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
Laback, B.
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Spektrale Maskierung bei Stimulation über Cochlea Implantate [DAGA 2000 (Oldenburg)]
B. Laback, L. Mair and W. Deutsch
[A]
Im normalen Gehör ist die Frequenzselektivität einerseits durch die aktive cochleäre Verstärkung bestimmt und andererseits durch den Effekt der lateralen Inhibition beeinflußt, dessen Entstehung an der Stelle der Umsetzung mechanischer Bewegungen in neuronale Aktivität vermutet wird. Bei elektrischer Stimulation des Hörnerven durch tonotopisch angeordnete Elektroden und damit Umgehung der cochleären Verarbeitung basiert die Frequenzselektivität hingegen auf der Interaktion der Frequenzkanäle auf neuronaler Ebene. In dieser Studie wird die spektrale Maskierung bei mit mehrkanaligen Cochlea Implantaten (CIs) versorgten Patienten und normalhörenden Kontroll-Versuchspersonen ermittelt und deren Einfluß auf die Diskrimination von stationären komplexen Signalen untersucht. Die Messung psychoakustischer Tuningkurven (PTCs) erfolgt bei simultaner Präsentation von Testsignal (Sinuston) und Maskierer (Schmalbandrauschen). Aufgrund der zeitlich versetzten Stimulation der einzelnen Frequenzkanäle bei den zur Anwendung kommenden CIS-Strategien resultiert diese Anordnung in der Messung der nicht-simultanen Maskierung. Die bisherigen Resultate zeigen große Variabilität in der Flankensteilheit der PTCs zwischen den einzelnen CI-Patienten, wobei die PTCs mancher Probanden vergleichsweise normale Flanken und andere stark abgeflachte Flanken aufweisen. Gegenwärtig wird die Diskriminationsfähigkeit der Versuchspersonen für Vokale und stationäre Anteile von Musikinstrumentenklängen ermittelt und die resultierenden Verwechslungsmatrizen mit der Charakteristik der PTCs in Beziehung gesetzt.
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Spektrale Maskierung und interne Spektrumsrepräsentation von synthetischen Vokalen bei Cochlear Implantat - Stimulation [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
B. Laback and W. Deutsch
[A]
Die Diskrimination additiv synthetisierter Vokale gleicher Grundfrequenz und einheitlicher Lautheit basiert auf der internen Spektrumsrepräsentation, d. h. der tonotopischen Verteilung neuronaler Anregung. Bei elektrischer Stimulation über ein Cochlear Implantat (CI) hängt die interne Repräsentation sowohl von der elektrischen Feldausbreitung der einzelnen Elektrodensignale als auch - im Falle nicht-simultaner Elektrodenstimulation - von der Interaktion zwischen mehrfachen Anregungen einer Neuronenpopulation durch mehrere Elektroden ab. In dieser Studie wird die interne Spektrumsrepräsentation mittels psychoakustischer Maskierungspatterns bei mehreren CI-Trägern systematisch gemessen und deren Relevanz für die Identifikation von Vokalen untersucht. Die Experimente bestehen aus drei Teilen: im ersten Teil wird die Frequenzausbreitung der Maskierung, die Abhängigkeit vom Maskiererpegel sowie die Additivität der Maskierung bei mehreren gleich wirksamen Maskieren gemessen. Im zweiten Teil werden ausgewählte Vokale als Maskierer verwendet und die Mithörschwellen für alle Elektroden gemessen (Vowel Masking Pattern). Diese Methode, die eine direkte Messung des internen Signalspektrums darstellt, ermöglicht die Überprüfung eines aus dem ersten Teil abgeleiteten Modells der Ausbreitung der neuronalen Anregung (Neural Excitation Pattern). Im dritten Teil werden Verwechslungsmatrizen für 8 Vokale bestimmt. Ein Vergleich der Unterschiede in den Vowel Masking Patterns verschiedener Vokale mit den zugehörigen Verwechslungsmatrizen ermöglicht die Auffindung der für die Diskrimination relevanten spektralen Features.
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Sensitivity to Interaural Time Delay in Stimulus Fine Structure and Onset/Offset of a Bilateral Cochlear Implant Listener [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
B. Laback, P. Majdak, K. Schmid and W.-D. Baumgartner
[A]
Recent studies on the sensitivity of bilateral cochlear implant (CI) listeners to interaural time delay revealed JNDs in the order of 100 s. There are indications that sensitivity is restricted to stimuli containing low rate signal information in either the carrier or the envelope. This has been inferred from JNDs for ITD applied either to the entire stimulus (interaural waveform delay, IWD) or to the envelope only (interaural envelope delay, IED) [R. van Hoesel and R. Tyler, 2003].
This study investigates the sensitivity of bilateral CI listeners to IWD, IED and, as a newly tested condition, delay in the fine-structure only (interaural fine-structure delay, IFSD), as a function of pulse rate. Two different stimuli are tested: stimulus A is a sequence of four equal-amplitude pulses. Sensitivity to IWD, IED and IFSD is tested by interaurally delaying all 4 pulses, pulses 1+4 only, or pulses 2+3 only, respectively. Stimulus B is a pulse sequence shaped with a trapezoid function. Here, IWD, IED and IFSD refer to an interaural delay in the entire stimulus, the envelope only or the pulse timing only, respectively. The experiments are also performed with normal hearing subjects listening to simulations of CI stimulation.
With these experiments we hope to get more insight into the relative potencies of interaural envelope- and fine-structure delay at different electrical pulse rates. Moreover, the results should provide information on the relevance of interaural synchronization in pulse timing. Results of these experiments, which are currently underway, will be presented.
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Effects of interaural time differences in fine structure and envelope on lateral discrimination in bilateral electrical hearing [DAGA 2006 (Braunschweig)]
P. Majdak, B. Laback and W.-D. Baumgartner
[A]
Localization of sound sources is partly based on interaural time differences (ITDs). For lower frequencies, the neural stimulation pattern is synchronized to the phase of the carrier signal. Interaural difference of the phase, so called fine structure ITD, is important for determining the lateral position of the sound source. Bilateral cochlear implant (CI) listeners currently use stimulation strategies which encode ITD in the temporal envelope but which do not transmit ITD in the fine structure due to the constant phase in the electrical pulse train.
To determine the necessity for encoding ITD in the fine structure, ITD-based lateralization discrimination was investigated with CI listeners and normal hearing subjects at different pulse rates for various combinations of independently controlled envelope ITD and fine structure ITD. Amplitude modulated pulse trains with a modulation rate of 13Hz were used. Results show that the fine structure ITD had the strongest impact on lateralization discrimination at lower pulse rates, with significant effects for pulse rates up to 800 pulses per second. At higher pulse rates, lateralization discrimination depended on the envelope ITD only. It is concluded that bilateral CI listeners benefit from transmitting fine structure ITD at lower pulse rates.
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Effects of interaural delay in ongoing fine structure, onset, and offset in electric and acoustic hearing: Model results [DAGA 2006 (Braunschweig)]
B. Laback, P. Majdak and W.-D. Baumgartner
[A]
The relative contributions of interaural time differences (ITD) in the ongoing fine structure and in the gating portions of signals to lateralization discrimination were studied in three cochlear implant (CI) subjects and five normal hearing (NH) subjects listening to an acoustic model of electrical stimulation. The first and last pulse of rectangularly gated pulse trains represented, per definition, the gating portions, and the remaining pulses the fine structure. In experiment I, the stimuli consisted of four pulses of constant amplitude at rates of 100, 200, 400, and 800 pulses per second (pps). Two of the CI listeners showed sensitivity to fine structure ITD up to 800 pps, one CI listener at 100 pps only, and the NH listeners up to 400 pps. The relative contribution of gating ITD, in particular the onset, increased with increasing pulse rate. Experiment III used stimuli with constant durations and loudness adjusted amplitudes across all pulse rates. Up to 400 pps, the sensitivity to fine structure ITD increased and to gating ITD decreased with increasing duration. Most effects were successfully modeled by a multiple looks cross-correlation model, in which ITD information is integrated across time after applying a rate-dependent and subject-specific onset-weighting function.
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Effect of Center Frequency on the Sensitivity to Interaural Time Differences in Filtered Pulse Trains [DAGA 2007 (Stuttgart)]
B. Laback and P. Majdak
[A]
Laback et al. (2005) and Majdak et al. (2005) showed that bilateral cochlear implant (CI) listeners lateralize pulse trains based on interaural time differences (ITD) in the fine structure. For three out of four CI listeners, the highest pulse rate showing effects of fine structure ITD was higher than in normal hearing (NH) subjects listening to an acoustic simulation of electric stimulation. This study attempted to verify that the NH listeners' performance was not underestimated by a potentially unfavorable choice of the center frequency of the stimulus (4590 Hz) based on the following hypothesis: if the ringing of the auditory filters limits ITD perception at higher pulse rates, the maximum pulse rate showing significant effects of ITD will increase with increasing center frequency. Rectangularly gated pulse trains carrying ongoing ITD were bandpass filtered, simulating electric hearing. Lateralization discrimination was tested at different pulse rates (200 to 800 pulses per second) and center frequencies (4590, 6490, 9180 Hz). The maximum pulse rates showing significant effects of ITD did not vary with center frequency. It is concluded that the auditory filters of NH listeners do not limit ITD perception in pulse trains for center frequencies down to 4590 Hz. Thus, the comparison between NH and CI listeners in the cited studies appears not to be confounded by the cochlear filters. References: Laback, B., Majdak, P., Baumgartner., W.D. (2005), 28th Midwinter Meeting of the Association for Research in Otolaryngology. Majdak, P., Laback, B., Baumgartner., W.D. (2006), J. Acoust. Soc. Am. 120, 2190-2201.
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Effect of Different Frequency Mappings on Speech Intelligibility for CI listeners [DAGA 2007 (Stuttgart)]
M. Goupell, B. Laback, P. Majdak and W.-D. Baumgartner
[A]
The current generation of cochlear implants (CI) is not optimized for sound localization. However, improving sound localization ability should not hinder a cochlear implant's main function, to help the listener understand speech. The Oldenburger Satztest was used to test speech intelligibility in quiet and at different noise levels with CI and normal hearing (NH) listeners using a CI simulation. The experimental parameters that were varied were the number of analysis channels (M) and the number of electrodes or synthesis channels (N). Both ''matched'' (M = N) and ''unmatched'' (M
N) conditions were tested. It was found that for the matched conditions the number of electrodes can be decreased from twelve to eight and speech intelligibility is hardly affected, even for the lowest signal-to-noise ratios. It was also found that for the unmatched conditions speech intelligibility was insensitive to small spectral changes but not large ones. The results have implications for new mapping strategies for CI listeners.
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Spectral Profile Analysis in Cochlear Implant Listeners [DAGA 2008 (Dresden)]
M. Goupell, B. Laback, P. Majdak and W.-D. Baumgartner
[A]
This study determines the feasibility of cochlear implant (CI) listeners to compare relative levels of bands in a wideband spectrum. Three types of profile analysis experiments were performed: detection of a peak or notch in a flat background, discrimination of different peak heights and notch depths, and frequency discrimination of peaks and notches. Several places, bandwidths, and roving ranges were tested. It was found that the listeners were always sensitive to spectral peaks at any bandwidth and place. Notches were more difficult to detect than peaks and level roving significantly decreased performance. Increasing the bandwidth beyond two electrodes showed no significant decrease in the threshold. The effect of place was highly variable between listeners and was highly correlated with intensity discrimination thresholds without a background. These results have comparable trends to those found for normal hearing (NH) listeners (Moore et al., JASA, 1989); however, peak and notch detection is at least two times worse in CI listeners compared to NH listeners. Subsequent modeling showed that one listener was likely performing a profile analysis, while the others could have been using intensity cues only. These results have implications on the ability of CI listeners to localize sounds in vertical planes.
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Binauraler Jitter improves ITD sensitivity of cochlear implantees and normal hearing listeners [DAGA 2008 (Dresden)]
B. Laback, P. Majdak and M. Goupell
[A]
Interaurale Laufzeitdifferenzen (ITD) in der Feinstruktur eines Signals sind wichtig für die Schallquellenlokalisation und für die Sprachwahrnehmung im Störgeräusch. Mehrere Studien zeigten, dass Cochleaimplantat (CI) Träger bei niedrigen Pulsraten sensitiv für Feinstruktur ITD sind, wohingegen die Sensitivität bei höheren, für die Sprachwahrnehmung wichtigen, Pulsraten abnimmt. Dieser Studie lag die Hypothese zugrunde, dass die Limitierung bei höheren Pulsraten durch binaurale Adaptationseffekte verursacht wird, die infolge der periodischen Stimulation auftreten. Unter der Annahme, dass binaural synchronisierter Jitter (binauraler Jitter) die Periodizität der neuronalen Antwort reduziert und daher binaurale Adaptation vermeidet, wurde der Effekt von Jitter bei fünf CI Trägern untersucht. Ein ähnliches Experiment wurde mit Normalhörenden unter Verwendung von bandpassgefilterten akustischen Klicks durchgeführt.
Konsistent mit der Hypothese zeigten die CI Träger starke Verbesserung der ITD Sensitivität bei höheren Pulsraten (800-1515 pps). Auch die normalhörenden Testpersonen zeigten starke Verbesserung der ITD Sensitivität bei höheren Pulsraten (600 - 1200 pps). Die erzielten Verbesserungen durch binaural synchronisierten Jitter werden darauf zurückgeführt, dass die eingeführte zufällige zeitliche Variation das binaurale Gehör fortlaufend reaktiviert. Binauraler Jitter kann daher zur Verbesserung der ITD Sensitivität von CI Trägern bei höheren Pulsraten eingesetzt werden.
Projekt gefördert von der Österreichischen Akademie der Wissenschaften und dem Wissenschaftsförderungsfond FWF (Projektnummer: P18401-B15)
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Kopf- und Handzeigermethode bei der Lokalisation von Schallquellen
P. Majdak, B. Laback and M. Goupell
[A]
Studien über die räumliche Lokalisation von Schallquellen erfordern Messmethoden, die die auditorische Leistung möglichst genau widerspiegeln. Die optimale Methode sollte die Untersuchung von Positionen im gesamten 3D-Raum bei möglichst hoher Genauigkeit ermöglichen, kurze Trainingsphasen benötigen und hohen Komfort für die Versuchspersonen bieten.
In dieser Studie wurde der Einfluss von zwei Positionsangabemethoden (Kopf- und Handzeiger) sowie der Einfluss der visuellen Umgebung (Test in Dunkelheit und mit visueller Umgebung) auf die Lokalisationsfähigkeit unter naiver und trainierter Bedingung untersucht. Zur Untersuchung der Lokalisationsfähigkeit wurde eine virtuelle Testumgebung implementiert. Die akustischen Stimuli wurden mit individuellen Außenohrübertragungsfunktionen spatialisiert. Bei der mittels einer Videobrille präsentierten visuellen Umgebung wird die Versuchsperson im Zentrum einer Hohlkugel platziert. Die Versuchspersonen absolvierten ein prozedurales Training, einen visuellen Test, einen akustischen Test und ein abschließendes akustisches Training. Die Bedingungen mit visueller Umgebung führen zu signifikant geringeren Fehlern. Das Training zeigt einen signifikanten Lerneffekt. Die Lokalisationsfehler mit trainierten Versuchspersonen sind vergleichbar mit Literaturdaten (Middlebrooks, J. Acoust. Soc. Am., 1999, 106: 1493-510). Obwohl die Unterschiede zwischen den Zeigermethoden gering sind, liefert die Handzeigermethode genauere Angaben.
Diese Studie wurde unterstützt durch den österreichischen Wissenschaftsfond FWF (P18401-B15).
Labouret, S.
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Determination of the upper boundary in the energy distribution involved in the collapse of sonoluminescing bubbles
T. Lepoint, F. Mullie, S. Labouret, C. Pétrier, D. Kefting, R. Geisler, R. Mettin, T. Kurz and W. Lauterborn
[A]
Multibubble sonoluminescence (MBSL) spectra of
solutions containing noble gas consist of a continuum which extends
from ~250 to ~1000 nm. For
nm, there is no observable emission. With Kr or Xe as the dissolved
gas, small-intensity lines are observed in the 700 - 950 nm wavelength
range. By comparison with appropriate lamps, we attributed them to
and
electronic transitions. This means that energy levels of 11.3-12.1
eV are populated in the case of Kr and ~9.9 eV in
the case of Xe. When Ar is the dissolved gas, no Ar lines (which would
involve a populating in
levels characterized
by energies of 12.9-13.3 eV) are observed. Given the absence of emission
below 250 nm, these observations show that the upper boundary in the
distribution of energu released to the intracavity medium upon the
collapse of sonoluminescing bubbles is ~12 eV. These
observations enable to understand the reason of the absence of the
hydrogen 'Balmer' series in water MBSL. Indeed, transitions leading
to
,
and
lines requires
electronic excitations over a range of 12.10-13.11 eV. Moreover, the
absence (or negligible) emission below 250 nm discards thermal or
plasma origins for MBSL. The ~12 eV upper boundary
in the energy distribution associated with the collapse of sonoluminescing
bubbles indicates that MBSL spectra are mainly molecular.
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Influence du retard d'apparition du champ de cavitation inertielle sur la production d'iode en mode découpé d'irradiation ultrasonore [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
S. Labouret, L. Deraes, J. Frohly and T. Lepoint
[A]
The ultrasonic cavitation is known to give larger effects when produced by pulsed ultrasound mode rather than produced with a continuous emission. This phenomenon is due to a reconstitution of the population of the chemically active cavitation nuclei by the partial dissolution of free bubbles between two pulses. Several of these results have been obtained for irradiation duration in the minute range and for an ultrasound frequency close to 1 MHz [1,2]. We observe in similar conditions that the inertial cavitation field occurs with a delay that depends on the chopping frequency. We have also controlled that the presence of the inertial cavitation field is necessary to obtain a significant iodine (I2) production from KI solution (Weissler reaction). At last, the variation of the cavitation effect intensities in function of the chopping frequency, which is meet in literature, displays some similarities with the behaviour of the emergence delay of the inertial cavitation field.
We will present measurements of iodine production in function of the chopping frequency, of the irradiation duration and of the acoustic power, taking care to note always the emergence delay of the inertial cavitation field. We will discuss of the possible links between this emergence delay and the effect increase in chopped irradiation mode.
Ref :
[1] Ciarravino V., Flynn H.G., Miller M.W.: Ultrasound Med. Bio., 7, pp 159-166 (1981).
[2] Clarke P.R., Hill C.R.: J. Acoust. Soc. Am., 50, pp 649-653 (1970).
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Influence de la fréquence de découpage de l'irradiation ultrasonore sur l'apparition d'un champ de cavitation inertielle [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
S. Labouret and J. Frohly
[A]
The ultrasonic cavitation behaviour is observed since the beginning of the ultrasonic irradiation (frequency = 1 MHz) by means of both the measurement of both the liquid void rate and the acoustic spectrum which is recorded in the liquid. When the ultrasound irradiation is performed in chopped mode (silence duration = pulse duration), it is observed 2 regimes called A and B. The A regime is characterised by a slow increase of the void rate and the presence of harmonics and under-harmonics in the acoustic spectrum, and corresponds essentially to the presence of stable cavitation bubbles. The B regime that follows the A regime, displays a strong increase of the void rate and a broadband cavitation noise in he acoustic spectrum. The B regime corresponds to an inertial cavitation field.
The transition from the A regime to the B regime occurs with a delay that depends on the chopping frequency. Furthermore, the transition duration is short (relatively to our measurement resolution, round to 1 second) for the majority of the chopping frequencies considered. Notwithstanding, we will present examples for which the transition develops over durations up to tens seconds.
Lackner, W.
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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.
Lacroix, A.
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Akustische Rohrsysteme mit Abzweigungen, Verzweigungen und Kopplungen [DAGA 2000 (Oldenburg)]
K. Schnell and A. Lacroix
[A]
Die Produktion von einzelnen Sprachlauten entsteht durch Anregung des Sprechtraktes. Der Sprechtrakt selbst kann durch ein Rohrmodell beschrieben werden, welches für die Ausbreitung von ebenen Wellen spezialisiert wird. Die Modellparameter enthalten die räumliche Geometrie des Rohres, in der sich die Schallwellen ausbreiten. Wenn diese Parameter geeignet gewählt werden, so können mit einer entsprechenden Anregung Sprachsignale erzeugt werden. Die Parameter sollen aus Sprachsignalen ermittelt werden, um die entsprechenden Laute zu bilden. Für unverzweigte Rohre mit einem reellen Abschlußkoeffizienten am Rohrende, lassen sich die Koeffizienten zuverlässig mit dem Durbin oder Burg-Algorithmus schätzen. Dieser Beitrag behandelt den Fall von Rohrmodellen, bei denen diese Bedingungen nicht vorliegen und deshalb die Parameter des Rohrmodells nicht durch die Lösung der bekannten Normal-Gleichung ermittelt werden können. Die Parameter des Rohrmodells werden daher durch Minimierung eines geeigneten Fehlers, der ein spektrales Abstandsmaß zwischen Rohrmodell und dem gegebenen Sprachsignal darstellt, geschätzt. Das Fehlermaß kann aus der inversen Filterung abgeleitet werden. Durch die Parameterschätzung soll das Rohrmodell nicht nur die Einhüllende des Betragsspektrums des Sprachsignals nachbilden, sondern es soll auch die zu den analysierten Lauten entsprechende Sprechtraktgeometrie aufweisen.
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Breitbandsprachcodierung auf Basis von Filterbänken und Verdeckungseffekten [DAGA 2000 (Oldenburg)]
R.T. Pietsch and A. Lacroix
[A]
Die Qualität schmalbandiger Telefonsprache mit Bandbreiten von 3,4 kHz ist für fortschrittliche Anwendungen in der Telekommunikation nicht befriedigend. Breitbandsprache, mit einer Bandbreite von 7 kHz, ermöglicht hohe Sprachqualität im Vergleich zu Schmalbandsprache. Bei der Übertragung von Breitbandsprache ist eine Datenreduktion unerläßlich, weil die Datenrate von PCM Breitbandsprache wegen der notwendigen genaueren Quantisierung mehr als doppelt so groß ist, wie die für Schmalbandsprache. In diesem Beitrag wird ein Codierungssystem für Breitbandsprache vorgestellt, welches sich aufgrund der niedrigen Laufzeit gut für die Dialogkommunikation eignet. Die Frequenzanalyse- und synthese wird durch Filterbänke auf der Basis von rekursiven Filtern realisiert. Rekursive Filter erlauben niedrige Laufzeiten der Filterbank. Die Codierung basiert auf Irrelevanzenreduktionen. Hierbei spielen, neben optimierten nichtuniformen Quantisierungen, insbesonderen psychoakustische Verdeckungseffekte eine wesentliche Rolle. Die erzielte Sprachqualität wird bei unterschiedlichen Datenraten zwischen 32 kbit/s und 16 kbit/s anhand von Hörbeispielen demonstriert.
