A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
Ebbitt, G.
-
Schalldämmungsbestimmung von leichten Materialien in der Automobilentwicklung [DAGA 2007 (Stuttgart)]
M. Hansen, G. Ebbitt and F. Juber
[A]
Zur Messung der Absorption von Bauteilen und Materialien haben sich in der automobilen Welt die Alphakabine und das Impedanzrohr als Standard etabliert. Im Falle der Schalldämmungsbestimmung stellt sich das Bild weniger eindeutig dar, da hier verschiedene Prüfstände und Messvorschriften in Konkurrenz zueinander stehen.
In diesem Beitrag werden Methodik und Ergebnisse von praxiserprobten Schalldämmungsprüfständen miteinander verglichen. Die betrachteten Methoden unterscheiden sich hauptsächlich hinsichtlich der Größe und Beschaffenheit des Senderaumes, der Art der Messung im Empfangsraum sowie der Auswertung.
Zur Erläuterung der indirekten Schalldämmungsbestimmung nach dem amerikanischen Standard SAE J1400 (Rev. May90) werden die in der Literatur bekannten Berechnungsformeln für die Schalldämmung von Einfachwänden diskutiert. Das Hauptaugenmerk liegt hierbei auf der Anwendbarkeit für leichte Materialien und tiefe Frequenzen.
Eberle, M.
-
Statistische Energieanalyse der Windgeräusche am Kraftfahrzeug [DAGA 2008 (Dresden)]
M. Eberle, R. Schilling, M. Brennberger and G. Wickern
[A]
Ab Geschwindigkeiten über 120 km/h sind durch Fahrzeugumströmung entstehende Geräusche die für den Schallpegel im Fahrzeug ausschlaggebende Komponente. Für die typischerweise hochfrequenten Windgeräusche ist die statistische Energieanalyse ein geeignetes Werkzeug um die Schallausbreitung im Gesamtfahrzeug zu betrachten. Aufgabe im Rahmen dieses Projektes ist es, die für den Innenraumpegel eines Fahrzeugs ausschlaggebenden aeroakustischen Quellen zu lokalisieren und geeignete Messmethoden im Windkanal zur Darstellung der Quellen zu finden. Anschließend müssen Wege gefunden werden, die gemessenen Quellterme in bereits bei Audi zur Untersuchung von Antriebs- und Abrollgeräuschen eingesetzte SEA-Gesamtfahrzeug-Modelle zu implementieren. Die Modelle werden hierzu an die Anforderungen der Aeroakustik angepasst. Das Ziel ist eine Vorhersage des durch Windgeräusche hervorgerufenen Geräuschpegels in einem Fahrzeug. Außerdem sollen für lokale Schallquellen die Transferpfade von der windangeregten Quelle in den Fahrzeuginnenraum verfolgt werden. Die Lokalisierung und Quantifizierung der Schallquellen erfolgt durch Mikrofonmessungen im Aeroakustikwindkanal. Die Fluid-Struktur-Wechselwirkungen auf überströmten Fahrzeugoberflächen werden nach dem Ansatz von DeJong in die Fahrzeugmodelle implementiert. Für verschiedene überströmte Karosserieflächen werden die gemittelten Wechseldrücke als Anregung in das SEA-Modell eingebracht, und deren Einfluss auf das Innengeräusch somit berücksichtigt. Ein Vergleich zwischen SEA-berechneten Innengeräuschpegeln und gemessenen Spektren sowie eine Schalltransferpfadanalyse von einer lokalen Schallquelle in den Fahrzeuginnenraum werden vorgestellt.
Eberle, W.
-
Lärmpakt Hessen
W. Eberle
[A]
Im hessischen Regierungsprogramm 2003 ist die Einrichtung eines ''Modellprojektes Lärmpakt Hessen'' enthalten. Eine Arbeitsgruppe der Ministerien hat diesem Auftrag entsprechend ein Programm zur Minderung des Lärms mit Schwerpunkt Straßenverkehrslärm erstellt. Es enthält als Bausteine ''Kommunale Lärmminderungsplanung'', ''Technische Lärmminderung'' und ''Wissensvermittlung, Information, Kommunikation''. Bei der Umsetzung sind die kooperative Einbindung der Partner und die Information der Öffentlichkeit wichtig. Neben der Umsetzung der Umgebungslärmrichtlinie sind als Maßnahmen beispielhaft sind zu nennen:
Lärmbelästigung in Hessen 2004: ''Lärmometer''
Die repräsentative landesweite Telefonbefragung gibt nach den verschiedenen Lärmquellen aufgeschlüsselt Auskunft zur Lärmbelästigung für das Land Hessen und für jeden der drei hessischen Regierungsbezirke. Für die 26 hessischen Landkreise und kreisfreien Städte lassen sich Hinweise auf die dortige Lärmsituation ableiten.
Fahr und Spar mit Sicherheit - Intelligent und Leise
Umweltfahrtraining soll beruflichen und privaten Kraftfahrern vermitteln, wie mit modernen Fahrzeugen sicher, zügig, ökonomisch und zugleich leiser und sauberer gefahren werden kann. Wichtige Zielgruppe sind neben Betrieben die Kommunen, die dadurch im eigenen Fuhrpark auch Kosten senken können.
Erhöhung des Marktanteils lärmarmer und energiesparender Reifen
Das Reifen-Fahrbahngeräusch ist eine zentrale Geräuschquelle. Am Markt erhältliche Reifentypen unterbieten die geltenden Geräuschvorschriften teilweise deutlich und sind zugleich energiesparend. Jeder Verbraucher sollte durch Kennzeichnung diesen Aspekt in seine Kaufentscheidung einbeziehen können.
Schule und Lärm
Das Hessische Kultusministerium und das Hessische Ministerium für Umwelt, ländlichen Raum und Verbraucherschutz haben die Regierungsprogramme ''Schule & Gesundheit'' und ''Modellprojekt Lärmpakt Hessen'' verknüpft und um einen neuen Baustein ''Lärm in Schulen'' erweitert. Themen sind das Verhalten in Schule und Freuzeit und nach PISA die Unterrichtsraumakustik.
Weitere Informationen: www.hmulv.hessen.de
Ebert, F.
-
Bestimmung der Schallquelleneigenschaften bei strömungstechnischen Systemen [DAGA 2003 (Aachen)]
M. Markowitz, M. Fallen, T. Stengel and F. Ebert
[A]
Soll ein strömungstechnisches System hinsichtlich seiner akustischen Eigenschaften analysiert werden, so ist es oft sinnvoll, Schallerzeugung und Schallübertragung voneinander zu trennen. Im Rahmen eines Forschungsprojektes sollte das Geräuschverhalten des Luftverteilungssystems einer Fahrzeugklimatisierungsanlage untersucht werden. Basierend auf der in der eindimensionalen Rohrakustik gebräuchlichen Einteilung eines akustischen Systems in Schallquelle, akustisches Filter und Abstrahlungsimpedanz wurde das Luftverteilungssystem stromabwärts der Lüfterbaugruppe als akustisches Filter betrachtet, das mit eingangs- und ausgangsseitigen Impedanzen belegt ist und eingangsseitig von einer Schallquelle (Lüfterbaugruppe) beschallt wird. Die eingangsseitige Impedanz ist dabei die Quellenimpedanz der Schallquelle, die zusammen mit der Quellenstärke messtechnisch ermittelt werden sollte. Das abgestrahlte Geräuschspektrum ergibt sich dann aus dem Quellenstärkespektrum der Schallquelle und dem Schallübertragungsverhalten des Filters. Aufbauend auf den Grundlagen der experimentellen Bestimmung von Schallquelleneigenschaften nach Munjal et al. wurde ein Prüfstand zur Bestimmung von Quellenimpedanz und Quellenstärke einer strömungsakustischen Schallquelle ausgelegt und in Betrieb genommen.
-
Entwicklung eines Prüfstandes zur Erfassung der Körperschallweiterleitung in Hydraulikleitungen [DAGA 2007 (Stuttgart)]
K. Pies, S. Sentpali, M. Fallen and F. Ebert
[A]
In modernen Fahrzeugen erfolgt ein wesentlicher Beitrag des Motorgeräuscheintrages in den Fahrzeuginnenraum durch die Körperschallübertragung biegeschlaffer Bauteile der Nebenaggregate. Besondere Beachtung finden hierbei hydraulische Schlauchleitungen der Lenkhilfe oder Wankstabiliserung, sowie Kältemittelleitungen der Fahrzeugklimaanlage. Die Abstimmung dieser Schallnebenwege erfolgt im Akustikversuch in einer relativ späten Entwicklungsphase. Hierbei werden verschiedene Schlauchmaterialien, die Verlegung der Leitungen und Befestigungsart der Rohrhalterungen getestet. Lärmarme Konstruktionsrichtlinien, welche in der frühen Entwicklungsphase innerhalb des Produktentstehungsprozesses ihre Anwendung finden, basieren fast ausschließlich auf Erfahrungswerten aus dem Fahrzeugversuch des Vorgängermodells.
Im Rahmen dieses Vortrages wird ein Prüfstandskonzept vorgestellt, mit dessen Hilfe die für den Fahrzeugbauraum relevanten akustischen Körperschalleinflussgrößen ermittelt werden können. Ein Bezug der Körperschallübertragungseigenschaften zum Betriebskennfeld wird durch Berücksichtigung der äußeren Lasten, gebildet aus Fluidinnendruck, Materialtemperatur und den geometrischen Parametern Schlauchlänge und Biegeverlegung, hergestellt.
Z.B. erfolgt bei der Motorgeräuschübertragung durch Hydraulikleitungen eine mehraxiale Anregung und entsprechend eine, aus mehreren Wellenformen bestehende überlagerte Körperschallweiterleitung. Zur Entwicklung von Leitungskonstruktionen mit günstigen Körperschallübertragungseigenschaften werden die technisch relevanten Formen der Biege-, Torsion- und Longitudinalwelle messtechnisch getrennt analysiert.
Anhand von Beispielen aus der Fahrzeughydraulik und Klimatisierung wird die Anwendung des Prüfstandes gezeigt.
-
Ermittlung von Kennwerten zur Beschreibung der akustischen Übertragungseigenschaften biegeschlaffer Bauteile [DAGA 2007 (Stuttgart)]
S. Sentpali, K. Pies, M. Fallen and F. Ebert
[A]
Die akustische Beschreibung der Materialeigenschaften von biegeschlaffen Bauteilen findet ihre Anwendung im Wesentlichen bei hydraulischen Dehnschlauchleitungen und dem Lastfall der Druckpulsübertragung. Hier wird zum einen die Wechselwirkung des angeschlossenen Leitungsnetzes mit der Volumenstrompulsation von Pumpen als Schallquelle und zum anderen die Druckpulsweiterleitung durch die Dehnschläuche betrachtet. Ergänzend zu dieser hydroakustischen Sicht wird in diesem Beitrag ausschließlich auf die Körperschallweiterleitung eingegangen.
Die Elastizität bzw. die Steifigkeit der Schlauchwandungen bestimmt maßgeblich die Körperschallwellengeschwindigkeit und die Dämpfung. Neben der konstruktiven Gestaltung in Form von Abmessung und Verlegung, ist der komplexe Elastizitätsmodul der dominante akustische Materialkennwert. Im Gegensatz zum Gummipuffer sind elastische Schlauchleitungen aufgrund ihres Verhältnisses Durchmesser zu Länge als biegeschlaffe Bauteile zu verstehen, so dass hier überwiegend Kontinuumsschwingungen betrachtet werden müssen. Der Zusammenhang zwischen den statischen Kenngrößen (Druckbelastung, Materialtemperatur, Biegeradius, Durchmesser- und Längenänderung) und den dynamischen Kenngrößen (Elastizitätsmodul, Dämpfung und Dynamikfaktor) wird hergestellt.
Es wird ein empirischer Ansatz zur Beschreibung der Dehnwellengeschwindigkeit in Abhängigkeit der Schlauchbiegung gezeigt. Die Diskussion der ermittelten Kennwerte erfolgt anhand von Beispielen von Materialalterung, Materialbenchmark als Kennfelddiagramm oder Einzahlwert.
Eckel, J.
-
Comparing Basic Elements for an Online Harmonic Progression Analysis Framework for Audio Streams [DAGA 2008 (Dresden)]
J. Eckel
[A]
The automatic identification of harmonic progressions from music audio data is an interesting problem, both from a signal processing and a music theory perspective. Harmony identification is considered a problem of great practical importance in the field of Music Information Retrieval.
In the most simple case, the goal of the analysis is to identify the root of the currently played chord.
The root of a chord is the fundamental note on which the chord is built.
Existing approaches to this task either use pitch class distribution optimizations or segmentation approaches.
A limitation of both approaches is that they do not put currently
analyzed chords into the context of preceding chords.
The proposed framework combines the two
approaches mentioned above. It consists of
three major modules: Module 1 analyses the pitch class distribution of audio frames. Module 2 segments the audio stream. Module 3 interprets the retrieved data in the context of previously analyzed audio frames.
At least two different instantiations are presented and analyzed for each module.
Thus several audio analysis techniques, several segmentation approaches and different Hidden Markov Models are analyzed.
The evaluation tasks are performed on one piece of music by Chopin and
several tracks by The Beatles.
Eckoldt, D.
-
Silencers for exhaust gas stacks of a power station [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
D. Eckoldt, M. Krämer and J. Hemsing
[A]
9 MW oil burning engines are not only producing energy but also waste gas and noise. The waste gas stacks are equipped with high attenuation silencers. In order to fulfil the acoustic requirements in the low frequency range too, a combination of reactive silencers and porous absorbers is installed. The gas temperature is about 280C and the required attenuation is more than 40 dB in all octave bands including the 31 Hz band. The poster presents the principle of the solution and the acoustic results measured both at the construction site and under operation.
-
Noise reduction and anechoic linings in aeroacoustic wind tunnels [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
A. Lecheler, G. Babuke, P. Brandstätt and D. Eckoldt
[A]
The increasing demand for noise reduction and sound design at vehicles requires adequate test conditions in wind tunnels and test beds. The Fraunhofer IBP has developed a special broadband resonant absorber that shows high absorption efficiency down to 20 Hz with a total lining thickness of only 250 mm and an even surface. This Broadband Compact Absorber has been applied in silencers and linings at the duct and plenum walls to the wind tunnels of Audi in Ingolstadt, at DaimlerChrysler in Auburn Hills and the plenum of the wind tunnel of PSA, Renault and CNAM in Paris. The paper will present the construction, layout and performance of these new absorbers together with measurements showing the freefield conditions achieved in these large facilities.
Ecotière, D.
-
Determination of the equivalent source height of Strasbourg's tramway with a two-microphone technique [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
G. Dutilleux, A. Salvucci and D. Ecotière
[A]
Equivalent source height is an important parameter for accurate predictions of the impact of new transportation infrastructures. It has been shown recently that it is possible to obtain in situ the source height of passenger cars by a method based on the interferences between two microphones. Passenger cars are a represented by a single point source. The present papers shows first that the measurement principle can be generalized to a rectilinear distribution of point sources. The distribution is supposed to be parallel to a flat homogenegous ground. A supplementary hypothesis is that the relation between the amplitudes of the different sources involved is known. A measurement system based on this principle is outlined. The underlying uncertainty and the parameter sensitivity of the method is investigated. The method is applied to experimental data from tramways. For this kind of vehicules, the obtained equivalent source height appears to be located very close to the ground, which is coherent with expectations.
-
Meteorological effects on long-range propagation: evaluation of the long term sound level using statistical analysis [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
D. Ecotière, B. Gauvreau and Y. Brunet
[A]
The temperature and wind gradients influence on long-range sound propagation is a well known subject. But at present, it is very difficult to estimate a reliable long term sound level from one measured on a short period. This paper presents some statistical distribution properties of theoretical sound levels created by a point source over 29 years.
The method is based on the coupling of a meteorological model with a model of sound propagation. A serie of standard micrometeorological data, either provided by local meteorological offices or measured on a long term monitoring experimental site (St Berthevin, France), is used to simulate hourly profiles of sound celerity vertical gradients over a very long period, and their set of hourly sound attenuations.
The statistical distribution of equivalent sound levels is studied for different periods of reference over a long period (29 years): one day, one night, one hour. The analysis provides typical cumulative statistical distribution of sound levels which can be used to appreciate the 'long term quality' of experimental data (for measurement conditions close to the theoretical ones). A regression statistical model, based on a polynomial decomposition of the sound energy, is also obtained and supplies some help on estimating a long term equivalent sound level from the value of one of the reference period.
Ederer, H.-J.
-
Untersuchungen zur Schallemission von Freizeitanlagen [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
H.-J. Ederer
[A]
Das Sächsische Landesamt für Umwelt und Geologie hat 2001/2002 ein Forschungs- und Entwicklungsprojekt unter dem Thema 'Sächsische Freizeitlärmstudie' initiiert. Im Rahmen dieser Studie waren Untersuchungen der Geräuschemissionen ausgewählter Freizeiteinrichtungen und Freizeitaktivitäten durchzuführen, sowie Berechnungsverfahren zur schalltechnischen Prognose der daraus resultierenden Geräuschimmissionen in der Nachbarschaft zu erarbeiten. Neben Freiluftkonzerten, Rummelplätzen und Volksfesten wurden unter anderem Anlagen für Modellfahrzeuge und -flugzeuge, Hundedressurplätze, Abenteuerspielplätze, ortsfeste Wasser
skianlagen sowie Sommerrodelbahnen untersucht. In dem Vortrag soll sowohl eine Übersicht über die gewonnenen Meßergebnisse ausgewählter Anlagen gegeben als auch über die Probleme bei der Verifizierung berichtet werden.
-
Schalleistungsmessungen an Kirchgeläuten [DAGA 2005 (München)]
H.-J. Ederer
[A]
Im Zusammenhang mit der Erneuerung des Geläutes einer kleineren Kirche sollte die zukünftige Lautstärke für einen weiter entfernten Immissionsort beurteilt werden. Da einerseits das vorhandene Hartgußgeläut in einem Stahlstuhl gegen ein Bronzegeläut in einem Holzstuhl ersetzt, andererseits die derzeitige horizontale Hängung gegen eine vertikale Anordnung verändert werden soll, wurden an je zwei Hartguß- und zwei Bronzgeläuten der Grundtöne b' / as' / f' Messungen des Schalleistungspegels im Nah- und Fernfeld vorgenommen. Die Vorgehensweise und Ergebnisse sollen vorgestellt werden.
Efinger, S.
-
Eigengeräusche von Mikrofonschwenkanlagen
S. Efinger and L. Weber
[A]
Bei bauakustischen Messungen erfolgt die räumliche Mittelung des Schallpegels in den Messräumen üblicherweise mit Hilfe von Mikrofonschwenkanlagen, bei denen das an einem Schwenkarm befestigte Mikrofon durch einen Motor auf einer geneigten Kreisbahn bewegt wird. Motor und Getriebe erzeugen jedoch Eigengeräusche, die bei sensiblen Messungen wie z. B. akustischen Untersuchungen an haustechnischen Installationen oder Messungen an hochschalldämmenden Konstruktionen, nicht unerhebliche Störungen hervorrufen können.
Es wurden verschiedene Typen von Mikrofonschwenkanlagen unterschiedlicher Hersteller auf ihre Geräuschentwicklung untersucht. Hierbei wurden Probleme bei der Motorkapselung, durch Reibungsgeräusche des Antriebsriemens sowie durch Brems- und Beschleunigungsgeräusche bei Umkehr der Bewegungsrichtung festgestellt. Des weiteren erwiesen sich das Ausbalancieren von Mikrofon und Schwenkarm und die Führung des Mikrofonkabels als wichtige akustische Einflussgrößen. Es wird über die gewonnenen Erfahrungen und die unter verschiedenen Betriebs- und Aufstellungsbedingungen gemessene Schallabstrahlung berichtet.
Eggenschwiler, K.
-
Modellmessungen an einer Überdeckung und Teilüberdeckung einer Autobahn [DAGA 2000 (Oldenburg)]
K. Eggenschwiler, K. Heutschi and N. Lüthi-Freuler
[A]
Im Rahmen der Lärmsanierung an der Autobahn A1 in Neuenhof, Schweiz ist eine Überdeckung und eine Teilüberdeckung (Galerie) vorgesehen. In den Portalbereichen und in der einseitig offenen Galerie sind schallabsorbierende Verkleidungen notwendig, um Pegelerhöhungen auf Grund von Reflexionen zu vermeiden. Mit Berechungsmodellen konnten die komplexen Ausbreitungsverhältnisse nicht exakt ermittelt werden. Für das Auflageprojekt wurde deshalb für die Verkleidung mit Erfahrungswerten gerechnet. Um die Lage und das Ausmass der Schallabsorption für das Detailprojekt zu optimieren, wurden Messungen in Modellen im Massstab 1:16 durchgeführt. Für die Portalbereiche der Tunnel wurden entsprechende Modelle angefertigt. Für die Galerie beschränkte man sich dagegen auf einen Systemquerschnitt von 5.60 Meter Breite (im Modell 0.35 Meter). Für die Messung wurde eine Korrelationsmesstechnik mit Maximal-Längen-Folgen eingesetzt. Bei der Auswertung der Impulsantworten wurde die Luftdämpfung berücksichtigt und Reflexionen aus dem Prüfraum entfernt. Es wurden verschiedene Varianten von Verkleidungen an Wänden und Decken in Galerie und Portalbereichen gemessen. Die Modellmessungen ermöglichten im Vergleich zum Auflageprojekt beträchtliche finanzielle Einsparungen.
-
Anforderungen an Beschallungsanlagen für Hörsäle [DAGA 2003 (Aachen)]
K. Eggenschwiler and K. Baschnagel
[A]
Bei einer bestimmten Grösse von Unterrichtsräumen ist der Einsatz von Beschallungsanlagen erforderlich. Bei solchen Anlagen werden zwar in der Regel technisch hochwertige Komponenten eingesetzt. Leider sind die erzielten Resultate trotzdem häufig unbefriedigend. Dem Pflichtenheft und dem Beschallungskonzept mit seinem Zusammenspiel von Nutzung, Raum- und Elektroakustik wird viel zu wenig Bedeutung zugemessen. Im Vortrag werden die Anforderungen an solche Anlagen erläutert und das richtige Vorgehen bei Planung und Realisierung dargestellt. Anhand von Fallbeispielen werden Beschallungskonzepte gezeigt welche eine maximale Sprachverständlichkeit bei guter Klangtreue und richtiger Ortung der Originalquellen gewährleisten. Schliesslich folgt ein Hinweis auf Höranlagen für Hörbehinderte. Die Ausführungen stützen sich auf die Empfehlungen der Schweizerischen Gesellschaft für Akustik SGA: ''Beschallungsanlagen für Sprache''.
-
Einige Ergebnisse von raumakustischen Vergleichsmessungen in der Schweiz [DAGA 2005 (München)]
K. Eggenschwiler and R. Machner
[A]
In einem Raum von 1500 m mit einer Beschallungsanlage wurden Vergleichsmessungen raumakustischer Parameter und Masse für die Sprachverständlichkeit durchgeführt. Die zu messenden Parameter waren die Nachhallzeit T und T im Mittelwert über den ganzen Raum, die Sprachverständlichkeitsindizes STI, STI(mod), STI(male), STI(female), RASTI und Alcons, der Frequenzgang in Terzbändern und raumakustische Parameter nach ISO 3382 an verschiedenen Positionen. Die Streuung der Messergebnisse erwies sich zum Teil als recht gross. Soweit Ursachen erkannt werden konnten, sind es zwei Faktoren, die zur Streuung beitrugen. Einerseits machte offenbar den Teilnehmern die Situation mit den manchmal starken Störgeräuschen zu schaffen. Es wurde oft zu wenig auf einen genügenden Abstand von Nutzsignal zu Störgeräusch geachtet. Weiter fielen einzelne Teilnehmer auf, bei welchen die Ergebnisse bei gewissen Messungen sehr stark von denjenigen der anderen Teilnehmer abweichen, zum Teil verursacht durch falsche Einstellung der Messgeräte. Bei der Analyse der Messungen wurden die Standardabweichungen verglichen mit der Wahrnehmbarkeitsschwelle. Wenn die Daten der wenigen, aber stark auffälligen Teilnehmer eliminiert wurden, ergaben sich zum Teil deutlich kleinere Streuungen, mit Standardabweichungen die öfter im Bereich der Wahrnehmbarkeitsschwelle liegen.
-
Nicht-virtueller raumakustischer Spaziergang [DAGA 2007 (Stuttgart)]
K. Eggenschwiler
[A]
Erfreulicherweise verfügen wir heute über immer bessere Computer-Hilfsmittel für die Lehre der Akustik. Visualisierung und Auralisation helfen im Unterricht und vor allem auch beim Selbststudium. Echte akustische Erlebnisse haben aber besonders in der Raumakustik Vorteile: das Gehörte und Erlebte ist authentischer, die Diskussion lebendiger, die Wirkung nachhaltiger. Im Rahmen der Wahlfach-Vorlesung 'Raumakustik' für die Architektur-Studierenden der ETH Zürich wird ein raumakustischer Spaziergang angeboten, bei dem der Vorlesungsstoff erlebbar wird. Auf dem Gelände und in den Räumen der Empa in Dübendorf werden verschiedene akustische Effekte zwischen den Polen Freifeld / Diffusfeld demonstriert. Im Freien werden zwischen den Gebäuden Echo, Flatterecho und Sirren einer Wellblechfassade vorgeführt, ergänzt mit Demonstrationen in zwei reflexionsarmen Räumen. Als Gegensatz dazu wird der Hallraum besucht. In einem kleinen Raum wird ausführlich mit Eigenmoden experimentiert. In der grössten Prüfhalle der Empa wird die Akustik einer grossen Kathedrale erlebbar, und es wird in diesem halligen Raum die unterschiedliche Sprachverständlichkeit von zwei Beschallungsanlagen (Rundquelle / gerichteter Lautsprecher) fürs Gehör und messtechnisch demonstriert. Die Studierenden sollen auf dem Rundgang allgemein die Aufmerksamkeit auf das Hörerlebnis richten, besonders wenn zur Ergänzung der erwähnten Stationen normale Räume an der Empa wie Büro, Treppenhaus, Sitzungszimmer, Personalrestaurant, Vortragssaal und Mehrzwecksaal (inkl. Beschallung) besucht und zum Teil an Hand von Messdaten diskutiert werden.
Egger, B.
-
Über die optische Analyse von Hochgeschwindigkeitsaufnahmen [DAGA 2006 (Braunschweig)]
B. Egger and H. Pastillé
[A]
Bei beweglichen Teilen sind geringe Unregelmäßigkeiten im Bewegungsablauf oft Anlass für unerwünschte, meist tieffrequente Geräusche oder deren Modulationen. Zur optischen Analyse solcher Schwingungsvorgänge, können neben der bekannten Laser-Doppler-Vibrometrie auch Hochgeschwindigkeitskameras eingesetzt werden. Die dadurch erzielten Aufnahmen von bis zu 10.000 Bildern pro Sekunde ermöglichen eine Analyse dieser akustisch relevanten Unregelmäßigkeiten und Störungen bewegter Teile, die mit freiem Auge nicht mehr zu erkennen sind.
Im Rahmen dieses Beitrags soll ein Analyseverfahren vorgestellt werden, das es ermöglicht, relevante Größen aus einer Hochgeschwindigkeitsaufnahme zu extrahieren. Dadurch ist eine genaue Geräuschlokalisation und eine Analyse der entsprechenden Frequenzen möglich. Neben der Geräuschanalyse eignet sich dieses Verfahren ebenso für eine Überprüfung von Gleichlaufeigenschaften beweglicher Teile.
Die Entwicklung dieses Systems basiert auf dem Beitrag ''About the use of high-speed-cameras in acoustics'' (H. Pastillé, DAGA'04).
Egger, J.
-
Zur Akustik im Dom zu St. Stephan in Wien [DAGA 2006 (Braunschweig)]
M. Fellner, F. Graf, G. Graber, J. Egger and T. Rohde
[A]
Akustik und Aufführungspraxis im Dom zu St. Stephan erfuhren im Laufe der Geschichte einige Veränderungen, die u.a. durch verschiedene musik- und baugeschichtliche Aspekte geprägt sind. Dies führte dazu, dass sich der Liturgiemusizierplatz heute im Friedrichsschiff nahe der Rieger-Orgel befindet. In der Regel ist bei Konzerten der Platz für Chor und Orchester ebenfalls im Friedrichsschiff vorgesehen. Selten wird bei Konzerten vor dem Volksaltar musiziert. Bei kleineren Konzerten ohne Orgel wird auch im Wr. Neustädterschiff musiziert.
Die akustische Situation im Friedrichsschiff ist insofern problematisch, als die Schallabstrahlung sowohl für die Ausführenden als auch für die Zuhörenden durch die räumliche Anordnung zu einer ungünstigen Hörsituation führt, da die Klangausbreitung durch Säulen u.ä. stark beeinflusst wird. Dadurch wird sowohl die subjektive Wahrnehmung von Chor, Orchester und Solisten während des Musizierens als auch das Klangerlebnis der Zuhörenden mitunter stark beeinträchtigt.
Dir vorgestellten Arbeiten dienten zur wissenschaftlichen Bearbeitung und Dokumentation der gegenwärtigen akustischen Situation im Dom zu St. Stephan, in dem die wissenschaftlichen Grundlagen für eine Verbesserung der akustischen Situation im Dom erarbeitet wurden. Dazu gehört u.a. die Erhebung der verschiedenen Anforderungen sowie eine umfassende musikalisch-akustisch-technische Bestandsaufnahme zur Erfassung der Feinstruktur des Schallfeldes. Dazu wurde ein eigenes Visualisierungs-Tool zum visuellen Vergleich der großen Datenmengen entwickelt. Die Elektroakustik wurde im Projekt nicht betrachtet.
Mit Hilfe von akustischen Simulationen wurden Möglichkeiten zur Optimierung der Musizier- und Hörsituation im Dom zu St. Stephan erarbeitet, insbesondere die Musiziersituation im Friedrichschiff.
Ziel war die Untersuchung von Maßnahmen für eine bessere Klangabstrahlung. Dazu wurden vorwiegend unterschiedliche Varianten von Podestformen und Podestaufstellungen untersucht.
-
Entwicklung eines verputzten Zelluloseabsorbers [DAGA 2006 (Braunschweig)]
G. Graber, H. Drotleff, J. Egger, P. Häupl, H. Hengsberger, P. Kautsch, W. Lackner, H. Petzold, R. Plagge, R. Schmied and X. Zhou
[A]
Im Rahmen von abgeschlossenen Forschungsprojekten wurde die überwiegend als Einblasdämmstoff verwendete Altpapierzellulosedämmung zu einem tragfähigen, verputzbaren Wandsystem entwickelt, das als thermische Innendämmung ohne Dampfsperre einsetzbar ist. Dabei wurden die positiven Eigenschaften des Materials weiterentwickelt, so dass ein tragfähiger und mittels Spezialputz verputzbarer Dämmkörper zur Verfügung steht.
Der Vortrag berichtet über ein laufendes Projekt, in dem der verputzbare Zellulosedämmkörper zu einem akustischen Absorber weiterentwickelt wird, der vor allem im mitten- und tieffrequenten Bereich wirksam sein soll. Basierend auf dem Prinzip des klassischen Schlitzabsorbers wird auf einer 5 bis 6 cm dicken vor Ort aufgespritzten Zelluloseschicht ein zweischichtiges Putzsystem aufgebracht, das - als Innovation bei Schlitzabsorbern - auch mit einer fugenlosen Oberfläche ausgeführt werden kann. Damit wird dem Bedarf vieler Planer nach 'Unsichtbarkeit' der akustischen Maßnahmen bei gleichzeitiger Bedämpfung tiefer Frequenzen Rechnung getragen. Aufgrund des positiven hygrothermischen Verhaltens kann der verputzte Zelluloseabsorber auch an der Innenseite von Außenwänden eingesetzt werden, wo konventionelle Absorber Probleme mit unzulässiger Wasserdampfkondensation hervorrufen können. Der neuartige Absorber ist auch auf unebenen oder gekrümmten Wänden oder Decken applizierbar. Der Einsatz des verputzten Zelluloseabsorbers zur akustischen Sanierung eines Klassenzimmers wird vorgestellt.
