEM) und der Grenzdementmethode (BEM) werden die numerischen Simulationen nach dem Abschluss des Modellentwurfs durchgeführt. Durch Analyse der Daten aus der Simulation kann der erste Entwurf des Modells angezeigt und der Unterschied zwischen FEM und BEM verglichen werden. Nach dem Erstellen des Prototyps kann das Experiment beginnen. Die Endergebnisse weisen darauf hin, dass die Erweiterung die Richtwirkung des Mikrofons in den Ultraschal1-Metallschweißversuchen verbessert.

Equivalent Circuit Modelling of Bone Conduction Hearing

Masterarbeit von Salehi, Masoumeh
Forschungsgebiet: Numerische Akustik / Elektroakustik
Betreuer: Kersten, Simon / Vorländer, Michael

The pathways of the sound transmitting from an excitation position (often at the mastoid or forehead of the skull) to the inner ear are not clarified, yet. Five different pathways often suggested as important for bone conducted sound: sound pressure generation in the ear canal, inertial forces on the middle ear ossicles causing a relative motion between the stapes footplate and the cochlear promontory bone, inertial forces acting on the cochlear fluid, alteration of the cochlear space, and sound pressure transmission from the skull interior. In 2015, Stenfelt presented a bone conduction model, which consists of an impedance model representing the inner ear as well as measured transfer functions to consider the different pathways.

The aim of this thesis is to develop a model of bone conduction hearing by means of equivalent circuits only. Therefore, the measured transfer functions as well as underlying assumptions of the wave propagation in Stenfelt’s model are successively replaced by smaller sub-circuits, which are combined with the impedance model of the inner ear. Finally, the model will be used to predict the relation and importance of the bone conduction pathways for different excitation positions.

Erstellung eines akustischen Stadtmodells auf der Basis von Photogrammetrie

Bachelorarbeit von Fuchs, Artur
Forschungsgebiet: Akustik im Architekturentwurf
Betreuer: Dreier, Christian / Heck, Jonas

Angetrieben durch die Reduzierung von Lärmbelastung und Simulation von Schallausbreitung kann akustische virtuelle Realität (AVR) zur Durchführung von Untersuchungen eingesetzt werden. Zunächst wird bildbasierte photogrammetrische Software verwendet, mit der ein städtisches Küstengebiet nachgebildet wird, um eine visuelle Darstellung der komplexen Umgebung zu generieren. Photogrammetrie erzeugt fotografische Punktwolken, die für immersive Anwendungen oder traditionelle Wiedergabemedien zu texturierten dreidimensionalen (3D) Modellen weiterverarbeitet werden können. Es wird untersucht, ob diese Methode für solch komplexe Kompositionen verschiedener Landschaften in Kombination mit der Architektur und Infrastruktur der Stadt geeignet ist. Das Endprodukt kann mit einer 3D-Engine in Kombination mit der Open-Source-Software Virtual Acoustics (VA) zur Simulation der Umgebung gerendert werden.
Synthetisierte Klangquellen – wie Autos, LKWs, Züge oder Flugzeuge – können hinzugefügt werden, um ihr akustisches Verhalten innerhalb des komplexen urbanen Szenarios zu beobachten. Ziel ist es, eine Visualisierung zu erstellen, die in Kombination mit der physikalisch basierten akustischen Simulation ein genaues Modell für zukünftige Studien darstellt.

Erweiterung einer modulbasierten Tagebaulagerstättenmodellierung zur Optimierung von Lärmmissionen

Masterarbeit von Uber, Thomas
Betreuer: Vorländer, Michael / Aspöck, Lukas

Erzeugung von akustischen Szenen für die Durchführung von multimodalen Hörversuchen

Bachelorarbeit von Geusen, Holger
Forschungsgebiet: Raum- und Bauakustik / Akustische Virtuelle Realität
Betreuer: Aspöck, Lukas / Vorländer, Michael