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Bestimmung von Rohrmodellparametern aus Sprachsignalen [DAGA 2000 (Oldenburg)]
K. Schnell and A. Lacroix
[A]
In der Sprachverarbeitung hat das zeitdiskrete Rohrmodell, repräsentiert durch Kreuzglied-Kettenfilter, speziell bei der Modellierung des Sprechtrakts erhebliche Bedeutung erlangt. In früheren Untersuchungen wurden meist unverzweigte Rohrmodelle herangezogen; neuerdings werden Rohrsysteme mit Abzweigen, Verzweigen und Kopplungen zunehmend interessant. In diesem Beitrag werden Strukturen von Rohrmodellen untersucht, die infolge von Verzweigungen und nachfolgenden Kopplungen Ringformen aufweisen. Eine derartige Konstellation ist bei nasalierten Lauten gegeben, da bei diesen der Nasaltrakt und der Mundtrakt eine Ringstruktur bilden. Auch der Nasaltrakt selbst ist durch die Scheidewand getrennt und wird an den Nasenlöchern wieder zusammengeführt. Ein weiteres Beispiel stellt der Laterallaut /l/ dar, da die Zunge den Mundtrakt bereichsweise teilt. Die Verzweigungen werden im Rohrmodell durch Drei-Tor-Adaptoren realisiert, während einzelne Rohre durch Laufzeitelemente und Zwei-Tor-Adaptoren dargestellt werden. Die Rohrstruktur kann als Baum angesehen und damit als verkettete Liste realisiert werden. In diesem Beitrag wird unter anderem auf eine allgemeine Form der Berechnung der Übertragungsfunktion eingegangen. An konkreten Beispielen wird die Analyse erläutert und auf Korrektheit nachgewiesen. Es lassen sich auch mögliche Anwendungen außerhalb der Sprachverarbeitung finden, wie zum Beispiel für Belüftungs- und Heizungssysteme.
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Aspekte der Implementierung zeitdiskreter Algorithmen der numerischen Akustik [DAGA 2000 (Oldenburg)]
F. Ranostaj and A. Lacroix
[A]
Die Berechnung der zeitlichen Entwicklung von Schallfeldern ist im allgemeinen nur numerisch möglich. Der Aufwand für diese Berechnung wächst mit der dritten Potenz der Ausdehnung des Schallfeldes, so daß eine effiziente Implementierung der Algorithmen notwendig ist. Es werden Aspekte moderner Rechnerarchitekturen diskutiert und dafür optimierte Datenstrukturen beziehungsweise Algorithmen vorgeschlagen. Insbesondere wird auf Vektorisierung (Parallelisierung auf Befehlsebene), parallele Bearbeitung von Befehlen, Nutzung schneller Zwischenspeicher (Cache) und Verwendung mehrerer Prozessoren (SMP) eingegangen. Die erzielbare Rechenleistung wird anhand einer Simulation der Schallausbreitung in einem Volumenmodell des Nasaltrakts demonstriert.
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Analyse und Verwendung des Rohrmodells für die Spracherzeugung [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
K. Schnell and A. Lacroix
[A]
Für die Spracherzeugung werden Modelle benutzt, welche die Schallausbreitung im menschlichen Sprechtrakt beschreiben. Das in diesem Beitrag verwendete Modell ist ein zeitdiskretes Rohrmodell, das durch Kreuzgliedkettenfilter realisiert wird. Um einen Sprachlaut durch Anregung des Rohrmodells zu erzeugen, müssen die Parameter des Rohrmodells für jeden Laut entsprechend eingestellt werden. Dies wird durch eine Schätzung der Modellparameter aus dem Sprachsignal erreicht. Die Schätzung erfolgt durch Minimierung eines Fehlers, der ein spektrales Abstandsmaß zwischen dem Betragsspektrum des Sprachsignals und dem Betragsgang des Rohrmodells darstellt. Ziel ist es dabei nicht nur mit dem Modell das Betragsspektrum des analysierten Lautes wiederzugeben, sondern die erhaltenen Querschnittsflächen des Sprechtraktes sollen auch konsistent sein, wofür ein Vergleich mit Querschnittsflächen aus Röntgen oder NMR Aufnahmen verwendet werden kann. Für die Analyse von stimmhaften Lauten wird das Sprachsignal mit einem System von reellen Nullstellen vorgefiltert, damit der Einfluß des Sprechtaktes von dem der Abstrahlung und Anregung separiert wird. Die gleichzeitige Modellierung des Betragsspektrums und der Querschnittsflächen des analysierten Lautes durch das Rohrmodell ist wichtig für die adäquate Erzeugung von Lautübergängen.
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Spracherzeugung – Akustik, Modelle und Anwendungen [DAGA 2002 (Bochum)]
A. Lacroix
[A]
Für die verschiedenen Kategorien von Sprachlauten wird die Akustik der Spracherzeugung behandelt. Neben den unterschiedlichen Anregungsmechanismen und der Abstrahlung wird die Wellenausbreitung im Stimmbildungssystem bestehend aus Rachen-, Mund- und Nasenhöhle erläutert. Dabei wird auch die Artikulation und deren Auswirkungen auf das Höhlungssystem erklärt. Nimmt man ebene Wellen für die Schallübertragung im Stimmbildungssystem an, lassen sich vergleichsweise einfache, bereichsweise homogene Röhrenmodelle angeben, die zudem für den verlustfreien und für den verlustarmen Fall ohne zusätzlichen Aufwand für die zeitdiskrete Verarbeitung geeignet sind. Mit einem System von zeitdiskreten Rohrstücken geeigneter Längen und Querschnittflächen, die durch Adaptoren verbunden sind, kann das Höhlungssystem mit hinreichender Genauigkeit für die unterschiedlichen Sprachlaute beschrieben werden. Mittels eines Dreitor-Adaptors, der die Funktion der Rohrverzweigung am Gaumensegel nachbildet, wird die Nasenhöhle angekoppelt. Neben der Untersuchung und Analyse dieser Rohrmodelle an Hand der Übertragungsfunktion und der Spektralfunktion wird auf die Berechnung und Schätzung der Rohrmodelle aus dem Sprachsignal eingegangen. Zeitdiskrete Rohrmodelle werden bereits erfolgreich in der Sprachcodierung und auch in der Sprachsynthese eingesetzt. Weitere interessante Anwendungsfelder gibt es in verschiedenen Gebieten der Erkennung aus Sprachsignalen.
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Messung und Simulation der Akustik des Nasaltrakts [DAGA 2002 (Bochum)]
F. Ranostaj and A. Lacroix
[A]
Der Nasaltrakt ist ein wesentliches Element in der natürlichen Spracherzeugung: Beispiele hierfür sind die Lautklasse der Nasale (/m/, /n/, /N/) und die der Nasalvokale. Die direkte Messung der akustischen Eigenschaften des Nasaltrakts ist aufgrund der anatomischen Gegebenheiten nur schwer möglich. Es wird daher eine andere Methode gewählt, bei der Schall aus einer Quelle mit bekannter Impedanz in einem Nasenloch eingestrahlt wird und das Übertragungsverhalten anhand des am anderen Nasenloch austretenden Schalls bestimmt wird. In einem zweiten Schritt wird anhand von einer computertomographischen Untersuchung ein Volumenmodell des Nasaltrakts erstellt und für dieses die akustische Wellengleichung numerisch, mittels finiter Differenzen, gelöst. Die Ergebnisse beider Untersuchung werden verglichen und diskutiert.
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Analyse von Sprachlauten auf der Basis verzweigter Rohrmodelle [DAGA 2002 (Bochum)]
K. Schnell and A. Lacroix
[A]
Der Sprechtrakt kann als verzweigtes Rohrsystem angesehen werden, wenn das Velum gesenkt ist und dadurch der Nasaltrakt an den Vokaltrakt angekoppelt ist. Solche Rohrsysteme lassen sich bekanntlich unter der Annahme ebener Wellenausbreitung mit Kreuzgliedkettenfiltern zeitdiskret realisieren. Dadurch ist es möglich, Nasale und nasalierte Vokale durch Rohrmodelle zu beschreiben, deren Verzweigungsstruktur der Anatomie des Sprechtraktes angelehnt ist. Um die Mehrdeutigkeit des Rohrmodells für die Parameterschätzung gering zu halten wird ein einfach verzweigtes Modell verwendet bei dem ein Abzweig mittels eines Dreitoradaptors angekoppelt wird. Dieser Abzweig stellt dann entsprechend den Nasalen oder nasalierten Vokalen den Nasaltrakt oder den abgeschlossenen Mundraum dar. Die Bestimmung der Filterparameter für solche Modelle aus dem Sprachsignal stellt trotz Fortschritten immer noch ein Problem dar. Im Gegensatz zu vorangegangen Schätzalgorithmen, die sämtliche Parameter durch Minimierung eines spektralen Abstandsmaßes durch einen allgemeinen Optimierungsalgorithmus bestimmen, werden die Parameter des Abzweiges durch einen ARMA-Ansatz und die restlichen Parameter durch iterative inverse Filterung bestimmt. Dies ist möglich, da die Parameter des Abzweiges allein für die Nullstellen der Übertragungsfunktion des Systems zuständig sind. Neben der Erläuterung des Schätzalgorithmus wird insbesondere auf die Resultate der analysierten Sprachlaute eingegangen.
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Multimediale Darstellung von Problemen der Rohrakustik mit Hilfe des TubeDesigner [DAGA 2003 (Aachen)]
F. Ranostaj and A. Lacroix
[A]
Der TubeDesigner ist ein System zur Präsentation und Vermittlung der Theorie und Anwendung der Rohrakustik. Die Rohrkonfiguration wird dabei durch Kreuzgliedketten-Strukturen repräsentiert. Die Kreuzgliedketten-Struktur ist bekanntermaßen ein signaltheoretisches Analogon zur Schallausbreitung in einem stückweise homogenen Rohr variierenden Querschnitts. Der TubeDesigner stellt den Querschnittsverlauf des Rohrs sowie dessen Übertragungsfunktion nach Betrag und Phase dar. Zusätzlich zu der Visualisierung kann die Wirkung der Rohrkonfiguration auch auditiv beurteilt werden. Dazu kann das eingestellte Rohrsystem wahlweise mit weißem Rauschen oder mit einer Impulsfolge angeregt werden. Der TubeDesigner eignet sich zur Beschreibung und Darstellung von Problemen der Rohrakustik, insbesondere zur Untersuchung von Schalldämmern, wie sie im Automobilbau verwendet werden, in der Bauakustik, beispielsweise wenn man Schalleigenschaften von Lüftungs- und Klimaanlagen betrachtet, oder zur Untersuchung von Blasinstrumenten. Unser primäres Interesse liegt in der Beschreibung der Sprachproduktion, für die weitere Anregungsformen vorgesehen sind. Beispielsweise ist es möglich, die Spektralkurve für unterschiedliche Parameter des Oliveira-Models darzustellen - beziehungsweise die Änderung der Vokaltraktform, wenn der Vokaltrakt diese kompensiert. Mit dem 1+1 Massenmodell kann die Wirkung der Aufhebung der Quellen-Filter-Trennung untersucht werden. Durch eine Anregung mit einem Residualsignal gelingt eine sehr natürliche Sprachproduktion. Desweiteren wird zur Beschreibung der Abstrahlung des Schalls am Rohrende Differentiation oder eine Präemphase verwendet. Mit einer automatischen Parameterbestimmung für die genannten Komponenten wird für gesprochene Sprache eine instantane Visualisierung des sich durch die Artikulation ergebenden Querschnittsverlaufs möglich.
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Bestimmung der Randbedingungen von numerischen Simulationen der Schallausbreitung aus computertomographischen Daten [DAGA 2003 (Aachen)]
F. Ranostaj and A. Lacroix
[A]
Computertomographische Daten geben die Röntgendichte eines Objekts wieder. Diese ist räumlich aufgelöst in quaderförmige uniforme Volumenelemente. Kennt man das Material aus dem das Objekt besteht, kann man von der Röntgendichte der Volumenelemente auf deren akustische Eigenschaften schließen; es wird dabei berücksichtigt, daß die Volumenelemente an der Oberfläche nur partiell mit Material gefüllt sind. Verwendet man als numerisches Verfahren zur Bestimmung der Schallausbreitung finite Differenzen, werden diese akustischen Eigenschaften durch einen entsprechend angepaßten Differenzen-Operator berücksichtigt. Damit ist es möglich, daß die Randbedingungen die Geometrie des Objekts zutreffend erfassen, im Gegensatz zu einer teilweise willkürlichen Rekonstruktion der Objektoberfläche. Zur Beschreibung linearer Dämpfungen der Schallausbreitung, hervorgerufen durch viskose Reibung und Wärmeleitung, wird ein phänomenologisches Modell verwendet. Bei diesem Modell wird die Schallausbreitung in der Randschicht gedämpft. Dies vereinfacht den Differenzen-Operator im Vergleich zur direkten Lösung der Stokes-Gleichungen, welche auch eine feinere Diskretisierung erfordern würde. Die Analyse des Modells im Frequenzbereich ermöglicht dabei eine Anpassung des Differenzen-Operators an den frequenzabhängigen Dämpfungsverlauf. Die Vorgehensweise wird am Beispiel des Nasaltrakts erläutert, dessen Akustik für die Sprachproduktion relevant ist.
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Messung und Analyse von Mund- und Nasensignalen bei der Sprachproduktion [DAGA 2003 (Aachen)]
M. Bettinelli and A. Lacroix
[A]
Das Sprachsignal entsteht im allgemeinen durch die Überlagerung des Mund- und Nasensignals. Bei Aufnahmen von natürlicher Sprache liegen diese beiden Signale gemischt vor. Zur Untersuchung der Sprachproduktion bei nasalierten Lauten sind Kenntnisse über die Velumbewegung unverzichtbar. Mittels eines geeigneten Meßaufbaus wird die Abstrahlung von Lippen und Nasenlöchern akustisch separiert. Die akustische Separation erfolgt in einem schallgedämpften Meßraum mit Hilfe einer Dämmplatte. Der Raum für die Nasenabstrahlung hat die Ausmaße ca. 170 x 170 x 95 (in cm), während für die Lippenabstrahlung ein Raum von ca. 170 x 170 x 120 (in cm) zur Verfügung steht. Der Sprecher sitzt aufrecht entsprechend einer natürlichen Kopfposition. Mit den getrennt aufgezeichneten synchronen Mund- und Nasensignalen kann die Velumbewegung indirekt beobachtet werden. Aus den Kurzzeitleistungen der beiden Signale kann die Kopplung der an der Artikulation beteiligten Höhlensysteme ermittelt werden. Der Meßaufbau ermöglicht eine nahezu ungestörte Schallausbreitung; daher sind die durchgeführten Leistungs- und Spektralanalysen weitgehend unverfälscht. Bei der Auswahl des Sprachmaterials wurden insbesondere Nasale, Nasalvokale und Vokale in Kombination mit Explosivlauten berücksichtigt.
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Inverse Filterung von Rohrmodellen mit verteilten Verlusten für die Schätzung des Sprechtraktes [DAGA 2003 (Aachen)]
K. Schnell and A. Lacroix
[A]
Für die Modellierung des Sprechtraktes wird das zeitdiskrete Rohrmodell verwendet, welches die Ausbreitung von ebenen Wellen beschreibt. Damit das Rohrmodell das akustische Übertragungsverhalten des Sprechtraktes für einzelne Laute wiedergibt, werden die Modellparameter aus dem Sprachsignal geschätzt. Hierfür hat sich eine iterative inverse Filterung bewährt. Für die Schätzung werden geschlossene Formeln verwendet, welche einen Koeffizienten optimal schätzen unter der Nebenbedingung, daß die anderen bekannt sind. Das für die Sprechtraktmodellierung verwendete Rohrmodell hat einen frequenzabhängigen Rohrabschluß an den Lippen bzw. Nasenlöchern und wahlweise einen Abschluß an der Glottis. Neben Energieverlusten an den Abschlüssen treten auch innerhalb des Sprechtraktes verteilte Verluste auf infolge von Wandvibrationen, viskose Reibung und Wärmeleitung. Die Verluste innerhalb des Sprechtraktes sind frequenzabhängig und hängen vom Rohrquerschnitt ab. Für die Parameterschätzung wurden bis jetzt die Verluste innerhalb des Sprechtraktes durch eine Korrektur der Rohrabschlüsse berücksichtigt, indem die Abschlüsse mit einem reellen Verlustfaktor gewichtet werden. In diesem Beitrag werden die verteilten Verluste hingegen jeweils in den einzelnen Rohrelementen berücksichtigt, so wie sie auch im Sprechtrakt verteilt sind. Es wird ein Vergleich gezogen zwischen der Parameterschätzung mit verteilten Verlusten und den konzentrierten Verlusten an den Rohrabschlüssen.
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Parameter Estimation of Vocal Tract Models for SPEAK [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
K. Schnell, F. Ranostaj and A. Lacroix
[A]
SPEAK is a multimedia system for the investigation and demonstration of speech acoustics and speech production. The focus is hereby on discrete time acoustical models of the vocal tract. These models approximate the slope of the crosssection of the vocal tract by piecewise homogenous tubes.
It is shown for these models, how the crosssectional area is estimated by appropiate algorithms out of speech signals of vowels, voiced and unvoiced fricatives. Additionally to a good spectral and auditory similaritiy also a morphological similarity to the vocal tract shape can be achieved.
SPEAK can be interactivly controlled by parameters e.g. of the vocal tract model and the results are displayed immediately or produced auditive. Especialy there is the possibilty of visualizing the crosssectional area and transfer charakteristic of the vocal tract model for currently uttered speech simultaneously.
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Modellbasierte Analyse und Verkettung von Diphonen für die Spracherzeugung [DAGA 2005 (München)]
K. Schnell and A. Lacroix
[A]
Für eine parametrische Synthese sind Sprechtraktmodelle und deren Schätzverfahren, welche die Modellparameter aus dem Sprachsignal bestimmen, von Bedeutung. Als Modell wird hier ein verlustbehaftetes Rohrmodell verwendet, welches die inneren verteilten Sprechtraktverluste sowie die Verluste am Lippenabschluß frequenzabhängig modelliert. Die Parameter dieses Sprechtraktmodells werden aus Diphonen geschätzt, welche dann für eine Diphonverkettung verwendet werden. Die dabei auftretenden Unstetigkeiten an den Verkettungsstellen können durch einen Übergang der Modellparameter abgeschwächt werden. Dies führt allerdings nicht immer zum Erfolg, da bei der Synthese Artefakte auftreten können, die unterschiedlich stark ausprägt sind. Daher ist es vorteilhaft, wenn bei der Verkettung die Modellparameter an den Diphongrenzen schon eine größere Ähnlichkeit aufweisen. Um die Angleichung der Modellparameter zwischen den Grenzen unterschiedlicher Diphone, die gleiche Laute repräsentieren, zu erreichen, ist es notwendig, daß die Diphone nicht unabhängig voneinander analysiert werden. In diesem Beitrag wird gezeigt, wie dies durch eine spezielle Analyse der Diphone erreicht werden kann.
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Entwicklung einer PC-basierten Softwareumgebung für psychoakustische Experimente [DAGA 2006 (Braunschweig)]
E. Meinhof and A. Lacroix
[A]
Hörexperimente sind für Fragestellungen der Psychoakustik grundlegend. Hierbei ist es notwendig, verschiedene Schallsignale erzeugen zu können. Der Ansatz dieser Arbeit liegt in der Entwicklung einer universell einsetzbaren Experimentierumgebung, die alle für psychoakustische Untersuchungen wichtigen Signale erzeugen kann. Die Software auf der Basis von MATLAB ermöglicht mittels einer grafischen Benutzeroberfläche Schallsignale in beliebiger Kombination auszuwählen und zu erzeugen, um beispielsweise Maskierungsexperimente durchzuführen. Die Signale können im Zeit- und Frequenzbereich grafisch dargestellt werden. Die akustischen Parameter der Schallsignale lassen sich komfortabel variieren. Die Ausgabe der Schallsignale erfolgt über die Soundkarte eines PCs und wird der Versuchsperson mittels eines Kopfhörers dargeboten, welcher schallpegelkalibriert ist. Die Software, die durch ihre Modularität leicht erweiterbar ist, soll die Planung und Durchführung von psychoakustischen Untersuchungen vereinfachen. Durch das hohe Maß an Anschaulichkeit und Interaktivität eignet sich das Programm insbesondere auch zum Einsatz in der Lehre. Die Experimentierumgebung und ihre Möglichkeiten werden in diesem Beitrag anhand von Beispielen vorgestellt.
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Verkettung von parametrisierten Spracheinheiten auf Basis geschätzter Vokaltraktflächen [DAGA 2006 (Braunschweig)]
K. Schnell and A. Lacroix
[A]
Die Generierung synthetischer Sprache wird in der Regel durch Verkettung von Spracheinheiten realisiert. Die Spracheinheiten können dabei durch ihre Zeitsignale oder mit Hilfe von Modellen des Sprechtraktes repräsentiert werden. Der Vorteil einer modellbasierten Repräsentation der Sprecheinheiten liegt in der Verfügbarkeit von Modellparametern, die für eine Modifikation des Sprachsignals besser geeignet sind als die Abtastwerte der Sprachsignale selbst. In diesem Beitrag wird als Sprechtraktmodell das verlustbehaftete Rohrmodell verwendet. Die Flächen des Rohrmodells stellen die Modellparameter dar, welche mittels eines Optimierungsalgorithmus' aus dem Sprachsignal geschätzt werden. Für die Verkettung gehen die Flächen der zu verknüpfenden Spracheinheiten ineinander über. Die Ergebnisse hängen dabei einerseits von den Modellparametern selbst, sowie dem gewählten Übergang ab. Daher werden in diesem Beitrag die Verkettungsergebnisse unterschiedlicher Modellparameter und Übergangsformen verglichen. Als Modellparameter eignen sich die Flächen oder daraus abgeleitete Größen; letztere lassen sich durch Anwendung einer bestimmten Funktion wie z.B. der Quadratwurzel oder des Logarithmus generieren. Als Übergänge werden lineare sowie nichtlineare Trajektorien der Modellparameter behandelt.
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Modellbeschreibung des stimmhaften Anregungssignals für die Spracherzeugung [DAGA 2007 (Stuttgart)]
K. Schnell and A. Lacroix
[A]
Sprachproduktionsmodelle können in Modelle des Sprechtraktes und Modelle für dessen Anregung unterteilt werden. Da der Sprechtrakt die Resonanzstruktur der Sprachlaute prägt, ist dessen Einfluss für das Sprachverstehen wesentlich. Die Sprachqualität hängt allerdings für stimmhafte Laute auch von der Anregung ab. Das stimmhafte Anregungssignal besitzt neben seiner periodischen Struktur, die durch die Grundfrequenz bedingt ist, auch unperiodische Anteile. Diese unperiodischen Komponenten entstehen durch Fluktuationen der Grundperiodenform, sowie durch turbulentes Rauschen. Daher wird ein hybrider Ansatz für die Beschreibung des stimmhaften Anregungssignals vorgestellt, der sowohl parametrisierte Modellfunktionen, wie auch Zeitsignale beinhaltet. Mit einem parametrisierten Polynommodell wird der glatte Verlauf einer Grundperiode des glottalen Flusses beschrieben, die rauschartige Feinstruktur und der kurze Zeitpunkt des Glottisschließens hingegen werden durch Restsignale und Zeitabschnitte berücksichtigt. Das Polynommodell und die Zeitsignale werden dabei aus dem Sprachsignal gewonnen. Die beschriebene Aufteilung der stimmhaften Anregung bietet Vorteile für Modifikationen der Grundfrequenz und der Stimme.