-
Die Nachhallakustik großer langgestreckter Räume [DAGA 2006 (Braunschweig)]
G. Graber, P. Gutmann, M. Fellner, F. Graf, T. Rohde and J. Egger
[A]
Im Rahmen des Projekts 'Zur Akustik des Doms zu St. Stephan in Wien' wurden umfangreiche raumakustische Messungen durchgeführt. Für die im Projekt notwendige ortsabhängige Darstellung der unterschiedlichen akustischen Parameter wurde eigens ein Visualisierungstool entwickelt.
Bei der ortsabhängigen Darstellung der Nahhallzeit ist aufgefallen, dass diese nicht wie erwartet mehr oder weniger im gesamten Kirchenschiff konstant ist - so wie es auch die erste raumakustische Simulation vermuten ließ - sondern dass mit zunehmender Entfernung von der Schallquelle ein gleichmäßiges Ansteigen der Nachhallzeit zu beobachten war. Der Vortrag zeigt mit den umfangreichen Möglichkeiten des Visualisierungstools wie dieses Phänomen zustande kommt und erklärt werden kann.
Eggert, U.
-
Wirkung von arbeitsplatztypischen tieffrequenten Geräuschen [DAGA 2002 (Bochum)]
M. Schust and U. Eggert
[A]
Nach bisherigem Erkenntnisstand bewirkt tieffrequenter Schall, sobald er die Hörschwelle erreicht, dieselben Streßreaktionen wie sie vom mittelfrequenten Hörschall bekannt sind. Hinzu kommen subjektive Beschwerden wie Druck auf den Ohren und Schwingungsgefühl. Tieffrequenter Schall soll besonders ermüdend und konzentrationsmindernd wirken. In einer experimentellen Studie sollte die Frage untersucht werden, ob tieffrequenter Schall gegenüber mittelfrequentem Schall spezifische Wirkungen aufweist. 12 männliche Probanden wurden im Labor wiederholt für kürzere (3 min) oder längere Zeit (48 min) binaural aufgenommenen und wiedergegebenen Praxisgeräuschen von 70 dB(A) ausgesetzt (tieffrequent: Schiffsführerstand Lp = 104 dB(lin), mittelfrequent: Maschinenraum Lp = 72 dB(lin) - quasi rosa Rauschen). Die Probandengruppe war bezüglich Alter, Hörfähigkeit und Lärmempfindlichkeit homogen. Mittels intermodalem Vergleich erfasste man subjektive Urteile zur Lautheit und Lästigkeit und zu verschiedenen subjektiven Beschwerden. Über die gesamte Versuchsdauer wurden folgende Größen registriert: Fingerpulsamplitude, Elektrodermale Aktivität, EKG und Blutdruck. Die Probanden führten während der 48-minütigen Exposition Leistungstests aus (''Vigilanz'' und ''Signalerkennung'' mit Wiener Testsystem). Trotz gleichen A-bewerteten Schalldruckpegels wurde das tieffrequente Geräusch signifikant lauter beurteilt als das mittelfrequente Geräusch (p-Wert 0,012). Die Lästigkeit des tieffrequenten Geräusches war nur in der Tendenz größer (nicht signifikant). Weitere Ergebnisse zum Befinden, zu den physiologischen Größen und den Leistungstest sollen diskutiert werden.
-
Telephonie und Schwerhörigkeit - Erste Ansätze zur Bewertung von Störgrößen die auf der Empfangsseite erzeugt werden
J. Krebber and U. Eggert
[A]
In modernen Telekommunikationsnetzen treten eine Vielzahl von unterschiedlichen Störgrößen auf. Diese Störgrößen können ganz unterschiedlicher Natur sein, wie z.B. das stationäre Leitungsrauschen oder zeitveränderliche Paketverluste bei Voice over Internet Protocol (VoIP) Übertragungsstrecken. Alle Störgrößen tragen in einem bestimmten Umfang zur wahrgenommen Qualität einer Telefonübertragungsstrecke bei, sei es nun durch ''Ausbleiben'' oder Vorhanden sein einer entsprechenden Störgröße.
Um den qualitativen Einfluss von Störgrößen zu bestimmen oder vorherzusagen gibt es unterschiedliche Modelle. Die bislang verwendeten Modelle sind ausschließlich für normal hörende Personen aufgestellt und überprüft worden, nicht jedoch für Schwerhörige. Dieser Beitrag schildert Versuche und Ergebnisse zur Erweiterung der Modelle für Schwerhörige als Benutzergruppe. Der Schwerpunkt der Untersuchung liegt auf den Beeinträchtigungen die auf der Empfängerseite entstehen können, wie z.B. Umgebungslärm ein zu geringer Hörkapselschalldruckpegel oder ein zu Rückhörpfadpegel. Die durchgeführten Versuche werden beschrieben und die gewonnen Ergebnisse diskutiert. Ein Ziel dieses Beitrages soll es sein, erste grundsätzliche Empfehlungen in Bezug auf Schwerhörigkeit und Telephonie aufzuzeigen.
Eggner, T.
-
Vibro-acoustic optimisation process based on hybrid SEA modelling of a trimmed body vehicle [DAGA 2007 (Stuttgart)]
T. Bartosch, G. Müller and T. Eggner
[A]
The hybrid SEA modelling technique based on the well known power injection method is an essential technique which is required for the build up of trimmed body complete vehicle SEA models which are able to predict air- and structure borne noise sources with sufficient accuracy. We outline our MATLAB based modelling and integration techniques which are used in order to build up and validate hybrid AutoSEA models of trimmed body vehicles.
The optimisation task only makes sense with respect to SEA model excitation which represents a realistic load case. Therefore an effective power source estimation process based on a roller dynamometer measurement which is able to determine engine and rolling noise sources is shown. Instead of a transient SEA analysis we use a piecewise stationary approach for the calculation of SEA run-up data.
MAGNA Steyr's vibro-acoustic optimisation process is shown using a compact class vehicle as an example. This process is based on the vibro-acoustic potential analysis which selects the most sensitive model parameters, then calculates the vibro-acoustic potentials and last but not least provides target values of these parameters. It turns out that these data are representing an effective interface between system supplier and material supplier in order to optimise vibro-acoustic concepts and components.
-
Sensitivitätsanalyse und Optimierung der Trimeigenschaften mittels SEA [DAGA 2007 (Stuttgart)]
S. Brandl, I. Hauer, H.-H. Priebsch and T. Eggner
[A]
Auf Grund der ständig wachsenden Anforderungen des Marktes ist eine Verkürzung der Durchlaufzeiten im Entwicklungsprozess ein wichtiges Ziel der Automobilindustrie. Eine Möglichkeit diese Vorgabe zu erreichen ist eine Automatisierung von Optimierungsvorgängen. Die Anwendung mathematisch basierter Optimierungsverfahren kann dabei einen wichtigen Beitrag leisten.
Basierend auf der Statistischen Energie Analyse (SEA) wurden dazu am ACC im Rahmen eines Forschungsprojektes mit MAGNA STEYR Fahrzeugtechnik ein Verfahren zur Unterstützung des Entwicklungsprozesses erarbeitet. Hauptaugenmerk wurde darin auf die Beurteilung und Optimierung des Verhaltens von Ausstattungsteilen gelegt. Dabei wurden die Parameter Absorption, Dämpfung und Schalldämmmaß verwendet um die Ausstattungsteile in SEA geeignet beschreiben zu können.
Für das Identifizieren von Optimierungspotentialen wurde zuerst eine Sensitivitätsanalyse entwickelt. Mit ihrer Hilfe kann eine Reihung geeigneter Maßnahmen zur Reduktion des Innengeräusches durch Veränderungen der Eigenschaften von Ausstattungsteilen erstellt werden. Dadurch wird der Troubleshootingprozess zur Reduktion des Innenraumgeräusches, im Vergleich zum bestehenden Vorgang, systematisiert und vereinfacht, was zu einer Verkürzung der Entwicklungszeiten beiträgt.
Darüber hinaus wurde ein mathematisches Optimierungsverfahren in die vorhandene SEA Umgebung integriert. Dadurch wird es möglich optimale Lösungen für vorgegebene Anforderungen zu berechnen. Dabei können unter anderem Faktoren wie Einbautiefe, Gewicht und Kosten berücksichtigt werden.
Die vorgestellten Verfahren sind programmtechnisch umgesetzt und können nicht nur im Automobilbereich sondern überall, wo SEA Modelle Verwendung finden, eingesetzt werden. Präsentierte Sensitivitätsanalysen und Optimierungen können ab sofort von den Projektpartnern durchgeführt werden.
-
Investigation of Possibilities for Improvement of Hybrid SEA Models with the Integration of Measurement Data [DAGA 2007 (Stuttgart)]
T. Eggner, G. Müller and T. Bartosch
[A]
In order to increase the reliability of analytical SEA models there will be measured parameters as damping loss factors and coupling loss factors integrated into the model to get a hybrid SEA model. This model, based on experimental and geometrical subsystem data, is used for the simulation of the vibro acoustic behaviour.
One of the challenges of the hybrid approach exists in the modelling of so-called triple couplings (fluid structure fluid), especially if only sub-paths of the entire coupling were measured. Here advices to possible modelling strategies are to be given by measurement and simulation comparisons. A second point lights up possibilities for the reduction of the measurement effort: Beside from obviously advantages such as cost and time saving it concerns here mainly the not always ensured measurability of certain SEA subsystems. It is to be analysed by measuring comparisons whether the coupling loss factor determinations can be done by the measurement of only one of the two directions, if certain characteristics of the joined subsystems of the transmission path are known.
By the introduced improvements the integration of the measuring model into the analytic SEA model can increase the prediction quality of the hybrid SEA model
Ehrenpfordt, J.
-
SAW-Resonatoren für die fernabfragbare Funksensorik [DAGA 2000 (Oldenburg)]
S. Klett, W. Buff, M. Rusko, M. Binhack, J. Ehrenpfordt and M. Goroll
[A]
Im Beitrag werden Probleme und Lösungsansätze zum Einsatz von SAW-Resonatoren in der passiven, funkabfragbaren Sensorik beschrieben. Passive Sensoren benötigen keine eigene Energiequelle in Form von Batterien o. ä. Ihre Anregung und Abfrage erfolgt vorteilhaft über einen Funkkanal. Hieraus ergeben sich Einsatzgebiete an rotierenden bzw. schwer zugänglichen Teilen oder Anlagen (SAW-spezifisch auch bei hohen Temperaturen). SAW-Resonatoren können direkt (Ausbreitung der SAW) oder indirekt (elektrische Ankopplung) durch eine Messgröße in ihrem Frequenzverhalten beeinflusst werden und eignen sich wegen ihrer hohen Güte zur Aufnahme und zum Zwischenspeichern von HF-Energie in passiven Telemetriesystemen. Die gegenwärtigen Arbeiten orientieren sich am lizenzfreiem ISM-Band bei 433,92 MHz und an dessen Restriktionen (Bandbreite, Sendeleistung). Vorgestellt werden die Entwurfsarbeiten zu Temperatur-, Druck- und Dehnungssenoren, ausgeführt nach dem Doppelresonatorprinzip zur Unterdrückung von Störungen im Funkkanal. Zum Problem der Identifikation in multiplen Sensorsystemen wurden drei Varianten (MASCOT, RESTAG und OCC) erarbeitet. Ihre Einsatzmöglichkeiten werden diskutiert. Zur Anregung und zum Auslesen der Sensoren wurde eine spezielle Abfrageeinheit entworfen. Diese Einheit detektiert Frequenzänderungen als Messsignal. Alle angeführten Komponenten reihen sich in ein Gesamtkonzept zur passiven Funksensorik ein.
Ehret, G.
-
Auditive Karten im Hörsystem [DAGA 2002 (Bochum)]
G. Ehret
[A]
Auditive Karten sind geordnete räumliche Repräsentationen von Schalleigenschaften (akustische Parameter) und von neuronalen Antwortparametern, die mit akustischen Parametern kovaiieren sollten, in Zentren des Hörsystems. Frequenzkarten (Tonotopien) werden durch die Frequenz-Orts-Transformation in der Cochlea bereits im Innenohr erzeugt und im Wesentlichen bis zum primären Feld der Hörrinde beibehalten. Aus Untersuchungen an Hausmäusen, Mongolischen Rennmäusen, Fledermäusen und Katzen kennen wir weitere Karten im auditorischen Mittelhirn (Colliculus inferior) und auditorischen Cortex. Diese Karten betreffen die Schallparameter Tonhöhe (Amplitudenmodulationsfrequenz), Richtung und Geschwindigkeit von Frequenzänderungen, Tondauer und Schallquellenort in der Horizontalebene und die neuronalen Parameter Antwortschwelle, Frequenzabstimmungsschärfe, Antwortlatenz und Frequenzauflösungsvermögen (Frequenzgruppenbreite). In meinem Beitrag wird die Frage diskutiert, ob sich diese Karten bereits zur Generierung von auditiver Wahrnehmung eignen oder eher Analyseschritte des Hörsystems darstellen, die eine variable Kombination von kartierten Eigenschaften zur Wahrnehmung komplexer auditorischer Objekte vorbereiten. Beispiele für letztere Hypothese liefern Untersuchungen zu perzeptiven Karten in höheren Feldern des auditorischen Cortex einer echoortenden Fledermaus.
Ehrlich, J.
-
Messung akustischer Materialeigenschaften mit einem Wasserschallrohr nach dem Stehwellenprinzip [DAGA 2000 (Oldenburg)]
J. Ehrlich
[A]
Stehwellenrohre (Kundt'sche Rohre) sind Standardgeräte zur Messung von Schallgeschwindigkeiten in Luft. Die meisten Festkörper lassen sich jedoch in einem Wasserschallrohr prinzipiell besser vermessen, da der akustische Wellenwiderstand von Wasser viel näher an dem Wellenwiderstand der Festkörper liegt. Dafür bereiten Stehwellenmessungen in Wasser grundsätzlich wesentlich größere technische Schwierigkeiten als Messungen in Luftschallrohren. Mit einem wassergefüllten Stehwellenrohr wurden Schallgeschwindigkeit und Verluste unterschiedlicher Elastomer-Materialien im Frequenzbereich von 2 kHz bis 10 kHz bestimmt. Die Ergebnisse wurden durch Auswertung der Übertragungsfunktion zwischen zwei fest installierten Hydrofonen gewonnen (Zweipunktmethode). Sie werden mit Modellrechnungen verglichen, die auf der Extrapolation von DMTA-Messungen beruhen. Bei den Messungen traten Störungen durch verschiedene Effekte auf, die bei Luftschallrohren geringere Probleme bereiten. Dazu zählen die longitudinale Rohrwandwelle, Störungen durch Luftblasen an der Probe und am Rohrabschluss sowie Reflexionen an den Hydrophonen. Das Schallmeßrohr wurde konstruktiv verändert, um die Störungen zu reduzieren und reproduzierbare Ergebnisse zu bekommen. Es wird ein neues Stehwellenrohr mit verbesserter Konstruktion vorgeschlagen, mit dem die Störungen der Messung besser unterdrückt werden können.
-
Akustische Rückstreuung getauchter Strukturen mit schallabsorbierender Beschichtung: Experiment und numerische Modellierung [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
J. Ehrlich and H. Peine
[A]
Der Entwurf akustischer Absorber für Wasserschall beruht auf Rechnungen mit unendlich ausgedehnten ebenen Platten bei senkrechtem Schalleinfall. Daraus lässt sich bei Kenntnis der Materialparameter die Eingangsimpedanz einer beschichteten Struktur berechnen. Für eine reale Struktur wird dabei die Krümmung und der nichtsenkrechte Schalleinfall vernachlässigt. Um den Einfluss dieser Faktoren zu untersuchen, wurde ein luftgefüllter Stahlzylinder halbseitig mit einer absorbierenden Beschichtung verkleidet. In einem Freifeld-Experiment unter Wasser wurde die akustische Rückstreustärke (Zielmaß) des Zylinders sowohl auf der beschichteten als auch auf der unbeschichteten Seite im Frequenzbereich von 10 kHz bis 20 kHz gemessen. Zusätzlich wurde das akustische Nahfeld auf beiden Seiten mit einzelnen Hydrofonen im Frequenzbereich von 3 kHz bis 14 kHz vermessen. Mit dem Boundary-Elemente-Programm SYSNOISE wurden die Messungen numerisch simuliert. Dazu wurde der Zylinder auf den beschichteten Oberflächenteilen mit einer komplexen Impedanz belegt, die aus der Näherung mit unendlichen Platten entnommen wurde. Die Ergebnisse der numerischen Simulationen von Zielmaß und Druckverteilung im Nahfeld werden mit den Messergebnissen verglichen.
-
Freefield Measurements of Radiated and Structure Borne Sound of a Ship [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
V. Nejedl, J. Ehrlich and C. Kubaczyk
[A]
The radiated underwater sound of technical structures into the far field is of widespread interest, especially for naval ships. A part of the radiated field is caused by structure borne sound excited by the ship's vibrational sources (engines, pumps etc). Actually, there is no reliable physical model that describes the relation between source properties inside the ship and the radiated sound into the far field. Therefore a concept for the identification and quantification of the essential effects is needed.
The paper describes the investigation concept and the experimental configuration for the simultaneous measurement of both, the structure borne sound and the radiated sound of a ship. The trials were carried out with the research vessel 'PLANET' in the Celtic Sea. The structure borne sound was measured using up to 18 accelerometers placed on several aggregates and frames along the ship. For the measurement of the radiated sound field an autonomous, buoyant vertical line array was used. In addition to the ships sound sources, defined signals were generated by two self mounted shakers. The evaluation of the experimental data focusses on the identification of the dominating sound sources and their relations to the radiated field. Selected results as well as essential problems will be discussed.
-
Numerische Modellierung der Schallausbreitung im Zeitbereich mit akustischem Propagator und absorbierenden Randbedingungen [DAGA 2008 (Dresden)]
J. Ehrlich
[A]
Zur numerischen Modellierung der Schallausbreitung im Zeitbereich haben sich finite Differenzen Verfahren im Zeitbereich (FDTD) bewährt. Ein Nachteil dieser Methoden ist die Kopplung von Diskretisierungslänge und Zeitschrittweite, die zu sehr geringen Zeitschrittweiten führt. Der Ansatz des akustischen Propagators, der die Zeitentwicklung von Systemen mit stationären Parametern beschreibt, lässt auf Finite Differenzen Netzen theoretisch unbegrenzte und praktisch sehr viel größere Schritte zu als die FDTD Verfahren und führt somit zu erheblichen Einsparungen bei der Rechenzeit. Der akustische Propagator wird in einer Reihe mit Tschebyscheff Polynomen entwickelt. Wie bei finiten Differenzen können Reflexionen vom Rand des Rechengebietes durch eine Perfectly Matched Layer Randbedingung (PML) effektiv unterdrückt werden. Das Verfahren erlaubt es, akustische Quellen direkt mit in die Entwicklung einzubeziehen und Gebiete mit unterschiedlichen Materialparametern (z.B. Wasser, Luft) zu modellieren. Zur Berechnung großer, auch dreidimensionaler, Gebiete wird für die Berechnung der Zeitentwicklung auf die Erstellung einer großen Systemmatrix verzichtet und die Gleichungen werden für jeden Zeitschritt auf Zeilenniveau berechnet, um Speicherplatzprobleme zu vermeiden.
Eichelhard, O.
-
Validations on the acoustic behavior of a passenger car cavity by FE Simulations [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
O. Eichelhard, D. Jennewein and H. Flötke
[A]
The FE modelling of the acoustic behavior of a passenger car cavity was validated. Therefor, acoustic transfer functions from several loudspeakers to a grid of multiple microphones inside a car were measured for different boundary conditions. First all the interior components were removed from a production vehicle. Next single components like seats and interior trimm parts were added. The differences of the measured transfer functions were compared versus FE simulations of corresponded modells. This lead to informations how to modell the acoustic behavior of such components.
Eichenlaub, C.
-
Berechnung von Motorrauigkeiten [DAGA 2002 (Bochum)]
N. Springer, T. Ronnebaum, C. Eichenlaub and A. Puzik
[A]
Durch Modulationen hervorgerufene zeitliche Effekte spielen bei der Geräuschwahrnehmung eine große Rolle. Zur Beschreibung dieser Phänomene werden i.a. die psychoakustischen Parameter Rauhigkeit und Schwankungsstärke verwendet. Von diesen Parametern wird der Modulationsfrequenzbereich zwischen 15 und 40 Hz jedoch nur schwach bewertet. Modulationen in diesem Frequenzbereich spielen aber insbesondere für die empfundene Rauhigkeit von Motorgeräuschen im Fahrzeuginnenraum eine wichtige Rolle. Deshalb wurde ein Berechnungsmodell entwickelt, das speziell auf die Rauhigkeit von Motorgeräuschen in diesem Modulationsfrequenzbereich abgestimmt ist. In Hörversuchen wurden Fahrzeuginnenraumgeräusche von Experten aus der Motorgentwicklung in Paarvergleichen nach ihrer Rauhigkeit beurteilt und mit der BTL-Methode auf einer Intervallskala angeordnet. In diesem Beitrag wird das Berechnungsmodell für die Motorrauhigkeit vorgestellt. Die Ergebnisse der subjektiven Beurteilung werden mit den Berechnungen verglichen.
-
Das Normungsvorhaben zur direkten Vermessung der Schienenrauheit [DAGA 2006 (Braunschweig)]
C. Eichenlaub and N. Meunier
[A]
Die Schallemission von Eisenbahnfahrzeugen wird über einen weiten Bereich der Fahrgeschwindigkeiten von der Geräuschentstehung am Rad-Schiene-Kontakt bestimmt. Verschiedene Untersuchungen haben gezeigt, dass diese durch die Gesamtamplitude der Oberflächenrauheiten von Rad und Schiene und ihre spektrale Verteilung festgelegt wird. Um den Einfluss des Fahrweges bei der Messung von Schienenfahrzeuggeräuschen zu minimieren, geben die technischen Spezifikationen für Interoperabilität (TSI's) Obergrenzen für Schienenrauheiten des Referenzgleises an, bis zu der Typtests durchgeführt werden können. Im Bezug auf diesen TSI's wurde festgestellt, dass das in der Norm ''DIN EN ISO 3095:2005-11 Messung der Geräuschemission von spurgebundenen Fahrzeugen'' beschriebe Mess- und Auswerteverfahren der Schienenfahrflächenrauheit genauer und ausführlicher spezifiziert werden muss. Zu diesem Zweck wurde von dem europäischen Komitee für Normung (CEN) TC 256, WG 3 2005 im Auftrag der europäischen Kommission ein Normentwurf erarbeitet, der Datenerfassung und -verarbeitung regeln soll. Der Vortrag stellt diesen Normentwurf vor.
-
Die Neufassung der DIN EN ISO 3381 zur Geräuschmessungen in spurgebundenen Fahrzeugen [DAGA 2006 (Braunschweig)]
F. Krüger and C. Eichenlaub
[A]
Die Norm Geräuschmessungen in spurgebundenen Fahrzeugen (ISO 3381:2005); Deutsche Fassung EN ISO 3381:2005 regelt zukünftig die Erfassung von
Schienenfahrzeug-Innengeräuschen. Gegenüber der Ausgabe von 1975, dem Entwurf der Neufassung von 2001 und der DIN 45638 ist die neue Norm umfangreicher
und präziser. Neben einzelnen Änderungen der Messgrößen und Messprozeduren enthält die neue Norm eine erheblich erweiterte Beschreibung der
einzuhaltenden Randbedingungen um die Sicherheit des Messergebnisses zu verbessern. Durch die Festlegung eines Mindeststandards des zu befahrenden
Fahrweges wird der Einfluss nicht zum Fahrzeug gehörender Nebenbedingungen gegenüber älteren Messvorschriften minimiert. Im Vortrag werden die
wesentlichen Inhalte dargestellt sowie Vergleiche zu älteren Vorschriften gezogen.
-
Die Neufassung der DIN EN ISO 3095 zur Messung der Geräuschemission von spurgebundenen Fahrzeugen [DAGA 2006 (Braunschweig)]
F. Krüger and C. Eichenlaub
[A]
Die Norm: Messung der Geräuschemission von spurgebundenen Fahrzeugen (ISO 3095:2005); Deutsche Fassung EN ISO 3095:2005 regelt zukünftig die
Erfassung von Schienenfahrzeug-Aussengeräuschen. Bei dieser Neufassung der Norm wurde besonderer Wert darauf gelegt, einen Mindeststandard des zu
befahrenden Fahrweges festzuschreiben, um die Abhängigkeit des Messergebnis von Randbedingungen, die nicht zum Fahrzeug gehören, zu minimieren. Die Messungen sollen so verlässlichere Aussagen über das Messobjekt liefern. Darüber hinaus gibt es Änderungen und präzisere Vorgaben zu Messgrößen und Messprozeduren.
Im Vortrag werden die wesentlichen Inhalte der Norm dargestellt sowie Vergleiche zur Ausgabe von 1976, dem Entwurf der Neufassung von 2001 und der
DIN 45637 gezogen.
-
Lokalisierung hochliegender Schallquellen an Schienenfahrzeugen [DAGA 2006 (Braunschweig)]
B. Kamp, C. Eichenlaub and L. Krüger
[A]
Bei Schienenfahrzeugen erhalten hochliegende Schallquellen zunehmend Bedeutung, da übliche Schallschutzwände den Schalleintrag in die Umgebung kaum mindern können. Dementsprechend wird die nächste Ausgabe der Schall 03 die Geräuschemission von Schienenfahrzeugen in bis zu drei verschiedenen Quellhöhen auflösen. Um die Schallabstrahlung im oberen Bereich von Fahrzeugen näher kennenzulernen, wurde mit einer akustischen Kamera die lokale Verteilung der Schallabstrahlung eines fahrenden elektrischen Triebzuges untersucht. Dabei wurde besonders das Umfeld des Stromabnehmers und die Bedeutung hochliegender Traktionsausrüstungen betrachtet. Im Vortrag werden Ergebnisse von Fahrten mit mittleren Geschwindigkeiten gezeigt, wie sie im städtischen Umfeld häufig vorkommen und eine Bewertung von Schallminderungsstrategien gegeben.
-
Messvorschrift Kurvengeräusche [DAGA 2008 (Dresden)]
L. Krüger and C. Eichenlaub
[A]
Kurvengeräusche durch bauliche Maßnahmen am Fahrzeug oder am Schienenweg zu reduzieren. Eine Grundvoraussetzung dafür ist die Möglichkeit der Dokumentation und des Vergleichens von Kurvengeräuschen. Die hierbei durchgeführten Messungen folgen in der Regel in ihrer Durchführung der jeweiligen Motivation und sind mangels einer einheitlichen Messdurchführung nicht vergleichbar.
Im Forschungsverbund ''Leiser Verkehr'' wird im Rahmen des Verbundprojektes ''Kurvengeräusche'' eine Messvorschrift entwickelt, die auf die Besonderheiten von Kurvengeräuschen eingeht und in Struktur und Aufbau den Anforderungen einer Norm entspricht. In dem Vortrag werden unterschiedliche Messmotivationen und -situationen dargestellt sowie die daraus abgeleitete Messvorschrift im aktuellen Entwicklungsstand vorgestellt.
-
Vorschriften zur Messung instationärer Kurvengeräusche von Schienenfahrzeugen [DAGA 2008 (Dresden)]
C. Eichenlaub and N. Meunier
[A]
Bei der Geradeausfahrt entstehen Rad-Schiene-Geräusche durch das Abrollen der Radlauffläche auf der Schienenfahrfläche. Dabei wird das Rollgeräusch von der Rauheit der Kontaktflächen bestimmt. Beim Befahren enger Kurven werden dem Abrollen Gleitvorgänge überlagert, die weitere nicht stationäre, zumeist tonhaltige Schallemissionen verursachen.
In der Vergangenheit gab es bereits eine Vielzahl von Einzeluntersuchungen von Kurvengeräuschen, die jeweils der Klärung spezieller Fragestellungen dienten. Der Vortrag stellt anhand von Beispielen dar, wie weit diese Arbeiten untereinander vergleichbar sind und welche Schlüsse für das Abfassen einer einheitlichen Messvorschrift gezogen werden können.
Eine Untersuchung, die auf Basis des im Rahmen des Projekts ''UIC Combatting Curve Squeal'' entstandenen Messvorschriftenentwurfes von TNO durchgeführt wurde, wird vertiefend dargestellt. Insbesondere wird dabei die notwendige Abwägung zwischen einer möglichst einfachen Gestaltung der Messungen und der erzielbaren Qualität der Messdaten untersucht.
Eichfeld, U.
-
Charakterisierung eines Ultraschallskalpells: Akustische Leistung in Wasser und Temperaturerhöhung in Gewebe [DAGA 2002 (Bochum)]
C. Koch, T. Friedrich, U. Eichfeld and N. Stolle
[A]
Ultraschallskalpelle ermöglichen neben minimal invasiver Präparation von Gewebe eine blutungsfreie Durchtrennung von Gefäßen. Die Wirkungsweise beruht auf einer Metallklinge, die von einem Hochleistungsultraschallwandler in longitudinaler Richtung zu Schwingungen angeregt wird. An der Grenzfläche zwischen Klinge und Gewebe treten bei der Anwendung lokal sehr hohe Temperaturen auf, die zu einer Koagulation des Gewebes und zum Verschluss von Gefäßen führen. Gleichzeitig wird allerdings Ultraschall in den Körper des Patienten eingekoppelt, der zu empfindlichen Körperteilen, wie dem Ohr weitergeleitet werden kann. Für eine Einschätzung der Wirkung dieser Schallwellen ist die Messung der akustischen Ausgangsgrößen in Wasser notwendig. Dazu wurde eine Hydrophonmessung in einem 1,5 m großen Tank durchgeführt, wobei sich herausstellte, dass nur für kleine Klingen bei niedrigen Leistungsstufen ein sinnvoller Wert bis ca. 10 W ermittelt werden konnte. In allen anderen Fällen führte Kavitation oder Verdampfung des Wassers an der Klingenoberfläche zu einer Verfälschung der Leistungswerte wobei Werte mit und ohne Kavitation um bis zu einen Faktor von fünf differierten. Die während des Schneidens entstehende Wärme führt auch im benachbarten, unbeteiligten Gewebe zu erhöhten Temperaturen. Um einschätzen zu können, wie groß der einzuhaltende Abstand zu Gefäßen oder Organen sein muss, wurde mit neu entwickelten Temperatursensoren die Temperaturerhöhung in Lungengewebe gemessen. Dabei wurde sowohl in vitro als auch innerhalb eines Tierexperiments in vivo in verschiedenen Abständen zur Klinge und in unterschiedlichen Anwendungssituationen gemessen. Die Auswertung der Messwerte und der Vergleich mit histologischen Untersuchungen ermöglichte es, die Schädigung bzw. Gefährdung des Gewebes quantitativ zu beschreiben und die Ausdehnung der gefährdeten Umgebung festzulegen.
Eichler, M.
-
Entwurf nichtrekursiver Fractional-Delay-Filter mit breitbandig ebener Gruppenlaufzeit [DAGA 2007 (Stuttgart)]
M. Eichler and A. Lacroix
[A]
Fractional-Delay-Filter (FD-Filter) erlauben die zeitliche Verschiebung eines Signals um Bruchteile eines Abtastwertes durch Interpolation. Solche Filter werden u.a. zur kontinuierlichen, breitbandigen Variation von Signallaufzeiten in der Sprachverarbeitung, der Array- und Musiktechnologie eingesetzt. In diesem Beitrag wird ein analytischer Ansatz zum Design von FIR-FD-Filtern vorgestellt, der als Spezialfall den aus der Literatur bekannten Maximally-Flat-Design-Ansatz enthält, welcher auch als Lagrange-Interpolation bezeichnet wird. Im Gegensatz zu diesem kann jedoch durch Optimierung eines zusätzlichen Parameters unter Zugrundelegung eines geeigneten Fehlermaßes der Frequenzbereich annähernd linearer Phase und somit konstanter Gruppenlaufzeit signifikant ausgedehnt werden. Auf diese Weise werden Bandbreiten erreicht, die denen bekannter (rekursiver) Allpass-FD-Filter gleicher Ordnung entsprechen, mit dem Vorteil einer Halbierung des Rechenaufwandes.