Zur Bewertung und Validierung von raumakustischen Simulationen können diese mit Referenzmessungen verglichen werden. Ein solcher Vergleich soll zukünftig mit Hilfe von audiovisuellen Experimenten durchgeführt werden. Sowohl für akustische Simulation als auch für die visuelle Darstellung einer virtuellen Szene gibt es jedoch eine Vielzahl an Lösungen, was Hard- und Software betrifft. Aus diesem Grund sollen in dieser Abschlussarbeit verschiedene Tools und Umgebungen für das akustische und visuelle Rendering recherchiert und basierend auf einem erstellten Kriterienkatalog für die Eignung in den geplanten Experimenten bewertet werden. Dazu werden drei Raumszenen jeweils in mehreren Systemen erzeugt und in Pilotversuchen evaluiert.

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.

Evaluation of the validity of a theoretical model in USMW

Masterarbeit von Gomez Belmonte, Jose Maria
Forschungsgebiet: Maschinenakustik, -diagnose und Transpferpfadanalyse
Betreuer: Abi Raad, Elie / Vorländer, Michael

Ultrasonic metal welding (USMW) is a technique of welding small-area materials by means of high-frequency vibration friction welding. Despite its wide use, it is still hard to monitor the welding process, and optimize the strengths of the welds it produces. The objective of this work is to offer a simple characterization of the state of the welding process over time. This would allow quality control of all welds in an industrial process. Furthermore, the analysis of the model and the available data will provide a better understanding of the physical behaviour of the weld over time. This study will focus specifically on the USMW of two copper parts, analysing different measurements made with laser Doppler vibrometers and a high-speed camera. First, whether the motion transfer process between the horn and the anvil fulfils the properties of linearity and time invariance (LTI system), and can therefore be described by a transfer function, is checked. Then, the different phases of the welding process are studied. After this analysis and evaluation, with the data obtained from the measurements, the validity of a simple equivalent model will be studied by trying to fit it to the results of the measurements.

Evaluierung des Detailgrades in Klassenraum-Auralisationen

Bachelorarbeit von Fan, Jiawen
Forschungsgebiet: Raum- und Bauakustik / Akustische Virtuelle Realität
Betreuer: Llorca-Bofí, Josep / Heck, Jonas

This research is performed in the context of person-focused analysis of architectural design. More specifically, the visual and auditory experience of architectural spaces is addressed. This thesis is aiming to understand how different levels of detail (LoDs) of visual and auditory representations of a classroom influence people’s perception.

Various visual representations are to be studied, e.g. photogrammetry, object (CAD) modelling, 360° images, or simple sketches. Similarly, different audio representations are available, such as binaural or Ambisonic recordings, mixed or virtual reality renderings, to completely synthesized sources.

At first, it is decided on which parameter variations and what range of the level of detail to consider. Secondly, the respective scenes have to be prepared and rendered. Then, an experiment is performed to analyse the perceptive evaluation of test subjects.

Filterbau für teilabsorbierende Oberflächen im Image-Edge-Modell

Masterarbeit von Mika, Niklas
Forschungsgebiet: Akustische Virtuelle Realität / Visualisierung und Auralisierung
Betreuer: Palenda, Pascal / Heck, Jonas

Die Entstehung und Ausbreitung von Lärm ist ein aktuelles Forschungsthema, das jeden betrifft. Insbesondere städtische Umgebungen leiden unter einer hohen Lärmbelastung, die sich negativ auf die Gesundheit und das Wohlbefinden der Bürger auswirken kann. Daher ist es wichtig, die Ausbreitung des Schalls von einer oder mehreren Quellen zu einem Empfänger zu analysieren und zu verstehen. Die menschliche Wahrnehmung von Schall ist jedoch sehr subjektiv, was Verallgemeinerung und Forschung sehr schwierig macht. Eine gängige Methode, um Erkenntnisse über die Schallausbreitung zu gewinnen, ist die computergestützte Simulation. Das Image-Edge-Modell ist ein solches Simulationsmodell, das alle wichtigen Schallwege von einer oder mehreren Quellen zu einem Empfänger identifiziert, bevor es die Übertragungsfunktionen für jeden Weg berechnet. Es ist entwickelt für städtische Umgebungen und basiert auf dem Ansatz der geometrischen Akustik, wobei die Beugung mit Hilfe der Theorie der gleichmäßigen Beugung berücksichtigt wird. Bei der spiegelnden Reflexion wird jedoch einfach an jeder Oberfläche mit einem konstanten Reflexionsfaktor reflektiert. Dadurch werden die Auswirkungen verschiedener Materialien, die frequenz-und winkelabhängig sind, auf die reflektierten Schallpegel nicht genau erfasst.