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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.
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Beziehung zwischen Mund- und Nasensignalen bei nasalierten Vokalen [DAGA 2008 (Dresden)]
K. Schnell and A. Lacroix
[A]
Bei nasalierten Vokalen werden Schallsignale von der Mundöffnung und den Nasenlöchern gleichzeitig abgestrahlt. Durch eine Superposition der beiden Schallsignale entsteht das Sprachsignal der nasalierten Laute. Anhand des gemischten Sprachsignals lässt sich nicht direkt feststellen, welche Einflüsse die beiden einzelnen Signale auf die Nasalierung haben. Daher werden in diesem Beitrag die spektralen Eigenschaften von getrennten Mund- und Nasensignalen in Bezug auf die Vokalnasalierung untersucht. Dazu wurden Mund- und Nasensignale durch spezielle Vorrichtungen akustisch getrennt aufgezeichnet. Anhand von zeitverschobenen Linearkombinationen der getrennten Signale kann auditiv der Einfluss der Signale untersucht werden. Neben den Zeitsignalen sind insbesondere die Spektren der getrennten Signale interessant, anhand derer das Verhältnis von Mund- und Nasensignal bestimmt werden kann. Dazu wird das spektrale Verhältnis durch ein Pol-Nullstellen-System modelliert. Diese Modellierung wird für verschiedene Vokale vorgenommen. Die ermittelten Pol-Nullstellen-Systeme können dazu verwendet werden, Mundsignale in Nasensignale zu transformieren, was sich perzeptiv bestätigen lässt. Weiterhin können die Transformationen dazu verwendet werden, eine Nasalierung ohne eine explizite Verwendung des Nasensignals zu erzeugen.
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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.
Ladegaard, P.
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Comparisons between a new Binaural Microphone and a traditional Head and Torso Simulator
P. Ladegaard, H. Haslev and T. Schack
[A]
In some cases, Binaural Recording using a conventional Head & Torso Simulator (HATS) is not practical or desirable.
Then the use of a Binaural Microphone featuring two miniature microphones positioned at the entrance to the ear canal is an obvious choice.
The first experiment lists the range of measured objective differences in a few Head Related Transfer Functions with the Binaural Microphone mounted on a small number of test persons. Measurements were done both in Free field and Diffuse field. The results were very satisfying.
In another test set-up, recording of sounds with a traditional HATS and the Binaural Microphone mounted on a number of test persons were made. After this followed Paired Comparison preference evaluation of all recorded sounds. Included, as jury members were the test persons participating in the sound recordings as well as other jurors for later comparison. A preliminary analysis of the results indicates that the bias errors, when comparing recordings from a HATS and the Binaural Microphone, mounted on different persons are small and generally acceptable.
However, some deviations in the results seem to relate to the size of the head - distance between the ears of the person wearing the Binaural Microphone. Further investigations regarding this as well as the use of more test persons and other test conditions have been used to validate the first findings.
Lafarge, D.
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Multiple scattering of acoustic waves in porous absorbing materials [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
A. Duclos, V. Tournat, V. Pagneux, D. Lafarge and L. Jaouen
[A]
Multiple scattering of acoustic waves in porous absorbing media is studied theoretically and experimentally. Porous media like air-saturated polymer foams with open cells, have a non-trivial frequency-dependent absorption that arises due to viscous and thermal effects at the scale of the rigid frame microstructure. In order to produce multiple scattering at ultrasonic frequencies, mesoscale scatterers are introduced in the porous medium host. The effective wavenumber of such a multi-scale medium should take into account the peculiar absorption at the micro-scale and the multiple scattering at the meso-scale to describe precisely the propagation of a coherent acoustic wave. For this purpose, an equivalent fluid model, derived from an homogenization method, is used to model the acoustic propagation in the host porous medium itself. Then, at the meso-scale, the scattering by the inclusions is described with a multiple scattering approximation (independent scattering approximation), allowing to obtain the total effective wavenumber of the porous medium. After some validating results on the multiple scattering by an array of rigid cylinders in air, experiments on the multiple scattering by rigid cylinders embedded in a porous medium are presented and compared to the developed multi-scale approach. For the host medium itself, the same multiscale approach provides a convenient mean to account for scattering effects not described by the equivalent fluid model.
Laguerre, L.
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Angular spectrum modelling of longitudinal guided wave propagation in a embedded cylinder – Application to the non-destructive evaluation of grouted tendons
A. Grimault, L. Laguerre and M. Deschamps
[A]
Steel members of civil engineering structures undergo degradations due to corrosion and mechanical fatigue mainly, which can lead to its ruin in a long term. Hence, non-destructive inspection techniques are needed to monitor these structures.
In this study, we are more particularly interested in non-destructive evaluation of bridge post-tensioned tendons using longitudinal mechanical guided waves.
As by construction, the tendons have a single access to their ends (tendons are embedded over their whole lengths), the use of the guided propagation can have some advantages to inspect a given length from this single point (reflectometry technique).
Nevertheless, the conditions of propagation in a waveguide (the tendon) are strongly influenced by its geometry and the embedding material. In order to propose an adapted non-destructive evaluation methodology, a model of propagation is studied.
This work is focused on the determination of the exact solution of a cylindrical waves beam propagation, limited in time and space, inside a solid concentric cylinder embedded in a vacuum, liquid or solid (the steel tendon will be considered as a cylinder of same diameter).
The model is based on the angular spectrum method and a Fourier-Bessel analysis to predict the spatio-temporal elastodynamic fields.
Two types of approaches are then possible. A local analysis which describes the solutions as a partial waves series (Debye's series expansion) for the reflection/refraction of cylindrical waves at the steel/grout interface and thus allows an immediate physical interpretation. A global resolution which presents a condensed mathematical form of the above-mentioned local analysis.
Lahey, H.-P.
Lamarque, C.-H.
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Synthčse Modale pour les problčmes poroélastiques [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
O. Dazel, F. Sgard and C.-H. Lamarque
[A]
Porous material involves interesting properties of dissipation of mechanical energy. That is the reason why they are commoly used in many fields of engineering.
Nevertheless, the modelling of such components at the macroscopic scale involves constitutive and inertial coefficients which are complex and with a frequency dependency. This particularity prevents the application of classical modal techniques to predict the dynamical behaviour of multilayered structures involving porous materials.
Recently, the authors have developped a technique based on the notion of complex modes. By extending the original Duncan transformation, it has been possible to obtain generalized complex modes enable that account for internal coupling and dissipation. This technique has been shown efficient in the case of monodimensionnal and tridimensional single porous structures.
In this presentation , the case of multilayered structures is considered and the aim is to introduice component mode synthesis techniques for generalized complex modes. We mainly focus on the application of free face interface techniques as Craig and Chang CMS method. The definition of inertia relief generalized complex mode and residual generalized complex modes is undertaken. It is then possible to procced to an optimal correction of the boundary condtions.
A global basis of the whole structure is then built by considering the modal families of each substructure taken separately.
Numerical applications are then shown and various cases are considered. First of all, the coupling of an elastic plate and a porous media, then, the coupling of a porous media and an acoustic cavity and finally the case of coupling of two porous media.
Lambert, J.
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Perceptive evaluation of road traffic noise inside buildings using a combined image and wave field synthesis system [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
J. Maillard, J. Martin, P. Champelovier and J. Lambert
[A]
The evaluation of transport infrastructures in terms of environmental pollution remains a difficult subject due to the complexity of the disturbance under study. To be effective, the evaluation should be done in an environment where the main parameters of the disturbance can be controlled precisely. On-site experiments are therefore not suitable. This motivates the use of Virtual Reality which gives complete control over the parameters of the scene under study. This paper presents a practical application of virtual reality techniques to provide a multi-criteria evaluation tool of road traffic noise as it is experienced inside buildings. The approach described here creates an auditory and visual display of road infrastructures as perceived from inside a room. The main objective is to provide a near-to-real environment. The subjects are free to move within a real room featuring a window, the other side of which is equipped with the virtual display system. The approach combines high resolution video restitution and an audio system based on Wave-Field Synthesis. A description of the system is given, focusing on the sound field synthesis and restitution of the road traffic noise.
Lamek, B.
Lamm, K.
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Temporäre und permanente Innenohrschäden nach Einwirkung von Freizeit-Lärm (Kinderspielzeugpistolen, Rockmusik). Experimentelle Studien
K. Lamm, C. Michaelis, R. Scheler, H.-J. Steinhoff and W. Arnold
[A]
In der vorliegenden Arbeit wurden die temporären und permanenten Hörschwellenabwanderungen (TTS, PTS) und morphologischen Innenohrschäden nach Knalltraumata mit Spielzeugpistolen (1-6 kHz, 150-153 dB[lin], 8 Schüsse, 1/min, 10 cm Abstand zum linken Ohr, n=25) und Impuls-Schallbelastungen mit Rockmusik (1-16 kHz, Mittelungspegel 106 dB[A], 2 x 2,5 Stunden, n=17) systematisch untersucht. Die Hörschwellen wurden mit Hilfe der Hirnstammaudiometrie (BERA) und den Distorsionsprodukten der otoakustischen Emissionen (DPOAE I/O functions) bei 1,5; 2; 3; 4; 6; 8; 12 und 16 kHz vor und nach den Schallexpositionen bis zum 21. Tag bestimmt. Zudem wurden Fluoreszenz-Zytokochleogramme erstellt, um die Haarzellschäden zu quantifizieren.
Unmittelbar nach den Knalltraumata waren 54-151003136er äußeren Haarzellen (OHCs) in der 3-5 kHz Region rupturiert; ab dem 7. Tag fehlten auch 15 4096er inneren Haarzellen (IHCs). Die TTS betrug unmittelbar nach den Knalltraumata 29-50 dB bei 1.5-16 kHz. Eine partielle Erholung trat nur in den ersten 3 Tagen auf, so dass eine maximale PTS um 32-34 dB bei 3-4 kHz und eine moderate PTS um 16-24 dB in den benachbarten Frequenzen verblieb.
Nach den Beschallungen mit Rockmusik wurden keine morphologisch sichtbaren Schäden an den OHCs oder IHCs festgestellt. Dennoch betrug die TTS 47-58 dBHL bei 3-16 kHz. Innerhalb von 24 h kam es zu einer partiellen Hörerholung, danach nicht mehr. Nach 21 Tagen betrug die PTS 28-42 dBHL bei 6-16 kHz. Diese Befunde deuten auf neue Aspekte permanenter zellulärer Funktionsstörungen im Hörsystem.
Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG La 670/4-1/4-2.
Lammers, H.
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Schalltechnisches Verhalten von Montagetreppen - Ein neuer Treppenprüfstand für Prüfung, Forschung und Entwicklung [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
T. Möck, H.-M. Fischer, R. Kurz and H. Lammers
[A]
Es ist bekannt, dass der Trittschall von Montagetreppen trotz Einhaltung der schalltechnischen Anforderungen (oftmals sogar des erhöhten Schallschutzes) immer wieder zu Beschwerden führt. Da das Verhalten der Treppe nicht vom Verhalten des angekoppelten Baukörpers getrennt wer-den kann, wurde zur Entwicklung trittschalloptimierter Treppen und zur Vorabbeurteilung der schalltechnischen Eigenschaften von Montagetreppen deshalb ein neuer Treppenprüfstand kon-zipiert und gebaut. Der Prüfstand ist so konzipiert, dass den üblichen baulichen Umgebungsbe-dingungen Rechnung getragen wird: In einem Teil des Prüfstandes kann die Treppe in einer typi-schen Massivbausituation eingebaut werden, wobei die Treppenwand variabel an die geforderte Situation angepasst werden kann. Im anderen Teil des Prüfstandes können Leicht- und Holzbau-bedingungen realisiert werden, wobei beliebige Kombinationen von Treppenwand und Decke variabel eingebaut werden können. So bietet dieser Prüfstand den Treppenherstellern die Mög-lichkeit, Montagetreppen unter praxisgerechten Baubedingungen schalltechnisch zu untersuchen und gezielt eigene Produktentwicklung zu betreiben. Im vorliegenden Beitrag wird der neue Prüfstand vorgestellt und über erste Ergebnisse an darin untersuchten Montagetreppen berichtet.
Lammers, V.
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Subjektive Einschätzung der Sprechstimme und der Hörumgebung in universitären Seminarräumen [DAGA 2005 (München)]
M. Meis, C. Hilge, C. Nocke, T. Bräcker, V. Lammers, M. Lützen, R. Machner, M. Mühlhan, A. Müller, B. Silge, W. Wempe, S. Wolter and A. Schick
[A]
Im Rahmen einer feldexperimentellen Studie wurden insgesamt N=311 Studenten zur Hörsamkeit von universitären Seminarräumen befragt. Basierend auf dem laborexperimentellen Ansatz von Meis & Nocke und Befunden einer kanadischen Feldstudie von Hodgson & Kennedy wurde ein Fragebogen entwickelt, der zum einen reiznahe Items zur Bewertung der Sprechstimme (z.B. ''hallig'' vs. ''trocken'', ''klirrend vs. gedämmt'') und zum anderen Skalen zur Bewertung der Hörumgebung enthielt (z.B. genereller Hörkomfort, Störgeräusche). Nach einem raumakustischen Screening wurde für ein varianzanalytisches Modell die Befragung in insgesamt sechs raumakustisch unterschiedlichen Seminarräumen durchgeführt.
Die Seminarräume unterschieden sich signifikant sowohl hinsichtlich der gemittelten Nachhallzeiten als auch hinsichtlich des Nachhallverlaufs. Beide Parameter schlugen sich in den subjektiven Bewertungen der befragten Personen nieder. So wurden Räume, die ein Maximum der Nachhallzeit im Frequenzbereich zwischen 500 Hz und 4 kHz aufwiesen, zwar klanglich als angenehmer bewertet als Räume, deren Maximum der Nachhallzeit unterhalb von 250 Hz lag, jedoch wurde die Geräuschkulisse durch Kommilitonen in den erstgenannten Räumen als störender empfunden. Implikationen für die angewandte Lehr-Lernforschung und die Möglichkeit einer Ferndiagnose durch psychometrisch geprüfte Befragungsinstrumente werden abschließend diskutiert.
Lamparter, H.
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Über Versuche zur Auralisation virtueller Studioräume [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
H. Lamparter and R. Stumpner
[A]
Bei der Planung von Studios - besonders bei Abhörräumen - ist es häufig ein Problem, den Nutzern die akustische Wirkung baulicher und akustischer Maßnahmen zu verdeutlichen. Es wurde ein Programm entwickelt, das nicht nur den Planer bei seiner Arbeit durch die Darstellung akustischer Parameter unterstützen, sondern zusätzlich die Abhörsituation durch Auralisation realitätsnah wieder geben soll. Die bei der Realisierung eingegangenen Kompromisse und die Elemente des Programms werden kurz vorgestellt. Über erste praktische Erfahrungen wird berichtet.
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Realisierung eines Hörspielkomplexes [DAGA 2008 (Dresden)]
C. Rau and H. Lamparter
[A]
Beim DeutschlandRadio in Berlin wurde im Frühjahr 2007 nach mehrjähriger Planungs- und Bauzeit ein neues Hörspielstudio fertiggestellt und in Betrieb genommen.
Vorgaben an die Planer waren sowohl verbesserte Spiel- und Aufnahmemöglichkeiten für die Hörspielproduktion, als auch die Integration der neuen Ü-Wagen-Garage in den Neubau. Durch diese Vorgaben mussten Möglichkeiten gefunden werden, wie die notwendigen akustischen Anforderungen trotz der ungünstigen räumlichen Gegebenheiten realisiert werden konnten.
In diesem Beitrag wird ein Überblick über das akustische Planungskonzept gegeben, sowie raum- und bauakustisch interessante Details näher erläutert.
Landauer, C.
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VoIP meets DECT [DAGA 2008 (Dresden)]
F. Kettler, N. Rohrer and C. Landauer
[A]
Strong marketing activities can currently be observed from nearly all network providers to promote integrated VoIP communication for private customers. IADs (Integrated Access Devices) provide voice and data access over IP together with digital ISDN S0 interfaces or analog telephone adapters for users to connect their accustomed private telephone. A typical interaction problem arises: analog or digital DECT phones often do not provide a sufficient echo attenuation. These have not been ''really'' disturbing in the past when this telephone was connected to the public switched telephone network because relatively low delays occur in these connections. If parts of the connection are now substituted by VoIP links with its typical long delays, significant echo disturbances now arise even both subscribers still use their common telephone set as they did before. Echo cancellation implemented in IADs is not capable to cancel these acoustical DECT echoes. The processing window length can often not cover the DECT delay. This aspect is of particular importance and can not be ignored by operators and manufactures: about 90% of telephone users in Germany use DECT phones. These interaction problems are discussed using typical test results.
Landes, H.
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Einsatz numerischer Verfahren bei der Berechnung der nichtlinearen Eigenschaften von elektrodynamischen Lautsprechern [DAGA 2000 (Oldenburg)]
M. Rausch, M. Kaltenbacher, L. Kreitmeier, G. Krump, H. Landes, R. Lerch and R. Simkovics
[A]
Es wird ein Verfahren zur numerischen Berechnung der nichtlinearen Eigenschaften von magneto-mechanischen Wandlern vorgestellt. Die an der Wandlung bzw. Abstrahlung beteiligten elektromagnetischen, mechanischen und akustischen Felder samt ihren Kopplungen werden durch Anwendung einer Finite-Elemente-Methode (FEM) simuliert. Im weiteren werden die magnetischen Nichtlinearitäten aufgrund örtlicher Magnetfeldinhomogenitäten sowie die mechanischen Nichtlinearitäten infolge großer Verformungen und nichtlinearer Materialeigenschaften berücksichtigt. Dieses Verfahren wird eingesetzt, um elektrodynamische Lautsprecher inklusive ihrer akustischen Abstrahlung mit hoher Genauigkeit zu berechnen. Im Rahmen der Computersimulationen werden zunächst die nichtlinearen Kraft-Weg-Kennlinien der Membranaufhängungen durch einen Vergleich mit der Messung verifiziert. In einem zweiten Computermodell wird das Magnetfeld des Permanentmagneten mit allen Streueinflüssen modelliert. Weiterhin werden die von den Spulenströmen hervorgerufenen elektromagnetischen Lorentzkräfte samt der daraus resultierenden Membranauslenkungen sowie der Schalldruck in der Umgebung der Membran in einem Rechenschritt rechnerisch erfaßt. Durch einen Vergleich von berechneten und gemessenen Membranauslenkungen und Druckverteilungen wurden die Algorithmen verifiziert. Die Effizienz der computerunterstützten Entwicklung von elektrodynamischen Lautsprechern wird an einem praktischen Anwendungsbeispiel, der Untersuchung der sog. Jump-out Auslenkung, unter Beweis gestellt. Durch Anwendung dieses Verfahrens läßt sich eine Parameteroptimierung von elektrodynamischen Lautsprechern bei einer minimalen Prototypenanzahl erreichen, wodurch sowohl die Entwicklungszeit als auch die Entwicklungskosten reduziert werden. Im Zuge weiterer Arbeiten soll das CAD-System zu einem vollständigen CAE-Arbeitplatz für das computerunterstützte Design von elektrodynamischen Lautsprechern ausgebaut werden.
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Numerische Analyse und Computeroptimierung von elektrodynamischen Lautsprechern [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
M. Rausch, M. Kaltenbacher, L. Kreitmeier, G. Krump, H. Landes and R. Lerch
[A]
In dieser Arbeit wird die Anwendbarkeit eines numerischen Verfahrens für die computerunterstützte Entwicklung von elektrodynamischen Lautsprechern unter Beweis gestellt. Die partiellen Differentialgleichungen, welche das magnetische, mechanische und akustische Feld samt den Kopplungen beschreiben, werden mit Hilfe einer Finiten-Elemente-Methode (FEM) gelöst. Im weiteren werden die magnetischen Nichtlinearitäten aufgrund örtlicher Magnetfeldinhomogenitäten durch Anwendung einer sog. Moving Material Methode sowie die mechanischen Nichtlinearitäten infolge großer Verformungen und nichtlinearer Materialeigenschaften berücksichtigt. Für eine benutzerfreundliche computerunterstützte Entwicklung wurde das Software-System zu einem vollständigen CAE-Arbeitsplatz für elektrodynamische Lautsprecher ausgebaut. Dieses System beinhaltet Module für das Pre- und Post-Processing sowie Module für die automatische Parameteroptimierung. Im Rahmen der Computersimulationen werden zunächst die nichtlinearen Kraft-Weg-Kennlinien der Membranaufhängungen durch einen Vergleich mit der Messung verifiziert. In einem zweiten Computermodell werden die von den Spulenströmen hervorgerufenen elektromagnetischen Lorentzkräfte samt der daraus resultierenden Membranauslenkungen sowie der Schalldruck in der Umgebung der Membran in einem Rechenschritt rechnerisch erfasst, wobei eine gute Übereinstimmung zwischen gemessenen und simulierten Klein- und Großsignalverläufen erzielt werden konnte. Die Effizienz der computerunterstützten Entwicklung von elektrodynamischen Lautsprechern wird anhand zweier praktischer Anwendungsbeispiele belegt. Einerseits konnten Einbrüche im Frequenzgang des Schalldruckverlaufes durch Designveränderungen an der Membranrandeinspannung eliminiert werden, andererseits werden die Einflüsse der einzelnen nichtlinearen Effekte auf das Lautsprecherverhalten erforscht und die Klirrfaktoren durch Parameteränderungen an der Membranaufhängung und am Magnetsystem reduziert. Durch Anwendung dieses Verfahrens lässt sich somit eine Parameteroptimierung von elektrodynamischen Lautsprechern bei einer minimalen Anzahl an tatsächlich aufgebauten Prototypen erreichen, wodurch sowohl die Entwicklungszeit als auch die Entwicklungskosten drastisch reduziert werden.
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Numerische Simulation von cw-Wellenfeldern hoher Intensität [DAGA 2003 (Aachen)]
A. Döhle, J. Hoffelner, H. Landes and R. Lerch
[A]
Hochleistungs-Ultraschall ist in einer Vielzahl von medizinischen und industriellen Anwendungen wie Lithotripsie, Ultraschallreinigung, Ultraschallschweissen und Sonochemie zu einem wichtigen Bestandteil geworden. In all diesen Anwendungen müssen bereits während der Entwicklungsphase die nichtlinearen Effekte, die in hochintensiven Schallwellen auftreten, berücksichtigt werden. In den letzten Jahren haben die Autoren daher eine bereits existierende Simulationsumgebung um eine Finite-Elemente-Formulierung der von Kuznetsov abgeleiteten nichtlinearen Schallfeldgleichung erweitert. Diese Implementierung wurde bereits für Abstrahlprobleme verifiziert, und erfolgreich auf Untersuchungen von hochintensiven fokussierenden (HIFU) Ultraschallquellen angewendet, die mit kurzen Spannungspulsen angeregt wurden. Darüberhinaus besteht in der Simulationsumgebung die Möglichkeit der Ankopplung an ein Strömungssimulationsprogramm, womit zusätzlich die durch den Schall induzierten globalen Flüssigkeitsbewegungen (''acoustic streaming'') berechnet werden können. In mehreren der oben erwähnten industriellen Anwendungen arbeiten die Schallquellen jedoch nicht im Puls- sondern im Dauer-(cw-)Betrieb. In solchen Fällen können zusätzliche Effekte durch die Überlagerung verschiedener Wellenzüge, z.B. die Entstehung von nichtlinearen stehenden Wellenfeldern, beobachtet werden. Daher haben wir in einer Reihe von Untersuchungen, über deren Ergebnisse hier berichtet werden soll, die Anwendbarkeit unserer Simulationsumgebung für den Fall cw-betriebener Quellen betrachtet. Zuerst berichten wir über die Verifizierung der implementierten Algorithmen durch Vergleiche mit analytischen Ergebnissen und Literaturdaten für ebene Wellen. Simulationsergebnisse für das mehrdimensionale Schallfeld einer Hochleistungsquelle werden mit Messergebnissen verglichen. Außerdem wird die durch den Schall erzeugte Strömung berechnet und der Einfluß von nichtlinearen Effekten auf das Strömungsfeld untersucht.