-
A Real-Time Full-Duplex Software Environment for Microphone Array Application Development [DAGA 2008 (Dresden)]
M. Eichler and A. Lacroix
[A]
Microphone arrays are widely used in applications such as beamforming, sound field analysis, sound source localization, speaker tracking, noise cancellation and others. Prototyping such applications requires a suitable hardware and software environment capable of multi-channel, real-time, full-duplex processing of audio data. In our institute, an environment has been developed which runs on a Microsoft Windows XP platform, allowing for real-time evaluation of microphone array filter algorithms. New algorithms can be added to the system by implementing them as a satellite DLL, using a generic C++ programming interface which provides access to any number of input and output channels. Multiple filters can be active at the same time. While receiving signals from a microphone array or virtually playing recorded multi-channel data to the algorithm in real time, parameters can be modified and output signals can be made audible or analyzed using oscilloscope and spectrum analyzer functions. In this paper, the underlying concept of the software is presented along with some application examples.
Eichner, M.
-
Ein Toolkit zur Erstellung von Sprachkorpora [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
H. Kruschke, U. Koloska, G. Strecha, M. Eichner, D. Hirschfeld and U. Kordon
[A]
Für alle Disziplinen der Sprachverarbeitung rücken große, nach verschiedenen Kriterien etikettierte Korpora in den Mittelpunkt der Forschungsarbeit. Die Erstellung und Aufbereitung von Sprachkorpora ist jedoch mit erheblichem Aufwand verbunden. Oft stellt man nach der langwierigen Bearbeitung fest, dass der Korpus den inzwischen gewachsenen Anforderungen nicht mehr genügt. Die ständig wachsenden Datenmengen und die stark abweichenden Zielrichtungen (Korpora werden benötigt für automatische Lernverfahren zur Prosodiegenerierung, Phrasierung, zum Anlernen von Spracherkennern und Alignern und für die Inventargenerierung bei der Sprachsynthese) sind nicht mehr manuell beherrschbar. Das Dresdner Corpus-Generation-Kit, bietet kormfortable Unterstützung bei der Korpus-definition, -aufnahme, -aufbereitung und -optimierung. Seine modulare Architektur ist offen für Erweiterungen und Verbesserungen und bietet für verschiedene Bearbeitungsschritte alternative Werkzeuge. Der neue Dresdner Korpus wird für die Nutzung durch Sprachsynthese- und Spracherkennungs-Algorithmen entworfen. Es werden zentrale Komponenten des Toolkits vorgestellt und ein Einblick in die verschiedenen Bearbeitungsstufen des Sprachmaterials gegeben.
-
Anwendung Stochastischer Markovgraphen in einem integrierten Spracherkennungs- und -synthesesytem [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
M. Eichner, S. Ohnewald, M. Wolff and R. Hoffmann
[A]
Moderne Spracherkennungs- und -synthesesysteme weisen zunehmende Ähnlichkeiten hinsichtlich der verwendeten Algorithmen und Datenbasen auf. Ausgehend von dieser Erkenntnis haben wir ein kombiniertes Spracherkennungs- und -synthesesystem entwickelt, das auf der ESSV2000 in Cottbus vorgestellt wurde. Die akustische Modellierung haben wir durch die Verwendung von sogenannten Stochastischen Markov Graphen (SMG) anstatt von HMMs verbessert. In der Literatur wurde bereits die Überlegenheit von SMGs in der Spracherkennung nachgewiesen. Wir haben ein Verfahren zur Zustandsauswahl und Zustandsdauerberechnung entwickelt und konnten durch Experimente eine Verbesserung der Synthesequalität nachweisen. Das System gliedert die Prozesse der Spracherkennung und Sprachsynthese in jeweils vier Verarbeitungsebenen: akustische Analyse und Synthese, akustische Modellierung, Lexikonebene (Graphem-Phonem-Umsetzung und Verarbeitung von Aussprachevarianten) sowie Sprachmodellebene. Wir verfolgen mit unserem Ansatz zwei hauptsächliche Ziele: - Forschung: Entwicklung eines experimentellen Werkzeugs welches eine bessere Einsicht in die Zusammenhänge und Gemeinsamkeiten von Sprachsynthese und -erkennung im Sprachdialog ermöglicht. Ein wesentlicher Aspekt der Forschung ist die Fehleranalyse im Spracherkennungsprozeß durch Resynthese. - Ausbildung: Im Zusammenhang mit unseren Aktivitäten auf dem Gebiet des Teleteaching und der internetbasierten Lehre soll eine Webdemonstration des integrierten Spracherkennungs- und -synthesesytems erstellt werden, welches des Studierenden einen tieferen Einblick und ein verbessertes Verständnis für die Technologien in der automatischen Sprachverarbeitung vermitteln wird. In unserem Beitrag beschreiben und diskutieren wir die Architektur eines integrierten Spracherkennungs- und -synthesesytems und berichten über experimentelle Ergebnisse in der Erkennung und Synthese auf der akustischen Ebene. Wir diskutieren im Detail Aspekte der Anwendung von SMGs anstelle von HMMs in der Sprachsynthese.
-
Stimmaktivierung eines Spracherkenners unter Berücksichtigung prosodischer Merkmale und der Variabilität der Aussprache [DAGA 2005 (München)]
M. Kühne, M. Wolff, M. Eichner, S. Werner and R. Hoffmann
[A]
Einen kritischen Punkt für den praktischen Einsatz von Spracherkennern
stellt die Aktivierung des Systems dar. Viele aktuelle Systeme erfordern
eine 'push-to-talk'-Freischaltung durch den Benutzer. Für die Mehrzahl der
Anwendungen ist eine manuelle Aktivierung jedoch unzweckmäßig. Eine
automatische Freischaltung des Erkenners ermöglicht eine deutlich
ergonomischere Bedienung durch ein komplettes 'hands-and-eyes-free'
Sprachinterface. Üblicherweise werden solche Systeme als
Schlüsselwortdetektoren implementiert, welche den Spracheingabestrom
kontinuierlich nach einem vordefinierten Ansprechwort durchsuchen.
Prosodische Faktoren wie die Stimmmelodie oder die Modellierung der
Aussprachevariabilität des Schlüsselwortes fanden bisher in den Verfahren
zur Stimmaktivierung nur sehr geringe Beachtung.
In einem ersten Schwerpunkt wird ein sprecherunabhängiges Verfahrens zur
Integration prosodischer Merkmale in die Erkennungstrategie vorgestellt.
Basierend auf der Grundfrequenz- und Energiekontur des Schlüsselwortes beim
Ansprechen des Erkenners wurde ein Hidden Markov Modell trainiert. Das
prosodische Modell wurde anschließend zur Überprüfung der
Schlüsselworthypothesen des Kommandoerkenners verwendet. Durch die
Verwendung von Aussprachevarianten des Schlüsselwortes konnte die
Erkennungsleistung leicht gesteigert werden. Die Berücksichtigung
prosodischer Informationen führte zu einer signifikanten Reduzierung der
Fehlerraten, insbesondere der Fehlalarmrate des verwendeten
Kommandoerkenners. Die Erkennungsleistung des prosodischen Modells wurde
mit den Ergebnissen von Versuchspersonen in Hörversuchen bei identischer
Aufgabenstellung verglichen.
In einem zweiten Schwerpunkt wird gezeigt, dass die Modellierung der
Aussprachevariabliltät des Schlüsselwortes die Erkennungsleistung ebenfalls
verbessert kann. Die Aussprachevarianten des Schlüsselwortes wurden mit
Hilfe eines phonetischen Netzwerkes dargestellt, welche automatisch aus
Sprachaufnahmen trainiert werden können. Auf ein entsprechendes
Lernverfahren wird kurz eingegangen.
-
HMM-basierte Klassifikation von Musikinstrumenten des gleichen Typs [DAGA 2007 (Stuttgart)]
M. Eichner and U. Feldmann
[A]
In unserem Beitrag stellen wir ein Verfahren zur automatischen Klassifikation von Musikinstrumenten vor. Im Gegensatz zu anderen Arbeiten auf diesem Gebiet beschäftigen wir uns nicht mit der Bestimmung des Instrumententyps, sondern versuchen ein bestimmtes Instrument innerhalb einer Gruppe von Instrumenten desselben Typs zu identifizieren. Zu diesem Zweck haben wir einen HMM-basierten Erkenner mit verschiedenen Soloanspielen der zu klassifizierenden Instrumente trainiert. Mögliche Anwendungen des Verfahrens sehen wir u. a. in der Qualitätsüberwachung bei der Fertigung von Musikinstrumenten. Ausgangsbasis für diese Untersuchungen bildet eine im Vorfeld erstellte Datenbasis, welche aus Aufnahmen von Solomusikstücken für die Instrumente Konzertgitarre, Geige, Trompete und Klarinette besteht. Für jeden Instrumententyp haben wir 600 Aufnahmen unter den folgenden variierenden Bedingungen durchgeführt: (a) 10 Instrumente, (b) 2 Räume (reflexionsarmer und halliger Raum), (c) 3 Solomusikstücke, (d) 5 Spieler und (e) 2 Wiederholungen. Die Stücke haben eine Länge von ca. 30 sek. und enthalten nur wenige polyphone Stellen. Mit dieser Datenbasis wurden ebenfalls Experimente zur subjektiven Qualitätsbeurteilung von Instrumenten durchgeführt, um die Urteile von Hörern und instrumentell ermittelte Maße in Beziehung setzen zu können. Die HMM-basierte Identifikation eines Instruments aus einer Gruppe von 10
gleichartigen Instrumenten liefert für Gitarren eine Erkennungsrate von ca. 99%, für die Identifikation einer Geige aus zehn Geigen 96%.
Eilers, R.
-
Combined contribution of roughness and sharpness to the unpleasantness of modulated band pass noise [DAGA 2007 (Stuttgart)]
R. Weber and R. Eilers
[A]
In the tradition of the Zwicker school the effect of subjectively judged roughness and sharpness on sensory unpleasantness has been studied in the frequency region from 500 to 3000 Hz. The actual study investigates the combined influence of roughness and sharpness on the unpleasantness in a more lower frequency region using the paired comparison method.
24 signals are synthesized for the test. Eight band pass noises, each two octaves broad, with centre frequencies ranging from 300 to 1500 Hz are amplitude modulated by three different degrees of modulation depths (modulation frequency 70 Hz). All noises are adjusted to the same loudness. In a complete comparison test 20 subjects judge the more unpleasant one of a pair of noises because the noises do not sound extremely well. Every subject performs the 276 comparisons during three test sessions.
The results of these tests will be presented. It was surprising to see that about two thirds of the subjects showd a minimum of unpleasantness in the frequency region around 500 Hz. So an optimal sharpness region exists for them and the unpleasantness does not only increase for higher sharpness but also for lower sharpness values that is for lower frequency noise. (Presumably the presentation will be given in German).
Eisele, G.
-
Fahrzeugaußengeräuschsimulation [DAGA 2006 (Braunschweig)]
N. Alt, K. Wolff, G. Eisele and F. Pichot
[A]
Derzeit ist der Außengeräuschpegel der beschleunigten Vorbeifahrt der einzige gesetzliche Grenzwert für die Fahrzeugakustik. Im Rahmen einer weiteren Geräuschemissionsreduzierung ist eine Verschärfung der Grenzwerte und/oder der Prozedur zu erwarten.
Die Simulation des Vorbeifahrtgeräusches kann die Entwicklungsaktivitäten der Automobilhersteller auf diesem Gebiet unterstützen. Sie basiert auf der Messung der einzelnen Teilschallquellen und der entsprechenden Luftschalltransferfunktionen. Wichtige Teilschallquellen sind z.B. Motor, Ansaugmündung, Abgasmündung und Reifen. Die Transferfunktionen sind von der Position des Fahrzeuges abhängig und werden reziprok gemessen.
In der Simulation werden die einzelnen Anregungen synchronisiert und mit den Transferfunktionen gefiltert. Dadurch wird das Gesamtgeräusch auf die einzelnen Geräuschpfade zurückgeführt und die einzelnen Geräuschpfade können bezüglich Anregung, Übertragungsverhalten und Frequenzgehalt analysiert werden.
Dies ermöglicht eine Konzentration der Entwicklungsarbeiten auf die dominanten Beiträge und die Schwachstellen des Fahrzeugs und Motors.
-
Fahrzeuginnengeräuschsimulation VINS als serienentwicklungsbegleitendes Werkzeug [DAGA 2008 (Dresden)]
P. Genender, K. Wolff, F. Pichot and G. Eisele
[A]
Kurze Entwicklungszeiten bei steigenden Zielwertanforderungen und wachsender Anzahl von Fahrzeugvarianten erfordern im heutigen Automobilentwicklungsprozess die Nutzung effektiver Technologien und Prozesse. Ein innovatives Werkzeug, welches von der FEV Motorentechnik erstmalig strategisch in der NVH-Entwicklung eines neuen Fahrzeuges angewendet wurde, ist die Vehicle Interior Noise Simulation ''VINS''. VINS basiert auf einer analytischen Methode, das gesamte Fahrzeuginnengeräusch matrixartig einerseits in abhörbare Geräuschanteile verschiedener Pfade und andererseits nach dem akustischen Prinzip in Geräuschquelle und mehrgliedrige Transferfunktion aufzuteilen.
In dem hier beschriebenen Fahrzeugentwicklungsprozess wurde der NVH-Entwicklung seitens des Fahrzeugherstellers ein hoher Stellenwert beigemessen. Mit einem neuartigen, serienentwicklungsbegleitenden Einsatz der Fahrzeuginnengeräuschsimulation VINS ist es gelungen, das Gesamtbild des neuen Fahrzeugs positiv mit zu prägen. Die VINS bildet im gesamten Entwicklungsprozess über Konzeptphase, Modulentwicklung und Problembehebung eine leistungsfähige Plattform für eine innengeräuschorientierte und dezidierte Bewertung von Berechnungs- und Messergebnissen, Maßnahmen, Ziel- und Vergleichswerten. Die Systematik der VINS ist auf eine Vielzahl von auftretenden NVH-Optimierungsaufgaben in Entwicklungsprozessen anwendbar und steht derzeit zum Beispiel auch als Fahrzeugaußengeräuschsimulationen VENS und zur Untersuchung von fahrbahninduzierten Innengeräuschen als CHASSIS-VINS zur Verfügung.
Eisenbach, C.D.
-
Asphalttechnologische Möglichkeiten zur dauerhaften Reduzierung der Lärmpegel in offenporigen Asphalten [DAGA 2007 (Stuttgart)]
W. Ressel, C.D. Eisenbach, B. Bergk, S. Alber and F. Wurst
[A]
Offenporiger Asphalt (OPA) wird üblicherweise verwendet, um Verkehrslärm, der durch den Reifen-Fahrbahnkontakt verursacht wird, zu reduzieren. Obwohl bereits sehr gute Erfahrungen mit diesem Material gemacht worden sind, neigen OPA-Decken dazu, ihre positiven Eigenschaften nach wenigen Jahren zu verlieren. Verursacht wird dieses Phänomen durch Straßenschmutz, der in die Poren eingetragen wird und zur Verschmutzung und (teilweisen) Verstopfung der offenen Poren führt. Versuche, offenporige Asphaltdeckschichten mit Wasser unter Hochdruck zu reinigen, waren bisher nur teilweise erfolgreich. Deshalb wird innerhalb des Projekts ''Leistra 2'' die Idee verfolgt, der Verschmutzung der offenporigen Asphaltschicht von Beginn an entgegenzuwirken. Drei grundsätzliche Möglichkeiten der Modifikation von offenporigen Asphaltdecken werden angedacht und untersucht:
a) Beschichtungen, die die Rauheit der Porenoberflächen ausgleichen und dadurch die Schmutzanhaftung verhindern,
b) Beschichtungen, die bestimmte schmutzabweisende Oberflächeneigenschaften hervorrufen und dadurch die Schmutzanhaftung in den Poren des OPA verhindern bzw. die Auswaschung des Schmutzes erleichtern,
c) Zugabe selbststratifizierender, oberflächenaktiver Polymere in das Asphaltmischgut (vor dem Einbau), die die in b) angesprochenen Effekte nach dem Auskühlen der fertigen Schicht bewirken.
Die Sicherstellung der dauerhaften, lärmmindernden Wirkung von offenporigen Asphalten mit relativ geringem Aufwand könnte dazu führen, dass OPA vermehrt eingebaut wird und somit mehr Menschen von dieser Methode, sie vor Lärm zu schützen, profitieren können.
Eisenmann, M.
-
Zur Geschichte der elektrischen Tonabnahmesysteme für Musikinstrumente [DAGA 2008 (Dresden)]
H. Schiema and M. Eisenmann
[A]
Die Geschichte der elektrischen Tonabnehmer reicht bis in die 20er Jahre des letzten Jahrhunderts zurück. Der erste elektrische Tonabnehmer wurde durch Lloyd Loar 1923 bei ''Gibson'' in eine Solidbody-Geige eingebaut. Die ersten Hersteller begannen nun Tonabnehmer in Gitarren zu integrieren. 1931 wurde der Prototyp der ''Rickenbacker Frying Pan'' Gitarre vorgestellt, in der erstmals ein magnetischer Tonabnehmer integriert war, der sogenannte ''Horseshoe Pickup''. Die Geburtsstunde der elektrischen Gitarre war geebnet. In den folgenden Jahren wurden zahlreiche Gitarrenmodelle mit Tonabnehmern vorgestellt. 1934 wurde durch Laurens Hammond das Patent für die Hammond-Orgel unter der Bezeichnung: ''Electric Musical Instrument'' eingereicht. Beim Hammond-Orgel-Prinzip wird die Tonerzeugung über rotierende Zahnräder in Verbindung mit magnetischen Tonabnehmern realisiert. Wo in der Vergangenheit durch den Einsatz von Tonabnehmern der Sound stark geprägt wurde, ist man heute auf der Suche nach Tonabnahme und Verstärkersystemen, welche den Klang des Instrumentes möglichst naturgetreu abbilden. So werden in modernen Streich- und Zupfinstrumenten meist Kombinationen aus Kontakt- bzw. Stegeinbautonabnehmern und Miniaturmikrofonen integriert.
Eisenmenger, W.
-
Eine neue Art von Kavitationskeimen [DAGA 2003 (Aachen)]
W. Eisenmenger and R. Pecha
[A]
Als heterogene Kavitationskeime in Wasser werden bisher (neben der Einwirkung radioaktiver Strahlung) mikroskopische, hydrophobe Schwebe-Partikel diskutiert, die durch Oberflächenspalte oder Rauhigkeiten Gastaschen stabilisieren können. Darüberhinaus sind künstliche Ultraschallkontrastmittel in Form stabilisierter Mikroblasen sehr effiziente Kavitationskeime. Auch werden ambiphile Mizellen als stabile Mikroblasenkeime diskutiert. Beobachtung von Kavitation in hochreinem Trinkwasser bei Ultraschall- und Stoßwellenexperimenten läßt es jedoch als fraglich erscheinen, ob Kavitationskeime der genannten Art hier wirksam sind. Demgegenüber könnten mikroskopische, hydrophile Mineralpartikel z.B. Calcite aus Gletscherabrieb als Kavitationskeime wirken. Nach einem früheren Vorschlag [Ei] können wassergefüllte Mikrorisse hydrophiler, mineralischer Partikel durch den Unterdruck der Ultraschall- bzw. Stoßwelle aufgerissen werden, so daß Dampfblasen mit überkritischem Blake Radius entstehen. Deren weiteres Wachstum im Unterdruckfeld führt dann zur Ausbildung makroskopischer Kavitationsblasen. Unsere Experimente zur Auflösung der Calcite durch Säurezugabe sowie Experimente mit kohlensäurehaltigem Mineralwasser zeigen bei Stoßwellen mit negativem Pulsdruckanteil von -7.2 Mpa und 3 mikrosec. Pulsdauer (-6 dB) eine Unterdrückung der Kavitation. Andererseits führt die Zugabe von mikromineralischen Partikeln wie Gips zu einem dramatischen Kavitationseinsatz. [Ei] W. Eisenmenger, Ultrasound Med. Biol. 2001, 27, 683-693.
Eisfeldt, O.
-
2nd Speech Quality Test Event for Voice over IP [DAGA 2003 (Aachen)]
F. Kettler, H.W. Gierlich, F. Rosenberger, H. Klaus, J. Berger, O. Eisfeldt, P. Cousin and J.-L. Freisse
[A]
Kfz-Freisprecheinrichtungen werden vermehrt mit Sprachsteuerung ausgestattet. Die Vorteile sind eindeutig, weder zum Telefonieren selbst, noch zur Rufannahme, Telefonnummerneingabe oder der Auswahl von Namen aus dem gespeicherten Telefonbuch ist der Fahrer gezwungen, die Hände vom Lenkrad zu nehmen. Spracherkennungssysteme reagieren sehr empfindlich auf die Charakteristik der gesprochenen Wörter. Die Sprechcharakteristik wird wesentlich durch das Fahrzeuginnengeräusch bestimmt, allgemein als Lombard-Effekt bezeichnet: Durch die veränderte Eigenwahrnehmung in störschallerfüllter Umgebung ändert sich die Sprechweise. Dieser Effekt sollte für die Optimierung und den Test von Spracherkennungssystemen im verwendeten Sprachmaterial berücksichtigt werden. In diesem Beitrag wird ein Aufnahmeszenario dargestellt in dem Testmaterial realitätsnah generiert werden kann. An ausgewählten Beispielen wird das generierte Sprachmaterial vorgestellt.
Eisner, G.
-
VDA-Spezifikation für Kfz-Freisprecheinrichtungen [DAGA 2002 (Bochum)]
H.W. Gierlich, F. Kettler, W. Balduin, H. Best, M. Dietz, G. Eisner, A. Hanke, B. Heise and M. Schaible
[A]
Die im Rahmen des VDA Arbeitskreises ''Autotelefon'' entwickelte Spezifikation definiert Anforderungen und Messverfahren für Kfz-Freisprecheinrichtungen sowie für Mikrofone zum Einsatz für Kfz-Freisprecheinrichtungen. Sie beinhaltet sowohl die Anforderungen für ab Werk verbaute Einrichtungen als auch für Nachrüstlösungen. Alle Tests dieser Spezifikation werden unter Einbeziehung der akustischen Schnittstelle (Mikrofon/Lautsprecher) durchgeführt. Zusätzlich zu den Standard-Telefonometrie-Parametern werden spezielle Tests beschrieben, die wichtige Parameter in der Gegensprechsituation sowie zur Hintergrundgeräuschübertragung beschreiben. Im Vortrag wird diese Spezifikation erläutert. Das Hauptaugenmerk richtet sich hierbei auf die Beschreibung Testumgebung, der wesentlichen Parameter sowie Erläuterungen zur Ableitung der Grenzwerte.
Eitner, B.
-
Untersuchungen zur Schallausbreitung mittels eines Hundekunstkopfes [DAGA 2006 (Braunschweig)]
K.-H. Frommolt, B. Eitner and S. Luchterhand
[A]
Die Vertreter der Familie der Hundeartigen (Wölfe, Füchse, Schakale) nutzen akustische Signale zur Kommunikation über große Distanzen. Durch die Nähe von Schallquelle (Maul) und Schallempfänger (Ohren) zum Boden wird die Schallausbreitung maßgeblich durch Bodeneffekte beeinträchtigt. Wir untersuchten die Schallausbreitung im natürlichen Habitat mit Hilfe eines Hundkunstkopfes in für die akustische Kommunikation relevanten Höhen über dem Boden. Der Kunstkopf war eine detailgetreue Nachbildung der anatomischen Strukturen von Kopf und Außenohr eines Deutschen Schäferhundes. In Trommelfellposition waren Miniaturelektretmikrofone eingesetzt. Der Hundekunstkopf bewirkte eine Verstärkung von bis zu 30 dB im für die akustische Kommunikation relevanten Bereich von 1 bis 4 kHz und wies eine ausgeprägte Richtcharakteristik auf. Wir konnten zeigen, dass selbst in Bodennähe artspezifische akustische Signale über mehrere hundert Meter deutlich wahrgenommen werden können und eine Kommunikation über große Distanzen nicht nur unter günstigen mikroklimatischen Bedingungen möglich ist.
El Gammal, S.
-
Morphologische Abbildung der Haut und Blutflussabbildung in kleinen Gefäßen mit hochfrequentem (50/100MHz) Ultraschall [DAGA 2002 (Bochum)]
M. Vogt, H. Ermert, S. El Gammal, K. Hoffmann, M. Stücker and P. Altmeyer
[A]
Zur hochaufgelösten morphologischen Abbildung der Haut ist ein im 100 MHz-Bereich arbeitendes Ultraschallabbildungssystem (axiale Auflösung 9 m, laterale Auflösung 27 m) entwickelt worden. Ferner ist ein 50 MHz-Ultraschall-Doppler-System zur hochaufgelösten Blutflußabbildung in kleinen Gefäßen realisiert worden (axiale Auflösung 17 m, laterale Auflösung 54 m). In beiden Systemansätzen kommen sphärisch fokussierte Einzelelementschallwandler zum Einsatz, die zur räumlichen Abtastung mit Hilfe von Schrittmotoren mechanisch verfahren werden. Zur Generierung eines Sendesignals wird ein Arbiträrgenerator mit nachgeschalteten linearen Leistungsverstärker eingesetzt, womit eine Kompensation der frequenzabhängigen Dämpfung des Gewebes durch inverse Filterung des Sendesignals möglich ist. Das Echosignal wird mit einem Transientenrekorder (Abtastfrequenz 500 MHz) abgetastet. Ferner wird mit Hilfe eines schnellen, breitbandigen Abtast-Halte-Gliedes das Echosignal innerhalb eines einzelnen axialen Meßtores abgetastet. Das damit vorliegende Dopplersignal wird über einen Lautsprecher hörbar gemacht, und es werden Spektrogramme des Dopplersignals in Echtzeit berechnet. Zur Optimierung des Signal-Rausch-Verhältnisses ist in dem System ein Ansatz zur Pulskompression realisiert worden. Mit Hilfe des Arbiträrgenerators wird dabei ein frequenzmoduliertes Sendesignal erzeugt, und das Echosignal wird mit einem analogen Pulskompressionsfilters verarbeitet. Die Abbildungseigenschaften der realisierten Abbildungssysteme sind mit Hilfe von Messungen an Phantomen (Fadenphantom, Flußphantom) charakterisiert worden. Es werden Ergebnisse von Messungen an Probanden mit gesunder Haut sowie pathologischen Befunden vorgestellt. Die hochfrequente 100 MHz-Sonographie erlaubt die hochaufgelöste Abbildung der obersten Hautschichten. Die Ergebnisse von Messungen an Probanden zeigen, daß mit dem realisierten 50 MHz Ultraschall-Puls-Doppler-System die Abbildung von Blutfluß in kleinsten Gefäßen mit Durchmessern bis hinab zu 400 m und mit Flußgeschwindigkeiten in der Größe weniger mm/s möglich ist. Ein Beitrag aus dem Kompetenzzentrum Medizintechnik Ruhr (KMR), Bochum, gefördert vom BMBF, Aktenzeichen 13N8079
El Hachemi, Z.
-
Ansätze zur Berechnung von Strömungsgeräuschen für industrielle Anwendungen [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
Z. El Hachemi, P. van Ransbeeck, L. Cremers, E. Brechlin and F. Tremblay
[A]
Die Berechnung von Schallfeldern mit Hilfe von Randelemente und Finite Elemente Methoden hat sich mittlerweile als Standardwerkzeug bei der Entwicklung geräuscharmer Produkte bewährt. Bisher sind diese Verfahren zumeist auf den Fall ruhender oder mit gleichförmiger Geschwindigkeit strömender Fluide beschränkt. Viele industrielle Anwendungen im Automobilbau sowie der Luft- und Raumfahrt erfordern jedoch auch die Berechnung der Schallentstehung durch instationäre und turbulente Strömungen. Bestehende Ansätze auf der Basis einer direkten Lösung der instationären Navier-Stokes Gleichungen im Zeitbereich sind aufgrund der hohen Rechenzeiten und der ungenügenden Genauigkeit in der Regel auf die Bereiche niedriger und mittlerer Reynoldszahlen beschränkt. Im Vortrag werden vielversprechende Ansätze für die Berechnung von Strömungsgeräuschen vorgestellt, die auf einer Kombination bestehender Verfahren der numerischen Fluiddynamik und der numerischen Akustik basieren. Diese Ansätze beruhen auf der sog. ''akustischen Analogie'' von Lighthill und Ffowcs Williams-Hawkings, bei der einzelne Terme der Navier-Stokes Gleichungen als akustische Quellen (Monopole, Dipole, Quadrupole) betrachtet werden, die im Inneren des Schallfelds sowie auf dem Rand verteilt sind. Im Gegensatz zu den bisherigen auf dieser Analogie aufbauenden Verfahren, die nur Näherungslösungen für den Schalldruck im Fernfeld liefern, können mit diesen Ansätzen sowohl die Nah- und Fernfelder von strömungsakustischen Quellen als auch die Schallstreuung an festen Oberflächen berechnet werden. Im Vortrag werden neben den grundlegenden theoretischen Zusammenhängen die Ergebnisse von Testrechnungen sowie Ansätze zur Integration dieser Verfahren in das Softwarepaket Sysnoise vorgestellt.
Elaqra, H.
-
Global Approach for the ultrasonic Structural Health monitoring of concrete [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
M. Shaira, H. Elaqra, R. ElGuerjouma, M. R'Mili and P. Guy
[A]
A global approach for the continuous damage monitoring in concrete is performed. This approach uses ultrasonic wave propagation and acoustic emission simultaneously on instrumented concrete samples. During a tensile test, ultrasonic velocity and attenuation dispersion are measured, simultaneously acoustic emission is collected. The occuring damage is characterised by this global approach till the rupture of the sample. Good correlations are found between ultrasonic velocity decrease, attenuation increase and acoustic emission events. Furthermore, the evolution of the velocity and the attenuation dispersion associated to the acoustic emission analysis during the tensile test allow to discriminate between different damage phenomena. This global approach on an instrumented samples appear to be very efficient for the structural health monotoring of materials and structures
Elberling, C.
-
Hörschwellen und AEP-Schwellen von Clicks und phasenkorrigierten Chirp-Signalen für verschiedene Audiometriehörer [DAGA 2008 (Dresden)]
J. Hensel, M. Cebulla, C. Elberling, T. Fedtke, K.-V. Jenderka, W. Köpke and E. Stürzebecher
[A]
Bekannt ist, dass Clicks für Tests des Innenohrs und der höheren Verarbeitungsebenen wegen der Frequenzdispersion auf der Basilarmembran nicht optimale Signale sind. Chirps mit ansteigender Momentanfrequenz dagegen können alle Orte der Basilarmembran gleichzeitig so anregen, dass die Nervenimpulse synchronisiert werden und eine wesentlich größere Summen-Antwort ergeben. Daraus folgen höhere Potentiale und daher größere Störabstände bei der Messung von frühen akustisch evozierten Potentialen (FAEP).
Es wurden Chirps und Clicks mit gleichem Energieinhalt, d. h. gleichem elektrischen Amplitudenspektrum definiert. Die Clicks entsprechen im Zeitbereich der Norm IEC 60645-3:2007. Für die Chirps wurden alle Frequenzlinien des Spektrums mit einer aus einem Basilarmembranmodell folgenden frequenzabhängigen Phasenvorverzerrung versehen [Elberling et al., JASA 122 (2007), S. 2772-2785], so dass eine aufwärts gleitende Momentanfrequenz entsteht.
Messungen an einer Gruppe von 25 normal hörenden jungen Erwachsenen zeigten, dass die Hörschwellen bei beiden Signaltypen und verschiedenen Audiometrie-Kopfhörern gleich sind. Es würde also genügen, die audiometrischen Geräte nur für einen Typ der Signale zu kalibrieren, sofern man für die Gleichheit der elektrischen Amplitudenspektren sorgt.
In Vorversuchen mit Pegelserien von BERA-Ableitungen zeigten sich beim Vergleich der beiden Signaltypen mit gleichem Hearing Level Vorteile der Chirps hinsichtlich Stärke und Rauschabstand der Potentiale. Über die Ergebnisse der vollständigen Gruppe wird berichtet.
