Measurement of surface reflection properties : concepts and uncertainties

• Messung von Oberflächenreflexionseigenschaften : Konzepte und Unsicherheiten

Müller-Trapet, Markus; Vorländer, Michael (Thesis advisor); Embrechts, Jean-Jacques (Thesis advisor)

Berlin : Logos-Verl. (2015, 2016)
Buch, Doktorarbeit

In: Aachener Beiträge zur Technischen Akustik 23

Dissertation, RWTH Aachen, 2015

Kurzfassung

Obwohl sich die Qualität raumakustischer Simulationen in den letzten Jahren erheblich verbessert hat, wird ein völlig realistisches Ergebnis in komplexen Situationen selten erreicht. Von den Faktoren, die den Realitätsgrad solcher Simulationen beeinflussen, werden die Randbedingungen bezüglich Schallreflexionen als die wichtigsten erachtet, da sie das Schallfeld zu einem großen Teil beeinflussen. Es existieren standardisierte Messverfahren, die jedoch inhärente Unsicherheiten aufweisen oder nicht genug Informationen für eine korrekte Modellierung des Schallfelds liefern. Um diese Situation zu verbessern werden in dieser Arbeit akustische Messverfahren bezüglich der absorbierenden und streuenden Eigenschaften von Raumoberflächen untersucht.Der Forschungsinhalt ist in zwei Teile unterteilt: im ersten Teil werden die wichtigsten Ursachen für Unsicherheiten der standardisierten Messverfahren für Absorptions- und Streugrade bei diffusem Schalleinfall untersucht. Schwierigkeiten akkurate Ergebnisse zu erhalten, wie sie oft in der Praxis auftreten, werden erklärt, indem eine Variation der Eingangsdaten - wie zum Beispiel Oberflächeninhalt oder Nachhallzeit - analytisch mit einer Variation des Absorptions- oder Streugrads in Verbindung gebracht wird. Die Variation der Nachhallzeit über dem Ort als der wichtigste Unsicherheitsfaktor wird besonders betrachtet. Die vorhergesagte Unsicherheit wird erfolgreich durch Messungen in Hallräumen im Maßstab als auch in realer Größe validiert. Basierend auf der Unsicherheitsanalyse wird eine Methode entwickelt um die minimale Anzahl von Messpositionen im Schallfeld zu bestimmen, die für eine gewünschte Genauigkeit des Absorptions- oder Streugrads benötigt werden.Der zweite Teil befasst sich mit den Signalverarbeitungsschritten für eine Bestimmung der winkelabhängigen Reflexionseigenschaften im Freifeld. Dazu wird in dieser Arbeit ein halbkugelförmiges Mikrofonanarray beschrieben und validiert. Erweiterungen der Subtraktionsmethode werden vorgestellt, die eine Berücksichtigung der Richtcharakteristik von Quelle und Empfänger ermöglichen. Schallreflexionsmodelle unterschiedlicher Genauigkeit und Berechnungskomplexität für die Bestimmung der Wandimpedanz aus gemessenen Reflexionsfaktoren werden betrachtet. Arraysignalverarbeitungsmethoden werden untersucht, sowohl als alternative Methode zur Bestimmung des Referenzsignals der Quelle in-situ als auch um die örtliche Schalldruckverteilung der Reflexionsmessungen zu verarbeiten.Messungen zeigen, dass der Arrayaufbau für die Bestimmung der winkelabhängigen Absorptionseigenschaften von Proben mit wenigen Quellenpositionen benutzt werden kann. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das vereinfachte Ebene-Wellen-Modell nicht benutzt werden sollte, falls der Empfänger nah an der Oberfläche ist, da dann große Fehler besonders bei tiefen Frequenzen entstehen. Eine gewisse Unsicherheit, die durch das unvollständige Wissen über die Quellen- und Empfängerpositionen entsteht, verbleibt in der Phasenantwort des komplexen Reflexionsfaktors. Nichtsdestotrotz ist es möglich relativ stabile Ergebnisse auch für kleine Proben zu erhalten. Der Aufbau kann mit Hilfe von Arraysignalverarbeitungsmethoden auch benutzt werden um den richtungsabhängigen Diffusions- und Streugrad kleiner Proben zu bestimmen. Dies führt zu den gleichen Ergebnissen wie etablierte Methoden im Fernfeld.