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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.
Landgraf, J.
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MAREYsche Kapseln in der experimentellen Phonetik - ihr Übertragungsverhalten aus heutiger Sicht [DAGA 2008 (Dresden)]
D. Mehnert, R. Dietzel, D. Richter and J. Landgraf
[A]
Im Institut für Akustik und Sprachkommunikation der TU Dresden befindet sich eine umfangreiche Sammlung historischer phonetischer Geräte, von der bereits zur DAGA 04, 06 und 07 ausgewählte Objekte vorgestellt wurden. In dieser Sammlung befinden sich akustisch-mechanische Wandler (sog. MAREYsche Kapseln) unterschiedlicher Ausführungsformen.
Diese Wandler-Kapseln dienten in der experimentellen Phonetik zur Umwandlung akustischer und physiologischer (Sprach-Schall, Atembewegungen,...) in mechanische Größen, die dann über Zeigersysteme auf bewegtem Rußpapier (auf einer Kymographentrommel) aufgezeichnet wurden.
Aus der Vielzahl der vorhandenen, seinerzeit benutzten und vielseitig erprobten Wandler-Kapseln sollen an einigen ausgewählten Exemplaren systematische Untersuchungen zum Übertragungsverhalten angestellt werden. Dazu wird in einem Versuchsaufbau mit einer Modellkapsel und einer Schallfluss-Quelle zur Anregung das frequenzabhängige Übertragungsverhalten ermittelt und mit einer baugleichen Originalkapsel verglichen.
Schließlich werden Aussagen zur Leistungsfähigkeit einiger MAREYscher Kapseln gemacht.
Lang, H.
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Eindimensionale Modellierung der Schallausbreitung in Kanalsystemen basierend auf dreidimensionaler Schallfeldsimulation [DAGA 2007 (Stuttgart)]
C. Reichl, M. Haigis and H. Lang
[A]
Schallausbreitung in Kanalsystemen ist eine in der Klimatechnik permanent auftretende Herausforderung. Lüftungsventilatoren, Generatoren und Klimaaggregate sind einerseits selbst Schallquelle, andererseits regen sie die angeschlossene Struktur zu Vibrationen an. Die Arbeit fokussiert auf der Schallausbreitung der Schallfelder von Aggregaten und den induzierten Schwingungen der Luftsäule - Vibrationen der Kanalwände werden vorerst nicht betrachtet.
Für die Auslegung von Kanalsystemen z.B. in Gebäuden oder Reisezugwaggons ist die Akustik jedoch keinesfalls der alleine maßgebliche Parameter. Vielmehr ist ein gesamtheitlicher Ansatz zu verfolgen, der Druckverlust, auftretende Strömungsgeschwindigkeiten im Innenraum, Gewicht und Stabilität mitberücksichtigt. Neben der Ausbreitung der Schallquellen von Klimaaggregaten kommen außerdem noch (durch das Strömungsfeld induzierte) aeroakustische Quellen hinzu. Auch die Ausbreitung der Schallfelder über die Kanalsysteme in den Innenraum ist relevant.
Ziel ist daher im Kanal eine eindimensionale Beschreibung der Schallfelder (ebene Wellen, state space modelling), da in diesem Fall die Berechnung der am Beobachter eintreffenden Schallleistungspegel bzw. -spektren extrem rasch erfolgen kann. Die akustische Methode kann daher in einen modernen Optimieralgorithmus zusammen mit den anderen Bestimmungsgrößen integriert werden.
Während das Verhalten der Schallfelder in einfachen Geometrien analytisch bekannt ist, sind die Effekte komplizierterer Geometrien nur messtechnisch oder mittels dreidimensionaler akustischer Simulation (BEM, FEM) zugänglich. Ähnlich ist die Situation bei der Realisierung von schalldämpfenden Belägen gelagert - hier ist für die dreidimensionale numerische Simulation ein aufwendiger frequenzabhängiger Parametersatz erforderlich.
Die Arbeit gibt einen Überblick über die laufenden Arbeiten zur Integration und Modellierung gängiger Kanalkomponenten in einem eindimensionalen Solver. Die Möglichkeiten der mit Druckverlustoptimierung und Geschwindigkeitslimitierung gekoppelten Kanalauslegung werden anhand einfacher Modellsysteme demonstriert.
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Experimental and numerical analysis of the generation of a turbulent flow field in a free stream jet and its correlation to acoustic radiation and wall pressure fluctuations [DAGA 2008 (Dresden)]
C. Reichl, W. Tilser, M. Böck, H. Lang, K. Haindl, F. Reining and M. Opitz
[A]
A turbulent circular free stream jet is generated using an axial symmetric fan driven by a brushless actuator with variable frequency leading to typical core-velocities of around 10 m/s (Re = 99000). The flow is propagated through a pipe system significantly damping the noise from the fan. Turbulence is generated using different sets of turbulence generators in the pipe consisting of meshes, rods, cubes and spikes. The turbulent flow field downstream of the pipe outlet is measured using two-axis hot wire anemometry with a temporal resolution of a minimum of 48 kHz. The CTA probe is positioned using an automated three-axis traversing system. Microphones located at freely adjustable positions are used to capture the acoustic radiation and the wall pressure fluctuations. CFD calculations are performed for the different turbulence generators and compared to the acoustic and CTA signals. An important aspect of the work is the simultaneous recording of both the CTA- and the acoustic signals in the experimental and numerical approach. This allows for the calculation of correlation patterns between turbulence and the acoustic signals. The generation of free stream turbulence in a controlled way and its correlation to downstream pressure fluctuations is the primary aim of the work.
Lang, J.
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Zur Neufassung der ÖAL-Richtlinie 24 für die Berechnung von Lärmschutzzonen in der Umgebung von Flughäfen [DAGA 2000 (Oldenburg)]
J. Lang
[A]
Die in Österreich der Berechnung von Fluglärmzonen zugrunde gelegte ÖAL-Richtlinie 24 aus dem Jahre 1984 erfordert eine Neuauflage um sie dem Stand der Technik anzupasen, im Hinblick sowohl auf die geeignete Größe (Indikator), als auch auf das Rechenverfahren als auch auf die Emissionsdaten für die Fluggeräte. Es wurden daher verschiedene bestehende Verfahren und die zugehörigen Daten verglichen. Daraus wurde abgeleitet, daß im Hinblick auf die jetzt zur Verfügung stehenden Rechner einem Verfahren mit Simulation des Vorbeiflugs, in dem auch Kurven usw. entsprechend berücksichtigt werden können, der Vorzug zu geben ist. Dabei sind Emissionsdaten, die auch die unterschiedliche Richtcharakteristik der verschiedenen Flugzeuge beinhalten, zweckmäßig. Zur Kennzeichnung der Fluglärmbelastung sollen die Zonen in 5 dB-Stufen des äquivalenten Dauerschallpegels für den Tag, den Abend und die Nacht berechnet werden. Weiters wird auch die Zone für LDEN berechnet mit einem Zuschlag von 5 dB für den Abend und von 10 dB für die Nacht. Die Zonen sollen insbesondere für die Raumplanung zur Verfügung stehen. In Einzelfällen kann es zweckmäßig sein die maximalen Schallpegel beim Überflug und die Anzahl der Überflüge zu betrachten.
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Assessment of the Impact Sound Insulation by Light weight Floors and Floor Coverings [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
J. Lang
[A]
A method to assess the reduction of impact sound level by floor coverings on massive floors by a single number, based on standardised measurements is laid down since many years in ISO 717-2. A similar procedure for floor coverings on light weight floors however has not been defined until now. Only during the last years ISO 140-11 has been drafted describing the method of measuring the reduction of impact sound level by floor coverings on light weight floors (type of typical bare floor and excitation). With that the question about a single number definition based on the results of these measurements arose. To gather information on the impact sound level of light weight (wooden) floors with and without floor coverings and useful types of reference curves for the lightweight floors a series of measurements has been carried out on the reference floor Nr.1 (typical for European wooden floors) with excitation of the floor by the standard tapping machine, the modified tapping machine and the ''heavy soft impact source'' (rubber ball), which are described in ISO/DIS 140-11. Additionally measurements with walking persons with different types of shoes were carried out on some floor coverings. The results were compared with respect to the single numbers for the impact sound level of the floors. The single numbers for the reduction of impact sound level for all tested floor coverings were calculated with proposed reference curves for 2 types of wooden floors and the suitability for their application was tested.
Lang, M.
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Robust Acoustic Speech Emotion Recognition by Ensembles of Classifiers [DAGA 2005 (München)]
B. Schuller, M. Lang and G. Rigoll
[A]
Die Erkennungsleistung in der automatischen Spracherkennung kann unter dem Einfluss emotionaler Aussprache Verluste erleiden. Bisher wurde vor allem eine Adaption an Umgebungsgeräusche und den Sprecher betrachtet. Darüber hinaus erscheint es jedoch möglich, durch eine Anpassung an die aktuelle Emotion des Sprechers einen weiteren Zugewinn zu erzielen. Vor diesem Hintergrund beschäftigt sich dieser Beitrag mit der zuverlässigen Erkennung der Sprecheremotion aus dem akustischen Sprachsignal vor einer Erkennung des gesprochenen Inhalts mit dem Ziel der Bereitstellung adäquater Modelle. Es werden geeignete Merkmale vorgestellt, und mit Verfahren der Merkmalsselektion hinsichtlich Ihrer Relevanz bewertet. Im Vordergrund stehen dabei gleitende Suchverfahren im Gegensatz zu einer Reduktion des Merkmalssatzes auf Basis einer Hauptachsentransformation. Das Ausgangsset umfasst high-level Attribute, die je Äußerung aus den Konturen der Formanten, Signalenergie, der spektralen Entwicklung und dem Zeitsignal abgeleitet werden. Für die Klassifikation betrachten wir Ensemble-Ansätze wie Stacking, Bagging und Boosting. Unter den eingesetzten Basisklassifikatoren befinden sich dabei künstliche Neuronale Netze, Support Vektor Maschinen, Entscheidungsbäume, Naive Bayes und regelbasierte Ansätze. Als Datenbank werden gespielte Äußerungen der sieben Basisemotionen Freude, Ärger, Überraschung, Furcht, Trauer, Ekel, und ein abgrenzender neutraler Zustand verwendet. Abschließend werden Ergebnisse eines lauffähigen Prototypen präsentiert.
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Matching Monophonic Audio Clips to Polyphonic Recordings [DAGA 2005 (München)]
B. Schuller, G. Rigoll and M. Lang
[A]
Durch stetig zunehmende Speicherkapazitäten auf immer geringerem Raum und aktuelle Kompressionsverfahren bedingte wachsende Musikarchive mit einer zunehmend breiteren Benutzergruppe erfordern neue Such- und Bedienmethoden. Unter diesen erscheint besonders eine Suche über die Melodie in vielen Situationen sehr komfortabel und intuitiv, wenngleich auch herausfordernd. Ihr volles Potential wird dabei ausgespielt, wenn ein Vergleich eines beispielsweise gesungenen Suchclips mit polyphonen Stücken in Ihrer gesamten Länge möglich ist, wie etwa auf Audio-CDs oder in MP3-Datenbänken. In diesem Beitrag stellen wir zur Bewältigung dieser Aufgabe Hidden-Markov-Modelle als Grundlage der Klassifikation vor. Des Weiteren wird ein Satz geeigneter Merkmale evaluiert. Die Basis der Analyse bilden dabei unter Anderem die harmonische Summe herausragender Partialtöne, Grundfrequenz, Signalenergie, MFCC- und LPCC- Koeffizienten. Im weiteren Verlauf beschäftigen wir uns mit einer geeigneten Vorverarbeitung, die der musikalischen Charakteristik der betrachteten Signalströme gerecht wird. Im Besonderen wird dabei auf den stereophonen Aspekt und die zeitliche Entwicklung eingegangen. Unter Berücksichtigung des geringen Trainingsmaterials für die Modelle, namentlich einzig das originale, gesuchte Stück, beschäftigen wir uns ebenso mit der Extraktion dominanter Repetitionen. Ziel ist es, mehrere solche Abschnitte multiplen Instanzen zur Modellierung eines Stücks als Lernbeispiele anzubieten. Ein funktionsfähiger Prototyp wird abschließend hinsichtlich seiner Leistungsfähigkeit evaluiert. Als Datenbank werden dabei die Stücke der MTV Most Wanted der Jahre 1980-2000 verwendet. Die Suchclips wurden in diesem Rahmen von mehreren Versuchspersonen eingesungen, und ein Vergleich zur Erkennungsleistung des Menschen wird vollzogen.
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Recognition of Spontaneous Emotions by Speech within Automotive Environment [DAGA 2006 (Braunschweig)]
B. Schuller, M. Lang and G. Rigoll
[A]
Within the car, recognition of emotion largely helps to design communication more natural. Speech interaction is here used more broadly today, and affective cues are contained within acoustic and linguistic parameters. We therefore introduce novel concepts and results considering the estimation of a driver's emotion by fusion of these two information sources. As a database we recorded 2k dialog turns directed to an automotive infotainment interface during extensive usability studies. Speech recognition and natural language interpretation have thereby been realized once as a Wizard-of-Oz simulation, and once by actual recognition technology. Recorded utterances have been labelled using a closed set of four emotions, namely anger, confusion, joy, and neutrality. As acoustic features we apply a high number of prosodic, speech quality, and articulatory functionals derived by descriptive statistic analysis of base contours as intonation, intensity, and spectral information. Self-learning feature generation and selection is employed to optimize complexity for the successive classification by Support Vector Machines. Semantic information is included by vector-space representation of the spoken content within an early feature fusion. Overall, high recognition performances can be reported for this task by the suggested approach.
Lang, W.
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Analytical simulation of silicon condenser microphones [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
S. Junge, L. Tebje, W. Lang and W. Benecke
[A]
G.M. Sessler [1] introduces an electromechanical equivalent circuit diagram for a capacitive transducer with a perforated backplate. This paper describes an extended analytical model for silicon condenser microphones to calculate e.g. receiving and transmitting sensitivity, membrane deflection and input impedance. Electrical and mechanical elements of the transducer can be integrated into the same equivalent circuit employing a transformer.
The membrane is modeled as a spring-mass system using a lumped element approach. In addition, dynamic effects as the mechanical reaction force of the air-gap and flow losses in the air-gap as well as the acoustic holes in the backplate are considered [2].
All essential design parameters of the device are taken into account in the model with a detailed examination of the influence of the parameters on sensitivity and input impedance. Figure 1 shows the equivalent mechanical parts of the device. Finally, an optimized backplate perforation is proposed to minimize flow losses of the air flowing through air-gap and perforation holes [3].
1. G.M. Sessler, Acoustic 1, Lecture, University of Darmstadt, 1998
2. L. Tebje, S. Junge, A. Buhrdorf and W. Benecke, An Analytical Model for Low Frequency Capacitive Ultrasonic Transducers and Condenser Microphones
3rd Workshop on Micromachined Ultrasonic Transducers (MUT 2003), Lausanne, 2003
3. A. Buhrdorf et. al., Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer (cMUT) Array for The Frequency Range Below 500 kHz, Proceedings of the IEEE International Ultrasonic Symposium, 2000, San Juan, Puerto Rico, p.915
Lange, B.
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Compensation possibilities of the omission of vehicle stages during the vehicle development process using specific measuring and simulation tools, with the BTPA (Binaural Transfer Path Analysis) as an example [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
B. Winter, B. Lange and C. Schimschal
[A]
Um schneller auf die Anforderungen des Marktes reagieren zu können, ist eine Verkürzung der Fahrzeugentwicklungszeiten erforderlich. Mit der Verkürzung der Entwicklungszeiten verringert sich auch der zeitliche Abstand zwischen der Verfügbarkeit der ersten Prototypen und dem Beginn der Produktion. Im Zuge der Einführung neuer Entwicklungsprozesse bei der Adam Opel AG kann es dazu kommen, dass bestimmte Fahrzeugentwicklungsstufen wegfallen.
Durch den gezielten Einsatz von Mess- und Simulationswerkzeugen muss diesem neuen Entwicklungsprozess Rechnung getragen werden. Dies geschieht durch Übertragung von Erkenntnissen aus dem Entwicklungsprozess des Vorgängermodells bzw. aus Erkenntnissen von parallel laufenden Entwicklungsprozessen verwandter Modellreihen.
Anhand der BTPA (Binaurale Transferpfad Analyse) zweier verwandter Modelle, des Opel Vectra und des Opel Signum, soll beispielhaft gezeigt werden, welche Datensätze bzw. Erfahrungswerte man zukünftig prozessübergreifend verwenden kann. Worst-Case-Abschätzungen durch die Verwendung von Targetkurven sind dabei ein Werkzeug, um im Entwicklungsprozess nicht vorhandene Datensätze fundiert ersetzen zu können.
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ASAM-ODS GM Prozess zur Definition des Datenmodells [DAGA 2006 (Braunschweig)]
B. Lange
[A]
Schon seit langem ist bei Opel die Bedeutung einer strukturierten Datenhaltung bekannt, was nicht nur das eigentliche Ablegen und Finden der Informationen beinhaltet, sondern auch die damit verbundene Dokumentation (z.B. die Fahrzeugkonfiguration und die entsprechenden Testbedingungen). Diese Lösung basierte und war zugeschnitten auf LMS Cada-X Daten.
Der neue ASAM-ODS Standart stellte nun genügend Potential dar um den nächsten Schritt in Richtung Datenmanagement zu gehen. Neben den eigentlichen Dateninhalten musste ein Modell definiert werden wie überhaupt Daten beschrieben werden. Dieses Datenmodell, anfangs allein für Opel definiert, wurde sehr schnell um die Bedürfnisse von Saab erweitert und hat sich heute als weltweiter GM Standart etabliert. Für eine weltweit agierende Organisation einen Standart zu definieren ist eine große Herausforderung. Zum einen müssen verschieden Produktbezeichnungen, verschiedene Sprachen und Arbeitsweisen in Betracht gezogen werden, zum anderen darf das Datenmodell nicht zu komplex und damit unübersichtlich werden.
Dieser Vortrag erläutert die einzelnen Schritte und wichtigen Punkte beim Definieren eines ASAM-ODS Datenmodells und geht auf den Nutzen für Automobilhersteller ein sich diesem Standart firmenübergreifend anzuschließen.
Lange, M.
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Herstellen einer künstlichen Freifeldbedingung durch Gegenschall [DAGA 2005 (München)]
M. Lange and D. Sachau
[A]
In schwach gedämpften geschlossenen Innenräumen, wie z.B. einer Flugzeugkabine, entstehen stehende Schallwellen, die eine Schallquellenortung schwierig machen. Daher wird im Rahmen der Entwicklung einer akustischen Innenraummesstechnik ein künstliches Freifeld erzeugt. Dies wird in ein Schallrohr implementiert. Die somit absorbierte Energie ergibt eine von der Kabinenwand abgestrahlte Schallintensität. Diese kann in der Messeinrichtung erfasst werden. Der Vorteil dieser Methode liegt in der direkten Messung, ohne störende Reflexionen. Das Lösen des inversen Problems der Schallfeldberechnung ist dadurch unnötig. Im Rahmen dieses Vortrags wird ein im Versuchsaufbau implementiertes Verfahren zur Realisierung des Freifeldes im Schallrohr für den monofrequenten Sonderfall vorgestellt. Misst man den komplexen Schalldruck an zwei Stellen x1 und x2 , so kann man aus den Ergebnissen auf die komplexe Amplitude der hin- und rücklaufenden Schallwelle schließen. Die zur Rechnung erforderlichen komplexen Drücke werden aus dem jeweiligen Zeitsignal durch eine monofrequente FFT ermittelt. Damit ist das Schallfeld vermessen.
Die rücklaufende Schallwelle kann nun durch ein am Ende des Schallrohres befindlichen Lautsprecher destruktiv überlagert und damit ausgelöscht werden. Da sich bei einer veränderten Lautsprecheransteuerung auch die Impedanz am Rohrende ändert muss sich die Ansteuerung integrierend anpassen. Im Versuch konnte die Amplitude der rücklaufenden Schallwelle auf unter 1-151003136hres Ausgangswertes reduziert werden. Weitergehende Untersuchungen werden sich mit mehrfrequenten und stochastischen Schallsignalen beschäftigen.
Langer, S.
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Numerische Simulation von Schalldämmproblemen der Bauakustik [DAGA 2003 (Aachen)]
S. Langer and H. Antes
[A]
Der Entwurf moderner Bauten sollte nicht alleine unter konstruktiven und ästhetischen Gesichtspunkten erfolgen, sondern insbesondere die bauphysikalischen Aspekte zur Sicherstellung der Wohnqualität berücksichtigen. Das akustische Verhalten von Hochbauten stellt sich dabei als komplexes Wechselwirkungsproblem dar, bei dem sowohl die unterschiedlichen Bauelemente und -stoffe wie auch die Umgebung eine große Rolle spielen. Eine Abschätzung dieses Verhaltens in der Entwurfsphase gestaltet sich daher als sehr schwierig. Den bauphysikalischen Schallschutznachweisen liegen in der Regel Mess- oder Erfahrungswerte von einzelnen Referenzbauteilen zugrunde, aus denen überschlägig die Schalldämmung des gesamten Bauwerks ermittelt wird. Im Besonderen erfolgt der Nachweis der Schalldämmwirkung von speziellen Bauelementen wie z.B. Isolierfenstern bisher durch Messungen unter normierten Bedingungen, obwohl eine numerische Simulation schneller und effektiver wäre. Deshalb wird hier ein numerisches Berechnungsverfahren basierend auf einer gekoppelten Finite-Element- und Randelementmethode verwendet, das die Schallwellenausbreitung und den Schalldurchgang durch Wände und mehrfach verglaste Fenster modelliert sowie alle auftretenden dynamischen Wechselwirkungsvorgänge beinhaltet.