Elfinger, G.
-
Neue Schallabsorber in Abgasanlagen [DAGA 2002 (Bochum)]
H. Venghaus, G. Elfinger, U. Waag, G. Stephani and H. Schneidereit
[A]
Die bislang als Absorptionsmaterialien in Schalldämpfern verwendeten langfaserigen Materialien besitzen den Nachteil, daß sie wegen der hohen Pulsationen im Abgasstrom aus ihren Positionen herausgeblasen werden können. Es müssen also Schutzmaßnahmen ergriffen werden, die wiederum akustische Nachteile bewirken können bzw. die Kosten erhöhen. In der Entwicklung bei Zeuna Stärker werden Anstrengungen dahingehend unternommen, Absorptionsmaterialien zu entwickeln, die aus einer festen Struktur heraus die Schalldämpfung im Gasstrom über einen breiten Frequenzbereich hin bewirken. Aus der Entwicklungsarbeit mit Glatt Systemtechnik und den Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Materialforschung wurden metallische Hohlkugeln zu einem stabilen gesinterten Körper geformt, deren Schallabsorptionsvermögen im Vergleich zu langfaserigen Werkstoffen gleichwertig ist. Aus den derzeitg laufenden Versuchen mit gesinterten Hohlkugelstrukturen werden erste Ergebnisse vorgestellt und diskutiert.
ElGuerjouma, R.
-
Damage Characterisation and Structural Health Monitoring by Means of Nonlinear Acoustics [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
M. Bentahar, R. ElGuerjouma, T. Monnier, L. Deville and J.C. Baboux
[A]
This work is devoted to damage characterisation and structural health monitoring of polymer composites and concrete. For cylindrical concrete bars damaged in compression and thin composite plates damaged in three points bending, we have used a nonlinear ultrasonic method based on the change of a resonance mode frequency. Compared with their initial states, damaged materials are characterised by a resonance frequency shift as function of the excitation level. For a given value of the excitation level we have performed upward and downward frequency sweepings and have seen hysteresis loops that did not exist in the intact state. We have also submitted the material to a high excitation level and have followed the forced variation of the frequency versus time ''fast dynamics'' as well as the frequency recovery ''slow dynamics'' that changes as the logarithm of time. Fast and slow dynamics are correlated to the deterioration state of the material and are found to be very sensitive damage indicators.
In order to monitor the material's health along the damage process, the frequency shift is compared to mechanical damage parameters and acoustic emission. A good correlation has been found. Our results confirm the efficacy of the nonlinear acoustical approach that could enrich materials nondestructive testing field.
-
Global Approach for the ultrasonic Structural Health monitoring of concrete [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
M. Shaira, H. Elaqra, R. ElGuerjouma, M. R'Mili and P. Guy
[A]
A global approach for the continuous damage monitoring in concrete is performed. This approach uses ultrasonic wave propagation and acoustic emission simultaneously on instrumented concrete samples. During a tensile test, ultrasonic velocity and attenuation dispersion are measured, simultaneously acoustic emission is collected. The occuring damage is characterised by this global approach till the rupture of the sample. Good correlations are found between ultrasonic velocity decrease, attenuation increase and acoustic emission events. Furthermore, the evolution of the velocity and the attenuation dispersion associated to the acoustic emission analysis during the tensile test allow to discriminate between different damage phenomena. This global approach on an instrumented samples appear to be very efficient for the structural health monotoring of materials and structures
-
Creep Damage and failure of Polymer Based Composites : Nondestructive Evaluation with Ultrasonic Waves and Acoustic Emissions and Modelling [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
N. Nechad, R. ElGuerjouma, A. Helmstetter and D. Sornette
[A]
The creep behaviour and the damage mechanisms of cross-ply glass fibre reinforced polymer composites are investigated using ultrasonic wave propagation and Acoustic Emission (AE). The mechanisms of the damage events and their space-time localizations are identified from AE. Simultaneously, the longitudinal ultrasonic velocity is measured in situ by transmission through the composites. The AE is very well correlated with the loss of stiffness determined from ultrasonic velocity measurements. For the strain (respectively AE), an Andrade (respectively Omori) law describes the first (primary-creep) regime of the creep test. The latest (tertiary-creep) regime is characterized by a finite-time power law singularity culminating with the global failure of the sample. The correlation between AE primary creep and the AE tertiary creep leeding to the failure of the material is investigated. These results are rationalized by a simple mechanical model, formulated in terms of a democratic Kelvin-Maxwell fibre bundle model with non-linear viscosity. Analytical expressions of the strain and the AE are derived as function of time and are checked by numerical integration of the equations. A good agreement is found between experiments and the model prediction, particularly for strain and acoustic emission power-laws scaling in the primary-creep regime and in the tertiary-creep neighbourhood of rupture, which is consistent with power-law seismic activation observed prior to some earthquakes.
Ellermeier, W.
-
Zeitliche Gewichtung bei der Lautheitsintegration [DAGA 2000 (Oldenburg)]
W. Ellermeier and S. Schrödl
[A]
Die zeitliche Integration der Lautheit im Pegel fluktuierender Schalle wird mit einer neuen psychophysischen Methode untersucht. Dazu werden in einem 2IFC-Verfahren jeweils zwei Exemplare weißen Rauschens von je 1 s Dauer dargeboten. Die Pegel der beiden Reize werden in zehn 100-ms-Segmenten unabhängig voneinander nach einer Zufallsverteilung variiert. Aufgabe der Versuchsperson ist es, zu entscheiden, welches der beiden resultierenden Pegelprofile lauter klingt. Aufgrund einiger tausend solcher Urteile werden bedingte psychometrische Funktionen [B.G. Berg, J. Acoust. Soc. Am., {em 86}, 1743-1746 (1989)] geschätzt, aus denen sich bestimmen läßt in welchem Maße jedes einzelne Zeitsegment zur Lautheitsdiskrimination beiträgt. Die Ergebnisse von bisher sechs Versuchspersonen zeigen große interindividuelle Unterschiede in den Gewichtungsfunktionen. Insgesamt ergibt sich - im Widerspruch zu gängigen Mittelungsmodellen - ein statistisch signifikanter Trend, Reizanfang und -ende stärker zu gewichten als den mittleren Bereich. Die Ergebnisse werden diskutiert im Hinblick auf unterschiedliche Zeitbereiche des auditiven Gedächtnisses und das Zusammenspiel sensorischer und kognitiver Faktoren bei der Lautheitsintegration.
-
Effekt des Signal-Rausch-Abstandes und der Bandbreite von schmalbandigen Geräuschkomponenten auf die wahrgenommene Tonhaltigkeit [DAGA 2003 (Aachen)]
W. Ellermeier and P. Daniel
[A]
In Untersuchungen zur globalen Bewertung von Produktschallen zeigt sich, dass selbst schwache tonale Komponenten negativ zum Gesamturteil (bzw. zur ``overall sound quality'') beitragen können. Um diesen Einfluss in Hörexperimenten parametrisch zu untersuchen, wurden schmalbandige Signale in rosa Rauschen dargeboten und zwar (a) Sinustöne bei verschiedenen Signal-Rausch-Abständen (T/N: 3-18 dB) und (b) Schmalbandrauschen unterschiedlicher Bandbreite (10-200 Hz). Um die Stärke der empfundenen Tonhaltigkeit zu skalieren, beurteilten 60 Versuchspersonen diese Schalle im vollständigen Paarvergleich. Die daraus (nach dem BTL-Modell) abgeleiteten Verhältnisskalen zeigten, dass naive Versuchspersonen die Tonhaltigkeit konsistent beurteilen können und dass diese systematisch von den beiden untersuchten Parametern abhaengt. Direkte Einschätzungen durch die gleichen Versuchspersonen (Stevens' magnitude estimation) erlauben, die Ergebnisse sowohl im Hinblick auf die geeignetste Methode, als auch im Vergleich mit neueren Modelle der Tonhaltigkeit zu diskutieren.
-
Discriminating temporal loudness patterns in the absence of overall level cues [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
T. Plank and W. Ellermeier
[A]
To investigate the capability of the auditory system to
discriminate the temporal 'shape' of short non-stationary sounds,
in a One-Interval-Forced-Choice procedure, samples of white noise
randomly fluctuating in level were presented in two patterns in
random order: one containing a distinct level increment at the
beginning of the stimulus (on the 2nd of ten stimulus components),
the other containing that increment at the end of the stimulus (on
the 9th of ten stimulus components). The subjects' task was to
discriminate between these two kinds of 'loudness profiles',
presented in a 'short condition' (temporal segments of 10 ms
duration) and a 'long condition' (temporal segments of 20 ms
duration). The data of three subjects, who all completed 6400 such
trials, show that the auditory system is able to identify the
shape of these loudness profiles, even in the case of very short
stimulus components of only 10 ms. Applying COSS-analysis [B.G.
Berg, J. Acoust. Soc. Am.,86,1743-1746 (1989)] to the data,
weights were assigned to each stimulus component, yielding a
measure for the strength of the influence that each segment has on
the listener's decision. The stimulus patterns turn out to be
reflected in the shapes of the weighting functions, assigning high
positive weights to the incremented component and low or negative
weights to the non-signal components. The results confirm the
assumption that the auditory system is capable of analyzing
individual stimulus components selectively with high temporal
resolution, when it is required by the task given.
-
Significance of Meaning in Sound Quality Evaluation [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
A. Zeitler, W. Ellermeier and H. Fastl
[A]
There is wide agreement that perceptually-adequate sound evaluation has to encompass not only the sensory domain but also cognitive and emotional aspects of the auditory event. In particular, the meaning of a sound has been identified as an important factor in sound quality evaluation. The current investigation inquires into the significance of this factor for sound-quality judgements of various environmental and product sounds using a new signal-processing method which reduces the identifiability of sound sources substantially while preserving the loudness-time function [H. Fastl, ICA, Rome, 2001]. In contrast to a previous investigation [A. Zeitler, J. Hellbrueck & H. Fastl, DAGA 2003] that focussed on the effect of this type of signal processing on perceived loudness, the present study investigated the issue for perceived annoyance as well. In the first part of the experiment, four independent groups of subjects (N=25 each) responded on category-subdivision scales of loudness or annoyance to either the original or processed version of the signals. In the second part, subjects provided ratings of the stimuli on a concept-specific Semantic Differential. Results include analyses of the impact of source identifiability on loudness and annoyance judgements as well as an investigation of these effects in terms of differences in the semantic profiles elicited by the sounds.
-
Individual differences in integrating loudness over time [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
B. Pedersen and W. Ellermeier
[A]
An experiment was conducted to examine how people integrate level
information to
obtain an overall loudness percept. The stimuli used were broadband
noises of one second duration
with random level changes occurring every 0.1 s. Ten normal-hearing
listeners
participated in the experiment. Unlike in earlier work using
two-interval forced-choice procedures (Ellermeier & Schrödl, DAGA
2000, pp. 169-173), in the present experiments listeners simply
classified a single level-fluctuating noise-burst as being either 'soft'
or 'loud', thus minimizing the role of potential memory effects. Data
collected over a few thousand such trials were analysed using a
statistical procedure that assigns weights to the ten temporal segments
constituting each noise burst. The weight patterns derived for the
participants turned out to be highly individual, the ratios of the
temporal weights varying by as much as a factor of
four. Furthermore, giving trial-by-trial feedback significantly affected
the outcome when compared to a no-feedback condition. These
results suggest that temporal integration of loudness cannot be solely
explained by sensory factors, but that judgmental processes will have to
be taken into account even when describing overall loudness judgments of short level-fluctuating sounds.
-
Richtungsabhängigkeit binauraler Lautheit [DAGA 2006 (Braunschweig)]
W. Ellermeier and V.P. Sivonen
[A]
Änderungen der wahrgenommenen Lautheit in Abhängigkeit von der
Einfallsrichtung des Schalls können als das Ergebnis zweier Prozesse
aufgefasst werden: (1) der Filterung der Signale durch kopfbezogene
Übertragungsfunktionen (HRTFs) vom Freifeld zu den
Ohren des Hörers, und (2) binauraler Summation des oftmals
dichotischen Inputs. Um - im Gegensatz zu Laboruntersuchungen unter
Kopfhörerstimulation - beide Prozesse zu erfassen, wurden sowohl
individuelle HRTFs gemessen als auch subjektive Lautheitsdaten erhoben.
Das geschah im anechoischen Raum durch adaptiven Abgleich einer frontalen
Schallquelle mit Lautsprechern, die sich an sieben anderen Positionen in der
horizontalen und vertikalen Ebene befanden. Schmalbandrauschen mit drei
Mittenfrequenzen (0.4, 1, und 5 kHz) wurde auf zwei Pegelstufen (45
und 65 dB SPL) untersucht. Es ergab sich eine deutliche
Richtungsabhängigkeit der Abgleichungen um bis zu 10
dB, wobei starke interindividuelle Unterschiede zu beobachten
waren. Diese konnten zum Teil
durch Besonderheiten der individuellen HRTF-Filterung erklärt werden.
Betrachtet man die am Ohr anliegenden Schallpegel, so ergibt sich im
Mittel eine Leistungssummation (d.h. ein maximaler binauraler Gewinn von 3
Dezibel). Die Ergebnisse erlauben eine bessere Modellierung der
binauralen Lautheit im realen Schallfeld, auch unter dichotischen
Stimulationsbedingungen [gefördert durch 'Centerkontrakt on Sound
Quality', Aalborg University].
Elmaimouni, L.
-
Acoustic Wave Propagation in Functionally Graded Material (FGM) Cylinders [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
L. Elmaimouni, J.-P. Lefebvre, T. Gryba and V. Zhang
[A]
FGMs are composite materials intentionally designed so that they possess desirable properties for specific applications, often to withstand high-temperature-gradient environments while maintaining their structural integrity. The mechanical properties of cylindrical structure made of FGM vary continuously in the macroscopic sense from one surface to the other, for example all ceramic to all stainless steel. In the application of these structures to aerospace, nuclear and automobile industries, analysis of acoustic wave propagation is of great importance. In this approach, we have developed an exact solution to calculate the dispersion curves in FGM cylinders of various geometries. A FGM cylinder made up of stainless steel and silicon nitride is described. The radial variation laws of Young's modulus, Poisson ratio and mass density are given, the position-dependent stiffness constants are then deduced. The equations of motion are solved by expanding each mechanical displacement component using Legendre polynomials and harmonic functions. For numerical calculations, the order of the expansion is truncated to some value N. The solution converges within a very low number N of terms. The numerical dispersion curves are presented and compared with earlier published results showing an excellent agreement. Advantages and limitations of the approach are also presented.
Elminowicz, A.
-
High resolution sonar operating in near field [DAGA 2002 (Bochum)]
A. Elminowicz
[A]
The objective of the work is to build sonar for detection and identification of very small objects TS -25 dB at the distance 300 m. The paper presents a design approach of the sonars of very high angular resolution 0,10 - 0,20 operated in the near field. The sonar has very narrow beams with side lobes level below -18 dB, shaped by weighting and dynamic focusing in the near field. For very small targets and range of near field about 300 m only wideband sonar can response requirements. Sonar consists of a wideband multielement linear transducer, focusing, beamforming and pulse compression systems is presented. The paper presents approach to beamformer reducing significantly steered beamwides in the near field and selected receiving beam patterns a wideband sonar operating in the near field.
Elsaghir, E.
-
Extended Impedance Tube Measurements of Porous Absorbers [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
E. Sarradj, J. Hübelt, E. Elsaghir and P. Holstein
[A]
Samples of porous absorbers are commonly characterised by their absorption coefficient and surface impedance. For measurements, standard Kundt's tube or impedance tube method is used. In the paper, the use of extended measurement techniques to get the characteristic impedance and the propagation constant is demonstrated. It is shown that to know these parameters is advantageous as they provide information about the material rather than the sample.
Emiroglu, S.
-
Ähnlichkeits- und JND-Messungen mit gemorphten Stimuli zur Klangfarbenwahrnehmung bei Schwer- und Normalhörenden [DAGA 2005 (München)]
S. Emiroglu and B. Kollmeier
[A]
Sensorineural Schwerhörige haben häufig das Problem einer Klangfarben-Verzerrung, auch versorgt mit Hörgeräten. Dies beeinträchtigt insbesondere die Wahrnehmung von Musik. In Hinblick auf Verbesserung vorhandener auditorischer Modelle und Hörgeräte wurden psychoakustische Messungen zur Klangfarben-Wahrnehmung an schwer- und normalhörenden Probanden durchgeführt. Ziel war es, Wahrnehmungs-Unterschiede zwischen diesen beiden Versuchsgruppen bezüglich zeitlicher und spektraler physikalischer Dimensionen (z.B. spektraler Schwerpunkt, spektrale Fluktuation) zu bestimmen. Durch lineare Interpolation von spektralen Parametern wurden Töne von Musikinstrumenten entlang dieser Dimensionen ineinander übergeblendet (''gemorpht''), wodurch Stimulus-Kontinua zwischen natürlichen Instrumenten entstanden. Um erlernte von den auditorischen Fähigkeiten zu trennen, wurden in beiden Versuchsgruppen auch Musiker als Probanden hinzugezogen.
Ein 8-alternative-forced-choice (AFC) Pilotversuch, in dem die Versuchspersonen die Ähnlichkeit von paarweise präsentierten Tönen beurteilten, ergab ähnliche Bewertungen durch normal- und schwerhörende Probanden. Die größten Unterschiede zwischen den Versuchsgruppen ergaben sich beim zwischen Saxophon und Cello liegenden Klangfarben-Kontinuum. Die Töne dieses Kontinuums haben nahezu konstante spektrale Schwerpunkte und Anschwellzeiten und unterscheiden sich vornehmlich durch zeitliche Fluktuation.
Weiterhin werden Ergebnisse eines 3-AFC-Experiments präsentiert, das gerade noch wahrnehmbare Unterschiede (JND) der Klangfarbe bei Normal- und Schwerhörenden bestimmte. Dazu wurden nur entlang der Dimensionen des spektralen Schwerpunktes und der zeitlichen Fluktuation gemorphte Stimuli benutzt, während die Variation in den übrigen Dimensionen minimiert wurde.
Emmler, R.
-
Untersuchungen zu Messverfahren für die Ermittlung von Gehschall von Holz- und Laminatfußböden [DAGA 2000 (Oldenburg)]
E. Sarradj and R. Emmler
[A]
Kenntnisse über die Anwendung numerischer Verfahren werden für Akustik-Ingenieure immer wichtiger. Am Institut für Akustik und Sprachkommunikation der TU Dresden wurde eine Vorlesung zur Anwendung numerischer Verfahren in der Akustik neu aufgebaut und im Sommersemester 1998 vor Studierenden des 8. Semesters erstmals gehalten. Zu den behandelten Themen zählen FEM, BEM, SEA, Residualmethoden (Multipolsynthese) und Grundlagen der Rechenverfahren für die Immissionsprognose. Der Vortrag beschäftigt sich mit der Darstellung der Konzeption der Vorlesung und der inhaltlichen Schwerpunkte.
Emrich, F.
-
Entwicklung von Simulationsmethoden für haustechnische Benutzungsgeräusche [DAGA 2003 (Aachen)]
M. Walk, F. Emrich and F. Leuthardt
[A]
Die Schweizer Norm SIA 181 ''Schallschutz im Hochbau'' legte bereits 1988 Grenzwerte für Benutzungsgeräusche von haustechnischen Anlagen fest. Da diese Geräusche ihrer Natur nach einer starken individuellen Streuung von Benutzer zu Benutzer bzw. von Messgruppe zu Messgruppe unterliegen, führten diese Grenzwerte zu einer beträchtlichen Planungsunsicherheit. Um hier Abhilfe zu schaffen, sollen in der überarbeiteten Fassung der Norm für die wichtigsten Benutzungsgeräusche Simulationsmethoden angegeben werden, die eine wesentlich bessere Reproduzierbarkeit von Messergebnissen gewährleisten. Gegenstand dieser Untersuchung ist die Validierung unterschiedlicher Simulationsgeräte im Vergleich zu manuell ausgelösten Anregungen durch Messungen sowohl im Labor, als auch in realen Bausituationen in verschiedenen Landesteilen der Schweiz. Zum Einsatz kamen das Kleinhammerwerk nach Gösele, sowie verschiedene Schlaggeräte zur Erzeugung von Einzelimpulsen. Die Terzbandspektren und A-bewerteten Schallpegel der Originalgeräusche wurden mit denen der vorgeschlagenen Simulationsgeräte verglichen. Die Resultate zeigen, dass mit einem optimierten Fallhammer ein den Originalgeräuschen gut entsprechender Spektrenverlauf erzielt werden kann, allerdings mit einem deutlich höheren Pegel, so dass neben der besseren Reproduzierbarkeit der Messungen auch die einfachere Durchführbarkeit gewährleistet ist. Zum Vergleich mit Anforderungswerten müssen daher noch Pegelkorrekturen berücksichtigt werden, deren Werte aus den Messresultaten bestimmt wurden. Dagegen produziert das Kleinhammerwerk nach Gösele deutlich weniger tieffrequente Geräuschanteile als die meisten Originalgeräusche und eignet sich damit nur für spezielle Benutzungsgeräuscharten als Simulationsgerät.
-
Neufassung der Schweizer Norm SIA 181 Schallschutz im Hochbau [DAGA 2005 (München)]
F. Emrich
[A]
Die erste schweizerische Richtlinie zum baulichen Schallschutz erschien im Jahre 1970 als Empfehlung SIA 181, Empfehlung für Schallschutz im Wohnungsbau. Die Normausgaben SIA 181, Schallschutz im Hochbau, 1976 und 1988, trugen der Weiterentwicklung der Prüfnormen und der eidg. Lärmschutzverordnung (LSV) Rechnung. Lärmempfindlichkeit und Grad der Lärmbelastung wurden wesentliche Einstufungskriterien. Bei Geräuschen haustechnischer Anlagen wurde nun systematisch zwischen Funktions- bzw. Benutzungsgeräuschen sowie zwischen Einzel- bzw. Dauergeräuschen unterschieden.
Die vorliegende Normenfassung ist einerseits durch die Fortentwicklung der internationalen Normung und andererseits im gestiegenen Ruhebedürfnis der Bevölkerung begründet. Dabei orientiert sich auch diese Ausgabe am Schutzziel. Es bleibt aber die Möglichkeit, sich vertraglich auf die Mindestanforderungen an den Schallschutz zu beschränken und damit etwas geringeren Baukosten bei erwartungsgemäss deutlicheren Nachbarschaftsstörungen zu realisieren.
Im Folgenden werden einige grundsätzliche Änderungen in der Neufassung gegenüber der Vorgängerfassung genannt:
- Neubenennung der Anforderungsstufen nach Mindest-, Standard- (und speziell vereinbarten Anforderungen) mit den strengeren Standardanforderungen als Regelanforderung, wenn nichts anderes vereinbart ist.
- Einführung einer abgestuften Volumenkorrektur statt volumenabhängiger Bezugsnachhallzeit in SIA 181 (1988).
- Obligatorische Berücksichtigung der Spektrum-Anpassungswerte zum Luft- bzw. Trittschallschutz.
- Verfahren zur Simulation haustechnischer Benutzungsgeräusche.
- Beurteilung der Hörsamkeit in Räumen entsprechend DIN 18041.
- Empfehlungen für den Schallschutz innerhalb von Nutzungseinheiten (informativ).
Entsprechend Schweizer Normentradition enthält die Norm SIA 181 Anforderungstabellen, notwendige Definitionen und nur wenige Messanweisungen und Projektierungshilfen. Hinsichtlich der Anforderungsniveaus wurde ein Kompromiss zwischen Schallschutzerwartungen und Kostenfolgen gesucht.
Enders, D.
-
Medizinische Diagnostik mit Oberflächenwellen-Bauteilen zur Bestimmung von Antigen–Antikörper-Reaktionen [DAGA 2003 (Aachen)]
S. Rupp, M. von Schickfus, A. Priebe, D. Enders and A. Pucci
[A]
Für Nachweis und Analyse von krankheitsspezifischen Antikörpern in Blut oder Plasma für die Diagnostik werden Sensoren benötigt, die kleinste Mengen dieser Antikörper, im g-Bereich quantitativ nachweisen können. Hierbei zeichnet sich besonders die Verwendung von Oberflächenwellensensoren aus. Zur Führung der Oberflächenwelle wird ein neues Beschichtungsmaterial ein sogenanntes Spin-On-Glas [SPO-Glas] verwendet, das aus seiner Verwendung als Dielektrikum in der Halbleiterindustrie bekannt ist. Da das SPO-Glas wie Fotolack aufgebracht wird, ist seine Handhabung sehr einfach und damit kostengünstig. Es ermöglicht durch seine Wellenführungseigenschaften eine Optimierung der Sensitivität des Sensors durch einfache Dickenvariation der wellenführenden Schicht. Desweiteren schützt es die induktiv gekoppelten Schallwandler vor chemisch nicht allzu aggressiven Medien. Die chemische Ankopplungsmethode von Antikörpern auf der Sensoroberfläche wird durch ein neues Immobilisierungsverfahren ermöglicht, bei dem ein Polymer Verwendung findet, das bei der Papierherstellung eingesetzt wird. Dieses Polymer besitzt die Eigenschaft, Sensorreaktionen die mit der Anlagerung von unspezifischen Antikörpern, Zellen oder Fremdproteinen verbunden sind zu verhindern. Die Reproduzierbarkeit der einzelnen Messergebnisse und die Menge der gebundenen Antikörper wird durch das verwendetete Immobilisierungspolymer stark erhöht.
Eneman, K.
-
Wie beurteilen Hörgeschädigte die Übertragungsqualität von Telefonsprache? [DAGA 2006 (Braunschweig)]
J. Krebber, R. Drullman, K. Eneman, R. Huber, U. Jekosch, H. Luts and R. Martin
[A]
Moderne Telekommunikationssysteme sind nahezu ausnahmslos auf normal hörende Benutzer ausgerichtet. Bekanntermaßen haben aber hörgeschädigte Personen sehr häufig Probleme, über Telekommunikationssysteme übertragene Sprache zu verstehen und kommunikativ zu reagieren. Folglich vermindern solche Verstehbarkeits- und Kommunikationseinbußen die Nutzbarkeit von Telekommunikationssystemen für die Gruppe von hörgeschädigten Kunden in erheblicher Weise.
Ein wesentlicher Grund für dieses Manko ist nicht etwa eine unzulängliche technische Optimierungsmöglichkeit von Sprachübertragungssystemen für Hörgeschädigte, sondern eher die Tatsache, dass es an einer verlässlichen Datengrundlage dazu fehlt. Es gilt zu ermitteln, wie sich die wahrgenommene Sprachübertragungsqualität verschiedener Telekommunikationssysteme und -netze in Anhängigkeit von unterschiedlichen hörgeschädigten Benutzergruppen ändert. Dazu werden umfangreiche Untersuchungen mit hörgeschädigten Versuchspersonen durchgeführt, wobei das zu übertragende Sprechmaterial mittels eines Sprachübertragungssimulators generiert wird.
Die beschriebenen Untersuchungen sind Teil des EU-Projekts HEARCOM, dessen erste Ergebnisse vorgestellt werden.
Engel, B.
-
Bedämpfung von Rollgeräuschen mit Absorbern bei niedrigen Geschwindigkeiten [DAGA 2007 (Stuttgart)]
B. Engel, M. Fehndrich and F. Murawa
[A]
Absorber gegen Rollgeräusche werden bei Zügen mit hohen Geschwindigkeiten (200 km/h) mit großem Erfolg eingesetzt (ICE 1,2,3, ICE-T, usw.).
Auch bei niedrigen Geschwindigkeiten ergaben Rollgeräuschmessungen bei Vorbeifahrt (100-280 km/h) eine Dämpfung von 6 dB(A).
Ähnliche Ergebnisse liegen auch aus Validierungsmessungen des BMBF-Projektes ''Simtool Rollgeräusch'' vor, bei der die Pegeldifferenzen im Mittel bei 5 dB(A) lagen.
Im Rahmen dieser Fahrten konnten auch Nahfeldmessungen durchgeführt werden.
Es werden Ergebnisse von vergleichenden Schallmessungen im Nahfeld von Versuchsfahrten auf verschiedenen Trassen, die zeitgleich mit den Validierungsfahrten durchgeführt wurden, vorgestellt.
Diese bestätigen die o.g. Ergebnisse, daß sich auch bei Geschwindigkeiten von 80 und 120 km/h mit Absorberbedämpfung deutliche Pegelreduzierungen erreichen lassen.
Damit liefert die Anwendung der Absorbertechnologie auch einen wichtigen Beitrag zur Erfüllung der zukünftigen Lärmanforderungen im Rahmen der TSI Noise für Güterwagen.
Engel, G.
-
Untersuchungen zur Anordnung schallabsorbierender Oberflächen in Klassenräumen [DAGA 2002 (Bochum)]
E. Mommertz, K. Drescher and G. Engel
[A]
Die akustischen Gegebenheiten in Schulen sind seit geraumer Zeit Gegenstand umfangreicher Untersuchungen im In- und Ausland. Dies betrifft auch die angemessene raumakustische Gestaltung der Klassenräume. So werden nach neueren Forschungsergebnissen sehr kurze Nachhallzeiten zwischen 0,4 s und 0,6 s in Verbindung mit einem reflektierenden mittleren Deckenspiegel als ideal erachtet, was zwangsläufig zu umfangreichen schallabsorbierenden Maßnahmen im Wandbereich führt. Vor dem Hintergrund praxisgerechter baulicher Lösungen wird in diesem Beitrag der Frage nachgegangen, wie sich die räumliche Verteilung von reflektierenden und schallabsorbierenden Oberflächen in Klassenräumen auf die Nachhallzeiten und Sprachverständlichkeit auswirkt. Zu diesem Zweck wurden Computersimulationen durchgeführt, die hinsichtlich der Parameter Nachhallzeit und Sprachübertragungsindex (STI) ausgewertet wurden. Ferner erfolgten Hörversuche mit auralisierten Schallfeldern zur subjektiven Beurteilung unterschiedlicher Absorberanordnungen.
-
Untersuchungen zur Wahrnehmbarkeit von Nachhall [DAGA 2008 (Dresden)]
G. Engel and F. Walter
[A]
Als Maß für die subjektiv wahrnehmbare Halligkeit eines Raumes wird üblicherweise die Nachhallzeit (T60 bzw. EDT) verwendet. Speziell bei großen oder ungewöhnlich gestalteten Sälen passen aber oftmals die Messgrößen nur schlecht zur während einer Aufführung wahrgenommenen Halligkeit.
Mit Hilfe eines Systems zur elektroakustischen Beeinflussung der Raumakustik wurden Untersuchungen durchgeführt, um das Verständnis vom Zusammenhang zwischen subjektiver Klangwahrnehmung und messtechnisch erfassbaren Eigenschaften des Nachhalls zu verbessern.
Die Verwendung des elektronischen Raumakustiksystems ermöglicht dabei den Einsatz realer Schallquellen und vermeidet die Einschränkungen von Kunstkopfaufnahmen.
Engel, J.
-
Ion channels in cochlear hair cells [DAGA 2005 (München)]
J. Engel and S. Münkner
[A]
This talk tries to summarize recent knowledge about ion channels in mammalian hair cells. The transduction channel at the stereocilia is present in both inner (IHC) and outer hair cells (OHCs) and there is growing evidence that TRPA1 is part of the channel complex, although the functioning of the channel at high frequencies remains obscure.
Inner hair cells (IHC) essentially transform mechanical deflection of their stereocilia into graded receptor potentials and graded release of glutamate onto afferent nerve fibres. The channel responsible for presynaptic Ca2+ influx and exocytosis is the Cav1.3 voltage-activated Ca2+ channel that is characterized by very low voltage of activation (-65 mV), very rapid activation and deactivation kinetics and lack of inactivation. Thus the channel conducts some Ca2+ even at the hearing threshold, responds very rapidly to voltage changes, and does so under sustained stimulation. Repolarization of the receptor potential is brought about by a fast Ca2+-activated K+ (BK) channel and a slower K+ channel of the delayed rectifier type.