In dieser Arbeit wird der bestehende Arbeitsablauf des Image-Edge-Modells überarbeitet, um eine materialabhängige spiegelnde Reflexion zu ermöglichen, die diese Faktoren berücksichtigt. Insbesondere wird die Hypothese untersucht, dass materialabhängige spiegelnde Reflexion zu anderen und plausibleren Übertragungsfunktionen führt. Um dieses Ziel zu erreichen, werden zwei neue Implementierungstypen erstellt und mit dem alten, konstanten Reflexionsfaktor verglichen. Validierungsergebnisse unter Verwendung des Benchmark for Room Acoustical Simulation (BRAS)-Datensatzes zeigen, dass die materialabhängigen spiegelnde Reflexion insgesamt deutlich besser abschneidet als der alte Implementierungstyp, insbesondere jedoch bei absorbierenden Materialien. Dies stützt die Hypothese, dass materialabhängige spiegelnde Reflexion zu verbesserten Übertragungsfunktionen führt.

Filterentwurf für die Auralisation von Schalldämmung

Masterarbeit von Heimes, Anne
Forschungsgebiet: Raum- und Bauakustik
Betreuer: Imran, Muhammad

As a valuable tool, building acoustic auralization is used to assess the perceptual aspects of sound transmission in built-up environments in order to provide the guidelines for building construction and to evaluate the noise effects on humans that have a negative influence on their working performances at working sites. These noise disturbances are present within the built environments and/or might be from outdoor moving transient sound sources. An extensive research is carried out to estimate the sound propagation and transmission in the buildings. Methods are available for auralization of sound insulation between connected rooms in compliance with the standardized data formats of sound insulation and building structural geometries. However, there still exist certain challenges to be addressed to construct the transfer functions between source and receiver rooms for indoor situation as well as for outdoor moving sources. Several simplifications exist in available building acoustic auralization research. Some simplifications are implicit in the formulation on which the ISO standards are based. In first place, the incident sound pressure on the boundaries of the building elements (i.e. walls) is equal for all transmission paths between source and the receiver. Similarly, the same incident sound power hits all elements, independently ofthe source position and room geometry. Additionally, influence of the source room reverberation, the directionality of the sound source, and the ratio between direct and reverberant energy inside the source room are integral part of building acoustic transfer functions, which are rarely addressed. Secondly, the transfer functions ca1culated from source room to receiver room are only valid for point to point transmission, however, the extended walls are always present in real situations. In the receiving room, the simplification is made that the sound is apparently radiated from one point representing the whole bending wave pattern on the wall, as a result one whole wall is represented by a single point source radiator. This research focuses on addressing these challenges for plausible representation of building acoustics auralization. The building elements are considered as plane sources and bending wave patterns are addressed in order to be able to properly construct the transfer functions. The room acoustical simulations are carried out for both source and receiving rooms to generate transfer functions from source to the source room walls and from radiating receiving room walls to the listener, so that the geometries and absorptions might be fit to the properties desired by the user for the spatial impression of the listening rooms. In addition, the transfer functions from radiating walls of the receiving room to listener are designed in such a way that not only indoor sources are handled neverthe1ess the outdoor moving sources are also addressed. In this way a physically more plausible building acoustic auralization framework is proposed, by dint of that different psychoacoustic experiments are possible in virtual reality for evaluation of noise and comfort in built-up structures and psychological research about the work performance of people at office sites under undesirable noise conditions can be carried out in an ecologically correct way Several simplifications exist in available building acoustic auralization research. Some simplifications are implicit in the formulation on which the EN 12354 is based. In first place, the incident sound pressure is considered to be equal for all transmission paths. Similarly, the same incident sound power hits all elements, independently of the source position and room geometry. Additionally, influence of the source room reverberation, the directionality of the sound source, and the ratio between direct and reverberant energy inside the source room are integral part of transfer functions. Secondly, the transfer functions calculated from source room to receiver room are only valid for point to point transmission, however, the extended walls are always present in real situations. In the receiving room, the simplification is made that the sound is apparently radiated from one point representing the whole bending wave pattern on the wall. This research will focus on addressing these challenges for physically correct representation of building acoustics auralization in virtual reality integrated with 3D audio-visual technology. The walls should be considered as plane sources and bending wave patterns will be addressed in order to be able to properly construct the transfer function with correct phase information. A room acoustical simulation is necessary for generating final transfer function between walls and the receiver rather than using a measured impulse response, so that the geometries and absorptions might be fit to the properties desired by the user of the auralization. In addition the receiver room transfer function from radiating walls to the receiver are required to be designed in such a way that not only indoor sound sources will be addressed but the outdoor moving sources will also be handled. In this way a physically more accurate building acoustic auralization framework will be developed in 3D visual technology and different psychoacoustic experiments will be possible in virtually reality for evaluation of noise and comfort.