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Representing Outdoor Sound Propagation Effects with a BEM Model [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
S. Hampel, S. Langer and H. Antes
[A]
Outdoor sound propagation is influenced by numerous different
factors. Among these the most important are: Geometric damping, absorption of sound energy in the air and on
the ground, acoustic shadow and diffraction effects and meteorological
conditions such as wind and temperature conditions. To receive an applicable
prediction of the sound field or sound immission at certain receiver
positions without undertaking time-consuming and expensive
experiments, it is necessary to include those
propagation effects in a numerical simulation model.
In acoustics, for infinite domains in particular, the Boundary
Element Method (BEM) has established as a suitable and powerful numerical
method. Therefore, it is shown how the important effects can be included
in a BEM model. Furthermore, the ability or possible limits to represent these
phenomena with BEM are investigated. Finally, BEM solutions for selected example
problems are compared to either analytical solution or other reference values.
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Efficient Simulation of Sound Insulation in Building Acoustics [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
D. Clasen, S. Langer and M. Schanz
[A]
So far, damping mechanisms have not been used systematically in architectural
acoustics and, thus, a great potential in improvement of sound insulation is
lost. Due to this fact it is important to analyze different damping mechanisms
and their effects on sound transmission in buildings. To study them, beside
measurements, numerical simulation techniques for sound transmission are
available.
To numerically predict the sound insulation of a building a tool based on Finite
Element and Boundary Element Method has been developed. Real world problems
result in very large systems which need an optimized implementation with respect
to storage and numerical efficiency.
This is realized using freely available numerical libraries which provide
efficient routines to treat sparse matrices and large scale linear equation
systems. They have been integrated to the program to reduce memory usage and
to speed up equation system solving. Hence, enormously larger problems can
be handled now. Another advantage is that theses libraries are extensively
tested and provide almost error free code.
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Untersuchung des Einflusses der Stoßstellendämpfung auf die Schalldämmung im Hochbau [DAGA 2005 (München)]
D. Clasen, S. Langer and M. Schanz
[A]
Ein großes Potential zur Verbeserung der Schalldämmung in der Bauakustik geht dadurch verloren, dass Dämpfungsmechanismen nicht systematisch genutzt werden. Eine genauere Untersuchung dieser
Dämpfungsmechanismen sowie deren Einfluss auf die Schalldämmung ist daher wichtig. Neben Messungen stehen dafür numerische Simulationsverfahren zur Verfügung.
In ein Programm basierend auf der Finiten Elemente Methode wurden dazu
verschiedene Dämpfungsmechanismen implementiert, die jetzt gezielt untersucht werden können. Im folgenden soll im besonderen der Einfluss der Stoßstellendämpfung betrachtet werden.
Bisher werden Stoßstellen im allgemeinen vollkommen biegesteif oder gelenkig simuliert. Dies stellt ein sehr grobes mechanisches Modell dar, welches die wirklichen Eigenschaften der Stoßstelle nur unzureichend erfasst. Daher wird hier ein mechanisches Modell vorgestellt, das auf
Feder-Dämpfer-Systemen basiert. Dieses Modell erfasst die wirkliche Situation in der Stoßstelle besser, da deren Dämpfung nun berücksichtigt wird.
Anhand von Parameterstudien wird abschließend der Einfluss der
Stoßstellendämpfung auf die Schalldämmung analysiert.
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Kopplung von BEM und Strahlenverfahren zur Berechnung von Schallausbreitung im Freien [DAGA 2005 (München)]
S. Hampel, S. Langer and H. Antes
[A]
Die Randelementemethode (BEM) hat sich in der Akustik und speziell für
Außenraumprobleme als geeignetes numerisches Verfahren erwiesen, weil damit
zum einen der Diskretisierungsaufwand um eine Dimension herabgesetzt wird
und zum anderen die Sommerfeld'sche Ausstrahlbedingung implizit erfüllt
wird. Ein weiterer Vorteil v.a. gegenüber geometrischen Verfahren wie
dem Ray-tracing-Verfahren ist die exakte Erfassung von Wellenphänomenen, da die
BEM-Formulierung in der Akustik von der Helmholtz-Gleichung und somit von
der Wellentheorie ausgeht. Zu diesen Wellenphänomenen zählt z.B. die
Beugung an Hindernissen. Bei der Modellierung eines Mediums mit einem
Schallgeschwindigkeitsprofil - resultierend aus Wind- und
Temperaturprofilen - treten in Verbindung mit BEM jedoch Schwierigkeiten
auf.
Schallfeldberechnungen mit solchen meteorologischen Einflüssen und
größeren Entfernungen zwischen Quelle und Immissionsort werden in
der Praxis häufig mit Ray-tracing-Verfahren durchgeführt. Der
Rechenaufwand dieser Verfahren ist in der Regel
erheblich geringer als bei Diskretisierungsverfahren wie der BEM und sie
können ein Wind- und Temperaturprofil relativ einfach berücksichtigen.
Da der Wellencharakter ernachlässigt wird, eignen sich diese
Verfahren jedoch wiederum nicht zur Erfassung von Wellenphänomenen wie Beugung.
Das hybride Modell, das hier vorgestellt wird, soll nun die Vorteile
beider Verfahren nutzen. Es verwendet die BEM im
Nahfeld der Quelle, wo komplexe Geometrien, Beugung und
Mehrfachreflexionen auftreten können und koppelt an das BEM-Modell ein
Strahlenmodell, das im Fernfeld den Schalldruck am Empfänger berechnet. Dazu wird kurz auf
die beiden Teilmodelle und auf ihre Kopplung am Interface eingegangen. Das
Kopplungsverfahren wird verifiziert und an einem Beispielproblem konkretisiert.
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Chancen für den bauakustischen Entwurf durch numerische Simulation [DAGA 2006 (Braunschweig)]
D. Clasen and S. Langer
[A]
In der heutigen Zeit gewinnt der Schutz des Menschen vor Lärm immer mehr an Bedeutung. Das Leben in einer lauten Umgebung führt zum Bedürfnis nach einer ruhigen Umgebung für die Freizeit und die Arbeit. Dies erhöht die Anforderungen an einen schallschutztechnisch zufrieden stellenden Entwurf im modernen Hochbau.
Bei der Planung von Gebäuden wird diesen Bedürfnissen häufig jedoch untergeordnet bzw. erst in einem sehr späten Stadium des Entwurfs Rechnung getragen. Die Folge ist, dass Menschen häufig unter akustisch nicht zufrieden stellenden Umständen leben müssen oder durch nachträgliche Sanierungsmaßnahmen die Situation verbessern müssen.
Eine Möglichkeit, diesen Missstand zu beheben, ist die Entwicklung geeigneter numerischer Werkzeuge, mit denen Prognosen über die akustischen Eigenschaften von Gebäuden bereits in einer frühen Planungsphase bestimmt werden können. Ein geeignetes Werkzeug muss die komplexen Mechanismen der Schallausbreitung in und der Schalltransmission durch verschiedene Materialien und Bauteile realitätsnah abbilden können. Mit Hilfe eines solchen Werkzeugs wäre ein Planer im Stande, frühzeitig Probleme zu erkennen und diese konstruktiv zu beheben.
In diesem Vortrag wird ein Programm, das auf der Finiten Elemente Methode basiert, vorgestellt, dass für bauakustische Problemstellungen entwickelt wurde. Eine vollständig gekoppelte Formulierung ermöglicht die Betrachtung komplexer Interaktionen zwischen verschiedensten Materialien und Bauteilen. Luftschall, Körperschall und die Schalldämmung können berechnet bzw. simuliert werden.
Anhand von Beispielrechnungen wird gezeigt, wie die numerische Simulation den Entwurf eines Gebäudes beeinflussen kann und wo heute die numerische Simulation noch an Grenzen stößt. Die Simulation kann aber schon jetzt z.B. dazu dienen, Möglichkeiten zur Verbesserung der Schalldämmung in einem Gebäude aufzuzeigen. Des Weiteren können numerische Simulationen Messungen ergänzen und somit den Aufwand für Experimente reduzieren.
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Kopplung von BEM und Strahlenverfahren mit Hilfe der Methode der Fundamentallösungen [DAGA 2006 (Braunschweig)]
S. Hampel, S. Langer and A. Cisilino
[A]
Die Methode der Fundamentallösungen (engl.: Method of Fundamental
Solutions, MFS) ist auch unter verschiedenen anderen Namen zu
finden, u.a. als Multipol-Strahler-Synthese oder Ersatzquellenverfahren.
Die Vorteile der Methode der Fundamentallösungen sind in erster Linie ihre
Eigenschaften als netzfreies Verfahren: Das Gebiet muss nicht
diskretisiert werden wie es z.B. für die FEM notwendig ist. Ebenso ist
keine Elementierung des Gebietsrandes wie bei der BEM erforderlich. Somit können die
Randpunkte, an denen die bekannten Randbedingungen erfüllt werden sollen,
beliebig auf dem Gebietsrand gewählt werden. Eine Integration über
den Rand entfällt. Die Methode kann recht einfach in ein Computerprogramm
implementiert werden. Optional kann die für die Optimierung der
Quellpositionen ein Optimierungsalgorithmus angewandt werden, um das
Residuum an den vorgeschriebenen Randpunkten zu minimieren. Desweiteren
kann die Anzahl an Quellen niedriger gewählt werden als die Anzahl an
Rand- bzw. Kollokationspunkten, was den Bedarf an Rechenzeit für das Aufstellen und Lösen des
Gleichungssystems mit Hilfe der Singulärwertzerlegung (engl.: Singular Value Decomposition, SVD)
wesentlich reduzieren kann.
Die MFS wird hier als Kopplungsmethode zwischen BEM und einem
Strahlenverfahren verwendet. Bei dieser Kopplung soll eine Druckverteilung,
die aus der BEM-Rechnung bekannt ist, in äquivalente Punktquellen
umgerechnet werden, die für das Strahlenverfahren als Eingangsdaten
benötigt werden.
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Untersuchung der Längsdämmung von Außenwänden mit Hilfe von gekoppelten numerischen Verfahren [DAGA 2007 (Stuttgart)]
D. Clasen, S. Langer and L. Lehmann
[A]
Bei der Untersuchung der Wellenausbreitung in unbegrenzten Gebieten ist die Sommerfeldsche Abstrahlbedingung zu erfüllen. Diese stellt sicher, dass keinerlei Energie aus dem Unendlichen in das betrachtete Gebiet zurückreflektiert wird. Um die Einhaltung der Abstrahlbedingung sicher zu stellen, wird hier die Scaled Boundary Finite Element Method (SBFEM) verwendet. Diese wird mit einem Finite Elemente Programm für vibroakustische Probleme gekoppelt.
Als Anwendungsbeispiel wird die Längsdämmung von flankierenden Bauteilen untersucht. Die Norm DIN EN 12354-1 erfordert die Kenntnis der Längsdämmung von Bauteilen. Häufig erfolgt der Einbau der Prüfobjekte seitlich parallel zu Außenwand in einen üblichen Wandprüfstand, da viele Prüfstellen nicht über einen geeigneten Prüfstand verfügen. Durch diese Art des Einbaus entsteht ein schmales Luftvolumen dessen Einfluss auf die Längsdämmung numerisch untersucht wird. Es werden zum Vergleich auch Berechnungen mit der SBFEM für eine Konfiguration durchgeführt, bei denen dieses Luftvolumen nicht abgeschlossen ist, so wie es in der Realität insbesondere bei der Schallübertragung über flankierende Außenwände der Fall ist. Die Simulationsergebnisse werden abschließend mit Messergebnissen der Physikalisch Technischen Bundesanstalt verglichen.
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Optimierung des Schallfeldes in einem sonochemischen Laborreaktor durch numerische Simulation [DAGA 2007 (Stuttgart)]
T. Huber, S. Langer, G. Brenner and U.A. Peuker
[A]
Aufgrund der zunehmenden Bedeutung von Nanopartikeln für technische Anwendungen ist es notwendig, diese in deutlich größeren Mengen als bisher herstellen zu können. In diesem Zusammenhang könnte der Verwendung von Ultraschall in Fällungsreaktoren eine große Bedeutung zukommen, da diese eine gezielte Prozessführung bei hohen Produktionsraten von Nanopartikeln ermöglichen. Ziel ist es, das Strömungs- und Schallfeld im Reaktor mit numerischen Verfahren zu optimieren, damit die verschiedenen Stoffströme der Edukte im richtigen Verhältnis im Bereich hoher Ultraschallleistung vermischt werden, um die gewünschten Umsatzraten zu erzielen.
Die Modellierung von sonochemischen Reaktoren erfordert insbesondere die Modellierung der Kavitation durch akustische Felder. Die Formulierung eines umfassenden Modells, bei dem beispielsweise der Umsatz eines Reaktors bei gegebenen Reaktionen zuverlässig vorhergesagt wird, ist derzeit allerdings noch nicht möglich. Gründe hierfür sind z.B. die Nichtlinearität der Kavitation und offene Fragen bei der Modellierung des Einflusses der Strömung auf den Transport von Kavitationsblasen.
Zunächst wurde daher eine Studie durchgeführt, bei denen das Schallfeld im Inneren eines Reaktors näherungsweise durch Lösung der linearen Wellengleichung im Frequenzbereich mittels der Finiten-Elemente Methode numerisch simuliert wird. Durch die in diesem Verfahren notwendige Gebietsdiskretisierung lässt sich problemlos die Inhomogenität der Flüssigkeit modellieren, die Berücksichtigung von Dämpfungseffektiven aufgrund der Kavitation ist durch die Implementierung einer komplexen Wellenzahl möglich. Ziel ist es, ein Schallfeld mit einer lokal begrenzten Zone sehr hoher Schalldrücke zu erzeugen, die sich im Inneren des Reaktors in einer gewissen Entfernung von der Berandung und von Einbauten befindet, um dem Verschleiß von Reaktor und Sonotrode vorzubeugen.
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Akustische Finite Elemente Berechnungen - Modellierungen poröser Materialien im Vergleich
S. Langer and D. Clasen
[A]
Die Finite Elemente Methode ist als Verfahren zur Simulation strukturdynamischer Problemstellungen etabliert. Ihre Vorteile zeigen sich im Hinblick auf akustische Anwendungen insbesondere dann, wenn die Ausbreitung von Körperschall bzw. die akustische Fluid-Struktur-Interaktion von Interesse ist.
Bei der numerischen Simulation wird bekanntermaßen die Güte des Berechnungsergebnisses sowohl von der Qualität der Eingangsdaten als auch von der Modellbildung beeinflusst. Beide Punkte sind bei Materialien und Werkstoffen mit dämpfenden Eigenschaften, die im Hinblick auf akustische Anwendungen von zentraler Bedeutung sind, besonders sensibel. Im vorliegenden Beitrag wird dies am Beispiel poröser Materialien aufgezeigt, die häufig näherungsweise mittels eines äquivalenten, homogenisierten komplexen Elastizitätsmodul modelliert werden. Hierbei wird allerdings vernachlässigt, dass die Mehrzahl dieser Materialien tatsächlich aus zwei Phasen, einem elastischen Korngerüst und mit Fluid gefüllten Poren, bestehen. Diese können adäquat nur mit einer Finiten Element Formulierung basierend auf poroelastischen konstitutiven Gleichungen modelliert werden.
Vergleichende Studien des äquivalenten Ansatzes nach Champoux und Allard sowohl mit einer dreidimensionalen Finite Element Formulierung für poroelastische Materialen als auch mit einer zweidimensionalen Formulierung für mäßig dicke poroelastische Platten verdeutlichen den Einfluss der Modellbildung auf die Ergebnisse der akustischen Finite Elemente Berechnungen.
Langlotz, T.
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Über Modelle als Entscheidungshilfe für raumakustische Maßnahmen [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
E.-J. Völker and T. Langlotz
[A]
Entscheidungen, die dem Fortgang des Projektes sehr konsequent folgen
und zu schriftlichen Festlegungen führen. Der Akustiker erklärt seine
Planung und sucht den bestmöglichen Konsens mit den anderen
Baubeteiligten. Die Zustimmung zum Konzept und zu einzelnen
Maßnahmen beruht auf Nachweisen und auf ihrer Dokumentation. Sie sind
Bestandteile der Entscheidungskette. Werden sie ausgelassen oder kommen
zu spät, können eventuell die Arbeitsschritte im Leistungsbild des
Akustikers nicht eingehalten werden /1/. Nach §85 der HOAI sind in den
Leistungen für die Raumakustik auch Modelluntersuchungen
eingeschlossen. Auf Vorschlag des Akustikers und mit Zustimmung des
Auftraggebers kann auf diese Leistung verzichtet werden,was häufig wegen
der hohen Kosten geschieht. Dennoch wird die Bedeutung des Modells
sichtbar. Der Verzicht heißt auch, daß aus dem Modell keine zusätzlichen
Informationen gewonnen werden können. Ist diese Erklärung richtig? Ist die
notwendige Aufkärung des Bauherrn und des Architekten auch ohne Modell
gewährleistet? Die raumakustischen Kriterien aus Nachhallzeiten und
Impulsantworten sind definiert und beziehen sich auf sehr unterschiedliche
Konzertsäle, Hallen, Studios und Theater /2/3/4/. Wie bei einem realen
Raum wird im Modell nachempfunden, welche Schallverteilungen,
Schallfelder, Echos und eingeschobenen Reflexionen vorhanden sind.
Cremer spricht vom ''sit in'' und meint die Imagination, den Raum mit
seinen Besonderheiten, einzelne Schallwege und akustischen Maßnahmen
aus der Nähe zu erleben /5/. Der Akustiker hört Nachhall wie der Dirigent
die Musik aus der Partitur. Er weiß, was ''Wärme'' oder ''Brillanz'' bedeuten
/2/ und erkennt die Feinstruktur des Schalles mit Direktschall, ersten
Reflexionen und Nachhall /6/. Die Stärke erster Reflexionen kann durch
Ausleuchten erkannt werden, z.B.mit kleinem Scheinwerfer beim
Ausrichten der ''Cremerschen Ohren'' im Stadttheater in Wolfsburg /7/ oder
mit Laser-Pointer für die Diffusoren im Modell der Festhalle in Landau,
worüber unten berichtet wird. Das Verhältnis der Energien früher und später
Anteile wird verschoben /8/ zu mehr Deutlichkeit oder stärkeren lateralen
Reflexionen /9/.
Den Akustiker reizt die meßtechnische Bestätigung seiner Empfindungen,
wozu Schallerzeugung durch Anregung mit Funkenstrecke oder Preßluft
gehören /10/, ebenso der Mini-Kunstkopf als zweikanaliger Empfänger
/3/11/ oder die Anwendung der TDS Technologie von Dick Heyser/12/13/.
Die Nachbildung der vielfältigen Schallabsorptionen, z.B. unterschiedlich
für Gestühl mit teilweise reflektierenden und absorbierenden Eigenschaften,
macht die Meßtechnik im Modell schwierig. Frequenzbereiche sind
eingeschränkt, Luftabsorptionen nur z.T. berücksichtigt, Nachhallzeiten zu
lang und Klangeindrücke unbefriedigend. Geißler kommt zu dem Ergebnis,
daß dennoch ''Unterschiede zwischen verschiedenen Plätzen deutlich gehört
werden konnten''. Reicht das? Die Impulsantworten werden häufig nur für
Oktavbereiche von 500 und 1000 Hz gemessen, in /13/ bis 2000Hz. Daraus
läßt sich keine Aussage über den Nachhallzeitverlauf im Saal gewinnen
/14/, der von 50 Hz bis 12000 Hz reicht.
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Zur Akustik und Bauphysik des zukünftigen Wohnzentrums - Ende des traditionellen Wohnungsbaus [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
T. Langlotz and E.-J. Völker
[A]
Das Wohnzentrum der Zukunft ist eine multimediale Ereigniswelt. Interaktive Kommunikation einschließlich Sendung und Empfang von Audio- und Videodaten sowie eine Spiel- und Erlebniswelt prägen Freizeit- und Berufsaktivitäten. Es wird Arbeitsplätze für konzentrierte Tätigkeiten sowie Ruhezonen geben. Auszugehen ist von hochmotivierter Tätigkeit in völliger Eigenverantwortung und persönlicher Freiheit. Neue Strukturen der beruflichen Aktivität ergeben sich aus größerer Mobilität, Flexibilität und Dienstleistungsangebot. Die Realisierung des Wohnzentrums beinhaltet wichtige akustische und bauphysikalische Aufgabenstellungen, die Auswirkungen haben auf Baustoffe, Raumformen und Nutzungen. Der winterliche und sommerliche Wärmeschutz, natürliche Be- und Entlüftung und die gezielte Nutzung von Speichermassen sind wichtige Ansätze im Sinne einer thermischen und hygrischen Raumanalyse. Die Akustik erfordert raumakustische Maßnahmen zur Unterdrückung störender Schallreflektionen. Der Schallschutz gegenüber benachbarten Wohnungen und Nachbarschaften erfordert neue Bauweisen bei gleichzeitiger Limitierung von Baukosten. Die Energieeinsparverordnung 2000 und erhöhter Schallschutz nach DIN 4109 setzen neue Akzente und erfordern ein Umdenken am Bau.
Langner, G.