OHCs feed energy into the cochlear partition by voltage-dependent length changes of the motor protein prestin. The membrane potential is determined by the KCNQ4 K+ channel and can be shifted in the negative direction by efferent fibres innervating the OHCs. Efferent terminals release acetylcholine, activate alpha9/alpha10 acetylcholine receptors with high Ca2+ permeability and in turn activate Ca2+-activated K+ (SK) channels which hyperpolarize the OHCs. BK and Cav1.3 channels are also present in OHCs, but their function is currently not known.
Engelbrecht, K.-P.
-
Enhancing the Flexibility of a Multimodal Smart Home Environment [DAGA 2007 (Stuttgart)]
T. Dimopulos, S. Albayrak, K.-P. Engelbrecht, G. Lehmann and S. Möller
[A]
The smart home offers a new opportunity to augment people's lives with ubiquitous computing technology providing enhanced communications, awareness, and functionality. A natural way of interaction in such a smart home is via a spoken natural-language dialogue: It is easy to learn, hands-free, and accessible from any place in the household or outdoors. However, speech-only interaction is less effective than the multimodal face-to-face interaction that humans are used to. In order to compensate for this disadvantage, the system should appear more ''intelligent'', e. g. in the form of a ''home assistant'', which should hide the complexity of the appliances through an intuitive interface.
A first speech-based home assistant was developed in the EU-funded IST project INSPIRE. In this talk, we present the results of recent work aiming at enhancing the system at two points: (1) The user interface was made more flexible by coupling it to a VoiceXML platform which provides remote or local voice interaction in a unified, standards-based fashion. (2) The system's modularity was leveraged by extending it with an abstract, protocol-independent device control mechanism. The results of these extensions are expected to facilitate the interaction in this type of ''intelligent'' environment, and finally to provide better acceptance of such environments in general.
-
Evaluierung einer intelligenten Hausumgebung durch Modellierung von Benutzerverhalten [DAGA 2007 (Stuttgart)]
S. Möller and K.-P. Engelbrecht
[A]
Je mehr Möglichkeiten bestehen, Umgebungen durch Einsatz von Sprachtechnologie ``intelligent'' zu gestalten, desto stärker steigt der Bedarf an einer schnellen und ökonomischen Evaluierung. Üblicherweise umfasst eine adäquate Evaluierung zwei Aspekte: Die Überprüfung der Leistung der beteiligten Systemkomponenten (z.B. Spracherkennung, Sprachverstehen, Dialogführung und Sprachausgabe), sowie die Quantifizierung verschiedener Qualitätsaspekte aus Benutzersicht, wie bspw. der Effizienz, des Komforts, der Gebrauchstauglichkeit sowie der Akzeptanz. Da sich Qualität als Ergebnis eines Wahrnehmungs- und Beurteilungsprozesses ergibt, bedarf es zur Messung der oben genannten Qualitätsaspekte i. Allg. kontrollierter (Labor-) Experimente mit Versuchspersonen.
Im hier vorgestellten Beitrag soll ein neuer Weg beschritten werden, um Qualität und Gebrauchstauglichkeit mit nur minimalem Einsatz von Versuchspersonen schon in der Designphase zu quantifizieren. Dazu wurde Benutzerverhalten im Umgang mit einer Sprachsteuerung für Hausgeräte analysiert und ``fehlerhaftes'' Verhalten, welches zu einer unnötigen Verlängerung der Interaktion führt, phenotypisch klassifiziert. Es wurden vier Klassen von Fehlern extrahiert, welche nun mit Hilfe eines Benutzermodells explizit generiert werden sollen. Dadurch können das Verhalten des Systems bei nicht optimalem Benutzerverhalten quantifiziert und Vorhersagen für die Benutzbarkeit getroffen werden. Im Vortrag werden die Möglichkeiten und Grenzen dieser automatisierten Evaluierungsmethode aufgezeigt, und es wird die Übertragbarkeit auf andere (z.B. Web-basierte und multimodale) Systeme diskutiert.
Engelhard, R.
-
Skalierbare automatische Klassifikation von Musikstücken mit individuellen Genre-Modellen [DAGA 2008 (Dresden)]
R. Engelhard, M. Möller and S. Baumann
[A]
Wir beschreiben ein Open-Source System zur automatischen Genre-Klassifikation von Musikdateien. Dabei vertreten wir die Position, dass die Kriterien zur Unterscheidung von Genres wie Rock oder Pop nicht allgemeingültig, sondern unscharf und subjektiv sind. Darauf aufbauend extrahiert das vorgestellte System aus einer bereits klassifizierten Musiksammlung Merkmale (u.a. RMS, Bandwith, MFCC) und lernt mittels Support Vector Machine ein Modell, das anschließend auf neue Musikstücke angewendet werden kann. Bei der Entwicklung lagen wichtige Augenmerke auf Effizienz, Skalierbarkeit und Benutzerfreundlichkeit, um einen Transfer des State-of-the-Art im Music Information Retrieval in die Anwendungspraxis zu ermöglichen. Mit sehr kurzen Programmlaufzeiten und guten Klassifikationsgenauigkeiten legen wir vielversprechende Zwischenergebnisse vor.
Enghardt, L.
-
Simulation eines neuen Verfahrens zur aktiven Unterdrückung höherer Schallmoden in Strömungskanälen von Turbomaschinen [DAGA 2000 (Oldenburg)]
U. Tapken, L. Enghardt, Y. Zhang and W. Neise
[A]
Die passive Dämpfung tonaler Schallanteile in den Strömungskanälen von Turbomaschinen, wie Ventilatoren und Flugzeugtriebwerken, ist auf dem begrenzten, zur Verfügung stehenden Raum mittels akustischer Auskleidungen meist nicht ausreichend möglich. Aus diesem Grund werden zur Zeit verschiedene zusätzliche aktive Geräuschminderungsverfahren untersucht. Bei Verwendung großer adaptiver Systeme wächst mit zunehmender Komplexität des modalen Schallfelds der numerische Aufwand schnell, und es können numerische Instabilitäten auftreten. Es bietet sich daher ein eher physikalisch orientierter Ansatz an, bei dem lediglich die dominanten Moden bekämpft werden. Auf dem Forum Acusticum 1999 ist dazu von Zhang das Konzept der indirekten Radialmodenunterdrückung vorgestellt worden: Die gleichzeitige Reduktion der Amplitude einer Umfangsmode an mehreren Axialpositionen führt implizit zur Verminderung ihrer radialen Komponenten, ohne daß deren Amplituden experimentell bestimmt werden müssen. Die Anwendbarkeit des Verfahrens wird durch Simulationsrechnungen demonstriert. Dazu wurde für eine einzelne Umfangsmode ein mehrkanaliger adaptiver Algorithmus im Frequenzbereich implementiert, bei dem jede zu vermindernde Radialkomponente einen Regelkanal darstellt. Als Alternative zu einer experimentellen Bestimmung der Übertragungsfunktionen zwischen den Lautsprecher- und Fehlermikrofonorten ist dabei ein analytischer Ansatz verfolgt worden. Die Simulationsergebnisse führen zu Erkenntnissen bezüglich der Anforderungen bei der praktischen Umsetzung des Konzepts, wie z.B. an die optimale Positionierung der Fehlermikrofone.
-
Entwicklung einer Software zur Kurzzeit-Azimutalmodenanalyse [DAGA 2000 (Oldenburg)]
P. Böhning, L. Enghardt, W. Neise and P. Költzsch
[A]
Der Schall, z.B. erzeugt durch eine Turbomaschine, breitet sich in zylindrischen Kanälen über einen weiten Frequenzbereich in Form von höheren akustischen Moden aus. Die Überlagerung verschiedener ausbreitungsfähiger Moden ergibt das Gesamtschallfeld im Kanal. Eine Mode in einem Rohrkanal besitzt eine azimutale und eine radiale Struktur. Bezieht man sich auf die azimutale Struktur, spricht man auch von Azimutalmoden. Mittels der Analyse von Schallfelder hinsichtlich dieser azimutalen Struktur lassen sich oftmals Schlüsse auf die dominanten schallerzeugenden Mechanismen ziehen und z.B. Maßnahmen zur Reduzierung der Schallabstrahlung einer Turbomaschine ableiten. Im Rahmen einer Diplomarbeit wurde eine Software zur Kurzzeit-Azimutalmodenanalyse entwickelt. Diese Software ermöglicht eine schnelle Aussage über Veränderungen in der azimutalen Struktur des Schallfeldes in einem Rohrkanal. So können z.B. die Auswirkungen von Modifizierungen am Design einer Turbomaschine oder die Effizienz eines Systems zur aktiven Lärminderung in situ bestimmt werden. Im Vortrag wird das der Software zugrundeliegende Analyseverfahren vorgestellt. Zur Demonstration der Anwendungsmöglichkeiten der Software soll beispielhaft auf ein Experiment eingegangen werden. Zur Verifizierung eines theoretischen Modells, das zur Bestimmung der bei der Rotor/Stator-Interaktion entstehenden Azimutalmoden dient, wurde das Schallfeld eines Axialventilators im angeschlossenen Rohrkanal vermessen. Die mittels der Software gewonnenen Ergebnisse werden präsentiert und mit den Aussagen des Modells verglichen.
-
Aktive Lärmminderung von axialen Turbomaschinen [DAGA 2005 (München)]
L. Enghardt, U. Tapken and J. Schulz
[A]
Lärm von Turbomaschinen in Strömungskanälen besitzt bei hohen Drehzahlen des Rotors und großem Kanaldurchmesser eine komplexe modale Struktur. Dies gilt beispielsweise für das vom Fan eines Flugzeugtriebwerks in den Einlauf und in den Nebenstromkanal abgestrahlte Schallfeld. Der Rotor erzeugt in Wechselwirkung mit dem Stator diskrete Töne, die eine hohe Schallintensität im Vergleich zum breitbandigen Lärm besitzen. Durch den Einsatz passiver Absorber lässt sich in der Regel keine ausreichende Lärmminderung der Töne erzielen. Eine aktive Bekämpfung der Töne stellt deshalb eine sinnvolle Ergänzung der standardmäßig eingesetzten Lärmminderungsmaßnahmen dar.
Der Vortrag präsentiert die Ergebnisse einer aktiven Unterdrückung von Fan-Tönen an einem Modell-Triebwerk mit Hilfe eines 32-kanaligen Regelungssystems. Die Signale von 32 wandbündig eingebauten Mikrofonen wurden in einem Controller verarbeitet. Das Ergebnis dieser Verarbeitung diente dann als Anregungssignale für 32 wandbündig eingebaute Lautsprecher. Bei diesen Experimenten wurde die Modenmesstechnik zur quantitativen Analyse des Regelungserfolgs eingesetzt.
Alternativ zu Lautsprechern können durch gezielte Beeinflussung der Strömung im Bereich der Rotorblattspitzen aeroakustische Schallquellen erzeugt werden. Dies ist beispielsweise durch konstantes oder periodisches Einblasen von Pressluft durch Düsen in der Nähe der Rotorblattspitzen möglich. Die Technik wurde im Laborversuch erfolgreich als Gegenschallquelle zur aktiven Lärmminderung getestet.
Ein aktueller Laborversuch zur aktiven Regelung von Turbomaschinenschall mit höheren Moden beschäftigt sich mit der Optimierung der Synthese des sekundären Schallfelds. Der Regelaufwand soll sowohl durch geschickte Verringerung der Mikrofon- und Lautsprecheranzahl als auch durch Einsatz eines Blockregelungsalgorithmus im Frequenzbereich minimiert werden.
-
Der Einfluss des radialen Strömungsprofils auf die Schallausbreitung von höheren Moden in zylindrischen Strömungskanälen [DAGA 2005 (München)]
O. Kornow and L. Enghardt
[A]
Der Schall von axialen oder radialen Turbomaschinen breitet sich in den angeschlossenen koaxialen oder zylindrischen Strömungskanälen über einen weiten Frequenzbereich in Form von höheren Moden aus. Diese Schallausbreitung wird durch eine konvektive Differentialgleichung beschrieben, für die unter der Annahme von Isentropie, Reibungsfreiheit und Inkompressibilität eine Serie von analytischen Lösungen existiert (die Moden), wenn man als Randbedingung schallharte Wände sowie ein vom Radius unabhängiges Strömungsprofil mit konstanter Machzahl ansetzt.
Für jede ausbreitungsfähige Mode kann die in bzw. gegen Strömungsrichtung trans-portierte Schallleistung analytisch berechnet werden. Das DLR nutzt die analytische Schalldruckbeschreibung in Form von Moden zur Berechnung der Schallleistung von mittels Drucksensoren gemessenen Schallfeldern aus.
Für in diesem Einsatzbereich typische Strömungsgeschwindigkeiten von Ma=0.3 stellt sich die Frage, welchen Einfluss ein vorhandenes, aber in der analytischen Lösung nicht berücksichtigtes radiales Strömungsprofil mit Wandgrenzschichten auf die Schallausbreitung hat. Zu diesem Zweck wurde im Rahmen einer Diplomarbeit ein allgemeiner Ansatz für die Beschreibung der Schallausbreitung in Strömungskanälen verfolgt. Die resultierende Differentialgleichung ist analytisch nicht komplett lösbar, kann aber mittels eines Separationsansatzes in ihre Abhängigkeit von der radialen, der axialen und der Umfangskoordinate zerlegt werden. Der modale Schalldruckverlauf senkrecht zur Rohrachse wird mit Hilfe numerischer Integrationsverfahren (z.B. Runge-Kutta) berechnet.
Das Paper diskutiert die Abhängigkeit der berechneten Druckprofilformen von Parametern wie Grenzschichtdicke, Machzahl, Grenzschichtprofil, Helmholtzzahl und Modenordnung im Vergleich zur analytischen Lösung ohne Berücksichtigung der Wandgrenzschichten. Ein Ansatz zur Berechnung der Schallleistung wird präsentiert, der eine Erweiterung der analytischen Formulierung darstellt. Die analytisch berechnete und die numerisch bestimmte Schallleistung für ein simuliertes Schallfeld werden verglichen.
-
Schallquellenlokalisierung in Brennkammern mit Hilfe von akustischer Nahfeldholografie
L. Enghardt, U. Tapken and C.O. Paschereit
[A]
Moderne Brennkammern für Flugzeugtriebwerke oder stationäre Gasturbinen werden zur Optimierung ihrer Effizienz und zur Minimierung der Schadstoffemmisionen bei sehr hohen Temperaturen mit nicht stöchiometrischen Gemischen von Luft und Brennstoff mager betrieben. Diese Art der Verbrennung hat den Nachteil, dass sie zur Ausbildung von Instabilitäten neigt, die grundsätzlich ein sehr unangenehmes akustisches Fernfeld erzeugen und außerdem im Resonanzfall auch die Lebensdauer der Brennkammer signifikant herabsetzen können. Im Rahmen der DFG Forschergruppe Verbrennungslärm geht es im neuen Teilprojekt 10 um die Lokalisierung solcher Schallquellen. Mit Hilfe einer großen Zahl von Schalldruckmesswerten wandbündig angeordneter Mikrofone unter Ausnutzung eines analytischen mathematischen Modells können Monopolschallquellen geortet und deren Quellstärke bestimmt werden. Simulationsrechnungen und experimentelle Untersuchungen zeigen, dass die Lokalisierung gut gelingt, obwohl die typischerweise auftretenden Schallwellenlängen groß sind im Vergleich zur Ausdehnung der Brennkammer. Der Schlüssel zum Erfolg der Analyse ist die Berücksichtigung des Schalldruck-Nahfeldes. Dieses klingt mit wachsender Entfernung von den Quellen sehr schnell ab und kann nur von Mikrofonen, deren axiale Position nicht weit von der Quellposition entfernt ist, mit ausreichender Genauigkeit erfasst werden. Mit dem neuen Verfahren wird das instationäre Schallfeld der Quellen rekonstruiert, es handelt sich daher um eine spezielle Art der Nahfeld-Holographie in durchströmten Rohren. In Voruntersuchungen konnte gezeigt werden, dass sich die Position und Amplitude einzelner Quellen sehr gut bestimmen lässt.
-
Hochgenaue Bestimmung der akustischen Dämpfung von durchströmten Linern für Triebwerke [DAGA 2007 (Stuttgart)]
S. Busse, C. Heuwinkel, L. Enghardt and I. Röhle
[A]
In einer durchströmten Messstrecke mit rundem Querschnitt war ein perforierter Liner mit einer ihn radial umgebenden Druckkammer (Plenum) zwischen zwei symmetrischen Kanalsegmenten montiert. Die beiden Kanalsegmente beinhalteten jeweils Anbohrungen für fünf Mikrofonringe mit acht gleichmäßig über den Umfang angeordneten Mikrofonen und an ihren äußeren Enden einen radial angeflanschten Lautsprecher und einen reflexionsarmen Abschluss.
Die Untersuchung wurde in einem Frequenzbereich durchgeführt, in dem ausschließlich ebene Wellen im Kanal ausbreitungsfähig sind. So konnte die Kalibration der Mikrofone darauf aufbauen, dass bei gleicher axialer aber unterschiedlicher Winkelposition gleiche Wechseldruckmesswerte erwartet wurden. Der relative Unterschied der an den einzelnen Winkelpositionen für eine Frequenz gemessenen Werte zum Mittelwert wurde als Amplituden- und Phasenkorrektur für die Datenauswertung herangezogen.
Der Einfluss der Reflexionen an den Rohrenden konnte durch Anpassung des Auswertungsverfahrens nahezu beseitigt werden. Dazu wurden bei wechselseitiger Beschallung der Messstrecke die Mikrofonsignale in beiden Kanalsegmenten erfasst, mittels Kopplung von Reflexion und Transmission beider Abschnitte die Einflüsse der Endreflektionen verrechnet und auf diese Weise eliminiert.
Die Modellierung der akustischen und thermischen Wandgrenzschichten ermöglichte eine weitere Verringerung der Messfehler. Abschließend konnte der Einfluss nicht ausbreitungsfähiger Moden in der Nähe der Lautsprecher sowie, unterstützt durch Prandtlrohrmessungen, die korrekte mittlere Strömungsgeschwindigkeit ermittelt und bei der Auswertung berücksichtigt werden. Während der Untersuchungen zeigte sich, dass sich Stehwellen im Plenum ausbildeten, deren Auswirkung auf die Messwerte durch eine Unterteilung des Plenums aus dem zu untersuchenden Frequenzbereich verschoben werden konnten. Der Messfehler der akustischen Streufaktoren und der daraus resultierenden akustischen Dämpfung konnte ohne Strömung unter 1% und mit Strömungsüberlagerung unter 2% gesenkt werden.
-
Untersuchung der akustischen Eigenschaften perforierter Liner [DAGA 2007 (Stuttgart)]
C. Heuwinkel, L. Enghardt and I. Röhle
[A]
Diese experimentelle Untersuchung soll zum Verständnis der Schallabsorption durch perforierte Liner, mit und ohne Quereinblasung, beitragen und Informationen über deren Einflussparameter liefern. Die Ergebnisse dienen als Grundlage, um langfristig das akustische Verhalten eines Liners modellieren zu können. Dadurch soll es möglich werden, Vorhersagen über die Schallabsorption für bestimmte Parameter zu treffen und somit anwendungsoptimierte Liner zu entwickeln. Eine der zahlreichen Anwendungen für diese Art der akustischen Dämpfung ist es, der Entstehung thermoakustischer Instabilitäten, zum Beispiel in Gasturbinen, entgegenzuwirken.
Es wurden drei Testobjekte bei Frequenzen zwischen 200-1400 Hz untersucht. Dabei wurden die akusti-schen Eigenschaften in Form von Reflexion, Transmission und Dissipation für verschiedene Konfigurationen bestimmt. Abweichend von den Bedingungen in einer Brennkammer wurde bei diesen Messungen nur kalte Luft unter normalen Druckverhältnissen eingesetzt. Ebenso wurde die Schallausbreitung im Kanal auf ebene Wellen beschränkt.
Die Experimente zeigen, dass mit Hilfe perforierter Wände und Lufteinblasung die Schallenergie über einen breiten Frequenzbereich um über 50% absorbiert werden kann. Bei einigen Konfigurationen konnte dieses Niveau sogar für einen schmalen Frequenzbereich auf über 60% erhöht werden. Als Einflussgrößen wurden bei dieser Parameterstudie die Strahlgeschwindigkeit, die Machzahl im Kanal, die Anzahl der Strahlen und ihr Abstand untersucht. In diesem Zusammenhang wurde festgestellt, dass die Länge des Plenums für einige bestimmte Frequenzen eine erhebliche Auswirkung auf die akustischen Eigenschaften des Testobjektes hat.
Die besten Ergebnisse für die Dissipation wurden bei einer Strahlgeschwindigkeit von 20 m/s erzielt. Allgemein kann gesagt werden, dass ein vergrößerter Abstand der Löcher zueinander die Dissipation steigert und eine erhöhte Lochanzahl die breitbandige Absorption verbessert.
-
Phasenbeziehung für die aktive Minderung des Drehklangs axialer Turbomaschinen bei Verwendung aeroakustischer Gegenschallquellen [DAGA 2007 (Stuttgart)]
O. Lemke, L. Enghardt, W. Neise and M. Möser
[A]
Im Rahmen eines DFG geförderten Forschungsvorhabens werden aeroakustische Gegenschallquellen zur aktiven Minderung des Drehklangs eines Axialventilators verwendet, die durch das Einblasen von Druckluft über zylindrische Düse zwischen Rotor und Stator angeregt, zur Ausbildung eines Sekundärschallfeldes führen. Damit unterscheidet sich der Ansatz wesentlich von konventionellen Verfahren, in denen das gegenphasige Schallfeld mit Lautsprechern erzeugt wird.
Ursache der tonalen Geräuschentstehung in axialen Turbomaschinen sind
instationäre periodische Kräfte, welche als Folge der Rotor-Stator-Interaktion entstehen, wobei die modale Zusammensetzung des Schallfeldes in Umfangsrichtung durch die Anzahl von Rotor- und Statorschaufeln festgelegt ist. Durch die Verwendung der gleichen Anzahl von Einblasdüsen wie Statorschaufeln zur gezielten Strömungsstörung ist in jedem Fall sichergestellt, dass als Folge der Rotor-Störung-Interaktion das Sekundärschallfeld hinsichtlich seiner modalen Struktur dem Primärschallfeld entspricht. Die Anpassung von Amplitude und Phasenlage erfolgt durch den Einblasmassenstrom und die Umfangsposition der Düsen bezüglich des Stators.
In Hinblick auf die Entwicklung geeigneter Regelstrategien wurde in den
vorangegangen Untersuchungen ein Extremwertregler zur Kontrolle von Amplitude und Phasenlage entwickelt. Diese Art der Reglung kommt ohne Systemkenntnis aus, verhält sich sehr robust gegenüber Störeinflüssen, ist jedoch sehr langsam. Zum Aufbau einer schnellen Regelung ist eine verbesserte Systemkenntnis von entscheidender Bedeutung. Durch eine erweiterte Datenanalyse konnte in aktuellen Untersuchungen die Phase des Sekundärschallfeldes bestimmt werden. Dabei stellte sich heraus, dass der Phasenverlauf in Abhängigkeit von der Düsenumfangsposition für die dominanten Umfangsmoden bei der Blattpassierfrequenz sowie deren Harmonischer linear ist. Diese neue Erkenntnis soll in Folgeuntersuchung zur Entwicklung von schnellen Regelalgorithmen zur Geräuschminderung durch aeroakustische Gegenschallquellen bei axialen Turbomaschinen Anwendung finden.
-
A first step towards a parametric model for fan broadband and tonal noise [DAGA 2008 (Dresden)]
A. Moreau and L. Enghardt
[A]
The fan of an aero-engine is one of the most significant noise sources of civil aircraft. The purpose of the present work is to provide a tool for fan noise prediction, which can be integrated into the design process of innovative
fans.
Fan noise is predicted by means of an analytic model. A single noise source is considered for this first approach: the rotor-stator interaction noise due to rotor blade wakes impinging onto the stator vanes. This source is known to be the major source of fan broadband and tonal noise. The formula for the sound power is based on the single airfoil theory in far field developed by Amiet. It accounts for the effect of subsonic compresssible flow and source non-compactness.
The model provides two sound power spectra, for broadband and tonal noise, respectively. It accounts for fan parameters such as geometry (blade and vane count, chord length, rotor-stator gap) and flow parameters (mean velocities, wake and turbulence characteristics).
Future work will investigate a more detailed description of the sound field based on an acoustic modal approach, in which each frequency component of the sound spectrum is decomposed into a distribution of duct acoustic modes.
-
Lokalisierung von Schallquellen in geschlossenen Brennkammern [DAGA 2008 (Dresden)]
C. Pfeifer, J.P. Moeck, L. Enghardt and C.O. Paschereit
[A]
Moderne Brennkammern für Flugzeugtriebwerke oder stationäre Gasturbinen werden
zur Optimierung ihrer Effizienz und zur Minimierung der Schadstoffemissionen
bei sehr hohen Temperaturen mit nicht stöchiometrischen Gemischen von Luft und
Brennstoff mager betrieben. Diese Art der Verbrennung hat den Nachteil, dass
sie zur Ausbildung von Instabilitäten neigt, die grundsätzlich ein sehr
unangenehmes akustisches Fernfeld erzeugen und außerdem im Resonanzfall auch
die Lebensdauer der Brennkammer signifikant herabsetzen können. Im Rahmen der
DFG Forschergruppe Verbrennungslärm geht es im Teilprojekt 10 um die
Lokalisierung solcher Schallquellen in geschlossenen Brennkammern. Dies wird
durch die Auswertung von Druckmesswerten wandbündig angeordneter Sensoren unter
Ausnutzung der akustischen Nahfeldinformation der Schallquellen erreicht. Das
örtlich begrenzte Gebiet, in dem die Schallquellen vermutet werden, wird durch
ein Raster vorgegebener Monopolquellen diskretisiert. Danach wird aus den
Beziehungen zwischen den Schallquellen und dem durch die Quellen im Raster
theoretisch hervorgerufenen Schalldruck ein lineares Gleichungssystem für die
Quellamplituden aufgestellt. Durch Invertierung dieses Systems werden die
Amplituden der diskreten Schallquellen rekonstruiert. Eine örtliche Variation
des Rasters ermöglicht die Abtastung potentieller Quellgebiete und somit den
Rückschluss auf die tatsächliche Quellenverteilung. Die aufgestellten
Gleichungssysteme werden im Rahmen einer Simulationsrechnung als
Parameterstudie gelöst und bewertet. Ausgewählte Simulationsergebnisse werden
vorgestellt, um die Möglichkeiten und Grenzen des Verfahrens zu verdeutlichen.
-
Vergleich experimenteller Daten und numerischer Berechnungen zur Analyse der Dämpfungseigenschaften überströmter Liner für Flugtriebwerke [DAGA 2008 (Dresden)]
S. Busse, C. Richter, C. Heuwinkel, L. Enghardt, I. Röhle, U. Michel and F. Thiele
[A]
Der Einfluss der Überströmungsgeschwindigkeit auf die Impedanz von Schalldämpfern (Linern) ist für deren Einsatz in Flugtriebwerken ein wichtiger Parameter. Dieser wurde experimentell und numerisch untersucht. Dazu wurden in einer durchströmten, austauschbaren runden oder eckigen Messstrecke verschiedene axialsymmetrische oder ebene schalldämmende, realitätsnahe Auskleidungen vermessen. Jede untersuchte Frequenz wurde von Lautsprechern monofrequent angeregt. Die resultierenden Wechseldrücke wurden mithilfe mehrerer beidseitig der Probe wandbündig angeordneter Mikrofone erfasst. Die Messdatenauswertung, insbesondere die Trennung in hin- und zurücklaufende Wellen und die Berücksichtigung verschiedener Fehlergrößen, erfolgte durch Algorithmen im Frequenzbereich.
Die Auswertungsergebnisse waren Ausgangsbasis für die numerische Rückrechnung der Impedanz im Zeitbereich mit Hilfe einer numerischen Methode. Dafür wurde ein kommerzielles, nichtlineares Optimierungsverfahren mit einer proprietären CAA-Methode gekoppelt. Ziel der Optimierung war die Minimierung des Fehlerquadrats zwischen gemessenem und numerisch berechnetem Frequenzgang der Schallleistungsdissipation des Liners. Dazu wurden die fünf Parameter des Impedanzmodells variiert. Bei Formulierung im Zeitbereich kann der Frequenzgang der Impedanz mit einer einzigen Optimierung gefunden werden. Im Gegensatz zu Messungen mit dem Kundtschem Rohr berücksichtigt die berechnete Impedanz nichtlineare Änderungen durch die Überströmung der Probe. Mit den ermittelten Modellparametern kann die Wirkung der akustischen Auskleidung in der realen Einbausituation im Flugtriebwerk simuliert werden.
-
Schallschnellemessung mit akustischem PIV am Beispiel einer Lochplatte [DAGA 2008 (Dresden)]
A. Fischer, L. Enghardt and I. Röhle
[A]
Durch phasensynchronisierte PIV-Messungen (Particle Image Velocimetry) wurde das Schallschnellefeld an einer einseitig beschallten Lochplatte vermessen. Diese Messung dient als Voruntersuchung für die Bestimmung akustischer Eigenschaften von Linern (akustisch dämpfende Wandauskleidung). Es konnte die Wechselwirkung zwischen Schall- und Sekundärströmungsfeld am Loch in Abhängigkeit von Anregungsamplitude sowie Anregungsfrequenz untersucht werden. Das Schallschnellefeld wurde mit Hilfe von phasensynchronisierten PIV-Messungen bezüglich der monofrequenten Anregung bestimmt. Dazu wurden zwei um 180 phasenversetzte Geschwindigkeitsvektorfelder aufgenommen, in denen die Schallschnelle ein entgegengesetztes Vorzeichen besitzt. Da die gemessen Geschwindigkeitsvektoren sich aus den Komponenten der mittleren Geschwindigkeit, den turbulenten Schwankungen sowie der Schallschnelle zusammensetzen, lässt sich durch Subtraktion beider Geschwindigkeitsvektorfelder das Schallschnellefeld berechnen.
Akustische Untersuchungen wurden bisher meist mit Druckaufnehmern wie Mikrofonen durchgeführt. Für die Impedanzbestimmung von z.B. durchströmten Rohren, Düsen oder Linern sind der akustische Druck sowie die Schallschnelle als Funktion von Raum und Zeit notwendig. Eine Bestimmung der Schallschnelle erfolgt beispielsweise durch die gleichzeitige Messung des Druckes an benachbarten Orten und berechnet sich über eine verknüpfte Gleichung von Schnelle und Druck. Das hier vorgestellte so genannte ''Akustische PIV'' bietet eine berührungslose Möglichkeit zur direkten Messung der Schallschnelle bei gleichzeitiger Bestimmung des Geschwindigkeitsfeldes und ermöglicht zusammen mit wandbündig eingebauten Mikrofonen eine Bestimmung der Impedanz.
-
Gleichzeitige Kontrolle zweier Drehklangkomponenten in einer axialen Turbomaschine bei Verwendung aeroakustischer Gegenschallquellen [DAGA 2008 (Dresden)]
O. Lemke, W. Neise, L. Enghardt and M. Möser
[A]
Die Hauptursache der tonalen Geräuschentstehung in axialen Turbomaschinen sind instationäre periodische Kräfte als Folge der Rotor-Stator Interaktion, die zu einer Abstrahlung kompliziert strukturierter Schallfelder in das Fernfeld führen. Konventionelle Methoden verwenden Lautsprecher zur Generierung eines geeigneten Sekundärschallfeldes mit dem Ziel, die Struktur des Primärschallfeldes gegenphasig nachzubilden und somit destruktiv zu überlagern. Diese Methode ist auf Grund des hohen Platzbedarfs und Gewichts der Lautsprecher nicht allgemein einsetzbar.
In einem DFG-geförderten Forschungsvorhaben werden Möglichkeiten untersucht, das Sekundärschallfeld auf aeroakustischem Wege zu erzeugen. Durch stationäre Drucklufteinblasung über kleine zylindrische Düsen am Gehäuseumfang zwischen Rotor und Stator eines Axialventilators werden zusätzliche instationäre Kräfte auf den Schaufeloberflächen angeregt, die zur Ausbildung eines Sekundärschallfeldes führen. Die Nachbildung des Primärschallfeldes hinsichtlich der azimutalen Struktur ist gegeben, wenn die Zahl der Einblasdüsen gleich der Zahl der Statorschaufeln ist. Die Anpassung von Amplitude und Phasenlage erfolgt durch den Einblasmassenstrom und die Umfangsposition der Düsen bezüglich des Stators.