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.

Geometriereduktion zur Erstellung akustischer Modelle

Bachelorarbeit von Li, Yajun
Forschungsgebiet: Akustische Virtuelle Realität / Raum- und Bauakustik
Betreuer: Heck, Jonas / Llorca-Bofí, Josep

Audio-visual experiences of modeled spaces play a key role when studying the human perception of the built environment, and the results should give us an intuitive sense of the real situation. Acoustic models need a low number of polygons in order to be simulated efficiently. It is at the same time important to retain acoustic properties while simplification. But the reconstruction of existing architecture is usually achieved by photogrammetry, which results in noisy and geometrically complex 3D meshes. They must be post-processed to become suitable for simulation.

In this thesis, a mesh-filtering algorithm is analyzed that follows a feature-preserving approach. This is expected to be an important step before the mesh's number of polygons can be reduced. The algorithm has been implemented in Matlab. Two models serve as test scenarios, i.e. a photogrammetry mesh of the Eurogress hall in Aachen and a generic simple room. To evaluate the algorithm's performance, first, the change of geometrical shapes is inspected by means of the number of iterations and selected filter weights. Secondly, geometrical acoustic simulation is performed to analyze the filter's impact on the acoustic simulation result.

Geometriereduktion zur Erstellung akustischer Modelle

Bachelorarbeit von Li, Yajun
Forschungsgebiet: Akustische Virtuelle Realität / Visualisierung und Auralisierung
Betreuer: Heck, Jonas

In the research project “Person-focused Analysis of Architectural Design”, we study human perception of built environments. More specifically, we address the visual and auditory experience of virtual or virtually reconstructed architectural spaces. The reconstruction of existing architecture is usually achieved by photogrammetry, which results in noisy and geometrically complex 3D meshes. To be able to efficiently simulate the acoustics of such meshes, their complexity must be reduced.

At first, a literature study on state-of-the-art geometry reduction algorithms has to be performed. Secondly, appropriate methods should be applied or implemented. Thirdly, these methods should be tested on a number of models to study their performance. Furthermore, it could be investigated how different levels of detail influence people’s perception.