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Reaktionen auditorischer Mittelhirnneurone auf Schwebungen im Modulationsraum [DAGA 2000 (Oldenburg)]
U.W. Biebel, G. Langner and J.L. Verhey
[A]
Zeitliche Schwankungen der Umhüllenden in akustischen Signalen werden zum großen Teil auch zeitlich in das Gehirn übertragen. Diese zeitliche Codierung geschieht parallel zur bekannten spektralen Ortsabbildung der Cochlea durch die Fähigkeit der Hörnervenneurone, phasengekoppelt auf zeitliche Veränderungen der Schallsignale reagieren zu können. Im Gehirn von Vögeln und Säugetieren lassen sich vor allem im auditorischen Mittelhirn Neurone finden, die sensitiv und selektiv sind für bestimmte Modulationsfrequenzen. Sie haben dadurch gewisse Ähnlichkeiten mit Modulationsfiltern. In Modellvorstellungen zur neuronalen Analyse zeitlicher Signalaspekte wird postuliert, dass Neurone Signalperiodizitäten durch Autokorrelationsverfahren von zeitlich synchronen Aktionspotentialen detektieren können. Ein rein zeitliches Autokorrelationsmodell lässt nicht nur erwarten, dass sinusförmige amplitudenmodulierte Sinustöne (SAM) aufgrund ihrer Modulationsfrequenz zur Anregung bestimmter Zellen führen könnten. Darüber hinaus müssten alle komplexe Signale, die identische Zeitintervalle enthalten, die selben Zellen anregen. Das gilt auch für solche Signale, die nicht explizit die Modulationsfrequenz enthalten auf die diese Zellen unter SAM Stimu lation abgestimmt sind. Wir beschallten im Experiment daher mit Sinustöne die entweder mit einem oder mit zwei Sinustönen moduliert waren. Im ersten Fall reagierten einige Zellen im auditorischen Mittelhirn von Chinchillas wie erwartet auf bestimmte Modulationen im Signal mit besonders starker Synchronisation. Daraufhin wurde mit dem selben Trägerton beschallt, der aber mit zwei Tönen moduliert war, die einerseits für sich alleine keine Synchronisation auslösten, andererseits aber einen Abstand voneinander hatten, welcher der zuvor bestimmten besten Modulationsfrequenz entsprach. In den meisten Fällen wurden mit diesem Stimulus Entladungen erzeugt, die Synchronisation an die Differenzfrequenz zeigten, in einigen Fällen erhöhte sich auch die Entladungsrate. Die Ergebnisse werden im Zusammenhang mit den in Psychophysik und Physiologie vorhandenen Modellvorstellungen diskutiert (siehe Verhey et al., DAGA2000)
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Nachweis einer orthogonalen Repräsentation von Periodizitäts- und Frequenzinformation im Colliculus inferior mit der 2-Deoxyglucose Methode [DAGA 2000 (Oldenburg)]
G. Langner and S. Braun
[A]
Die Frequenzanalyse der Cochlea wird ergänzt durch eine zeitliche Korrelationsanalyse im zentralen Hörsystem. Beide finden ihren Niederschlag in einer räumlichen Repräsentation im auditorischen Mittelhirn: Tonotopie und Periodotopie. Die Tonotopie wurde bereits bei einer Vielzahl von Tieren z.B. mit der sogenannten C14-2-Deoxyglukose- methode nachgewiesen. Aktive Neurone decken ihren Energiebedarf hauptsächlich über die Aufnahme von Glukose. Die von uns an Mäusen eingesetzte radioaktiv markierte Deoxyform der Glukose wird von Neuronen wie normale Glukose aufgenommen, kann dann aber im Zellstoffwechsel nicht zur Energiegewinnung abgebaut werden, reichert sich daher in aktiven Neuronen an und kann in Gehirnschnitten durch ,Kontaktbelichtungen' von Röntgenfilmen nachgewiesen werden. Aufgrund einer zeitlichen Analyse sind viele Nervenzellen im auditorischen Mittelhirn (Colliculus inferior, IC) nicht nur auf eine Frequenz, sondern auch auf periodische Modulationen von harmonischen Signalen abgestimmt. Sie reagieren also am besten auf Signale in einem engen Frequenzbereich, wenn diese zusätzlich noch mit der richtigen Modulationsperiode behaftet sind. Da diese Signale eine Tonhöhenwahrnehmung auslösen, spielen diese Neurone im IC vermutlich eine wichtige Rolle bei der Tonhöhenkodierung. Die räumliche Anordnung dieser Neurone im IC (Periodotopie) und ihre Orthogonalität zur Tonotopie ließ sich bisher durch räumliche Rekonstruktion der Ableitkoordinaten von Mikroelektroden bei verschiedenen Versuchstieren nachweisen. Bei Beachtung einer Randbedingungen ist es uns nun erstmalig gelungen mit der 2DG-Methode Tonotopie und Periodotopie gleichzeitig direkt sichtbar zu machen. Wie die elektrophysiologischen Untersuchungsergebnisse erwarten ließen, ergeben die zugehörigen Markierungen orthogonale Streifenmuster. Spektrale Informationen und Tonhöheninformationen werden im IC also senkrecht zueinander abgebildet.
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Ein Modell zur Entstehung von Tinnitus im zentralen auditorischen System auf der Grundlage neurophysiologischer Untersuchungen [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
G. Langner and E. Wallhäußer-Franke
[A]
Das Phantomgeräusch Tinnitus ist zumeist mit einem Hörschaden verbunden. Nach unseren Untersuchungen am Tiermodell führen Hörschäden durch hoch-dosiertes Aspirin oder ein Knalltrauma -im Gegensatz zur Erwartung vieler Hörphysiologen- zu unterdrückter Aktivität in der aufsteigenden Hörbahn. Dies konnte mit Hilfe der 14C-2-Deoxyglukosemethode bei Rennmäusen gezeigt werden. Gleichzeitig konnten wir aber einen nur durch Tinnitus erklärbaren erhöhten Stoffwechsel im Hörcortex aufzeigen. Mit c-fos-Immunohistochemie konnten wir weiterhin plastische Veränderungen im Hörcortex und in emotions- und aufmerksamkeitssteuernden Gehirnstrukturen (Amygdala) nachweisen. Eine Korrelationsanalyse der Aktivierungen verschiedener Hirnareale nach einem Schalltrauma weist auf eine starke Interaktion des auditorischen und limbischen Systems bei der Tinnitusentstehung hin. Auf der Basis unserer experimentellen Befunde haben wir ein Modell zur zentralen Tinnitusentstehung entwickelt. Hierfür wurden vier Verarbeitungsschichten des Hörsystems mit jeweils 100 ,Neuronen' simuliert. Die Funktion der unteren Ebene beschränkte sich darauf, die Frequenzabstimmung und damit Flanken und Spitzen im Bereich des Hörschadens durch laterale Inhibition zu verschärfen. Rückkopplung zwischen den beiden oberen Schichten kann diese dann soweit verstärken, daß schon nach kurzer Zeit eine starke Aktivierung erreicht wird. Im Gehirn wird die Stärke der Rückkopplung zwischen Cortex und Thalamus vermutlich durch das limbische System kontrolliert.
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Nachweis einer periodotopen Organisation im Lemniscus lateralis mit der 2-Deoxyglucose-Methode [DAGA 2002 (Bochum)]
G. Langner, C. Simonis and S. Braun
[A]
Harmonische Signale haben eine Tonhöhe, die der Periodizität ihrer zeitlichen Umhüllenden entspricht. Diese Periodizität wird im Hörnerven durch Intervalle von Nervenimpulsen zeitlich kodiert. Neuronale Korrelation von verzögerten und unverzögerten Reaktionen bewirkt, dass viele Neurone im auditorischen Mittelhirn (Colliculus inferior: IC) auf eine bestimmte Periodizität abgestimmt sind. Die neuronale Korrelationanalyse schlägt sich in einer räumlichen Repräsentation der Periodizitätstonhöhe im IC senkrecht zur Frequenzrepräsentation (Tonotopie) nieder. Tonhöhen- und Frequenzinformation sind im IC also orthogonal zueinander abgebildet. Da sich diese Orthogonalität bei verschiedenen Versuchstieren ebenso wie im menschlichen Hörcortex nachweisen lässt, scheint es gerechtfertigt, neben der tonotopen Achse im Hörsystem von einer zweiten, einer periodotopen Achse zu sprechen. Unsere Ableitungen von einzelnen Neuronen im IC haben gezeigt, dass die Korrelationsmechanismen durch periodizitätssynchrone inhibitorische Eingänge ergänzt werden. Das führt dazu, dass die durch die Korrelation zunächst erzeugten Kammfilter der IC-Neurone in Bandpassfilter transformiert werden. Die dafür notwendige synchrone Inhibition stammt offenbar aus dem Lemniscus lateralis, der dem IC vorgeschaltet ist. Dieses auditorische Kerngebiet, erhält über sogenannte Riesensynapsen einerseits präzise Information über periodische Signale aus der ersten zentralnervösen Hörbahnstation (Nucleus cochlearis) und andererseits Rückprojektionen aus dem IC. Unsere Untersuchungsergebnisse mit 2-Deoxyglukose zur metabolischen Aktivitätsmarkierung unterstützen die Hypothese, daß die IC-Rückprojektionen periodotop organisiert sind. Gefördert durch die DFG: ''Sonderforschungsbereich 269''.
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Periodizitätskodierung durch Autokorrelation und synchrone Inhibition im auditorischen Mittelhirn [DAGA 2002 (Bochum)]
M. Ochse and G. Langner
[A]
Periodizitätskodierung durch Autokorrelation und synchrone Inhibition im auditorischen Mittelhirn M.Ochse und G.Langner Neuroakustik, Zoologisches Institut, TU Darmstadt Zur akustischen Kommunikation werden von Menschen und Tieren meist breitbandige, periodische Signale genutzt. Im Hörsystem werden Signale zunächst in kleine Frequenzbereiche zerlegt. Innerhalb der einzelnen Frequenzkanäle ist eine zeitliche Verarbeitung der Information möglich. Diese Zeitinformation wird von Neuronen im auditorischen Mittelhirn genutzt, die auf definierte Periodizitäten in schmalen Frequenzbändern abgestimmt sind. Vermutlich können so Kanäle mit gleicher Periodizitätsinformation verbunden werden. Zur Untersuchung der zugrunde liegenden zentralen Verarbeitung, wurden einzelne Neurone im zentralen auditorischen Mittelhirn (IC) wacher Wüstenrennmäuse (Meriones unguiculatus) extrazellulär abgeleitet. Als schmalbandiges periodisches Testsignal dienten sinusförmige Amplitudenmodulationen. Es wurde die Reaktionsrate der Neurone in Abhängigkeit von der Modulationsfrequenz bestimmt. Abgestimmte Neurone reagieren bei einer besten Modulationsfrequenz (BMF) mit maximaler Rate. Die meisten Neurone, deren BMF für die Auswertung ausreichend groß war (100Hz=1/10ms), reagierten in kurzen Zeitfenstern (ca. 30 ms) nach Stimulusbeginn nicht nur bei der BMF sondern auch bei ganzzahligen Vielfachen dieser Frequenz. Diese Ergebnisse stützen die Vermutung, dass der zeitlichen Verarbeitung zunächst eine Autokorrelation zu Grunde liegt: AKF(dt)=S(f(t)*f(t-dt)). Die Antwortwahrscheinlichkeit ist groß, wenn die Verzögerung dt ein Vielfaches der Perioden-dauer (T) des akustischen Signals f(t)=f(t+T) ist. Die Reaktionen auf die Multiplen der BMF werden durch einen weiteren Prozess unterdrückt, der zusätzlich zu der kammartigen Transferfunktion der Korrelationsverarbeitung einen Tiefpass für Modulationsfrequenzen darstellt. Dieses kann durch eine Inhibition des Mittelhirnneurons für eine halbe Periodendauer der BMF erreicht werden. Die Koinzidenzzeitpunkte bei Stimulation mit der BMF bleiben unverändert, bei höheren Modulationsfrequenzen werden sie inhibiert.
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A Neuronal Correlate of Octave Similarity and Discrimination in the Auditory Midbrain of Gerbils [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
M. Ochse, P. Baumhoff and G. Langner
[A]
Complex signals, that are important in human and animal communication, are mostly harmonic and periodic signals. In addition to the frequency analysis of the cochlea the periodicity is processed by a time analysis in the central auditory system. In our experiments we used awake gerbils. We investigated Neurons in the central nucleus of the inferior colliculus (IC) of Gerbils for their selectivity to periodic amplitude modulations.
We discovered that most neurons in the IC with a good tuning to a best modulation frequency (BMF) show also responses to multiples of their BMF shortly after the onset of the stimulus. Coincidence detection between delayed signal representations is appropriate to explain such comb-filter like modulation transfer functions (MTF). After stimulus onset these harmonic responses are suppressed resulting in a band pass shaped MTF and a major peak at BMF.
By iontophoretic application of inhibitory receptor antagonists and examination of slow neuronal reactions, we were able to show an inhibitory input to these coincidence detector neurons, suppressing activity for half of the BMF period between the coincidences. This inhibition, which is phase coupled to the envelope of the signal, leads to a low pass shaped MTF, by suppressing the reaction if the modulation frequency of the acoustic signal is twice ore more of the neurons BMF. The combination of both mechanisms, coincidence detection (high pass) and phase coupled inhibition (low pass) can explain the commonly observed tuning of IC-neurons to one BMF.
Supported by the Volkswagen Foundation
Langner, S.
Langner, T.
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Akustische Besonderheiten von ETFE-Foliensystemen vorgestellt anhand von realisierten Beispielen
T. Langner
[A]
Das Team der Foiltec beschäftigt sich seit mehr als 25 Jahren mit ETFE Folien-Dachsystemen, die unter dem Produktnamen TEXLON vertrieben werden. Aufgrund der sehr geringen Masse von ca. 900 g/m haben TEXLON - Dächer besondere akustische Eigenschaften, die das Innenraumambiente der überdachten Räume herausragend prägen. Im Regelfall lösen die leichten Foliendächer viele der klassischen akustischen Probleme, doch teilweise erzeugen sie auch Eigenschaften, die bei klassischen Baumaterialien nicht oder weniger ausgeprägt auftauchen. So erzeugen ETFE Folien, wie alle Membranen, Trommelgeräusche bei Regen.
Foiltec hat in vielen Projekten unterschiedlichste Lösungsansätze entwickelt um den akustischen Besonderheiten von TEXLON - Folien gerecht zu werden. So werden Lochfolien und auch 'Rain noise suppressor' Systeme eingesetzt, um die kritischen Eigenschaften von Foliensystemen abzumindern, ohne auf die Vorteile von TEXLON - Systemen zu verzichten.
Laniray, M.
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How Different Sources Fill the Soudscape. A Perceptive and Acoustical Approach [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
B. Defreville, C. Lavandier and M. Laniray
[A]
In order to assess urban soundscape, new indicators are developed. These indicators should characterize the perception of sound sources in urban environment : vehicles, human voices and bird's sings. Within the framework of this article, only indicators built on identification of the vehicles are presented.
5 minutes of an uninterrupted sound stimulus, recorded in urban environment, is presented to 20 listeners. A the end of the listening, the subject is invited to evaluate 3 aspects of source perception on a scale from 1 to 10. First, the ''pregnancy'' of a sound source is assessed as the importance which it takes in its environment. Secondly, the ''presence'' and at last, the ''proximity'' of the source.
A second auditive test is also proposed. 20 listeners hear the same 5 minutes sequence, cut into a serie of 20 stimuli of fifteen seconds each. After each 15 seconds sequence, the listener is invited to note the 3 same appreciations pre-cited.
At the same time, the search for data measuring the likeness and the level of the sound sources is developed. The likeness measure, built from the spectral and temporal characteristics of a standard vehicle in a urban displacement, is stored in real time. A gauge adapted to each type of source is used as a filter to store also in real time a temporal evolution of each source. Based on those curves, new relevant indicators are studied to optimize their correlations with the perceptive ''pregnancy'', ''presence'' and ''proximity'' evaluation of each type of source.
Larsen, H.
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Optimising Ergonomic and Acoustic Design of Hand-held Sound Level Meters [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
J. Simpson, D. Manvell, L. Kroman, H. Larsen and E. Olsen
[A]
Hand-held instruments are, by their very nature, used in the hand by humans. Genetic mechanisms make sure that all humans and their hands are different; not an ideal situation for a hand-held instrument designer who would prefer clones with the same outlook in life. However, in recognition of the fact that individuality exists, a research group investigated the expectations of potential and current hand-held instrument users, and the findings were used to construct a new form of sound level meter (SLM).
The paper describes how a series of 'Panel of Experts' workshops were used to arrive at two central demands from users for hand-held instrument design - robustness (proof against dust, water, humidity etc.) and practicality in all work situations - and how these demands were used, via physical and mathematical modelling tools, as guides to optimise the often conflicting ergonomic design and IEC 61672 acoustic performance criteria. This paper also describes how, through the use of new shapes and materials, an SLM was created to fulfil the design goals to make it easier, quicker and safer for all user groups to conduct measurement assignments.
Larsson, K.
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A model for the simulation of tyre/road noise [DAGA 2003 (Aachen)]
W. Kropp, K. Larsson, F.-X. Becot, F. Wullens and P. Anderson
[A]
Die Modellierung des Kontaktes zwischen Reifen und Fahrbahn und der damit verbundenen Geräuschentstehung ist eine der interessantesten Aufgaben im Feld der Lärmbekämpfung. Am ''Department of Applied Acoustics, Chalmers University of Technology'' arbeitet seit einigen Jahren eine Gruppe mit der Erstellung eines Berechnungsmodells für Reifenlärm, Es besteht aus drei Teilen, einem Reifenmodell, einem Kontaktmodell und einem Abstrahlungsmodell. In einem Europäischen Projekt (RATIN) wurde für jedes dieser Teilmodelle Lösungen unterschiedlicher Art erarbeitet. Im Vortrag wird ein Überblick über dies Arbeit gegeben und Ergebnisse mit Messungen im Prüfstand (Luftschall und Körperschall) präsentiert und diskutiert.
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Sound radiation and sound insulation of double plates with spatially varying interlayer stiffness [DAGA 2007 (Stuttgart)]
H. Brick, K. Larsson, L. Cabron and W. Kropp
[A]
The influence of a discontinuous coupling on the vibration properties of coupled plates and on their sound radiation is investigated. Discontinuous coupling means here the coupling of two plates by an elastic interlayer, the stiffness of which varies at regular intervals between two values.
A known theoretical model for continuously coupled plates is generalised to discontinuous coupling. Wave propagation is considered only in one dimension, i. e. on discontinuously coupled plate strips. On the basis of this theoretical model the vibration behaviour and the radiation efficiency of different structures is examined. Coupled pairs of plate strips with equal or unequal bending stiffnesses are considered. It is found that with unequal plate strips the vibration is mainly determined by the eigenfrequencies of the stiffer plate strip as in the case of continuous coupling. However, the discontinuous transmission of the vibration of the stiffer plate strip to the soft plate strip influences the vibration form of the softer plate strip. It supports the appearance of a mode shape of the softer plate strip, whose wavelength corresponds to the periodicity of the stiffness pattern of the coupling. This significant change of the vibration pattern of the softer plate strip can lead to a decrease of the radiation efficiency of the coupled structure. The findings are confirmed by measurements of the radiation efficiency of panels with such a design. It is also found that the measured sound insulation is determined by the fundamental resonance frequency resulting from the softer parts of the interlayer.
Lasaygues, P.
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Performing Quantitative Ultrasonic Tomography using Wavelets Analysis [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
P. Lasaygues
[A]
Quantitative ultrasonic tomography is used to long bones imaging. In previous works, we showed that an iterative tool might be used to provide, from reflection tomography, qualitative images of the shape of the object, and to provide, from transmission tomography, quantitative images of the velocity map. Both tomographies are based on ultrasonic propagation in bones, particularly perturbed by this high-contrasted heterogeneous medium. Reflected and transmitted signal are composed of several packages of waves, which had followed various pathways within the cortical shell of long bones. Signal and image processing have a large important part in the complete process.
To improve reflection tomography and shape recognition, we used a novel image-processing tool that improves the resolution and, so, the cortical thickness measurement. This image processing is very simple and allows us to initialise the transmission tomography, based on the knowledge of the geometrical properties. The procedure are also based on the knowledge of the acoustical properties of the body because the Time-Of-Flight measured on the extracted ultrasonic signal are related to the useful velocities of the ultrasonic waves throughout the shell. To optimise our signal processing, we propose a novel algorithm based on the wavelet analysis tool adapted to ultrasonic signals that allow the transmitted signals to be cleaned and filtered and the useful information to be separated from the unwanted noise.
Laschczok, S.
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Schallabstrahlung biegeweicher Platten [DAGA 2007 (Stuttgart)]
L. Weber and S. Laschczok
[A]
Der Abstrahlgrad von Biegewellen auf Platten wird unterhalb der Koinzidenz mit abnehmender Frequenz rasch kleiner. Dies hat großen Einfluss auf die Schalldämmung und ist insbesondere für die akustischen Eigenschaften von Holz- und Leichtbaukonstruktionen entscheidend. Trotz der grossen praktischen Bedeutung liegen über den Abstrahlgrad biegeweicher Platten nur lückenhafte Erkenntnisse vor. Dies betrifft sowohl die rechnerische Modellierung als auch den Einfluss der baulichen Randbedingungen (Abmessungen und Randeinspannung der Platten) sowie der Materialeigenschaften (innere Dämpfung, etc.).
Als Beitrag zur Klärung der offenen Fragen wurde die Schallabstrahlung biegeweicher Platten rechnerisch und messtechnisch untersucht. Hierbei wurden verschiedene aus der Literatur bekannte Berechnungsmodelle sowohl untereinander als auch mit Messergebnissen verglichen. Des weiteren wurde eine Messreihe zur Untersuchung der verschiedenen akustischen Einflussgrößen durchgeführt. Die ermittelten Ergebnisse liefern fundierte Aussagen über Anwendungsbereich und Genauigkeit der vorhandenen Berechnungsmodelle zur Bestimmung des Abstrahlgrades.
Lassak, O.
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The evolution of artificial STRF by ICA and long speech signals [DAGA 2006 (Braunschweig)]
O. Lassak and H.-H. Bothe
[A]
Neurons in the primary auditory cortex utilize multidimensional multi-scale receptive activation fields, which are associated to specific frequency bands and to specific timing patterns of the input signal. Such an auditory 'spatio-temporal receptive field (STRF)' can be determined with the help of reverse correlation methods if the activation or output signal pattern of the neuron is known. Since this seems impossible for neurons in the human auditory cortex, only simulations can be preformed, which show that the evolution of respective banks of STRF is possible and also useful from the perspective of an 'optimal' information processing. Our paper describes a method to emulate the evolution of monaurally-based sets of STRF utilizing nine minutes of normally articulated speech as input and modified forms of independent component analysis (ICA) plus a sparse matrix and coding criterion. The acoustic speech signal is preprocessed in a biologically plausible form and arrives in the auditory cortex in modified spectrogram representation. The bank of STRF acts on that spectrogram, producing temporal courses of 'micro-features' that can be used for further processing as, for example, recognition, identification, object binding, localization, etc., as they are expected in higher cortical areas.
Latif, R.
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Detection of the effect of the sulphido-reducing pathogenic bacteria by an ultrasonic method [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
J. Abrehouch, B. Faiz, A. Moudden, R. Latif, D. Decultot and G. Maze
[A]
The sterilisation in the tinned foods aims at the wholesomeness and the bacteriological stability of foods.
The clostidium botulinum which is an sulfito-reducing anaerobic bacterium is choice in this work as a reference bacterium because of its strong heatproof.
The analyse by a microbiologic method entails sterilised material and very strict work conditions. Moreover these analyses are slow and expensive. Negative results obtained on samples subjected to an examination do not indicate that they are not entirely wholesome.
In this work, we utilise an ultrasonic testing to detect the effects of the sulfito-reducing anaerobic bacteria on foods.
The samples take place in a parallelepipedic tank. They are insonified by a short ultrasonic pulse. The reflected signal is detected and amplified, it is digitised by a numerical oscilloscope and transmitted to a computer by a IEEE 488 interface. These signals are treated by the computer to determine the viscoelastic parameters of the samples (phase velocity and attenuation). The evolution of these parameters as function of time allows us to know the different phases of the development of clostridium botulinum bacteria.
The results show also the effect of the bacterial charge on the evolution of different phases.
Laugier, P.
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Modellbasierte Signalanalyse quantitativer Ultraschallmessungen am proximalen Femur [DAGA 2007 (Stuttgart)]
S. Dencks, R. Barkmann, F. Padilla, P. Laugier, G. Schmitz and C.-C. Glüer
[A]
Methoden des Quantitativen Ultraschalls lassen sich zur Bestimmung des osteoporotischen Frakturrisikos benutzen. Hierbei wird ein kurzer Schallpuls mit einer Mittenfrequenz im Bereich von 500-600kHz durch den untersuchten Knochen transmittiert. Innerhalb des EU-Projekts ''FEMUS'' wird diese Technik von peripheren Messorten wie der Ferse auf den zentralen, frakturkritischen Oberschenkelknochen (proximales Femur) übertragen. Bereits ex-vivo Tests zeigten, dass die herkömmliche Signalverarbeitung für die Bestimmung der Standardparameter Speed-of-Sound (SOS) und Broadband-Ultrasound-Attenuation (BUA) auf Grund der Mehrwegeausbreitung des Schalls an diesem Messort häufig versagt. Um die auswertbaren Bereiche im Knochen zu erweitern, wurde folgende neue Methode implementiert.