Mit der bisherigen Düsenanordnung war es möglich, einen Freiheitsgrad des Sekundärschallfeldes in Amplitude und Phase zu kontrollieren, d.h. entweder den Pegel der Blattpassierfrequenz oder einer ihrer Harmonischen zu mindern. In aktuellen Untersuchungen werden zwei axial gestaffelte Düsenringe zur Kontrolle von zwei Freiheitsgraden verwendet, um gleichzeitig zwei tonale Komponenten zu beeinflussen.
-
Modenanalyse breitbandiger Schallfelder in Strömungskanälen [DAGA 2008 (Dresden)]
A. Holewa, L. Enghardt and U. Tapken
[A]
In dem von modernen und zukünftigen Flugtriebwerken abgestrahlten Lärmspektrum stellen die breitbandigen Schallfeldkomponenten einen zunehmend wichtigeren Bestandteil dar. Zur Bestimmung der von einer Triebwerkskomponente - wie etwa dem Fan im Triebwerkseinlauf - angeregten komplexen dominanten Schallfeldstrukturen und zur Quantifizierung der insgesamt abgestrahlten Schallleistung entwickelt das DLR derzeit ein neues Verfahren zur Analyse der Schallmoden in den angeschlossenen Strömungskanälen. In einer experimentellen Untersuchung konnte bereits gezeigt werden, dass die Beschreibung breitbandiger Schallfelder in Strömungskanälen als Überlagerung vieler modaler Freiheitsgrade möglich und sinnvoll ist. Für diesen Nachweis wurde ein Analyseverfahren entwickelt, welches auf der Verwendung sämtlicher Kreuzspektren eines feststehenden Mikrofonarrays beruht. In der praktischen Anwendung sind feststehende Mikrofonarrays aufgrund der großen Anzahl benötigter Mikrofone bei hohen charakteristischen Frequenzen jedoch ungeeignet. Deshalb wird der Versuch unternommen, das Schallfeld mit einer drehbaren Mikrofonsektion schrittweise zu erfassen und die Analysemethode entsprechend anzupassen. Es ergeben sich im Vergleich zur feststehenden Mikrofonanordnung mehrere Fragestellungen: Da nur diejenigen Kreuzspektren in die Analyse eingehen können, deren Zeitsignale synchron aufgezeichnet wurden, geht eine unvollständige Kreuzspektralmatrix in den Lösungsalgorithmus ein. Die Methode geht von einem statistisch konstanten Mittelwert des Schallfelds aus; die zeitliche Schwankung dieses Mittelwerts bestimmt die Fehleranfälligkeit des Verfahrens. Der Informationsgehalt der gewonnenen Messdaten hängt stark von den gewählten Traversierungsschritten ab.
Engleder, S.
-
Modifizierte Randintegralgleichungen für äußere Randwertprobleme der Helmholtz-Gleichung [DAGA 2007 (Stuttgart)]
S. Engleder and O. Steinbach
[A]
In diesem Vortrag soll ein Überblick gegeben werden über die
Verwendung von Randintegralgleichungen und Randelementmethoden
zur Lösung von Aussenraumproblemen in der Akustik.
Die Verwendung klassischer direkter und indirekter Oberflächenpotentiale
zur Beschreibung der Lösung der Helmholtz-Gleichung kann zu nicht
eindeutig lösbaren Randintegralgleichungen führen, wenn die Wellenzahl
mit einem Eigenwert des inneren Laplace-Operators zusammenfällt.
Zur Vermeidung dieser 'spurious modes' können kombinierte
Randintegralgleichungen nach Brakhage-Werner bzw. Burton-Miller
verwendet werden.
Aus mathematischer Sicht stellt sich jedoch die Frage nach der
Verwendung der richtigen Funktionenräume, sowohl für die
Untersuchung der eindeutigen Lösbarkeit der resultierenden
Randintegralgleichungen, als auch für die Konstruktion effizienter
numerischer Näherungsverfahren. Hierfür werden verschiedene
Regularisierungstechniken vorgestellt und diskutiert.
Für die Konstruktion numerischer Näherungslösungen werden verschiedene
Randelementformulierungen betrachtet, diskutiert, und anhand numerischer
Beispiele verglichen. Abschliessend sollen neuere Entwicklungen
und offene Probleme angesprochen werden, zum Beispiel die Verwendung
schneller Randelementmethoden und die Konstruktion effizienter
vorkonditionierter Lösungsverfahren.
Enzner, G.
-
Hands-Free Communication: A Unified Concept of Acoustic Echo Cancellation and Residual Echo Suppression [DAGA 2003 (Aachen)]
G. Enzner
[A]
An essential feature of hands-free communication systems is the acoustic echo control (AEC) unit. Our contribution presents a compilation of the important building-blocks of a linear AEC unit: That comprises an acoustic echo canceler performing magnitude-and-phase estimation of the acoustic echo and, moreover, a postfilter for residual echo suppression. The postfilter only corrects the magnitude of its input signal and, therefore, still works in situations where magnitude-and-phase cancellation fails. An AEC unit is supposed to maximize the feedback attenuation in a duplex connection and to minimize the distortion of the useful signal. The key to that is the synchronization of echo cancellation and postfiltering. That means there must be an interaction between both filters. This interaction (based on the convergence state of the echo canceler) is most obvious when both echo cancellation and postfiltering are implemented in the frequency-domain. The paper is organized as follows: After an introduction to the milestones of echo cancellation and postfiltering, we briefly clarify the mechanism of residual echo. Next, the concept of frequency-domain adaptive filtering (FDAF) for acoustic echo cancellation is recalled. An algorithm for postfiltering is given by the Wiener filter in the DFT domain. The interaction of both filters is then defined by means of the residual echo power spectral density. It is the essential control parameter that echo cancellation and postfiltering haven in common. Eventually, the performance of our AEC unit is demonstrated with simulations in various acoustic environments.
-
Realtime Performance of Acoustic Echo Canceler and Postfilter for Residual Echo Suppression in the Car Environment [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
G. Enzner, D. Mauler and P. Vary
[A]
A very simple and elegant signal processing solution to the acoustic echo
control problem has been presented recently [1]. This approach is based on the
purely statistical adaptation of an acoustic echo canceler and a postfilter
for residual echo suppression. A double talk detection is not required for the
stability of this algorithm. We have now used the algorithm to reduce the
acoustic echo of hands-free telephones in the car environment. In this paper
we present the results of the performance evaluation on the basis of our
realtime implementation. It turns out that the main strength of the algorithm
is the duplex ability, i.e. the fast and robust adaptation in the double talk
situation.
[1] Gerald Enzner and Peter Vary, 'Robust and Elegant, Purely Statistical
Adaptation of Acoustic Echo Canceler and Postfilter', Proc. IWAENC 2003.
-
VDA Bewertung der modellbasierten Optimalfilterung zur Unterdrückung akustischer Echos in KFZ-Freisprechsystemen [DAGA 2008 (Dresden)]
G. Enzner and M. Pauls
[A]
Die Unterdrückung akustischer Echos und Umgebungsgeräusche ist entscheidend für die Akzeptanz von Freisprechsystemen in Kraftfahrzeugen. Existierende, zumeist heuristisch geprägte Lösungen der Signalverarbeitung erfordern hierfür ein hohes Maß an Optimierung. Dennoch genügt die resultierende Qualität oft nicht den
Kundenanforderungen, insbesondere durch die eingeschränkte Gegensprechfähigkeit der Systeme. Diese zeigt sich entweder durch unerwünschte Bedämpfungen des Mikrofonsignals, erhebliche Klangverfärbungen oder durch Echoartefakte während des Gegensprechens. Zudem steigen die Adaptionszeiten vieler Echokompensationsfilter mit zunehmender Empfangslautstärke an.
Der vorliegende Beitrag beschreibt zunächst die Grundzüge eines neuen, modellbasierten Signalverarbeitungskonzeptes, welches die geschlossene mathematische Beschreibung und Optimierung adaptiver Echounterdrückungsfilter und deren Steuerungsmechanismen ermöglicht. Der resultierende Algorithmus zur Echounterdrückung zeichnet sich in der Praxis vor allem durch seine inhärente Robustheit in der Gegensprechsituation aus, welche ohne aufwändige Parameteroptimierung erreicht werden kann.
Des Weiteren werden konkrete Leistungsmerkmale des vorgeschlagenen Verfahrens anhand der aktuellsten Meßempfehlung des Verbandes der Automobilindustrie (VDA) angegeben. Auf der Grundlage der wichtigsten VDA-Qualitätsmerkmale wird dann eine fundierte Einschätzung über die Leistungsfähigkeit des Algorithmus getroffen, welche das Potential des neuen Verfahrens im Kraftfahrzeugbereich unterstreicht. Ergänzt werden die objektiven Meßresultate durch einen auditiven Test einer Gruppe
erfahrener Testpersonen.
Epp, B.
-
Kombination beidohriger und frequenzübergreifender Verarbeitung im Freifeld [DAGA 2006 (Braunschweig)]
B. Epp and J.L. Verhey
[A]
Wie das visuelle System die Umwelt in visuelle Objekte (z.B. Tisch
oder Stuhl) einteilt, ist auch das Gehör in der Lage, seine Umwelt in
auditorische Objekte zu ordnen. Ein auditorisches Objekt kann etwa
eine Schallquelle im Raum sein. Der Schall natürlicher Schallquellen,
wie beispielsweise Sprache, weist zudem häufig über Frequenzen hinweg gleiche
charakteristische Pegelschwankungen auf, die zusätzlich zur Objekttrennung
genutzt werden. Das letztere Merkmal der Komodulation verschiedener Frequenzkomponenten kann allein durch frequenzübergreifende Prozesse innerhalb eines Ohres (monaural) analysiert werden. Beim räumlichen Hören ist jedoch auch der Vergleich zwischen beiden Ohrsignalen wichtig (binaural).
In diesem Beitrag werden verschiedene räumliche Konstellationen von komoduliertem Störgeräusch und Nutzsignal mit dem Ziel untersucht, Aussagen über eine mögliche Interaktion der monauralen, frequenzübergreifenden und binauralen Verarbeitung zu erlangen. Eine mögliche Dominanz eines der beiden Merkmale Komodulation und räumliche Position kann über die Abfolge monauraler und binauraler Prozesse im Gehör Aufschluss geben. Ein Teil der Messungen im Freifeld wird zur besseren
Kontrolle der beidohrigen Parameter mit Kopfhörern wiederholt und mit den Freifeldmessungen verglichen.
-
Messungen und Simulationen zur Kombination monauraler und binauraler Effekte [DAGA 2007 (Stuttgart)]
B. Epp and J.L. Verhey
[A]
Die Mithörschwelle eines Sinustones in Anwesenheit eines Rauschmaskierers wird im Wesentlichen von seiner Rauschenergie im auditorischen Filter an der Signalfrequenz bestimmt. Die Mithörschwelle kann jedoch deutlich verbessert werden, wenn der Maskierer komoduliert ist, d.h. kohärente Pegelschwankung über Frequenzen hinweg aufweist. Dieser einohrige (monaurale) Effekt wird ''Comodulation Masking Release'' (CMR) genannt. Die Mithörschwelle kann auch verbessert werden wenn das Signal eine Phasenverschiebung zwischen den Ohren, so genannte interaurale Phasendifferenzen, aufweist. Dieser Effekt ist als ''Binaural masking level difference'' (BMLD) bekannt.
In diesem Beitrag werden Experimente zu CMR und BMLD vorgestellt, bei denen sowohl der binaurale Parameter der interauralen Signalphasendifferenz als auch der monaurale Parameter der Komodulation systematisch variiert wurden. Die Ergebnisse dieser und der schon berichteten Experimente (Epp und Verhey, DAGA 2006, 297-298) auf eine direkte Kombination monauraler und binauraler
Verarbeitung hin, was auf eine serielle Anordnung der zugrunde liegenden Prozesse schließen lässt. Auf Basis dieser Annahme wurde ein Modell entwickelt,
welches in der Lage ist, die wesentlichen Aspekte der Messergebnisse vorherzusagen.
-
Schwellenverbesserung durch frequenzübergreifende und beidohrige Verarbeitung bei verschiedenen Frequenzen [DAGA 2008 (Dresden)]
B. Epp and J.L. Verhey
[A]
Die Mithörschwelle eines maskierten Signals hängt nicht nur von dem
Signal-Rausch-Verhältnis in einem kritischen Band um die Signalfrequenz ab, sondern kann durch Ausnutzen zeitlich-frequenzübergreifender oder interauraler Eigenschaften deutlich verbessert werden. So liegt die Mithörschwelle eines Sinustones, welcher durch ein um die Signalfrequenz zentriertes Rauschen maskiert ist, deutlich niedriger, wenn weitere Rauschmaskierer in spektral entfernten Bändern hinzugefügt werden, sofern diese zum Maskierer an der Signalfrequenz kohärente Pegelschwankungen aufweisen. Dieser Effekt wird ``Comodulation Masking Release'' (CMR) genannt. Ausserdem können Unterschiede zwischen den Ohrsignalen (interaurale Unterschiede), welche etwa zur Lokalisation genutzt werden können, auch zu einer deutlichen Verbesserung der Mithörschwelle führen. Ein Effekt der auf dieser Signaleigenschaft beruht ist ``Binaural Masking Level difference'' (BMLD).
Ergebnisse aus psychoakustischen Experimenten bei einer Signalfrequenz von 700 Hz und Simulationen mit einem effektiven Modell deuten auf eine Addition der Verbesserungen durch Komodulation und interaurale Unterschiede hin, und somit auf eine effiziente, serielle Verarbeitung im auditorischen System (Epp & Verhey, Fortschritte der Akustik-DAGA 2007, 373-374 (2007)).
In diesem Beitrag wird die Kombination von interauraler und frequenzübergreifender Information durch Messungen bei verschiedenen Signalfrequenzen weiter untersucht und durch Vergleich mit Modellvorhersagen die Additivitätshypothese für einen größeren Frequenzbereich getestet.
Epping, H.
-
Entwicklung eines neuen Mikrofons für die Abnahme der Bassdrum [DAGA 2000 (Oldenburg)]
H. Epping
[A]
Ein geradliniger Frequenzgang und eine universelle Einsetzbarkeit werden oft als Kriterien für ein gutes Mikrofon angesehen. Diese Einschätzung hat sich jedoch in den letzten Jahren geändert: Musiker und Toningenieure erwarten für spezielle Anwendungen auch spezielle Mikrofone. Ein ''gutes'' Mikrofon soll nach diesem Verständnis von Hause aus den Klangcharakter der Schallquelle wiedergeben oder sogar betonen, der Toningenieur soll durch Klangregelung nur noch Feinabstimmungen vornehmen müssen. Eine in diesem Punkt schwierige Aufgabe ist die Abnahme der Bass-Drum. Selbst bei der Verwendung von breitbandigen Studiomikrofonen ist es meist notwendig, eine Klangkorrektur von weit über 10dB vorzunehmen. Deshalb war das Ziel für die Entwicklung des speziellen Bass-Drum-Mikrofones e602, daß das Mikrofon selbst schon optimale Ergebnisse liefert. Der Vortrag beschreibt die akustische Entwicklung, den Aufbau und die Eigenschaften des Mikrofones.
Ermert, H.
-
Neural Network Algorithms for Acoustical Image Reconstruction and Analysis [DAGA 2000 (Oldenburg)]
M. Rychagov, W. Wilkening and H. Ermert
[A]
% --------- TEX-File ----------- documentclass[12pt]{report} usepackage{amsfonts} addtolengthtopmargin{-40pt} textheight23.5cm topskip1.0cm setlength{parindent}{1.5em} setlength{parskip}{1.5ex} setlength{textwidth}{16.5cm} addtolengthoddsidemargin{-1.3cm} frenchspacing columnsep0.5cm headsep0.5cm footskip0.1cm pagestyle{empty} begin{document} centerline {NEURAL NETWORK ALGORITHMS} centerline {FOR ACOUSTICAL IMAGE RECONSTRUCTION AND ANALYSIS} centerline {} parbigskipbigskip centerline {large{M. N. Rychagovhspace{0.1cm}$^ {1}$, W. G. Wilkening hspace{0.1cm}$^ {2}$ and H. Ermerthspace{0.1cm}$^ 2$}} {em parbigskip centerline {$^ 1$hspace{0.1cm}Moscow Institute of Elektronic Technology (MIET)} centerline {Department of Biomedical Systems,} centerline{Moscow 103498 Zelenograd, Russia } centerline {FAX: +7-095-530.22.33;hspace{0.2cm} e-mail: mr@org833.zgrad.ru} parmedskip centerline {$^ 2$hspace{0.1cm}Ruhr-University Bochum, Department of Electrical Engineering,} centerline {D- 44780 Bochum, Germany } centerline {FAX: +49-234-709.41.67;hspace{0.2cm} e-mail: helmut.ermert@ruhr-uni-bochum.de} } parbigskipbigskip In the present paper the results of application of the neural network approach for solving special class of acoustical inverse scattering problem consisting in reconstruction of the binary objects (defects or structures) embedded in stratified media (L. Souriau, B. Duch^ ene, D. Lesselier and R. E. Kleinman {em Inverse Problems}, {bf 12}, 1996, p. 463-481; M.N. Rychagov, B. Duch^ ene Progress in Electromagnetic Research Symposium, PIERS'98, {em Proceedings}, 3, July 13-17, 1998, Nantes, France, p.1202) using the data of acoustical scattering experiment are presented. The inverse scattering problem was reformulated from the point of view of optimization problem, which, in one's turn, has been solved by the utilization of the properties of Hopfield neural structure. It has been shown, that the fulfillment of some requirements to the network's architecture leads to the convergence of the dynamic process of reaching neural network's stable state. The linearized, Born-approximated problem has been considered. The high effectiveness of the developed Hopfield neural network based algorithm has been demonstrated in computer simulations. It has been also stated, that the ability of Hopfield neural architecture for high-effective data parallel processing can be implemented in the case of the multiple-frequency inverse scattering experiments. The specialized neural networks have been constructed with adequate realization of the Lippmann-Schwinger integral equation technique for the exact (with the account of multiple scattering) solution of the inverse scattering problem. The questions of the determination of the optimal design parameters for the developed neural networks as well as the optimal characteristics of the inverse scattering experiments from the point of view of neural network data processing have been also analyzed. end{document} % --------- TEX-File ------------
-
Ultrasound spiral computed tomography for differential diagnosis of female breast: Some phantom results [DAGA 2002 (Bochum)]
M. Ashfaq and H. Ermert
[A]
Obwohl sich die echosonographische Untersuchung der weiblichen Brust als nützliche Ergänzung zur normalen Röntgenmammographie erwiesen hat, kann mit dem konventionellen Ultraschall-B-Bild allein oftmals nicht zwischen gesundem und tumorösen Gewebe unterschieden werden. Außerdem ist das Ergebnis der Untersuchung sowohl untersucherabhängig als auch oftmals nicht reproduzierbar. Die Ausbreitung von Ultraschall in Gewebe erfolgt in Abhängigkeit von dessen Dämpfung und Schallgeschwindigkeit. In klinischen Studien ist nachgewiesen worden, dass die ortsaufgelöste Darstellung dieser beiden Gewebeparameter, Dämpfung und Schallgeschwindigkeit, entscheidend zur Differenzierung von Brustgewebetypen beiträgt. Transmissionstomographische Verfahren zur Messung dieser Parameter wurden bereits in den letzten zwei Jahrzehnten vorgestellt. Allerdings war die klinische Anwendung dieser Verfahren entweder durch eine zu spezielle Messeinrichtung oder eine unzureichende räumliche Auflösung eingeschränkt. Wir stellen ein neues tomographisches Konzept zur Rekonstruktion der Gewebedämpfung und der Schallgeschwindigkeit vor. Die Datenaufnahme erfolgt mit einem handelsüblichen Ultraschallgerät und einem speziellen Applikator, dessen Konstruktion an die eines herkömmlichen Spiral-CTs angelehnt ist. Durch eine nachträgliche Datenverarbeitung werden die Schallgeschwindigkeit und die Gewebedämpfung ortsaufgelöst rekonstruiert. Der spezielle Applikator erlaubt dabei eine dreidimensionale Erfassung der weiblichen Brust. Durch den hier gewählten Spiral-CT-Ansatz konnte die bisher begrenzte räumliche Auflösung erhöht werden. Außerdem wurde der vorgestellte Applikator so konstruiert, dass er den Einsatz handelsüblicher Ultraschallwandler zulässt, was den klinischen Einsatz des Verfahrens erheblich erleichtert, und gleichzeitig die Nützung der Echosonographischen Bilder erlaubt. Die Ergebnisse der durchgeführten Phantomstudien werden dargestellt. Die Validierung der vorgeschlagenen Methode in vivo steht noch aus, jedoch ist ein klinischer Nutzen durch die Extraktion der Gewebeparameter Dämpfung und Schallgeschwindigkeit absehbar.
-
Ultrasonic Real Time Strain Imaging: A new diagnostic modality for the early detection of prostate cancer [DAGA 2002 (Bochum)]
A. Lorenz, H. Ermert, S. Siebers, T. Senge and S. Philippou
[A]
Tumoren der Prostata können eine größere mechanische Härte aufweisen als das sie umgebende Gewebe. Deshalb sind bei der transrektalen digitalen Tastbefundung nicht nur Vergrößerungen des Organs, sondern auch lokale Verhärtungen feststellbar. Diese Untersuchungstechnik ist z. Z. das Verfahren mit der größten Spezifität, ist aber selbst in Kombination mit der Auswertung von PSA-Werten und der Untersuchung mit transrektalem Ultraschall in seiner Aussage nicht sicher. Das Verfahren der ultraschallgestützten Elastographie erlaubt hingegen die Erfassung und Visualisierung mechanisch verhärteter Gewebebereiche mit höherer Empfindlichkeit und Genauigkeit als mit dem Finger und stellt somit eine nützliche Ergänzung zu herkömmlichen Untersuchungsmethoden dar. Wir haben Ultraschall Strain Imaging als Echtzeitverfahren für die Prostatadiagnostik implementiert. So ist es erstmals möglich, Dehnungsbilder in Echtzeit aufzuzeichnen und bei der Navigation und Diagnose des Prostatakarzinoms einzusetzen. Bei der transrektalen Untersuchung werden Ultraschallbildfolgen aufgenommen, während das Organ mit der manuell geführten Ultraschallsonde geringfügig komprimiert wird. Durch numerische Auswertung der bei verschiedenen Kompressionsstufen automatisch aufgenommenen Einzelbilder können Dehnungs- bzw. Kompressions-bilder berechnet werden, die die räumliche Verteilung der elastischen Gewebeeigenschaften in bestimmten Organquerschnitten repräsentieren. Mit diesem Verfahren können insbesondere lokale Verhärtungen sichtbar gemacht werden. Wir präsentieren neue Aufnahmen von mehreren Patienten, die zeigen, daß mit Hilfe der Echtzeit-Elastographie tumorverdächtige Bezirke darzustellen sind, die sich im herkömmlichen B-Bild unauffällig darstellen. Die Befunde sind mit Hilfe der korrespondierenden histologischen Präparate nachgewiesen. Durch Untersuchung eines Patientenkollektivs von 150 Patienten mit nachgewiesenem Prostatakarzinom konnte gezeigt werden, daß das Verfahren eine Sensitivität von 76 % und eine Spezifität von 84 % erreicht. Ein Beitrag aus dem Kompetenzzentrum Medizintechnik Ruhr (KMR), Bochum.
-
Ein modifiziertes Synthetische- Apertur-Verfahren zur Korrektur geometrischer Artefakte in der intravaskulären Ultraschall-Elastographie [DAGA 2002 (Bochum)]
C. Perrey, W. Wilkening, B. Brendel and H. Ermert
[A]
Intravascular ultrasound (IVUS) is a gold standard for the morphological assessment of coronary artery diseases. In order to detect unstable plaques, various methods have been proposed for imaging the elastic properties of vessel tissue. In IVUS elastography, tissue is compressed due to changes of the intraluminal pressure, by a force originating from the lumen center. Images are acquired during the compression, the resulting radial strain is computed along the ultrasound beams using cross correlations. If the transducer is not centered in the lumen, the ultrasound beams are not parallel to the force direction, leading to errors in the strain estimate. We propose a modified synthetic aperture focusing technique (SAFT) that allows the reconstruction of ultrasound beams parallel to the force. With conventional SAFT, B?mode images are formed using a fixed reconstruction pattern with beams in radial direction, with respect to the catheter center. After estimating the eccentric catheter position from a conventional image, the angle between ultrasound beam and force direction can be calculated. The modified SAFT reconstructs ultrasound beams in direction of the strain, originating from the lumen center. The angle is corrected and strain artefacts are reduced. To verify this approach, a 64 element intravascular circular array is simulated, imaging a vessel with different eccentric catheter positions. Radial strain is calculated using an iterative phase zero estimation of the complex cross correlation function of base band signals. The results show the feasibility of this approach for the correction of strain artefacts due to an eccentric catheter position.
-
Ultrasonic multifeature tissue characterisation for prostate diagnostics [DAGA 2002 (Bochum)]
U. Scheipers, H. Ermert, A. Lorenz, A. Pesavento, H. Sommerfeld, M. Garcia-Schürmann, K. Kühne, T. Senge and S. Philippou
[A]
The incidence of the prostate carcinoma is one of the highest cancer risks in men in the western world. Its position in cancer mortality statistics is also among the highest. The prostate carcinoma is only curable at an early stage. Therefore, early detection is extremely important. The different types of diagnostics that are used today lack reliability and are therefore not sufficient. Diagnosis of the prostate carcinoma using multifeature tissue characterization in combination with ultrasound allows the detection of tumors at an early stage. Radio-frequency ultrasonic echo data of the prostate is captured during the usual examination of the patient with standard ultrasound equipment. The data is transmitted to a PC and subdivided into up to 1000 segments per prostate slice. Up to 40 spectral and texture parameters are calculated for each segment. Two fuzzy inference systems working in parallel classify and separate the segments into two classes (negative/positive). The results of the two fuzzy inference systems are combined to build a malignancy map, which consists of a traditional B-mode image in which areas of a high cancer probability are marked in red. The malignancy map is presented to the physician during the examination on a PC screen. During a clinical study, radio-frequency ultrasonic echo data of 100 patients have been recorded. Prostate slices with histological diagnosis following radical prostatectomies act as the gold standard. The ROC curve area is between A=0,76 and A=0,83. Sensitivities and specificities, which depend on each other, can be chosen freely.
-
Ultraschall-Elastographie [DAGA 2002 (Bochum)]
K. Hiltawsky and H. Ermert
[A]
Die Ultraschall-Elastographie ist ein Ultraschall-Abbildungsverfahren, mit dem elastische Eigenschaften von menschlichem Gewebe dargestellt werden können. Es wurden bereits erste Echtzeit-Systeme entwickelt, mit denen die mechanische Dehnung des Gewebes in Ausbreitungsrichtung des Ultraschalls dargestellt werden kann - und zwar in Abhängigkeit von der von außen angewendeten Kompression auf das untersuchte Gewebe. Das Maß der notwendigen Kompression ist äußerst gering und für die Patienten ohne Belastung und Gefährdung. Das Verfahren ist von medizinischer Relevanz bei der Detektion harter Einschlüsse in menschlichem Gewebe, z.B. bei der Tumorerkennung. In dieser Arbeit werden Ultraschallbilder und sogenannte Elastogramme sowohl von Phantomen mit definierten Einschlüssen (künstliche ''Knoten'') als auch von klinisch pathologischen Fällen (Prostata, Brust) vorgestellt. Gerade beim klinischen Einsatz von Echtzeit-Geräten stellt sich die Frage nach der Genauigkeit des Abbildungsverfahrens. Kontrast und Auflösungsvermögen der neuen Methode werden anhand eines Modells erläutert, ebenso mögliche Verbesserungen der Abbildungseigenschaften durch eine gezielte Einbringung der äußeren Kraft für die Verformung des Objektes bzw. des Organs, z.B. mit Hilfe von niederfrequenten mechanischen Schwingungen (Vibrationen). Ein Beitrag aus dem Kompetenzzentrum Medizintechnik Ruhr (KMR), Bochum, gefördert vom BMBF, Aktenzeichen 13N8079
-
Der Einsatz von Kontrastmitteln in der Transmissions- Sonographie [DAGA 2002 (Bochum)]
O. Keitmann, L. Benner and H. Ermert
[A]
Transmissionssonographische Bilder liefern ähnliche Bildinformationen wie Röntgenaufnahmen, ohne dass jedoch ionisierende Strahlung eingesetzt wird. Die Ultraschall-Transmissionskamera am Lehrstuhl für Hochfrequenztechnik der Ruhr-Universität Bochum ist echtzeitfähig, und zwar mit einer Auflösung von 1 mm x 1 mm und einem Bildfeld von 80 mm x 80 mm. Die aktuelle Version dieser Transmissionskamera verwendet je ein lineares eindimensionales Array mit 128 Transducerelementen auf der Sende- und Empfangsseite, wobei die Arrays zueinander gekreuzte Orientierungen haben (vertikal bzw. horizontal). Im Gegensatz zu üblichen Ultraschallsystemen werden keine axialen Schnitte aufgenommen, sondern zur Schallausbreitungsrichtung transversale Ebenen mit einer bestimmten Tiefenschärfe. Mit dieser Version der Ultraschall-Transmissionskamera wurden in vivo Aufnahmen von Extremitäten gemacht, die präsentiert werden sollen. Auf Videosequenzen sind die Bewegungen von Knochen, Gelenken und Sehnen deutlich erkennbar. Zur Unterscheidung von Sehnen und Blutgefäßen sind jedoch weitere Hilfsmittel nötig. Dazu können in Echtzeit dargestellte Bewegungen im Gewebe genutzt oder Ultraschall-Kontrastmittel eingesetzt werden. Ultraschall-Kontrastmittel werden für den Einsatz in Verbindung mit Reflexions-Ultraschall konzipiert. Zusätzlich zu den Reflexions- und Streueigenschaften besitzen diese Kontrastmittel auch Dämpfungseigenschaften. Diese Dämpfung kann ausgewertet werden, um auf transmissionssonographisch gewonnenen Bildern einzelne Blutgefäße sichtbar zu machen. Als erster Ansatz dazu wird die digitale Subtraktionstechnik genutzt. Erste Untersuchungen am Phantom und in vivo haben gezeigt, daß angiographische Untersuchungen mit handelsüblichen Ultraschall-Kontrastmitteln mit der Ultraschall-Transmissionskamera möglich sind. Wir werden diese Ergebnisse ebenfalls präsentieren, um zu demonstrieren, wie ohne ionisierende Strahlung angiographische Untersuchungen an den Extremitäten möglich sind. Ein Beitrag aus dem Kompetenzzentrum Medizintechnik Ruhr (KMR), Bochum.