Requirements

- Python/Matlab skills
- High interest in machine learning
- Accurate and reliable work attitude

Hardwarenahe Mikrofonentzerrung für Arrayanwendungen

Masterarbeit von Maintz, Thomas
Forschungsgebiet: Elektroakustik
Betreuer: Berzborn, Marco

Die Untersuchung eines Schallfeldes mit einem Array von Empfängern lässt bei Berücksichtigung ihrer Anordnung und Richtcharakteristika aufschlussreiche Erkenntnisse über die direktionalen Eigenschaften des gemessenen Feldes zu. Um eine hohe räumliche Auflösung zu erhalten, werden viele Mikrofone benötigt. Aufgrund ihrer Wirtschaftlichkeit werden Micro-Electro-Mechanical-System-(MEMS)-Mikrofone mit nicht ideal glattem Frequenz- und Phasengang eingesetzt. Für Arrayanwendungen müssen alle Empfänger daher in Frequenz- und Phasengang individuell entzerrt werden. Da ein Field Programmable Gate Array (FPGA) -Baustein die Möglichkeit bietet angepasste Hardware bereitzustellen, kann eine Live-Mikrofonentzerrung bereits im FPGA geschehen. In dieser Arbeit wurde der Xilinx Zynq-FPGA für die Umsetzung gewählt. Dieser besitzt neben einer programmierbaren Logik zwei ARM-Mikroprozessoren, welche eine Firmware ausführen können. Die Verbindungen zwischen den Prozessoren und der angepassten Hardware sind durch vorgegebene standardisierte Protokolle hergestellt. Anhand dieser Schnittstelle können die zur Entzerrung benötigten Filterkoeffizienten in die entwickelte Firmware eingebunden und in die Strukturen des FPGA geschrieben werden. Für die hardwarenahe Mikrofonentzerrung stehen in der verwendeten Zynq-FPGA-Architektur optimierte Recheneinheiten zur Verfügung. Diese Arbeit befasst sich mit der Konzeptionierung und Implementierung eines skalierbaren Faltungskerns mit minimaler Latenz zur Entzerrung einer Vielzahl von Mikrofonsignalen in FPGA-Technik - hier der Xilinx Zynq-Architektur - unter Ausnutzung von Pipelining. Dabei sind parallele F IR-Filterstrukturen und Biquads für jeden Mikrofonkanal implementiert und einzeln im Verhalten einstellbar. Durch die Verwendung einer hybriden Faltungstechnik unter Ausnutzung von Zeit- und Frequenzbereichsfaltung können die längere Entzerrungsfilter genutzt werden. Um Rechenoperationen der FFT einzusparen wurden die Symmetrieeigenschaften der Spektren von reellwertigen Signalen genutzt. Die Lösung soll zur Live-Entzerrung innerhalb eines sphärischen Mikrofonarrays eingesetzt werden und gibt die entzerrten Signale über MADI aus. Neben der Implementierung wurden Eigenschaften der Entzerrung in Fixpunktgenauigkeit untersucht und mit den Ergebnissen von Desktop-Rechnern in Gleitpunktarithmetik anhand eines Golden-Reference-Modells verglichen.

Hörvergleich der Dieselrauigkeit mit Binauralsynthese

Bachelorarbeit von Bender, Moritz
Forschungsgebiet: Transferpfadanalyse und -synthese
Betreuer: Dreier, Christian

Bei der Konzeption von Automobilen kann mit hilfe der binauralen Transferpfadsynthese bereits frühzeitig der akustische Charakter eines Fahrzeugs beeinflusst werden. Dies geschieht sowohl bezüglich eventueller Störgeräusche, als auch hinsichtlich psychoakustischer Parameter, die wichtig für ebenjenen akustischen Charakter sind, also auch Rauigkeit. Da die binaurale Transferpfadsynthese hinsichtlich der korrekten Wiedergabe von Rauigkeit und Klangfarbe noch nicht hinreichend untersucht wurde, ist dies Teil dieser Arbeit. Dazu werden Transferpfadsynthesen mit Kunstkopfaufnahmen aus dem Fahrzeuginnenraum verglichen und bezüglich der oben genannten Parameter untersucht . Dann werden Filter verschiedener Präzision entwickelt, um das Klangerlebnis der beiden Signale anzugleichen. Um diese Filter zu bewerten, wird ein Hörversuch durchgeführt . In diesem werden die Ähnlichkeit der Signale, sowie Unterschiede bezüglich Rauigkeit bewertet. Anschließend folgt eine statistische Untersuchung der Ergebnisse mit Diskussion.