Die verschiedenen Signalkomponenten der Mehrwegeausbreitung werden durch Schwingungen mit Gaußscher Hüllkurve modelliert, deren Parameter über einen Kleinste-Quadrate Schätzer bestimmt werden. Für Vergleichszwecke wurden zwei verschiedene Algorithmen, Nelder-Mead und Gauss-Newton, getestet. Die Optimierung erfolgt über eine Space Alternating Expectation Maximization (SAGE), die die Schätzung überlagerter Signalkomponenten ermöglicht. SOS- und BUA-Werte werden dann aus den Modellparametern der einzelnen Signalkomponenten für die verschiedenen Ausbreitungswege berechnet.
Die Methode wurde auf die zweidimensionalen Ultraschall-Scans von 35 exzidierten menschlichen Femora angewendet. Während mit der herkömmlichen Signalverarbeitung ca. 40% der Signale nicht ausgewertet werden konnten, betrug bei dieser Methode der Anteil fehlgeschlagener Optimierungen nur 5-6%.
Die über einen Scan gemittelten SOS- und BUA-Werte der Hauptsignalkomponente zeigten signifikante Korrelationen mit der Knochenmineraldichte (BMD): Die Korrelation von BUA mit BMD war moderat (r2=0.69), SOS korrelierte stark mit BMD (r2=0.82).
Die neue Methode verbessert die Anzahl der auswertbaren Signale wesentlich und erhöht damit die Glaubwürdigkeit der Korrelationen. Ihre Leistungsfähigkeit bei in-vivo Messungen wird derzeit getestet.
Lauk, C.
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Beiträge Kirchhoffs zur Akustik [DAGA 2007 (Stuttgart)]
C. Lauk and S.-R. Mehra
[A]
Gustav Robert Kirchhoff (1824 -1887) zählt zu den bedeutendsten deutschen Physikern des 19. Jahrhunderts. Während seines kurzen Lebens beschäftigte er sich mit verschiedenen Bereichen der Naturwissenschaft.
Nach dem Studium der Physik befasste er sich vor Allem mit den Grundregeln der Elektrotechnik und machte sich in erster Linie durch die Knoten- und Maschenregel einen Namen. Bereits im Alter von 28 Jahren lehrte er als außerordentlicher Professor für Experimentalphysik in Breslau. Zu dieser Zeit entstand seine Plattentheorie, die bis heute auch für die Akustik von hoher Bedeutung ist. Aufbauend auf dieser Theorie leitete Kirchhoff Lösungen auch für andere Probleme der Natur- und Ingenieurwissenschaften, her.
Mit 30 Jahren wurde er nach Heidelberg berufen, wo er die besten und erfolgreichsten Jahre seines Lebens verbrachte. In dieser Zeit entstanden, in Zusammenarbeit mit Bunsen, auch seine Abhandlungen zur Spektralanalyse.
1874 wurde Kirchhoff nach Berlin berufen, wo er sich ganz der Forschung widmen konnte. Zu dieser Zeit publizierte er seine Lehrbücher in einer Reihe ''Vorlesungen über mathematische Physik''. Sie waren sehr beliebt und schnell vergriffen. In einem dieser Bücher, das Fragen der Technischen Mechanik abhandelte, befasste er sich auch mit den Lehrinhalten der Akustik.
In den letzten Jahren seines Lebens kämpfte Kirchhoff sehr stark mit gesundheitlichen Problemen und starb im Alter von 63 Jahren. Seine Werke sind bis heute von hoher Bedeutung für die Natur- und Ingenieurwissenschaften.
Lauke, T.
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Simulation von Hinterkantengeräusch mit dem CAA-Störungsverfahren PIANO des DLR [DAGA 2003 (Aachen)]
M. Lummer, T. Lauke and J. Delfs
[A]
Die Wechselwirkung von strömungsmechanischer Turbulenz mit Hinterkanten von Tragflügeln ist ein wichtiger Mechanismus der Schallerzeugung an Verkehrsflugzeugen. Eine Möglichkeit zur Berechnung dieser Schallfelder bietet die Aufteilung des Strömungsfeldes in mittlere Strömung und turbulente sowie akustische Schwankungen. Das mittlere Strömungsfeld kann dann mit den Reynolds-gemittelten Navier-Stokes Gleichungen (RANS) berechnet werden. Die turbulenten Schwankungen lassen sich durch ein statistisches Modell annähern und die akustischen Fluktuationen ergeben sich als Lösung von linearen oder nichtlinearen Störungsgleichungen. Der vorliegende Beitrag behandelt die Simulation des akustischen Feldes mittels der Lösung linearer und nichtlinearer Störungsgleichungen unter Verwendung eines mittleren RANS Strömungsfeldes. Da dies Problem nur schwach nichtlinear ist, werden die Details der turbulenten Grenzschicht vernachlässigt und nur die Wechselwirkung von Einzelwirbeln mit der Hinterkante von Tragflügeln untersucht. Es wird die Strömung um das Tragfügelprofil eines modernen Transportflugzeuges bei einem Anstellwinkel von 6 , Machzahlen zwischen 0:2 und 0:5 sowie Reynoldszahlen bis 1,6 x 10^ 6 betrachtet. Der Wirbel wird zu Beginn der Rechnung stromauf der Hinterkante eingesetzt und dann durch die mittlere Strömung über die Hinterkante konvektiert. In Nähe der Hinterkante wird durch die Wechselwirkung zwischen Wirbelstärke und geometrischer Inhomogenität ein Druckpuls erzeugt, der sich im mittleren Strömungsfeld ausbreitet. Die Auswertung des Drucksignales auf einem Kreis um die Hinterkante erlaubt dann die Berechnung der Richtungsabhängigkeit der Schallintensität. Für einen größeren Winkelbereich stromab der Hinterkante zeigte sich eine Abhängigkeit der Schallintensität von der vierten Potenz der Machzahl, was gut mit dem theoretisch erwarteten Verhalten übereinstimmt. Bei Berücksichtigung von nichtlinearen Termen ergaben sich unterschiedliche Schallintensitäten für positiv und negative rotierende Anfangswirbel.
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Umströmungsgeräuschsimulation auf der Basis zeitlich hoch aufgelöster PIV-Meßdaten [DAGA 2006 (Braunschweig)]
T. Lauke, M. Herr and A. Schröder
[A]
Die Lärmentstehung durch turbulente Strömungen über Oberflächen, insbesondere Kanten, ist auf Grund des zunehmenden Verkehrs beim Entwurf von Flug- oder Fahrzeugen von großer Bedeutung.
Hinterkanten überströmende turbulente Grenzschichten sind dafür bekannt, intensiven Breitbandlärm sowie, im Falle stumpfer Hinterkantengeometrien, tonale Lärmanteile zu erzeugen.
Durch Messungen in der turbulenten Grenzschicht einer ebenen Platte mit einem Hochgeschwindigkeits-PIV-System konnten nicht nur Einblicke in die zeitliche und räumliche Entwicklung der kohärenten Strömungsstrukturen in Hinterkantennähe, sondern auch zeitlich hoch aufgelöste Daten gewonnen werden, die sich nach einer Aufbereitung als Quelldaten für eine numerische Simulation der Schallabstrahlung eignen.
Dazu wurden die Meßdaten zeitlich und räumlich interpoliert, in ihrem Frequenzgehalt modifiziert und für das Einlesen in den CAA-Code PIANO des DLR (ein hochgenaues Finite-Differenzen-Verfahren zur Lösung der linearen akustischen Störungsgleichungen auf einem körperangepaßten, blockstrukturierten Gitter) vorbereitet. Zur Vorhersage der Geräuschentstehung und -ausbreitung wurde der gestörte Lamb-Vektor
berechnet, der nach den akustischen Analogien von Powell, Howe und Möhring den Hauptquellterm der Wirbelstärke darstellt.
In der abschließenden Analyse konnten Zeitsignale und Spektren der Simulation mit den Ergebnissen einer ebenfalls durchgeführten akustischen Messung qualitativ verglichen werden.
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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.
Laumann, K.
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Overall Loudness versus Average of Instantaneous Loudness for Excerpts of Music: Effects of Musical Style [DAGA 2007 (Stuttgart)]
K. Laumann, H. Fastl, S. Kuwano and S. Namba
[A]
When subjects track the instantaneous loudness of noise immissions of e.g. 5 minutes duration and are asked at the end of the experiment to rate the overall loudness of the preceeding 5 minutes, the following result is obtained: The value of overall loudness is usually higher than the average of the instantaneus loudness ratings. Obviously loud events significantly influence overall loudness rating.
Given this result, experiments with excerpts of music of 2 minutes duration were performed. A hypothesis was put forward as follows: If the subject dislikes the style of the music, i.e. interprets the presentation as 'noise', a large difference between overall loudness rating and the average of instantaneous loudness rating should show up. On the contrary, for music excerpts of preferred musical style, the difference between overall loudness rating and the average of instantaneous loudness rating should be small.
Results of corresponding experiments performed with Japanese subjects are presented in the poster. In addition, the experiment can be performed by interested parties themselves, using a laptop and headphones available in front of the poster.
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BRS reproduction via virtual headphone based on WFS rendered focused sources [DAGA 2008 (Dresden)]
G. Theile and K. Laumann
[A]
The so called ''Binaural Sky'' concept combines wave field synthesis and binaural techniques. Focused sources are rendered close at listener's ears by means of a WFS-array above the listener. Due to headtracking control, the locations of the focused sources are kept constant relative to the ears regardless of head movement. The focused sources are used in combination with HRTF invers filtering, forming a virtual headphone which is used for BRS (Binaural Room Synthesis) reproduction. As a result, virtual loudspeaker playback can be enjoyed without wearing a headphone, without any loudspeakers in the listener's field of vision and without quality constraints in small rooms or other inappropriate environments. Stable and accurate room-related localization of loudspeakers in the virtual studio is achieved while the location of the real array loudspeakers above the listener is not perceivable. High-quality surround sound monitoring is possible for standard or advanced multi-channel loudspeaker setups, including additional height loudspeakers. A broad range of consumer applications is envisaged, for example computer game, automotive audio, or augmented reality.
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Evaluierung eines virtuellen Kopfhörers bezüglich Lateralisation [DAGA 2008 (Dresden)]
M. Scherr, K. Laumann, G. Theile and G. Krump
[A]
Auf der DAGA 2006 wurde von Menzel et al. ein Verfahren zur Binauralen Raumsynthese mittels Wellenfeldsynthese vorgestellt. Kernstück des auch als ''Binaural Sky'' bekannten Verfahrens ist ein so genannter ''virtueller Kopfhörer'', der nach Prinzipen der Wellenfeldsynthese fokussierte Quellen erzeugt, die durch die kontinuierliche Ermittlung der aktuellen Kopfbewegung eine stabile Position relativ zu den Ohren des Hörers einhalten. Zusammen mit einer geeigneten Kompensation des Übersprechens basierend auf einer Filterung mit invertierten kopfbezogenen Übertragungsfunktionen (HRTFs) lassen sich die Systemeigenschaften eines realen Kopfhörers nachbilden.
Zur Evaluierung dieses ''virtuellen Kopfhörers'' ist es notwendig, seine Eigenschaften mit denen eines realen Kopfhörers hinsichtlich verschiedener Beurteilungsattribute zu vergleichen. Ein charakteristisches Phänomen der Kopfhörerwiedergabe ist die Im-Kopf-Lokalisation und entsprechende Gesetzmäßigkeiten der Lateralisation.
In Hörversuchen wurde die Position der im Kopf erzeugten Phantomschallquelle beurteilt. Untersucht wurden dabei neben der seitlichen Verschiebung auch die Auslenkungen nach vorne bzw. hinten sowie in der Vertikalen.
Die Daten zeigen Abweichungen bei der Wiedergabe mit dem realen Kopfhörer im Vergleich zum ''virtuellen Kopfhörer''. Die Ergebnisse werden dargelegt und diskutiert.
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Berücksichtigung der Kopfposition bei der Erzeugung eines virtuellen Kopfhörers mittels Wellenfeldsynthese [DAGA 2008 (Dresden)]
R. Franke, G. Theile, K. Laumann and D. Leckschat
[A]
Das auf der DAGA 2006 unter dem Namen ''Binaural Sky'' vorgestellte
Audiowiedergabesystem erzeugt unter dem Einsatz von Wellenfeldsynthese und
Auswertung der Kopforientierung fokussierte Schallquellen mit konstanter
Position im kopfbezogenen Koordinatensystem [Menzel et al.: ''Binaurale
Raumsynthese mittels Wellenfeldsynthese - Realisierung und Evaluierung''].
In Kombination mit einer inversen HRTF-Filterung zur Übersprechkompensation,
dienen diese Quellen als Transaural-Schallquellen bei der Synthese eines
virtuellen Kopfhörers.
Es wird eine Methode präsentiert, welche dem Hörer im Vergleich zum
ursprünglichen System eine angemessene Bewegungsfreiheit einräumt, indem
nicht nur rotatorische, sondern auch translatorische Bewegungen des Kopfes bei der Erzeugung des virtuellen Kopfhörers berücksichtigt werden.
Das Prinzip besteht in der dynamischen Positionsanpassung der fokussierten Schallquellen an den Standpunkt des Hörers, wobei die vorberechneten FIR-Filter für die Übersprechkompensation unverändert bleiben. Die Methode wurde in das bereits bestehende System integriert und anhand von Messreihen evaluiert.
Launer, S.
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Klassifizierung der akustischen Umgebung für Hörgeräte-Anwendungen [DAGA 2000 (Oldenburg)]
M. Büchler, N. Dillier, S. Allegro and S. Launer
[A]
Eine Methode zur Klassifizierung der akustischen Umgebung für Hörgeräte wird vorgestellt. In modernen Hörgeräten wird die Wahl des optimalen Programms auch durch die aktuelle akustische Situation bestimmt. In lärmiger Umgebung soll zum Beispiel ein Störgeräuschunterdrückungs-Algorithmus oder ein Richtmikrophon zugeschaltet werden. Ausgehend von einem Verfahren, das von Kates erarbeitet wurde [Kates, J. M. (1995). ''Classification of Background Noises for Hearing-Aid Applications,'' J. Acoust. Soc. Am. 97, 461-469], werden aus verschiedenen akustischen Stimuli - Sprache, Störgeräusche, Sprache im Störgeräusch, Musik - vier Kriterien extrahiert: Der mittlere Signalpegel und dessen mittlere Schwankungen, der mittlere spektrale Schwerpunkt und dessen mittlere Schwankungen. Es wurde untersucht, inwiefern sich diese Kriterien eignen für eine Klassifizierung der akustischen Umgebung zumindest in die Klassen Sprache, Störgeräusch, Sprache im Störgeräusch, Musik. Die Verarbeitung von 480 verschiedenen Klangbeispielen ergab, dass eine ausgezeichnete Klassifizierung aller Sprachsignale in eine Klasse möglich ist. Störgeräusch, Sprache im Störgeräusch und Musik lassen sich mit den vier Kriterien jedoch nicht zuverlässig unterscheiden. Zusätzlich wurde untersucht, wie sich die vier Kriterien in realen Situationen ändern; einerseits, wenn das Sprachsignal verhallt ist, andererseits, wenn es durch die Plazierung des Mikrofons am Ohr richtungsabhängig gedämpft wird. Es zeigt sich, dass verhallte Sprache mit zunehmendem Nachhall als Störgeräusch interpretiert wird; der Kopfschatten bewirkt die bekannte Dämpfung hochfrequenter Signalanteile. Die Methode eignet sich demnach für den Einsatz in Hörgeräten für die Unterscheidung reiner, wenig verhallter Sprachsignale von andern Signalen.
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Vergleich verschiedener Methoden zur Geräuschklassifizierung [DAGA 2000 (Oldenburg)]
S. Allegro, S. Launer, M. Büchler and N. Dillier
[A]
Heute sind drei Algorithmen zur Geräuschklassifizierung bekannt: die Analyse der Amplitudenstatistik (Ludvigsen, 1997), die Analyse des Modulationsspektrums (Ostendorf, 1997) und die Analyse zeitlicher Fluktuationen und der spektralen Form (Kates, 1995). Diese drei Algorithmen werden im Folgenden kurz vorgestellt und miteinander auf einem einheitlichen Sound Set verglichen. Die drei Algorithmen basieren auf völlig verschiedenen mathematischen Grundlagen. Ziel der Untersuchung war, herauszufinden, inwieweit sich die drei Algorithmen unterscheiden und ob eine Kombination der einzelnen Ansätze die Geräuschklassifizierungsleistung insgesamt verbessern würde. Eine systematische Untersuchung der drei Algorithmen hat gezeigt, dass zwar jeder Algorithmus eine relativ klare und robuste Trennung von Sprachsignalen und Nicht-Sprachsignalen erlaubt, eine differenziertere Unterscheidung verschiedener akustischer Umgebungen aber mit keinem der drei Algorithmen möglich ist. Mittels einer physikalischen Interpretation der errechneten Merkmale jedes einzelnen Algorithmus konnte gezeigt werden, dass alle drei Algorithmen in der einen oder anderen Form die zeitlichen Pegelschwankungen der untersuchten Signale beschreiben. Die Tatsache, dass immer dieselbe physikalische Eigenschaft von Geräuschen extrahiert wird erklärt die ähnliche Klassifizierungsleistung der drei verschiedenen Algorithmen.
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Nützlichkeit und Akzeptanz einer automatischen Programmwahl in Hörgeräten [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
M. Büchler, N. Dillier, V. Kühnel and S. Launer
[A]
In modernen Hörgeräten wird die Wahl des optimalen Programms auch durch die aktuelle akustische Umgebung bestimmt. Dabei schaltet das Hörgerät in Abhängigkeit der akustischen Situation (z.B. Ruhe, Lärm, Musik) automatisch zwischen verschiedenen Programmen um. Die Nützlichkeit und Akzeptanz einer automatischen Programmwahl aus der Sicht der Hörgeräteträger wurde untersucht. Die Probanden wurden mit einem modernen digitalen Hörgerät versorgt, das automatisch erkennt, ob eine ruhige oder eine geräuschvolle Hörumgebung herrscht, und zwischen zwei Programmen hin und her schaltet. Nachdem die Probanden die Hörgeräte einige Zeit im Alltag getragen hatten, wurden ihre Erfahrungen mit der automatischen Programmwahl mit Hilfe eines Fragebogens erfasst. Von Interesse war dabei insbesondere, wie die Umschalthäufigkeit beurteilt wird, ob die Programmwahl immer richtig scheint, und ganz allgemein wie nützlich eine automatische Programmwahl ist. Die Auswertung des Fragebogens zeigt, dass rund 75 % der Probanden eine automatische Programmwahl als nützlich betrachten. Die Umschalthäufigkeit wird jedoch sehr unterschiedlich beurteilt, was ein individuelles Anpassen dieses Parameters wünschenswert macht. Auch die Erwartungen an das Verhalten des Hörgerätes in der Situation ''mehrere Sprecher im Störlärm'' sind individuell unterschiedlich: Während die einen Probanden in dieser Situation lieber ein eingeschränktes Hörfeld (Richtmikrofon) schätzen, bevorzugen die andern ein offenes Hörfeld, um Sprecher aus verschiedenen Richtungen hören zu können. Gesamthaft gesehen sind die meisten Probanden mit der automatischen Programmwahl zufrieden.
Laur, R.
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Simulation of acoustical and electrical Performance of Silicon Microphones [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
M. Brauer, A. Dehé, M. Füldner and R. Laur
[A]
This paper presents a microphone model, which allows simulating acoustical and electrical behaviour. Furthermore the simulation results compare very well with measurements.
The model is based on a SPICE network comprehending the possibility to use it with different simulation tools like PSpice or Spectre. So the benefit is a surrounding area which is compatible with most circuit design areas and the acoustical behaviour can smoothly be integrated into the simulation. For example a complex circuit with integrated filters and amplifiers to analyse the microphone output signal can be simultaneously simulated with the acoustics to match a given specification.
The model includes the entire silicon microphone system with all subsystems like the acoustics, the mechanics, the mechanical-electrical transducer, the circuit including the parasitic capacitances and the housing of the microphone. The acoustical-mechanical simulation depends on the electromechanical analogy between mechanical, acoustical and electrical systems. Therefore it is possible to describe the sensitivity, the noise and particularly the signal-to-noise ratio considering the acoustical and electrical parts of the microphone.
The verification of the model with different bias voltages and various load resistors for the microphone capacity on the one hand and the modification of the sound inlet port on the other hand show an excellent agreement between simulation and measurement. Thus a variation of electrical or mechanical parameters is accurately considered in the model.
Lauriks, W.
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Characterization of porous materials at audio frequencies [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
N. Sebaa, Z.E.A. Fellah, M. Fellah, W. Lauriks and C. Depollier
[A]
An audio frequency method of evaluating the acoustic parameters of porous
materials saturated by air (or any other gas) is discussed. The method is based
on experimental detection of waves reflected and transmitted at normal
incidence by the material. This method is based on a temporal model of direct
and inverse scattering problems for the propagation of transient audio
frequency waves in a homogeneous isotropic slab of porous material with a rigid
frame. This time domain model of wave propagation takes into account the
inertial, viscous and thermal losses of the medium. The main results is the
determination of the permeability, tortuosity and Young modulus of the porous
material. Tests are performed using industrial plastic foams. Experimental and
numerical results, and prospects are discussed.
Lauterborn, S.
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Ultraschallreinigung von getauchten Membranen zur Aufbereitung von Trinkwasser aus Oberflächenwasser [DAGA 2007 (Stuttgart)]
S. Lauterborn, W. Urban and M. Wagner
[A]
Mikro- und Ultrafiltrationsanlagen haben in jüngerer Zeit einen exponentiellen Anstieg zu verzeichnen. Diese Technik bietet bei geringen erforderlichen transmembranen Druckdifferenzen eine sehr hohe Sicherheit bezüglich der Elimination von partikulären Inhaltsstoffen und pathogenen Keimen. Weiterhin sind zahlreiche Membranmaterialien mit unterschiedlichsten Eigenschaften, sowie daraus resultierenden unterschiedlichen Modultypen verfügbar, die damit genau auf den Anwendungsfall abgestimmt werden können.
Eine grundsätzliche Problematik stellen aber Fouling und Scaling auf Membranoberflächen dar, die die Leistungsfähigkeit der Membranen in kurzer Zeit vermindern können. Da hier meist ein erheblicher Einsatz von Chemikalien notwendig wird, wurde eine zweistraßige Versuchsanlage mit getauchten Membranen und einer Leistung von 400l/h und Straße entwickelt, bei der auf Chemikalien verzichtet wurde. Stattdessen werden die Membranmodule, die reales Oberflächenwasser aus dem Rhein filtrieren, mit Wasser und Luftüberströmung rückgespült und eines zusätzlich mit Ultraschall behandelt. Wie der Ultraschall auf die Membran wirkt, welche Reinigungsleistung erzielt werden kann und ob er die Trennleistung der Membran beeinflusst, soll dargestellt werden. Dazu wird über eine Online-Trübungsmessung und Partikelzählung sowie über eine Messung chemisch-mikrobiologischer Parameter eine Qualitätskontrolle des Permeates vorgenommen. Vorversuche hatten bereits ergeben, daß die polymeren Membranmaterialien bei bestimmten Frequenzen nicht zerstört werden, aber dennoch abgereinigt werden können.