-
Thermotherapie-Monitoring mit Ultraschall [DAGA 2002 (Bochum)]
S. Siebers and H. Ermert
[A]
In den letzten Jahren wurde verstärkt die Thermotherapie bei nicht operablen Tumoren der Leber angewandt. Bei der Thermotherapie wird das zu behandelnde Gewebevolumen auf über 60C erhitzt, was zu einer gezielten thermischen Schädigung des betreffenden Gewebeareals durch Koagulation führt. Tumoren können so thermisch zerstört werden. Zum Einsatz kommen u.a. laserbasierte Verfahren und Radiofrequenzablation. Bei beiden Verfahren werden dünne Sonden, über die Energie in Form von Laserlicht bzw. hochfrequentem Wechselstrom in das Gewebe eingebracht wird, minimalinvasiv oder intraoperativ in den Tumor eingeführt. Es haben sich jedoch noch keine geeigneten Abbildungsmodalitäten durchgesetzt, um den Koagulationsvorgang mit ausreichender Genauigkeit online, d.h. in Echtzeit, zu überwachen. CT-Verfahren werden im wesentlichen zur Nachkontrolle eingesetzt, MR-Verfahren lassen nur eine begrenzte Online-Kontrolle zu, hier spielt außerdem die Kostenfrage eine entscheidende Rolle. Die konventionelle Ultraschall-B-Bildgebung wird zur Nadelnavigation sowie zur Online-Kontrolle eingesetzt. Während des Koagulationsvorganges ist im Ultraschall-B-Bild eine sich ausbreitende echogene Zone aufgrund von Gasblasenbildung zu erkennen. Eine genaue Überwachung bzw. Abschätzung des koagulierten Bereiches ist damit jedoch nicht möglich. Ziel eines Teilprojektes des Kompetenzzentrums Medizintechnik Ruhr ist es, ein ultraschallbasiertes, echtzeitfähiges Thermotherapie-Monitoring System zu entwickeln. Es werden dafür Methoden zur Verschiebungsschätzung sowie die Analyse von Texturparametern einbezogen. Verfahren dieser Art können einerseits als Grundlage für eine quantitative, ortsaufgelöste Abbildung der Gewebetemperatur dienen, andererseits für eine Gewebecharakterisierung zur Kennzeichnung koagulierten Gewebes. Es werden erste Ergebnisse aus In-vitro-Versuchen an Schweineleber präsentiert, die als Grundlage für ein Thermotherapie-Monitoring dienen können. Ein Beitrag aus dem Kompetenzzentrum Medizintechnik Ruhr (KMR), Bochum, gefördert vom BMBF, Aktenzeichen: 13N8079
-
Morphologische Abbildung der Haut und Blutflussabbildung in kleinen Gefäßen mit hochfrequentem (50/100MHz) Ultraschall [DAGA 2002 (Bochum)]
M. Vogt, H. Ermert, S. El Gammal, K. Hoffmann, M. Stücker and P. Altmeyer
[A]
Zur hochaufgelösten morphologischen Abbildung der Haut ist ein im 100 MHz-Bereich arbeitendes Ultraschallabbildungssystem (axiale Auflösung 9 m, laterale Auflösung 27 m) entwickelt worden. Ferner ist ein 50 MHz-Ultraschall-Doppler-System zur hochaufgelösten Blutflußabbildung in kleinen Gefäßen realisiert worden (axiale Auflösung 17 m, laterale Auflösung 54 m). In beiden Systemansätzen kommen sphärisch fokussierte Einzelelementschallwandler zum Einsatz, die zur räumlichen Abtastung mit Hilfe von Schrittmotoren mechanisch verfahren werden. Zur Generierung eines Sendesignals wird ein Arbiträrgenerator mit nachgeschalteten linearen Leistungsverstärker eingesetzt, womit eine Kompensation der frequenzabhängigen Dämpfung des Gewebes durch inverse Filterung des Sendesignals möglich ist. Das Echosignal wird mit einem Transientenrekorder (Abtastfrequenz 500 MHz) abgetastet. Ferner wird mit Hilfe eines schnellen, breitbandigen Abtast-Halte-Gliedes das Echosignal innerhalb eines einzelnen axialen Meßtores abgetastet. Das damit vorliegende Dopplersignal wird über einen Lautsprecher hörbar gemacht, und es werden Spektrogramme des Dopplersignals in Echtzeit berechnet. Zur Optimierung des Signal-Rausch-Verhältnisses ist in dem System ein Ansatz zur Pulskompression realisiert worden. Mit Hilfe des Arbiträrgenerators wird dabei ein frequenzmoduliertes Sendesignal erzeugt, und das Echosignal wird mit einem analogen Pulskompressionsfilters verarbeitet. Die Abbildungseigenschaften der realisierten Abbildungssysteme sind mit Hilfe von Messungen an Phantomen (Fadenphantom, Flußphantom) charakterisiert worden. Es werden Ergebnisse von Messungen an Probanden mit gesunder Haut sowie pathologischen Befunden vorgestellt. Die hochfrequente 100 MHz-Sonographie erlaubt die hochaufgelöste Abbildung der obersten Hautschichten. Die Ergebnisse von Messungen an Probanden zeigen, daß mit dem realisierten 50 MHz Ultraschall-Puls-Doppler-System die Abbildung von Blutfluß in kleinsten Gefäßen mit Durchmessern bis hinab zu 400 m und mit Flußgeschwindigkeiten in der Größe weniger mm/s möglich ist. Ein Beitrag aus dem Kompetenzzentrum Medizintechnik Ruhr (KMR), Bochum, gefördert vom BMBF, Aktenzeichen 13N8079
-
Numerical Modeling and Experimental Investigation of Biomedical Elastographic Problem by Using Plane Strain State Model [DAGA 2003 (Aachen)]
M. Rychagov, W. Khaled, S. Reichling, O. Bruhns and H. Ermert
[A]
Ultrasonic elastographic imaging technique has been developed during last 10 years as a powerful method to image the elastic properties of soft biological tissues. The method consists of applying a small external, quasistatic compressions to the region of interest and use the set of radio frequency A-scans recorded before and after compression to estimate corresponding matrix of axial displacements by means of correlation technique. Afterwards, the displacement matrix is used to estimate the strain field which can be interpreted as a relative measure of elasticity distribution and can be visualized as a gray scale elastogram. The main intention of our research was to consider the problem of visualization and reconstruction of tissue elastic properties within the framework of an appropriate inverse problem solution. The slip boundary conditions and a 2-D plane strain state model have been used for the solution of corresponding mechanical forward problem for both hard and soft inclusions in homogeneous linear elastic background. At first, the analytical solutions for some test phantoms were obtained and analyzed. Then, the finite element simulations were perforrmed for a number of soft biological tissues with software packages MSC.Marc 2000 (MSC.Software Corporation, USA) and ALGOR (Algor Inc., USA). In the supposition of adiabatic deformations, the scope of Young's modulus was selected from tens of to . The range of Poisson's ratios was estimated to be approximately
with reference longitudinal sound speed
. The results obtained from finite element analysis were confirmed in ultrasonic experiments on a set of tissue-mimicking gelatine-agar phantoms with known acoustical and mechanical properties. The -data were acuired using commercially available ultrasound system SONOLINE Omnia (Siemens AG, Germany) equiped by linear probe and sampled by a conventional desktop PC. The axial strains were calculated using the fast root-seeking technique (A. Pesavento, A. Lorenz and H. Ermert Electronic Letters, 35, 1999, p. 941-942). The final results show good agreement of analytical and numerical predictions with experimental data.
-
Grundlagen, Anwendungen und Grenzen der Ultraschall-Elastographie [DAGA 2003 (Aachen)]
K. Hiltawsky and H. Ermert
[A]
Die Abbildung mechanischer Eigenschaften biologischen Gewebes ist von medizinischem Interesse, weil ein klinischer Zusammenhang zwischen harten tastbaren Knoten und bösartigen Tumoren besteht. Mit medizinischen Ultraschallsystemen besteht die Möglichkeit, innere Verschiebungen eines Objektes auf-grund einer äußeren Kraftanregung zu messen. Die Darstellung von mechanischen Verschiebungen bzw. mechanischen Dehnungen und die Rekonstruktion von Materialparametern aus diesen Feldgrößen ist von wissenschaftlichem Interesse (Elastographie). Die Umsetzung der Ultraschall-Elastographie in eine klinische Untersuchungsmodalität gelang durch ein in Bochum entwickeltes Verfahren, mit dem Zeitverschiebungen hochfrequenter Ultraschallechodaten schnell und zuverlässig geschätzt werden können. Das Verfahren ist jedoch nicht auf spezielle Ultraschallsysteme angewiesen, so dass prinzipiell alle Organsysteme untersucht werden können, die einer konventionellen Ultraschalluntersuchung zugänglich sind. In Bochum wurden zahlreiche Untersuchungen an Prostata-, Brust-, und Hauttumoren durchgeführt, deren Ergebnisse auf einen klinischen Nutzen des Verfahrens deu-ten. Darüber hinaus ist der Einsatz des Verfahrens bei der intraoperativen Diagnostik von Hirntumoren geplant. Information über die Härte von Gewebe ist jedoch nicht nur in der Tumordiagnostik, sondern auch in der Gefäßdiagnostik von klinischer Relevanz, z.B. bei der Beurteilung von venösen Thromben oder der Differenzialdiagnose von harten bzw. weichen Plaques in Koronararterien. Letztere erfordert den Einsatz von intravaskulären Ultraschallgeräten mit Mittenfrequenzen bis zu 40 MHz. Derzeit wird außerdem unter-sucht, ob die Ultraschall-Elastographie nicht nur als Untersuchungsverfahren in der Diagnostik, sondern auch als Monitoring-Verfahren bei der Thermotherapie eingesetzt werden kann, um die thermische Zerstö-rung von Gewebe genauer als bisher zu beobachten und steuern zu können. Als Anwendung im medizini-schen und nichtmedizinischem Bereich bietet sich die Ultraschall-Elastographie als Komponente eines haptischen Sensor/Aktor Systems im Rahmen der virtuellen Realität an. Neben den Anwendungsmöglichkeiten und Vorzügen der Ultraschall-Elastographie wird auch auf die Grenzen des Verfahrens bzgl. Kontrast und Auflösungsvermögen mit Hilfe eines theoretischen Modells eingegangen, das die limitierte Genauigkeit des Verfahrens im klinischen Einsatz erklärt.
Ernst, S.M.A.
-
Properties of binary mixtures of alcohols interpreted using the Homomorph Concept [DAGA 2002 (Bochum)]
M. Gepert and S.M.A. Ernst
[A]
The complexity of interactions in binary alcohol mixtures makes the interpretations of the acoustic properties of those systems difficult. The breaking and creating of hydrogen bonds accompany the mixing process. Although van der Waals interactions in alcohol mixtures play a minor role, they cannot be neglected in theoretical calculations. The separation of specific interaction (quasi-chemical contribution) from the nonspecific ones (physical contribution) is a crucial problem in the interpretation of the thermodynamic and acoustic properties of those systems. Until now, no attempt has been made to determine the physical and chemical contributions to the acoustic properties of alcohol mixtures. In this study a way to determine the physical and quasi-chemical contributions to the excess adiabatic compressibility KSE has been suggested using the homomorph concept. Homomorphs of alcohols are substances similar to alcohols, but unable to associate by hydrogen bondings. Alkanes, in that the methyl group replaces the hydroxyl group, have been used as homomorphs of alcohols. For example, n-hexane was applied as a homomorph of pentan-1-ol and n-nonane as a homomorph of oktan-1-ol. A comparison of the excess adiabatic compressibility of binaries containing alcohols with those of mixtures containing either one or two of the alcohol homomorphs makes it possible to estimate the contributions of breaking and making hydrogen bonds in the alcohol + alcohol system to KSE. Unfortunately, a complete separation of both the contributions is impossible. As expected, the contributions to the excess adiabatic compressibility resulting from the breaking and making of hydrogen bonds are of opposite signs, and can be considered to be the most important interactions in such systems
-
Frequenzübergreifende Prozesse bis zu 4 Oktaven [DAGA 2005 (München)]
S.M.A. Ernst and J.L. Verhey
[A]
Psychoakustische Messungen zeigen, dass Stimuli mit unterschiedlichem spektralen Gehalt zu einem Objekt zusammengefasst werden, wenn ihre zeitlichen Pegelschwankungen (Einhüllende) gleich sind. Ein Effekt, den man auf diesen Mechanismus zurückführt, ist ''Comodulation Masking Release'' (CMR). In CMR Experimenten stellt man fest, dass ein Sinuston durch einen schmalbandigen Maskierer an der Signalfrequenz (on-frequency masker, OFM) schlechter maskiert wird, wenn an einer anderen Frequenz ein zusätzlicher Maskierer (flanking band, FB) mit der gleichen Einhüllenden dargeboten wird. Die meisten in der Literatur dargestellten Experimente dieser Art hatten einen maximalen Frequenzabstand zwischen OFM und FB von bis zu einer Oktave. Ein CMR über drei Oktaven wurden nur von Cohen ([Cohen, M. (1991), JASA 90(3), 1381-1384]) gemessen. Der CMR in ihren Messungen war besonders groß, wenn der FB Pegel größer als der OFM Pegel war. In diesem Beitrag werden neue Ergebnisse mit spektralen Abständen bis zu vier Oktaven und Pegelunterschieden bis zu 60 dB vorgestellt. Ein deutlicher CMR konnte im Mittel über fünf normalhörende Versuchspersonen bis zu einem Abstand von vier Oktaven gemessen werden, sofern der Pegelunterschied zwischen FB und OFM groß genug war. Der Einfluss frequenzübergreifender Prozesse und peripherer Nichtlinearitäten wird im Zusammenhang mit den gemessenen Daten diskutiert.
-
Innenohrnichtlinearitäten und frequenzübergreifende Prozesse [DAGA 2006 (Braunschweig)]
S.M.A. Ernst and J.L. Verhey
[A]
Viele psychoakustische Versuche zeigen eine Frequenzselektivität des menschlichen Gehörs. Allerdings konnten auch frequenzübergreifende Prozesse nachgewiesen werden. So kann die Maskierwirkung eines schmalbandigen Maskierers an der Signalfrequenz (''signal centred band'' SCB) deutlich verringert werden, wenn zusätzlich spektral weit entfernte Maskiererkomponenten (''flanking bands'' FBs) dargeboten werden. Dieses ist jedoch nur der Fall, wenn die FBs und das SCB die gleichen Pegelschwankungen aufweisen, d.h. komoduliert sind. Der Effekt heißt dementsprechend ''comodulation masking release'' (CMR). Im letzten Jahr konnten Ernst und Verhey (DAGA 05, S. 567-568) einen solchen frequenzübergreifenden Prozess über einen spektralen Bereich bis zu vier Oktaven nachweisen. Ein Teil des Effektes konnte durch ein Modell nachgebildet werden, welches lediglich die peripheren Nichtlinearitäten (Suppression) berücksichtigte. In diesem Beitrag wird zum einen untersucht, ob CMR auch über einen noch größeren Frequenzbereich gefunden werden kann und wie CMR mit der Signalfrequenz zusammenhängt. Es konnte CMR über 6 Oktaven nachgewiesen werden, vorausgesetzt der Pegel des FB wurde entsprechend hoch gewählt. Auf Basis der neuen Daten werden die Möglichkeiten und Grenzen des Suppressions-Modells diskutiert. Außerdem wird untersucht, inwieweit das Modell sensitiv für die Anwesenheit unkorrelierter FBs ist.
-
Räumliche Trennung der Repräsentation von Pegel und Signal-Rauschverhältnis im auditorischen Kortex [DAGA 2007 (Stuttgart)]
S. Uppenkamp and S.M.A. Ernst
[A]
Maskierungsexperimente sind seit langer Zeit ein wichtiges Werkzeug der Psychoakustik, um sowohl periphere als auch zentrale Verarbeitungsmechanismen im Gehör zu untersuchen. Bislang ist jedoch noch nicht endgültig verstanden, wie die wesentlichen physikalischen Signalparameter Pegel, zeitliche Struktur und Spektrum in die Wahrnehmungsgrößen Lautstärke bzw. Hörbarkeit eines Testsignals transformiert werden. In der hier vorgestellten Studie wurde funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) verwendet, um die Repräsentation von Pegeländerungen und Änderungen des Signal-Rauschverhältnisses (S/N) im auditorischen Kortex zu untersuchen. Hierzu wurden kurze Melodien aus fünf Sinustönen (zwischen 440 und 587 Hz) bei maskierendem Rauschen für S/N von -18 dB bis +24 dB in 6 dB Schritten präsentiert. Für kleine S/N (-18, -12, -6 dB) ist der gesamte (durch das Rauschen bestimmte) Pegel näherungsweise konstant. Die ''Hörbarkeit'' des Tones nimmt mit dem S/N zu. Für ein S/N von 0 dB und darüber ist der Ton immer gut hörbar, und die wahrgenommene Änderung ist in erster Linie eine Änderung der gesamten Lautstärke, jetzt bestimmt durch den Pegel des Tones. Diese qualitative Trennung der Wahrnehmung von S/N- und Lautstärkeänderungen ist mit fMRT auf Ebene des Kortex nachweisbar. Die Regionen, deren Aktivierung spezifisch an Änderungen des Gesamtpegels gekoppelt ist (hauptsächlich in Planum temporale) und die Regionen, in denen die Aktivierung mit dem Signal-Rauschverhältnis variiert (hauptsächlich am lateralen Ende von Gyrus temporalis transversus) zeigen nur eine sehr geringe Überschneidung. Die Ergebnisse können als ein Hinweis auf unterschiedliche Kodierungsmechanismen für die generelle Lautstärke und die Hörbarkeit von periodischen Signalen gedeutet werden.
-
Frequenzübergreifende nichtlineare Prozesse in Nach- und Simultanverdeckungsexperimenten [DAGA 2007 (Stuttgart)]
S.M.A. Ernst and J.L. Verhey
[A]
Psychoakustische Messungen zeigen, dass Stimuli mit unterschiedlichem spektralen Gehalt zu einem Objekt zusammengefasst werden, wenn ihre zeitlichen Pegelschwankungen (Einhüllende) gleich sind. Ein Effekt, den man auf diesen Mechanismus zurückführt, ist ''Comodulation Masking Release'' (CMR). In CMR Experimenten stellt man fest, dass ein Sinuston durch einen schmalbandigen Maskierer an der Signalfrequenz (on-frequency masker, OFM) schlechter maskiert wird, wenn an einer anderen Frequenz ein zusätzlicher Maskierer (flanking band, FB) mit der gleichen Einhüllenden dargeboten wird. In Nachverdeckungsexperimenten kann ein verwandter Effekt beobachtet werden. Auch hier wird eine Verbesserung der Wahrnehmungsschwelle beobachtet, wenn zum Maskierer an der Signalfrequenz ein weiterer Maskierton an einer anderen Frequenz dargeboten wird. Dies wird in der Regel auf periphere Nichtlinearitäten wie Suppression zurückgeführt. Auf der vorletzten DAGA wurde ein Modell vorgestellt welches Teile des CMR auch mit Hilfe Suppression simuliert (Ernst und Verhey, DAGA 05, S. 567-568). In diesem Beitrag wird nun experimentell der Zusammenhang von in Nachverdeckungsexperimenten nachgewiesenen Suppressionsbereichen und CMR untersucht. Hierzu wurden zunächst die Suppressionsbereiche vermessen und dann auf Basis dieser Daten CMR Versuche durchgeführt. Es zeigt sich, dass in den Bereichen starker Suppression auch ein deutlicher CMR gefunden wird. Die Ergebnisse unterstützen die den Modellrechnungen zugrunde liegende Annahme, dass bereits nichtlinear Prozesse auf der Basilarmembran einen großen Teil frequenzübergreifender Effekte wie CMR erklären können.
-
Einfluss von Einhüllendenstatistiken auf Signaldetektion [DAGA 2007 (Stuttgart)]
J. Rennies, S.M.A. Ernst and J.L. Verhey
[A]
Im vorliegenden Beitrag wird die Hypothese untersucht, ob Änderungen der Rauschstatistik bei der Signalerkennung genutzt werden können. Dieses wurde unter Anderem von zwei der Autoren des Beitrages im Zusammenhang mit Across-channel masking (ACM) vorgeschlagen (Ernst und Verhey, 2005, Acta Acust./Acustica, 91:998-1006). Im vorliegenden Beitrag wurde die Schwelle eines 4 kHz Sinustones gemessen, der von einem 100 Hz breiten an der Signalfrequenz zentrierten Schmalbandrauschen maskiert wurde. Als Maskierer dienten drei Arten von Rauschen, die sich in ihrer Einhüllendenstatistik unterschieden: Gaußsches Rauschen, Multiplikationsrauschen und ein Mischrauschen aus diesen beiden Rauscharten. Für Multiplikations- und Mischrauschen wurde der Ton sowohl mit zufälliger Anfangsphase als auch in Phase zum Träger des Multiplikationsrauschens addiert. Die höchsten Schwellen wurden mit Gaußschem Rauschen gemessen, während ähnliche Schwellen mit Multiplikations- und Mischrauschen gefunden wurden. Die Schwellen für einen mit Zufallsphase addierten Ton waren niedriger als bei einer Addition des Tones in Phase zum Rauschträger. Ein auf dem Schwerpunkt der gemittelten Rauschstatistiken beruhendes Modell konnte die Messergebnisse qualitativ simulieren. Die Messergebnisse und Modellrechnungen deuten darauf hin, dass das menschliche Gehör in der Lage ist, Unterschiede in Rauschstatistiken bei der Signaldetektion zu nutzen.
-
Einfluss der Irregularität der Pegelschwankungen auf die Mithörschwelle von Sinustönen in Rauschen [DAGA 2008 (Dresden)]
S.M.A. Ernst, S. Uppenkamp and J.L. Verhey
[A]
Psychoakustische Messungen zeigen, dass Maskierer, denen eine Pegelschwankung aufgeprägt wurde, eine niedrigere Verdeckungsleistung aufweisen als unmodulierte Maskierer. Diese Reduktion der Verdeckungsleistung, d.h. die Differenz der Mithörschwellen aus Experimenten mit modulierten und unmodulierten Maskierern wird üblicherweise als ''Comodulation Masking Release'' (CMR) bezeichnet. Der Vergleich von Versuchsergebnissen aus der Literatur mit verschiedenen Modulatoren legt nahe, dass die Größe des CMR eine starke Abhängigkeit vom Grad der Regularität des Maskierers aufweist: Je irregulärer ein modulierter Maskierer ist, desto kleiner ist der CMR-Effekt. Dieser Schluss ist in der Hinsicht problematisch, da sehr verschiede Modulatoren - z.B. rechteckförmig und Tiefpassrauschen - miteinander verglichen wurden, die sich neben der Regularität auch bezüglich anderer Stimulusparameter, wie z.B. des Anteils der Momentanamplituden nahe Null, unterscheiden. In diesem Beitrag wird der Einfluss von Modulationsstatistik und Bandbreite rechteckförmig amplitudenmodulierter Maskierer auf die Mithörschwellen und somit auf den CMR experimentell untersucht. Hierzu wird sowohl bei schmalbandigen als auch bei breitbandigen Maskierern die Mithörschwelle bei modulierten Maskierern mit einer mittleren Modulationsfrequenz von 40 Hz für verschiedene Grade der Irregularität gemessen. Die Ergebnisse werden mit Vorhersagen eines Modells verglichen, das die Pegelschwankungen mit einer Modulationsfilterbank analysiert, um zu klären, inwieweit die Ergebnisse bereits durch Änderungen im Modulationsspektrum erklärt werden können.
-
Repräsentation von psychoakustischer Maskierung bei modulierten und unmodulierten Störgeräuschen im auditorischen Kortex [DAGA 2008 (Dresden)]
S. Uppenkamp, S.M.A. Ernst and J.L. Verhey
[A]
In einem Beitrag zur DAGA 2007 (Uppenkamp und Ernst, Fortschritte der Akustik - DAGA 2007, S. 569-570) wurde mit funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT) gezeigt, daß globale Pegeländerungen und Änderungen des Signal-Rauschverhältnisses bei konstantem Gesamtpege für einen Testton in maskierendem Rauschen im auditorischen Kortex in räumlich getrennten Regionen repräsentiert sind. Dieser bisherige Hinweis auf unterschiedliche Kodierungsmechanismen für die generelle Lautstärke und für die Hörbarkeit von periodischen Signalen wurde in der nun vorgestellten Studie im Detail weiter untersucht. Als Maskierer wurde neben unmoduliertem Rauschen auch irregulär rechteckförmig amplitudenmoduliertes Rauschen mit einer mittleren Modulationsfrequenz von 40 Hz verwendet. Aus der Psychoakustik ist für vergleichbare Signale bekannt, daß die Mithörschwelle eines Tones für einen solchen komodulierten Rauschmaskierer um bis zu 20 dB besser ist als für unmodulierte Maskierer (comodulation masking reslease, CMR). Der Vergleich der gemessenen Aktivierungskarten für modulierte und unmodulierte Störgeräusche zeigt, daß das die Aktivierung in den Arealen, in denen die Hörbarkeit des Testtones repräsentiert ist, bei gleichem Signal-Rauschverhältnis für modulierte Störgeräusche stärker ist. Dieses Ergebnis wird als physiologisches Korrelat des psychoakustischen CMR-Effektes im Kortex interpretiert.
Ertl, M.
-
Numerical analysis of fluid-structure-interactions and resulting directional noise field of distribution transformers [DAGA 2007 (Stuttgart)]
M. Ertl
[A]
This paper presents a analysis of the fluid-structure interaction associated with magnetostrictive excited noise emission inside oil immersed distribution transformers. By using three-dimensional acoustic finite elements based on the linearised acoustic wave equation, distinctive propagation pathes of acoustic waves can be identified. Further, details of the noise transmission from the sound source via the oil filled tank and the tank walls to the surrounding air can be shown. Simulation results are verified by noise and vibration measurements.
vspace{0.3cm}
textbf{Modelling and computation scheme:} Magnetostrictive based core vibrations are responsible for the typical humming noise spectra of the so called no-load emission of oil-immersed three-phase distribution transformers. To model and simulate the acoustical performance of this devices by means of numerical methods, the geometric complexity as well as the fluid-structure coupling ask for accurately choosen model geometries and material data parameters. vspace{0.3cm}
Previous applied transient measurements of the core vibrations by using a Laser-Doppler-Vibrometer (LDV) are used as boundary conditions for subsequent vibro-acoustical investigations of the transmission of sound energy from the vibratory source via the oil, tank walls and cooling fins to the surrounding air of the transformer. Multi-reflexions of sound pressure waves at the interface of mechanical devices and the surrounding acoustic fluids (oil and air) can be identified. In addition, cavity and plate resonances are observed. Due to its small thickness the tank wall acts as an acoustic membrane, causes an amplification of the sound emissions and results in a distinctive directional noise emission.
-
Numerical analysis and vibro-acoustic improvement of a thin-walled transformer tank [DAGA 2008 (Dresden)]
M. Ertl and H. Landes
[A]
Thin-walled tanks of oil-filled power transformers are reinforced by stiffenning ribs. Their design is mainly defined to meet the requirements for static stresses and strains and an easy and low cost production. So far no optimisation of the plate and stiffening structures with respect to low noise emission is done.
This work presents an integrated modeling and calculation scheme based on the Finite Element Method for a fast and automatised determination of the strucural acoustic properties and sound levels of the coupled fluid-structure problem. Analysing the frequency response based on numerical harmonic analysis within the frequency band of the transformer vibration sources, the local levels of structure-borne sound and corresponding directional sound power levels are determined. Within an iterative optimisation procedure, the number and position of stiffening ribs are used as the design parameters for this constrained optimisation problem. As a result, natural frequencies can be shifted away from the neighbouring excitation frequencies, significantly reducing the noise emission of the structure.
Eschricht, D.
-
Numerische Simulation der Schallabstrahlung vom Einlauf eines Flugtriebwerks [DAGA 2003 (Aachen)]
N. Schönwald, C. Schemel, D. Eschricht, F. Thiele and U. Michel
[A]
Der stetig zunehmende Luftverkehr geht mit einem Anstieg der Lärmbelästigung einher, so dass die Entwicklung leiser Flugzeuge und Flugtriebwerke immer größere Bedeutung gewinnt. Durch die Einführung von Nebenstromtriebwerken konnte der Strahllärm deutlich reduziert werden, was dazu führte, dass andere Quellen die Lärmabstrahlung von Triebwerken dominieren. Von besonderer Bedeutung ist dabei der tonale Rotorlärm, der sich durch den Triebwerkseinlauf ausbreitet und ins Fernfeld abgestrahlt wird. Zum Entwurf lärmarmer Triebwerke wurde ein kombiniertes Simulationsverfahren zur Ausbreitung von Rotorlärm durch einen axialsymmetrischen Triebwerkseinlauf und dessen Abstrahlung ins Fernfeld entwickelt, dass entsprechend der physikalischen Anforderungen geeignete ressourcensparende numerische Methoden verwendet. Mittels Fourierreihenentwicklung in Umfangsrichtung kann ein zu den dreidimensionalen linerarisierten Eulergleichungen äquivalentes System von komplexen zweidimensionalen Gleichungen für jede Azimutalmode hergeleitet werden. Die Lösung für die einzelnen Azimutalmoden erfolgt mit einem modifizierten zweidimensionalen Computational-Aeroacoustics-Verfahren (CAA), das speziell für die Schallausbreitung optimierte Diskretisierungsschemata höherer Ordnung verwendet. Aus den Einzellösungen der jeweiligen Moden lässt sich anschließend das vollständige dreidimensionale Schallfeld zusammensetzen. Da in einem Flugtriebwerk nur eine begrenzte Anzahl von ausbreitungsfähigen Moden angeregt wird, reduziert diese Verfahrensweise den numerischen Aufwand erheblich. Von einer Interfacefläche außerhalb des Einlaufs wird die Schallabstrahlung ins Fernfeld mit einem Integralverfahren berechnet, das auf der akustischen Analogie von Ffowcs Willams und Hawkings (FWH) basiert. Das FWH-Verfahren arbeitet im nicht von der Triebwerksgeometrie beeinflussten Fernfeld sehr viel effizienter als das CAA-Verfahren im Einlauf, so dass das Schallfernfeld mit adäquatem numerischen Aufwand bestimmt werden kann. Als Anwendung für die Methode wurde die Richtcharakteristik für einen Triebwerkseinlauf berechnet und mit experimentellen Ergebnissen verglichen.
-
Noise Prediction of a Hot Coaxial Jet
D. Eschricht
[A]
The prediction of noise emission from jet engine exhausts
is of key interest as it constitutes a major noise source
during take of and landing. To gain insight into the
processes of noise creation, compressible flow simulations
have been performed. These include various flow phenomena,
such as the mixing of cold and hot turbulent jet flows in free
shear layers.
As a general procedure, the prediction of far field sound by
unsteady flow simulation and acoustic analogies is well
established. To obtain the unsteady flow field, different methods can
be applied. For jet simulations, Large Eddy Simulation
is widely employed as the walls are mostly ignored. However,
when more complex geometries are of interest, this
may become unfeasible or the required grid sizes become too
demanding. To explore the possibilities of an alternative method,
the capabilities of the Detached Eddy Simulation method have
been examined as this requires much fewer grid points in the near
wall region. Furthermore, the method is able to run in an
LES-like mode in the resolved free shear layer regions.
Results of a Detached Eddy Simulation of a hot coaxial jet
at high Reynolds and Mach number will be presented. Additionally,
far field predictions by Ffowcs Williams and Hawkings acoustic
analogy have been obtained and will be compared with measurements.
Escobar, M.
-
Simulationsumgebung zur Berechnung der Entstehung sowie Ausbreitung von strömungsinduziertem Lärm [DAGA 2005 (München)]
M. Kaltenbacher, M. Escobar, I. Ali, R. Lerch, S. Becker and F. Durst
[A]
In vielen Bereichen sind Arbeitsprozesse mit hohen Gesundheitsgefährdenden strömungsinduzierten Geräuschbildungen verbunden. Zunehmende Mobilitätsanforderungen und die fortschreitende Industrialisierung verschärfen dieses Problem von Jahr zu Jahr.
Diese Tatsache fährt zu einer zunehmenden Nachfrage an Simulationsprogrammen, welche die komplexe Interaktion zwischen der Strömungsmechanik und der Akustik präzise berechnen können.
Damit soll dem Ingenieur ein Werkzeug zur Verfügung gestellt werden, mit welchem er die Ursachen der Schallentstehung analysieren kann, um so eine Reduktion des strömungsinduzierten Lärms an bestehenden sowie neu zu entwickelten Maschinen und Geräten erzielen zu können.
Der Inhalt des Vortrages wird sich auf die Vorstellung einer neu entwickleten Simulationsumgebung zur Berechnung der Entstehung sowie Ausbreitung des strömungsinduzierten Lärms konzentrieren. Dabei erfolgt eine direkte Kopplung der Strömungs- (Finite-Volumen-Methode) und der Akustikberechnung (Finite-Elemente-Methode) im Zeitbereich.
Da für praktische Problemstellungen einerseits das Rechengebiet für die Schallausbreitung meistens größer als jenes für die Strömungsmechanik ist und andererseits die Ortsdiskretisierung in der Strömungsmechanik wesentlich feiner ist, werden für die
Strömungsmechanik sowie Akustik unterschiedliche Gitter verwendet. Der für die Berechnung erforderliche Datenaustausch wird von MpCCI (Mesh-based parallel Code Coupling Interface) durchgeführt. Die nach der Lighthill-Analogie zu ermittelnden akustischen Quellterme werden
entsprechend der Finiten-Elemente-Methode auf der Strömungsseite berechnet. Damit ergibt sich nur noch eine skalare Größe, welche mit MpCCI auf das akustische Gitter interpoliert wird.
Die praktische Anwendbarkeit der neu entwickelten Simulationsumgebung wird anhand eines umströmten Zylinders sowie einer vorwärtsspringenden Stufe demonstriert.
-
Lärmerzeugung und Lärmausbreitung bei der Umströmung einfacher Geometrien: Numerik und Experiment [DAGA 2006 (Braunschweig)]
S. Becker, M. Kaltenbacher, C. Hahn, M. Escobar and I. Ali
[A]
Die Thematik der gewollten Erzeugung, der parasitären Entstehung und der Ausbreitung von Geräuschen gewinnt heutzutage in zunehmendem Maße an Bedeutung, nicht zuletzt da Lärm ein wesentlicher Stressfaktor in unserer industrialisierten Umwelt ist. Unter der Vielzahl von Lärmursachen stellt der ''Strömungsinduzierte Lärm'' eine besondere Herausforderung dar. Er ist schwierig zu beschreiben und zu kontrollieren, da die zugrunde liegenden physikalischen Phänomene sehr komplex und nur schwer zu quantifizieren sind. Trotz der großen Anstrengungen auf diesem Gebiet ist die Ursache der Lärmentstehung immer noch nicht voll erforscht. Daher sind genau definierte Grundlagenexperimente mit verschiedenen Messverfahren und einer hohen Genauigkeit, sowie der gleichzeitige Einsatz der numerischen Verfahren von größter Bedeutung.
Inhalt des Vortrages Grundlagenuntersuchungen zum tonalen Lärm bei der Umströmung eines rechteckigen Kreiszylinderstumpf auf einer Platte und der breitbandige Lärm bei der Überströmung einer vorwärtsspringenden Stufe. Die experimentellen Arbeiten erfolgten im Aeroakustikwindkanal der Universität Erlangen-Nürnberg. Dabei wurden sowohl strömungsmechanische als auch akustische Größen sowie deren Korrelationen gemessen. Zusätzliche Parameter waren Geometrievariationen und der Reynoldszahleinfluss. Die numerischen Simulationen wurden mit der Simulationsumgebung FASTEST-3D/CFS++ durchgeführt, welche eine Kopplung der Strömungsmechanik und der Akustik im Zeitbereich auf unterschiedlichen Gittern erlaubt. Den Abschluss bildet der Vergleich Numerik und Simulation bei ähnlichen Randbedingungen.
-
Hybrid Computation of Flow-Induced Noise using the FE Method [DAGA 2007 (Stuttgart)]
M. Escobar, S. Triebenbacher, M. Kaltenbacher, I. Ali, S. Becker and R. Lerch
[A]
We present a numerical scheme for the efficient simulation of flow-induced noise. To resolve the turbulent flow, we employ a finite volume code following LES turbulence model. For the computation of the radiated sound field we solve Lighthill's acoustic analogy by means of the Finite Element method. The coupled region, corresponding to the fluid domain, has different discretizations on both sides of the computation and interpolation of the data is performed employing a conservative scheme. Acoustic sources are computed by means of the Finite Element method from the velocity components directly on the fine fluid resolution. The resulting scalar values are interpolated as acoustic nodal loads to the acoustic grid. The acoustic propagation can be solved both in time as well as in frequency domain. While the transient simulation is of importance to better understand some of the sound generation mechanisms, the harmonic analysis provides a practical way for computing the acoustic field for the relevant frequency components avoiding high frequency numerical noise in the solution. Additionally, in the latter analysis, the Perfectly Matched Layer method is employed, which efficiently reduces reflections on the acoustic boundary. We validate the implementation computing the acoustic field induced by a co-rotating vortex pair and comparing the results with the analytical solution. Finally, numerical examples are presented of the sound generated by turbulent flows around cylinders with different geometric configurations. Besides the numerical investigations, measurements for the same configurations are carried out in an aeroacoustic wind tunnel located at the university.
Eulitz, C.
Evert, F.
-
Active Resonance Control at the Audi aero-acoustic wind tunnel (AAWT) [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
F. Evert and H. Miehling
[A]
A well-known problem associated with open-jet wind tunnels is the occurrence of low frequency pressure and velocity fluctuations. This so-called 'wind tunnel buffeting' negatively affects the flow parameters and thus the quality of both aerodynamic and aeroacoustic measurements.
The observed disturbances mainly originate from a periodic vortex shedding at the nozzle, which supports resonant modes of the tunnel duct. In principle, the destruction of large-scale vortices by passive means leads to a disturbances attenuation. However, due to the additional higher frequency noise generated by such devices, these methods are inapplicable to aero-acoustic wind tunnels.
Therefore an active control scheme for the suppression of wind tunnel buffeting has been developed and tested at the Audi aero-acoustic wind tunnel facility. This control system, termed Active Resonance Control (ARC) utilizes a global control of the resonant duct modes in order to suppress the generation of disturbance. Both the underlying theory of disturbance generation and compensation, as well as operational experiences with the ARC-system will be presented.
-
Aktive Geräuschminderung und Active Sound Design in PKW-Innenräumen [DAGA 2005 (München)]
R. Schirmacher, F. Evert and R. Lippold
[A]
Die Minderung des Motorengeräusches im Fahrzeug stellt eine der meistdiskutierten Anwendungen der aktiven Geräuschminderung dar. Die Gründe hierzu liegen in den wesentlichen Eigenschaften dieser Anwendung sowohl bezüglich der Akustik als auch der damit verbundenen Signalverarbeitung: PKW-Innenräume sind mehr oder weniger ''klein'' und gestatten damit die globale aktive Minderung im gesamten relevanten Innenraum. Außerdem sind Motorgeräusche durch harmonische Signalkomponenten der Drehfrequenz geprägt und damit gut vorhersagbar.
In Ergänzung zur reinen Geräuschminderung hat sich die aktive Gestaltung des motorbezogenen Fahrzeugklangs (Active Sound Design) zu einem wesentlichen Merkmal aktiver Systeme entwickelt. Dieses Verfahren wird zwischenzeitlich weltweit von Fahrzeugherstellern zur Definition und Erprobung der Klänge künftiger Fahrzeuge in der Entwicklung eingesetzt.
Der Vortrag stellt die aktuellen Möglichkeiten und Grenzen derartiger Systeme sowie ihre relevanten akustischen Grundlagen vor und diskutiert künftige Einsatzmöglichkeiten und Erweiterungen.
Ewert, R.
-
Die Simulation von Strömungslärm bei Verkehrsflugzeugen [DAGA 2006 (Braunschweig)]
R. Ewert
[A]
In den letzten Jahrzehnten konnten die Schallemissionen von
Transportflugzeugen durch die kontinuierliche Erhöhung des
Nebenstromverhältnisses der Turboluftstrahltriebwerke deutlich reduziert
werden. Die derzeitig erreichten Reduktionen führen dazu, dass nunmehr
speziell beim Landeanflug das Fahrwerk sowie die Hochauftriebssysteme des Flügels (Vorflügel und Klappen) als wesentliche Schallquellen identifiziert werden können. In der Zukunft werden numerische Werkzeuge notwendig werden,
die eine lärmarme Auslegung dieser Baugruppen schon in der Entwicklungsphase
ermöglichen. In den vergangenen Jahren wurden im Rahmen der Computational
Aeroacoustics, CAA, spezielle dissipations- und dispersionsarme numerische
Verfahren zur Schallausbreitung in strömenden Medien entwickelt. Ein Schlüusselproblem für ein Simulationsverfahren bleibt jedoch die
Berücksichtigung von turbulenzbedingten Strömungsschallquellen. Grosse
Fortschritte bei der strömungsakustischen Simulation turbulenter Strömungen konnten in den vergangenen Jahren durch eine Kopplung der
Grobstruktursimulation (engl. Large Eddy Simulation, LES) mit CAA Methoden erzielt werden. Ein Nachteil der LES ist jedoch die erhebliche Simulationszeit
von mehreren 1000CPUh, die den Einsatz eines hybriden LES/CAA Ansatzes als
Auslegungsverfahren im Entwurfsprozess verbietet. Für ein aeroakustisches
Auslegungsverfahren werden derzeit zwei Strategien verfolgt. Zum einen kann
beim Wirbelimpfverfahren die Effizienz beurteilt werden, mit der die Energie eines standardisierten Testwirbels an verschiedenen Geometrien in Schall konvertiert wird, indem die verschiedenen akustischen Antworten miteinander verglichen werden. Zum anderen werden mittels stochastischer Methoden synthetische fluktuierende Turbulenzquellen generiert, die es erlauben zusätzlich den Einfluss der lokalen Turbulenzintensitäten auf die Schallgenerierung zu berücksichtigen. Ein Durchbruch in der stochastischen Modellierung turbulenter Schallquellen konnte neuerdings durch die Verwendung eines stochastischen Partikelmodells erzielt werden, wobei die Rechenzeiten um ca. 3 Grössenordnungen im Vergleich zur LES reduziert werden konnten.
-
Zur breitbandigen Umströmungslärmsimulation im Zeitbereich mittels einer stochastischen Lagrangschen Partikel Methode
T. Lauke and R. Ewert
[A]
In den vergangenen Jahren wurden im Rahmen der Computational Aeroacoustics
(CAA) spezielle numerische Verfahren zur Simulation der Schallausbreitung im
strömenden Medium entwickelt. Die Verfahren basieren auf
Störungsgleichungen (linearisierte Eulergleichungen 'LEE',
akustische Störungsgleichungen 'APE',...), die die zeitliche
Entwicklung von Druck-, Dichte-, und Geschwindigkeitsstörungen in einem
zeitgemittelten Strömungsfeld beschreiben und damit akustische
Refraktionseffekte in der Strömung erfassen. Ein wesentliches Problem ergibt
sich durch die zusätzliche Berücksichtigung von turbulenzbedingten
Strömungsschallquellen zur Simulation von breitbandigem
Umströmungslärmproblemen. Große Fortschritte in der Strömungsakustik
konnten in den vergangenen Jahren durch die Kopplung der
Grobstruktursimulation (Large Eddy Simulation, LES) mit CAA Methoden erzielt
werden. Ein Nachteil der LES ist jedoch die erhebliche Simulationszeit, die
den Einsatz eines hybriden LES/CAA Ansatzes als Auslegungsverfahren im
Entwurfsprozess verbietet. Das DLR verfolgt derzeit ein schnelles
Simulationskonzept für Auslegungs und Entwurfsverfahren, bei dem
Turbulenzquellen mittels stochastischer Methoden im Zeitbereich generiert
werden. Zur Beschreibung des Strömungsfeldes wird dabei eine RANS Lösung des
zeitgemittelten turbulenten Umströmungsproblems verwendet. Die aus der
stationären Lösung generierten stochastischen Quellterme müssen dabei
keine detaillierte Rekonstruktion der Turbulenz repräsentieren, sondern
vielmehr lediglich die Zweipunktkorrelationen des Turbulenzgebietes
reproduzieren. Es werden die Erweiterung der Turbulenzrealisierung auf
komplexe Grundströmungstopologien mit Rückströmgebieten anhand der
Simulation von Vorflügellärm am Verkehrsflugzeug vorgestellt. Desweiteren
wird der Einfluss von Anisotropieeffekten auf die Schallerzeugung an der
Hinterkante von Profilen von Windkraftanlagen untersucht.
-
Schallabschattung von Triebwerkslärm durch ein Hochauftriebssystem bei komplexer dreidimensionalen Strömung [DAGA 2008 (Dresden)]
J. Dierke and R. Ewert
[A]
Der Entwurf leiserer Flugzeuge ist wichtig, um das Wachstum von Flughäfen in der Zukunft zu ermöglichen. Triebwerkslärm ist immer noch eine Hauptlärmquelle.
Um die Schallemission zum Boden bei landenden und startenden Flugzeugen zu verringern, werden unter anderem schallabschattende Flugzeugkonfigurationen mit Hilfe numerischer Schallausbreitungsberechnungen untersucht.
Das Ziel ist es, den Einfluss inhomogener Strömungen bei Abschattungsrechnungen abschätzen zu können. Dies geschieht über einen Vergleich der Abschattungsfaktoren mit und ohne Strömung.
In dieser Studie wird der von einem Triebwerk abgestrahlte Schall als Quelle in die inhomogene Strömung des Rechengebietes eingekoppelt und die Schallausbreitung mit dem vom DLR entwickelten CAA-Code PIANO berechnet. PIANO löst die linerisierten Eulergleichungen (LEE) mit Hilfe eines Dispersionsrelation erhaltenden (DRP)-Verfahrens auf strukturierten Gittern. Örtliche Ableitungen werden mit einem 7-Punkte-Stencil angenähert und die Zeitintegration wird mit einem 4-stufigen Runge-Kutta-Verfahren (LDDRK) realisiert.
Ergebnisse zu 2D- und 3D-Rechnungen werden vorgestellt.
Ewert, Sebastian
-
Vektorquantisierung chromabasierter Audiomerkmale [DAGA 2008 (Dresden)]
F. Kurth, M. Müller, S. Ewert and M. Clausen
[A]
Chromabasierte Audiomerkmale haben sich in den letzten Jahren als ein mächtiges Werkzeug zur Analyse von Musiksignalen erwiesen. Insbesondere konnten durch den Einsatz von Chromamerkmalen große Fortschritte beim Audiomatching harmoniebasierter Musik erzielt werden. Hierbei besteht das Ziel des Audiomatching darin, bei Anfrage eines kurzen Abschnitts einer CD-Aufnahme alle hierzu musikalisch ähnlichen Abschnitte innerhalb einer Kollektion von Musikaufnahmen zu identifizieren. Im Hinblick auf ein effizientes und auf große Datenmassen skalierendes Verfahren ist eine Quantisierung und damit verbundene Indexierbarkeit der Chromamerkmale sehr wichtig.
In diesem Beitrag stellen wir zwei Methoden zur Chromaquantisierung vor. Die erste Methode basiert auf einem Clusteringansatz aus dem Bereich des unüberwachten Lernens, für den wir den bekannten LBG-Algorithmus geeignet adaptieren. Die zweite Methode nutzt semantisches Vorwissen über den Merkmalsraum aus, das sich aus dem auf der wohltemperierten Stimmung basierenden Harmoniekonzept für westliche Musik ergibt. Weiterhin vergleichen wir in diesem Beitrag die aus den beiden Methoden resultierenden Codebücher im Rahmen der Audiomatchinganwendung und diskutieren, wie diese im Kontext effizienter, indexbasierter Matchingalgorithmen eingesetzt werden können.
Ewert, Stephan
-
Modulationsverarbeitung im Gehör: Autokorrelation versus Filterbank [DAGA 2000 (Oldenburg)]
J.L. Verhey, S. Ewert and T. Dau
[A]
Physiologische Experimente haben gezeigt, daß es neben der bekannten tonotopen Abbildung im Gehr auch eine systematische topographische Abbildung von Modulationsfrequenzen gibt. Verschiedene Modulationsfrequenzen werden an verschiedenen Orten maximal abgebildet. Die Übertragungsfunktion einzelner Neurone kann dabei als Modulationsfilter aufgefaßt werden. Psychoakustische Arbeiten haben gezeigt, daß bei Annahme einer solchen Modulationsfilterbank am Ausgang jedes peripheren Filters eine Vielzahl von Modulationsdetektions- und Modulationsmaskierungsdaten sehr gut quantitativ modelliert werden können. Während jedoch die prinzipielle Idee der frequenzselektiven Abbildung abgesichert zu sein scheint, sind die genauen zugrundeliegenden (neuronalen) Mechanismen noch unklar. Wird die beobachtete Selektivität neuronal durch eine auf rein zeitlicher Analyse basierte Autokorrelation und Koinzidenz-Detektion erreicht, oder findet eine ''rein'' spektrale Modulationsfrequenz-Orts-Transformation statt, bei der Modulationskomponenten in verschiedenen ''Bändern'' unabhängig voneinander verarbeitet werden? Im vorliegenden Beitrag werden neue psychoakustische Experimente vorgestellt und diskutiert, die kritisch zwischen den bestehenden Modellvorstellungen zur Modulationsverarbeitung unterscheiden können.
-
Across-channel processing of amplitude modulation [DAGA 2000 (Oldenburg)]
S. Ewert, J.L. Verhey and T. Dau
[A]
In typischen psychoakustischen Experimenten zur Modulationsdetektion wird eine sinusförmige Amplitudenmodulation auf einen breitbandigen Rauschträger aufgeprägt. Die verschiedenen Frequenzgruppen werden in solchen Konditionen durch nahezu unkorreliertes Rauschen und eine kohärente Signalmodulation angeregt. In Signalverarbeitungsmodellen wird oft angenommen, dass die Information über die Signalmodulation im Sinne der Signalentdeckungstheorie über alle angeregten Frequenzgruppen hinweg optimal kombiniert wird, wobei die ''`Beobachtungen''' in den einzelnen Frequenzgruppen als unabhängig voneinander betrachtet werden. In anderen Experimenten wurde allerdings gezeigt, dass Amplitudenmodulationen, die auf spektral separierte Trägersignale aufgeprägt wurden, interferieren und damit zu erhöhten Detektionsschwellen führen können. Dies deutet auf eine nicht unabhängige Verarbeitung von Amplitudenmodulation (AM) in verschiedenen Frequenzgruppen hin. Im vorliegenden Beitrag werden kritische AM-Detektions- und Maskierungsexperimente mit Trägersignalen unterschiedlicher Bandbreite gezeigt, wobei Test- und Maskiermodulation entweder auf den gleichen Träger oder auf spektral weit entfernte Träger aufgeprägt wurden. Zusätzlich wurden entsprechende Simulationen mit einem Energiedetektormodell auf Ebene der Einhüllenden der Signale [Ewert and Dau, 1999, Subm. to JASA] durchgeführt. In diesem Modell wird die Energie der Signaleinhüllenden am Ausgang eines auf die Signalmodulation abgestimmten Modulationsfilters bestimmt. Der Einfluss der peripheren Filterung (linear und nichtlinear) und der Informationskombination auf der Verarbeitungsebene der Einhüllenden wird diskutiert.
-
The processing of complex envelopes in the normal-hearing and the hearing-impaired auditory system [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
J.L. Verhey, S. Ewert and T. Dau
[A]
Many natural sounds including speech exhibit a complex temporal envelope.
Psychoacoustical and physiological studies showed that the auditory system is sensitive to the envelope pattern. Recent modulation-detection experiments using complex envelopes indicate that the auditory envelope processing is nonlinear. However, the nature of the nonlinearity is still unclear. In the present study, psychoacoustical modulation masking data for normal-hearing and hearing-impaired subjects are presented, together with model predictions testing different types of nonlinear processing. The model predictions and the similarity in the experimental patterns obtained for normal-hearing and hearing-impaired subjects demonstrate that cochlear compression does not play a major role in the processing of amplitude modulation, in contrast to findings previously published by Moore et al. [Moore et al., 1999, J. Acoust. Soc. Am., 106, 908-918]. A model for the processing of complex envelopes in normal-hearing and hearing-impaired subjects is proposed.
-
Effects of concurrent and sequential streaming in comodulation masking release [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
T. Dau, S. Ewert and A. Oxenham
[A]
Comodulation masking release (CMR) refers to the reduction in the masked threshold of a signal due to the presence of flanking noise bands, which share the same pattern of amplitude fluctuations as the on-frequency noise masker. An unresolved issue is the extent to which CMR reflects within- and/or across-channel processes. This study addresses the question by assessing the influence of auditory grouping cues on CMR. Perceptual segregation of the on-frequency masker and the flanking bands was manipulated by (i) introducing an onset/offset asynchrony between the masker and the flanking bands, or (ii) introducing precursor or following flanking bands. This was done for spectral configurations where the flanking bands were presented relatively close to the on-frequency band or were widely separated in frequency. In conditions where the flanking bands were close to the on-frequency band, manipulating perceptual segregation had little effect on thresholds. In contrast, when the flanking bands were widely separated, CMR was abolished in conditions promoting perceptual segregation. As perceptual segregation should not affect within-channel processes, the differential effect of segregation cues may provide a functional definition of within- and across-channel CMR. Also, as ''true'' CMR is generally associated with across-channel processing, the strong influence of perceptual grouping cues places strong constraints of physiological models of CMR.
-
Prinziples of modulation processing in monaural versus binaural hearing [DAGA 2005 (München)]
T. Piechowiak, S. Ewert and T. Dau
[A]
Bei der auditorischen Szenenanalyse unterteilt das Hörsystem komplexe Geräuschkulissen in akustische Objekte. Dabei sind die Spektren dieser akustischen Objekte häufig komplex und überlappend, was eine einfache Extraktion und Zuordnung der Objekte auf Basis der peripheren Zerlegung der Frequenzen unmöglich macht. Das auditorische System nutzt offensichtlich andere Signalmerkmale aus, wie z.B. charakteristische Pegelschwankungen in verschiedenen Frequenzbereichen oder auch Harmonizitäten der verschiedenen Frequenzkomponenten. Dabei verhält sich das Gehör bei der Bewertung der Signalinformation 'aktiv', in dem es in verschiedenen akustischen Umgebungen verschiedene Strategien bei der Informationsintegration anwendet. In diesem Beitrag geht es um die quantitative Nachbildung des comodulation masking release (CMR), einem der klassischen Phänomene bei der frequenzgruppenübergreifenden Verarbeitung. CMR beschreibt die Fähigkeit, ein Tonsignal in einem Hintergrundrauschen besser zu entdecken, wenn die Frequenzkomponenten des Hintergrundrauschens in ihren zeitlichen Einhüllenden korreliert sind. Das verwendete Signalverarbeitungsmodell beinhaltet eine Stufe, die einen Vergleich der Einhüllendeninformation zwischen den Frequenzgruppen vornimmt. Der Mechanismus wird dabei ähnlich wie beim Equalization-Cancellation-Ansatz in der binauralen Modellierung angenommen. Der Vergleich der Einhüllenden erfolgt im Rahmen des Modells am Ausgang der modulationsfrequenzselektiven Vorverarbeitung innerhalb jeder einzelnen Frequenzgruppe. Das Modell wird in einer Reihe 'kritischer' experimenteller Konditionen getestet. Parallelen und Unterschiede zwischen der monauralen frequenzgruppenübergreifenden Verarbeitung (beim CMR) und der binauralen Verarbeitung (beim binaural masking level difference, BMLD), sowie Grenzen des vorgestellten Modellkonzeptes in komplexen akustischen Umgebungen werden diskutiert.
-
Frequenzselektivität bei der Wahrnehmung von vertikalen Ganzkörpervibrationen
M. Bellmann and S. Ewert
[A]
In dieser Studie sind maskierte Detektionsschwellen für vertikale Ganzkörpervibrationen bei sitzenden Versuchspersonen untersucht worden. Dazu wurden zwei grundlegende Experimente durchgeführt. In einem ersten Versuch sind Detektionsschwellen für eine 8 Hz Sinusvibration (Signalvibration) bestimmt worden in Anwesenheit eines sinusförmigen und eines schmalbandigen Rauschmaskieres. Dieses Experiment ist mit drei verschiedenen Amplituden der Maskierungsvibration durchgeführt worden. Die Bandbreite des Maskierers beträgt konstant 2.8 Hz und entspricht einer Bandbreite von 1/2 Oktave in Relation zu der Signalvibration bei 8 Hz. Für beide unterschiedlichen Maskierer steigen die Detektionsschwellen erwartungsgemäß proportional zur Amplitude des Maskierers an (Webersches Gesetz). In einem zweiten Versuch sind die Masked-Threshold Patterns (MTP, auf Deutsch: maskierte Schwellenmuster), die die Signalvibrationsschwellen in Abhängigkeit der Maskierungsvibrationsfrequenz darstellen, bestimmt worden für Signalfrequenzen von fs = 4, 8, 16 und 32 Hz. Das Maskierungssignal ist dabei ein schmalbandiges 1/2 oktavbreites Gaußsches Vibrationssignal mit einer Mittenfrequenzen fc, die im Bereich von 4 bis 64 Hz variiert worden ist. Zusätzlich sind die absoluten Perzeptionsschwellen (in Abwesenheit eines Maskierers) für die Signalvibrationen ermittelt worden. Die MTPs weisen eine ausgeprägte Bandpassform auf mit einem Peak bei der die Signalfrequenz gleich der Mittenfrequenz des Maskierers beträgt (fs = fc). Die Ergebnisse lassen vermuten, dass eine breit abgestimmte frequenzselektive Verarbeitung der Ganzkörpervibrationen beim menschlichen Vibrationsempfinden existiert. Auf der Grundlage der o.g. Ergebnisse wird eine generelle Struktur eines Human Response to Vibration Modells (HRVM) vorgestellt und diskutiert.
-
Phase difference representation of interaural timing disparities [DAGA 2007 (Stuttgart)]
M. Dietz, S. Ewert and V. Hohmann
[A]
Während das klassische Jeffress-Modell zur Repräsentation binauraler Zeit-Disparitäten durch Zeitverzögerungsketten und nachfolgende Koinzidenzdetektion bei Vögeln weitgehend bestätigt ist (z.B. für Schleiereulen), legen neuere physiologische Daten für einige Säugetiere eher eine Repräsentation mittels interauraler Phasendifferenzen nahe. Psychoakustische und elektrophysiologische Daten beim Menschen zeigen ein uneinheitliches Bild, so dass zur kohärenten Modellbildung weitere Grundlagenforschung notwendig erscheint. Dieser Beitrag untersucht dazu die Detektierbarkeit binauraler Differenzen bei Stimuli mit zeitlich fluktuierenden binauralen Zeit-Disparitäten (,double-delayed noise' und breitbandige ,binaural beat' Stimuli). Ein Signalverarbeitungsmodell zur gehörgerechten, frequenzgruppen basierten Extraktion interauraler Phasendifferenzen (IPD) aus dem binauralen Signal wird vorgestellt und anhand psychoakustischer Daten evaluiert. Das Modell liefert prinzipiell eine dreidimensionale Abbildung der IPD über Zeit und Mittenfrequenz der auditorischen Filter. Zur Auswertung dieses ''binaural displays'' kann die zeitliche Fluktuation der IPD in Frequenzbändern durch Histogramme erfasst und die Detektierbarkeit anhand von Veränderungen der Histogramme abgeschätzt werden. Alternativ lassen sich auch Histogramme ueber verschiedene Frequenzgruppen bilden. Durch Variation der interauralen Parameter (Zeit - oder Phasendifferenzen) und der Bandbreite der Signale soll untersucht werden welche Art der Auswertung die Daten realistisch beschreiben kann. Besonders interessant ist hier die Fragestellung ob IPDs oder daraus abgeleitete interaurale Zeitdifferenzen über Frequenzgruppen kombiniert werden. Eine Schwierigkeit besteht darin, dass die Auswertung der Histogramme aufgrund der Mehrgipfeligkeit der Verteilungen mit etablierten Methoden, z.B. der Signal-Entdeckungstheorie, nicht gelingt. Mögliche Lösungen werden vorgestellt und diskutiert.
-
Modelling across- and within-channel mechanisms in comodulation masking release [DAGA 2008 (Dresden)]
T. Piechowiak, S. Ewert and T. Dau
[A]
The audibility of a target sound embedded in another masking sound can be improved by adding sound energy that is remote in frequency from both the masker and the target. This effect is known as comodulation masking release (CMR) and is observed when the remote sound and the masker share coherent patterns of amplitude modulation. While a large body of data has been presented, the mechanisms underlying CMR are not clear. Neuronal suppression at a cochlear level, the detection of modulation beatings within auditory channels, and across-channel comparisons of temporal envelope information have been suggested to contribute to CMR. The present study extends an earlier model that includes an equalization-cancellation (EC) stage for the processing of modulations across the audio-frequency channels by a non-linear peripheral filtering stage. In the framework of the model, the combination and interaction of three main mechanisms were assessed: (i) suppression, (ii) within-auditory-channel cues related to amplitude modulations, and (iii) across-auditory-channel processes at higher, retro-cochlear stages. Experiments are presented to examine the relative role of these mechanisms. In particular, the influence of level and effects of auditory grouping on CMR were investigated.
-
Modelling lateralization of binaural stimuli with fine-structure and envelope-based temporal disparities
S. Ewert, M. Dietz and V. Hohmann
[A]
Lateralization of binaural stimuli in headphone experiments is dependent on both interaural timing- and interaural level differences. In contrast to natural situations, both cues can be manipulated independently and each cue can be analyzed separately. While the influence of interaural level differences (ILD) on the intracranial image of a sound is well understood, the influence of interaural phase differences (IPD) or interaural time differences (ITD) appears more complicated, particularly when competing temporal disparities are present in the fine-structure and envelope of binaural stimuli. A ''classical'' neuronal model for processing interaural timing disparities is the so-called ''Jeffress-model'' which consists of a series of coincidence detectors receiving their input along two converse chains of delay elements. Since the model fails for some complex stimuli which carry information in both fine-structure and envelope, extensions like the position-variable model and the weighted-image model have been introduced. Here, an alternative modelling approach based on IPD extraction is suggested. Critical experiments where ILD and IPD cues were matched to evoke the same lateralization or where contradicting fine-structure and envelope IPD cues were traded to evoke a centred image are presented. In contrast to the ''classical'' models, the current model is shown to predict all data.
Extra, D.
-
Monaurale und binaurale Analyse digitaler Raumimpulsantworten [DAGA 2007 (Stuttgart)]
D. Extra and J. Bitzer
[A]
Digitaler Hall bildet einen der wichtigsten Effekte in der
heutigen Musikproduktion und ist in allen Preisklassen und
Qualitätsstandards verfügbar. Wir präsentieren eine Reihe von
Werkzeugen, mit denen eine qualitative Analyse digitaler Hallalgorithmen
möglich ist.
Dabei erfolgt eine Einteilung in monaurale, sowie binaurale
Analysewerkzeuge.
Hierbei wurden sowohl Analysen aus der Raumakustik, Psychoakustik, als
auch der digitalen Signalverarbeitung genutzt. Als monaurale Werkzeuge
werden unter anderem die Dichteverteilung einer Impulsantwort als
Funktion der Zeit, sowie
eine Terzbandaufteilung der Nachhallzeit vorgestellt. Für die binaurale
Analyse kommen klassische Maße wie die IACC , aber auch neu entwickelte
Maße zur Anwendung.
Zur Verifikation der Analysetools auf ihre Tauglichkeit als
Qualitätsmaße wurde ein Hörtest durchgeführt, bei dem verschiedene
kommerziell erhältliche Geräte aller Preisklassen in einem 2AFC Test
verglichen wurden.
Eyben, F.
-
Beat-Synchronous Data-driven Automatic Chord Labeling [DAGA 2008 (Dresden)]
B. Schuller, F. Eyben and G. Rigoll
[A]
Automatic Chord Labeling becomes a challenge when dealing with original audio recordings, in particular of modern popular music. In this work we therefore suggest a data-driven approach applying Support Vector Machines as opposed to typical chord-template modeling. The feature basis is formed by pitch-tuned chromatic feature information. For synchronization with the rhythmic structure we use IIR comb-filter banks for tempo detection, meter recognition, and on-beat tracking. The chord base is built by all typical triads resulting in 76 classes. Extensive experimental results are reported on MP3 compressed audio of popular music and demonstrate effectiveness over the traditional approach to Automatic Chord Labeling.
Ezersky, A.
-
Sound Attenuation in Media with Floating Particles [DAGA 2003 (Aachen)]
I. Didenkulov, A. Ezersky and D. Selivanovsky
[A]
It is known that floating particles oscillate longitudinally in acoustic field. In this paper we consider dynamics of floating particles, which have rotational oscillations in acoustic field. This novel phenomena produces additional sound attenuation due to viscous damping. In the present paper this effect is analytically described. The expression for sound attenuation in suspensions of such particles and estimations of the value of the effect are obtained, and possible applications are discussed.
|