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Energieoptimierte, ultraschallunterstützte Membranreinigung bei der Ultrafiltration von Oberflächenwasser [DAGA 2008 (Dresden)]
S. Lauterborn and W. Urban
[A]
Bereits auf der Daga 2007 in Stuttgart konnte anhand von Ergebnissen einer Versuchsanlage zur Trinkwasseraufbereitung aus Oberflächenwasser mit getauchten Polymer-Membranen gezeigt werden, daß es möglich ist, ohne den Einsatz von Reinigungschemikalien durch kombinierte ultraschall-/luftunterstützte Rückspülung (USL-Verfahren) eine wesentlich höhere Filtrationsleistung zu erzielen. Bei dieser Art der Anwendung mit vorgereinigtem Wasser der Rheinwasseraufbereitungsanlage Biebesheim und 130 kHz wurde die Membran nicht zerstört und eine gleichbleibend gute Permeatqualität erzielt. Dies wurde durch online-Tübungsmessung, online-Partikelzählung und chemisch-mikrobiologische Analysen nachgewiesen. Nach Abschluß der Versuche wurde mit den mit 130 kHz und 35 kHz beschallten Membranen zusätzlich ein Druckhaltetest durchgeführt, der die Dichtigkeit der Membranen bestätigte. Weitere Versuche haben ergeben, daß die Ultraschall (US-)Frequenz entscheidend für das Ergebnis ist, wie auch die US-Leistung, aber mit wesentlich verkürzter Beschallungsdauer die gleiche Filtrationsleistung erzielt werden kann, also eine Einsparung von Energie möglich ist. Dies entscheidet letztendlich über die technische Realisierung und einen wirtschaftlichen Einsatz in membranen Wasseraufbereitungsanlagen. Weiterhin werden folgende Fragestellungen untersucht:
1) Ist es möglich, schon verschmutzte Membranen wieder so zu reinigen, daß sie dieselbe Filtrationsleistung wie von Beginn an US-behandelte Membranen erreichen?
2) Wie verhält sich das System bei der Anwendung von Ultraschall am Beginn der Membrannutzung und bei der direkten Beaufschlagung mit unvorgereinigtem Rheinwasser.
Lauterborn, W.
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Dynamik akustischer Blasenfelder [DAGA 2000 (Oldenburg)]
S. Luther, R. Mettin and W. Lauterborn
[A]
Die Hamiltonsche Formulierung inkompressibler Hydrodynamik hat sich als erfolgreicher Ansatz zur Modellierung von Kavitationsblasenfelder erwiesen. Wir beschreiben die Dynamik von N masselosen und sphaerischen Blasen in einer viskosen Potentialstroemung bei hohen Reynolds- und niedrigen Weberzahlen. Schwerpunkt der Untersuchung ist die Charakterisierung der hydro-akustischen Paarwechselwirkung der Blasen und ihrer Relevanz fuer die Entstehung und Stabilitaet kollektiver makroskopischer Strukturen (Filamente, Streamer). Fuer ausgewaehlte Trajektorien werden die Aussagen des Modells mit experimentellen Daten verglichen.
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Wie chaotisch ist akustische Kavitation? [DAGA 2000 (Oldenburg)]
S. Luther, U. Parlitz, M. Sushchik and W. Lauterborn
[A]
Am Beispiel eines periodisch akustisch angeregten Kavitationsblasenfeldes wird demonstriert, das aus einer niedrig-dimensionalen Delay-Rekonstruktion einer experimentellen Zeitreihe nicht notwendig auf ein physikalisches System mit niedrig-dimensionalem Attraktor geschlossen werden kann. Ursache f''ur dieses allgemeine Ph''anomen ist die auch im chaotischen Fall vorliegende Phasenkoh''arenz zwischen den nichtlinearen Oszillatoren und dem treibenden Signal. Zur Illustration werden die Ergebnisse numerischer Simulationen mit experimentellen Zeitreihen verglichen.
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Stoßwellen im Kollaps von Kavitationsblasen: ein vertracktes Ausbreitungs-Scenario [DAGA 2000 (Oldenburg)]
O. Lindau and W. Lauterborn
[A]
Kollabierende Kavitationsblasen werden f''ur die Erosion an Schiffschrauben, in Turbinen, etc. verantwortlich gemacht. Dabei gibt der Zerst''orungsmechanismus noch immer R''atsel auf. Die Dynamik einer einzelnen Kavitationsblase in der N''ahe einer festen Grenzfl''ache zeigt eine derart schnelle Dynamik, dass zur genauen Untersuchung modernste Hochgeschwindigkeitsfotografie eingestezt werden muss. Aktuelle Ergebnisse zur Dynamik und Stosswellenabstrahlung lasererzeugter Kavitationsblasen an einer festen Grenzfl''ache in Nanosekunden-Bereich werden vorgestellt und diskutiert.
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Systematische Untersuchung der Einzelblasen-Sonolumineszenz mit Zwei-Frequenz-Anregung [DAGA 2000 (Oldenburg)]
R. Mettin, D. Krefting and W. Lauterborn
[A]
Die Lichtemission von sonolumineszierenden Einzelblasen, getrieben durch eine Grundmode bei 25 kHz und der ersten Harmonischen bei 50 kHz, wurde systematisch in Abhaengigkeit von Amplituden und relativer Phase der Anregung untersucht. Vergleichsrechnungen mit Beruecksichtigung eines veraenderlichen Diffusionsgleichgewichts der Blasengroesse liefern gute Uebereinstimmung mit den Messungen und bestaetigen indirekt die ''Argon-Hypothese'' fuer Einzelblasen-Sonolumineszenz.
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Translationsdynamik levitierter Einzelblasen [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
D. Krefting, R. Mettin and W. Lauterborn
[A]
Akustische Kavitationsblasenfelder sind komplexe Mehrphasensysteme, die Ph''anomene raum-zeitlicher Strukturbildung aufweisen. Ein Kavitationsblasenfeld besteht aus etwa $10^ 3$ bis $10^ 4$ beobachtbaren Blasen mit Ruheradien von typischerweise 5 bis 10 $mu$m. Dieses r''aumlich ausgedehnte System von im Schallfeld miteinander wechselwirkenden Blasen besitzt die F''ahigkeit zur Selbstorganisation. Charakteristisch sind die inhomogene Verteilung der Blasen in dendritischen oder filamentartigen Ver''astelungen (sog. streamer) sowie die Anordnung der Blasen in Clustern. Kavitationsph''anomene sind in vielen technologischen und verfahrenstechnischen Anwendungen von zentraler Bedeutung (Sonochemie, Ultraschallreinigung etc.). Daher ist das Verst''andnis der nichtlinearen dynamischen Eigenschaften von Kavitationsblasenfeldern von gro''sem wissenschaftlichem und technischem Interesse. Um die raum-zeiliche Dynamik eines akustischen Kavitationsblasenfeldes zu untersuchen, wurde das Verfahren der dreidimensionalen Particle Tracking Velocimetry (3D-PTV) mit einer Bildrate von 2.25 kHz angewandt. Das Messverfahren erlaubt die r''aumliche Rekonstruktion der Trajektorien einzelner Blasen und ermoeglicht daher die experimentelle Charakterisierung der Blasen-Blasen-Wechselwirkung. Von besonderem Interesse sind hierbei Kollision- und Fragmentationsprozesse in dem Blasenfeld.
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Untersuchung zum Counterjet von Kavitationsblasen [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
O. Lindau and W. Lauterborn
[A]
Eine Blase, die in der Nähe einer festen Grenzfläche kollabiert, entwickelt einen Flüssigkeitsstrahl (Jet).
Der Jet schießt durch die Blase hindurch und löst mit dem Aufprall auf die Blasenwand eine Struktur
aus, die sich in entgegengesetzter Richtung ausbreitet. Diese Struktur wird Counterjet genannt. Die
Höhe des Counterjets und seine Entstehungsgeschwindigkeit werden in Abhängigkeit vom Abstand der
Blase zur Grenzfläche untersucht. Dazu wird eine
''
Counterjetgleichung'' aufgestellt, deren Parameter
bestimmt werden. Mit fallendem Grenzflächenabstand nimmt die Counterjethöhe zu, seine Entstehungsgeschwindigkeit
ab.
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Untersuchung akustischer Kavitationsblasenfeder mit 3D-PTV [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
S. Luther, D. Krefting and W. Lauterborn
[A]
Die raeumliche Bewegung von Einzelblasen in akustischen Fallen kann durch verschiedene Mechanismen verursacht werden. Oberflaecheninstabilitaeten fuehren zur Abspaltung von Mikroblasen, die mit ploetzlichen Lageaenderungen einhergehen. Ebenso kann durch Variation des Schallfeldes die Gleichgewichtslage der Blase moduliert werden. Diese Phaenomene werden mit Hochgeschwindigkeits-Kinematografie untersucht und theoretisch beschrieben.
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Stereoskopische Hochgeschwindigkeitsaufnahmen von Kaviationsblasenstrukturen [DAGA 2002 (Bochum)]
J. Appel, D. Krefting, R. Mettin and W. Lauterborn
[A]
Bei starker Beschallung von Flüssigkeiten treten Kavitationsblasen auf, die sich in der Regel in verästelten Strukturen (Streamern) anordnen. Mit Hochgeschwindigkeitskameras in stereoskopischem Aufbau werden verschiedene solche Blasenmuster untersucht und dreidimensional dargestellt. Da es sich um dynamische Strukturen handelt, in denen sich die Blasen schnell bewegen, können einzelne Blasenbahnen identifiziert und verfolgt werden. Blasengeschwindigkeiten und -dichten sowie Ausgangsdaten für eine detaillierte Modellierung werden bestimmt.
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Erzeugung und Dynamik elongierter Kavitationsblasen [DAGA 2002 (Bochum)]
R. Geisler, T. Kurz and W. Lauterborn
[A]
Der im Fokus des Pulslaserstrahls entstehende optische Durchbruch kann eine Flüssigkeit aufreißen und so Kavitationsblasen erzeugen. Die Größe der so erzeugten Blasen liegt bei Nanosekundenpulsen typischerweise im Millimeterbereich. Deutlich kleinere Blasen, die denen der akustischen Kavitation entsprechen, können jedoch nicht erzeugt werden. Abhilfe schafft hier der Übergang zu Kurzpulslasern, die höhere Intensitäten bei gleichzeitig geringeren Pulsenergien liefern. Die extremen Intensitäten führen bei diesen Lasern dazu, dass nichtlineare Effekte eine verstärkte Rolle spielen. So tritt an die Stelle des beugungsbegrenzten Fokus ein durch Selbstfokussierung gebildeter, zylinderähnlich langgezogener Fokalbereich. Die daraus resultierenden elongierten Kavitationsblasen entwickeln eine komplexe Dynamik einschließlich Jetbildung. Neben der grundlegenden Dynamik wurde der Einfluss von Grenzflächen sowie die Abstrahlung von Stoßwellen und die Lichtemission untersucht. Für die Messungen im Nanosekundenbereich wurden Hochgeschwindigkeitskameras, ein rauscharmer Photomultiplier mit Monochromator und ein faseroptisches Hydrophon eingesetzt.
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Partikelmodellierung verschiedener Kavitationsblasenstrukturen [DAGA 2002 (Bochum)]
P. Koch, R. Mettin and W. Lauterborn
[A]
Bei starker Beschallung von Fluessigkeiten auftretende Kavitationsblasenstrukturen werden mithilfe eines Partikelansatzes modelliert. Als Ausgangsdaten dienen Aufnahmen, die mit Hochgeschwindigkeits-Stereotechniken gewonnen wurden. Zur Beschreibung der Wechselwirkung der Blasen untereinander und der Blasen mit dem Schallfeld werden nichtlineare Blasenschwingungen angenommen. Charakteristische Eigenschaften der experimentellen Beobachtungen lassen sich gut reproduzieren.
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Kräfte in akustischen Kavitationsfeldern [DAGA 2002 (Bochum)]
D. Krefting, R. Mettin and W. Lauterborn
[A]
In akustischen Kavitationsfeldern, wie sie z.B. in der Ultraschallreinigung verwendet werden, bilden die entstehenden Blasen komplexe raumzeitliche Strukturen. Die Dynamik der Blasen ist im Wesentlichen durch die Wechselwirkung mit dem Schallfeld des akustischen Resonators (1.Bjerkneskraft) und dem anderer Blasen (2.Bjerkneskraft) bestimmt. Bei der Translation treten zusätzliche Reibungskräfte auf, die von der Stokes'schen Formel abweichen können. Zum einen führt die Blase Radialschwinungen aus, die bei hohen Schallamplituden stark nichtlinear werden. Zum anderen können durch angelagerte Partikel an der Blasenoberfläche die hydrodynamischen Randbedingungen modifiziert werden (Mitnahmebedingung). Mit Hochgeschwindigkeits-Kinematografie wird die Dynamik von Einzelblasen experimentell bestimmt und mit den theoretischen Vorhersagen verglichen.
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Torusförmiger Kavitationsblasenkollaps [DAGA 2002 (Bochum)]
O. Lindau and W. Lauterborn
[A]
Beim Zusammenfallen einer Kavitationsblase in der N''ahe von einer festen Grenzfl''ache wird die Form der Blase instabil. Es bildet sich auf der Seite, die der Grenzfl''ache gegen''uber liegt, eine Eindellung aus der ein Fl''ussigkeitsstrahl (Jet) entsteht. Der Jet schiesst durch die Blase hindurch. Mit dem Aufprall auf die der Grenzfl''ache zugewandten Blasenwand wird die Blase dann torusf''ormig. Das weitere Zusammenfallen und Wiederaufschwingen der torusf''ormigen Blase ist experimentell untersucht worden. Die Ergebnisse werden vorgestellt und unter anderem in Hinblick auf die Sch''adigung der Grenzfl''ache diskutiert.
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Bjerknes-Instabilität levitierter Einzelblasen bei geringem statischen Druck [DAGA 2002 (Bochum)]
R. Mettin, B. Lindinger and W. Lauterborn
[A]
Die Moeglichkeit, levitierte Einzelblasen bei starken Anregungswechseldruecken zu beobachten, findet Begrenzung durch zwei Arten von Instabilitaeten: Eine ''Oberflaecheninstabilitaet'', die zu Abweichungen von der Kugelgestalt der Blase und schliesslich zu ihrer Zerstoerung fuehrt, sowie eine ''Bjerknes-Instabilitaet''. Letztere bedeutet, dass der Blasenfallenmittelpunkt fuer kleine Stoerungen Positions-instabil wird, d.h. die Blase wird aus dem Zentrum (hohen Anregungsdrucks) nach aussen verschoben. Rechnungen und Experimente zeigen, dass bei abgesenktem statischem Druck offenbar die Bjerknes-Instabilitaet zuerst erreicht wird und daher beobachtbar ist. Bei Normaldruck dagegen wird die Blase in der Regel zuerst durch die Oberflaecheninstabilitaet zerstoert, und die Bjerknes-Instabilitaet bleibt unbeobachtbar.
-
Die Bedeutung von Kavitationsblasen für transiente Membranpermeabilisierung und Zellschädigung [DAGA 2003 (Aachen)]
B. Wolfrum, C.D. Ohl, R. Mettin, T. Kurz and W. Lauterborn
[A]
Seit Erfindung der extrakorporalen Lithotripsie finden Stoßwellen vielfältige Anwendung in der Medizin. In der Praxis können bei diesem Verfahren der Steinzertrümmerung Gewebeschädigungen als Nebeneffekt auftreten. Es wurde gezeigt, dass Stoßwellen auch die Aufnahme von extrazellulären Molekülen erleichtern können. Das Einschleusen von normalerweise nicht membranpermeablen Molekülen in Zellen (drug delivery) ist eine wesentliche Vorraussetzung für andere medizinische Anwendungen wie z.B. die Gentherapie. Wir zeigen hier, dass Zellpermeabilisierung und die Aufnahme von FITC-Dextran nach Stoßwellenapplikation in vitro durch Kavitationsblasen verursacht wird. Die Kavitationsblasen entstehen in der nach dem Stoß auftretenden Unterdruckphase und kollabieren weniger als 200 s später. Dabei wird ein starkes Strömungsfeld erzeugt, welches zur Ablösung vom Substrat, zur transienten Permeabilisierung und zur Zerstörung der Zellen führen kann. Befinden sich Kavitationskeime in der umgebenden Flüssigkeit, so wird die Ausbildung von Kavitationsblasen erleichtert. Die Blasendynamik wurde mit dem Keller-Miksis Modell berechnet und mit mikroskopischen Hochgeschwindigkeitsaufnahmen verglichen. Bereits geringe Unterdruckamplituden von weniger als 2 MPa reichen aus, um Levovist Kontrastmittelblasen auf mehr als das 30-fache ihres ursprünglichen Radius aufzuziehen und Zellen im darauf folgenden Kollaps der Blasen sichtbar zu schädigen.
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Messungen zur Suche nach kavitationsinduzierter Neutronenemission [DAGA 2003 (Aachen)]
R. Geisler, W.-D. Schmidt-Ott, T. Kurz and W. Lauterborn
[A]
Beim Kollaps von Kavitationsblasen können im Blaseninneren extreme Drücke und Temperaturen entstehen. Diese Bedingungen führen u.a. zur Emission kurzer Lichtblitze im Augenblick des Kollapses (Sonolumineszenz oder Kavitationslumineszenz). Diese Tatsache hat seit Jahren zu Spekulationen um die Möglichkeit einer kavitationsinduzierten Kernfusion (''Sonofusion'') geführt. Eine von Taleyarkhan et al. (Science 295, 1868 (2002)) veröffentlichte Messung einer Neutronenemission in kavitierendem deuterierten Aceton, die korreliert mit dem Auftreten von Sonolumineszenz sei, wurde kontrovers aufgenommen und konnte bisher nicht reproduziert werden (D. Shapira and M. Saltmarsh, Phys. Rev. Lett. 89,104302 (2002)). In diesem Beitrag werden Untersuchungen an transienten Einzelblasen vorgestellt, die durch optischen Durchbruch im Fokus eines Pulslasers in verschiedenen deuterierten Flüssigkeiten erzeugt wurden. Diese Messungen unter definierten Bedingungen sollen zur Klärung der Frage beitragen, ob in den hierbei realisierten Kavitationsblasen Sonofusion auftritt.
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Akustische und räumliche Strukturbildung in Ultraschall-Kavitationsfeldern [DAGA 2003 (Aachen)]
D. Krefting, R. Mettin, U. Parlitz and W. Lauterborn
[A]
Blasen in akustischen Kavitationsfeldern, wie sie z.B. in der Ultraschallreinigung Anwendung finden, werden zu stark nichtlinearen Radialschwingungen angeregt. Die Schallemissionen dieser Radialschwingungen führen zu wesentlichen Modifikationen des akustischen Spektrums im Kavitationsfeld. Neben dem Auftreten von höheren Harmonischen der über die Schallwandler eingestrahlten Frequenz kann auch das Anschwingen von subharmonischen Frequenzen und ein hoher Rauschanteil beobachtet werden. Der Frequenzanteil unterhalb der Betriebsfrequenz ragt in den hörbaren Frequenzbereich hinein und stellt in der Anwendung eine beachtliche Lärmquelle dar. In Ultraschallreinigungbädern entstehen akustische Stehwellenfelder. Darin bilden die Blasen komplexe raumzeitliche Strukturen. Bei diesem Selbstorganisationsprozess kann sich das Schwingungsverhalten der beteiligten Blasen sehr stark verändern. Die Blasenstrukturen und die Schallemissionen werden simultan aufgezeichnet. Das Auftreten charakteristischer Frequenzanteile im Spektrum kann so mit der Entstehung bestimmter räumlicher Blasenverteilungen in Zusammenhang gebracht werden. Auch an Grenzflächen kann die Bildung solcher kollektiv schwingender Blasenstrukturen beobachtet werden. Dieses Phänomen kann für das Verständnis von kavitationsbedingten Reinigungs- und Erosionsprozessen von großem Interesse sein.
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Molekulardynamische Untersuchung der Kollapsdynmik von Sonolumineszenzblasen [DAGA 2003 (Aachen)]
D. Schanz, T. Kurz, B. Metten and W. Lauterborn
[A]
Der Verlauf wichtiger physikalischer Grössen während des Kollapses einer mit Edelgas (Argon) gefüllten Sonolumineszenzblase wird numerisch untersucht. Dazu wird ein molekulardynamisches Hartkugelmodell benutzt. Rechnungen wurden von einigen Hunderttausend bis mehreren Millionen Teilchen gemacht, um den Einfluss der Teilchenzahl auf die Güte der Rechnung zu zeigen. Es zeigt sich, dass zur Fehlerminimierung eine Maximierung der Teilchenzahl anzustreben ist. Verschiedene physikalische Effekte wurden implementiert, die einzeln zugeschaltet werden können, um ihren Einfluss auf den Blasenzustand zu ermitteln. Dazu gehören eine thermische Grenzschicht, die den Wärmeaustausch mit der Umgebung regelt; Verwendung eines Gemisches von Edelgasen anstelle des reinen Argon; Das Verdampfen von Wasser in die Blase beim Aufschwung sowie die Kondensation der Wassermoleküle an der Blasenwand beim Kollaps; Die Dissoziation von Wassermolekülen durch die hohen Temperaturen beim Kollaps, daraus folgend die chemischen Reaktionen der verschiedenen Bestandteile. Der Einfluss dieser Effekte wird durch den Vergleich der zeitlichen Entwicklung von Temperatur, Druck, Dichte und Teilchengeschwindigkeiten in der Blase dokumentiert. Es wurde gefunden, dass das Vorhandensein von Wasserdampfmolekülen extremen Vehältnissen in der Blase entgegenwirkt. Chemische Reaktionen verringern aufgrund ihres endothermen Charakters die Blasentemperatur. Ein Gasgemisch setzt die maximal erreichte Temperatur aufgrund von Inhomogenitäten in der Blase herab.
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Versuch einer Energiebilanz für ein Ultraschallbad unter Berücksichtigung ultraschallinduzierter Kavitation in Wasser [DAGA 2003 (Aachen)]
R. Sobotta, C. Jung, P. Koch, D. Krefting, W. Lauterborn and R. Mettin
[A]
Es ist bekannt, dass Hersteller von Ultraschallgeräten (US-Geräten) ihre US-Wannen kleineren Füllvolumens (1-10 Liter) mit wesentlich höheren volumenbezogenen US-Leistungsdichten ausgedrückt in Watt/Liter ausstatten als US-Wannen mit großem Füllvolumen. Diese volumenbezogene US-Leistungsdichte wird auch - in Übereinstimmung mit der Erfahrung aus der Reinigungspraxis - als wichtiger US-Geräteparameter beworben. Folgende volumen- und zeitbezogenen Energieverbrauchsmechanismen der in ein befülltes US-Bad eingebrachten US-Energie werden anhand von Modellrechnungen diskutiert: - Entstehung und Wachstum sowie - Vernichtung (Stoßwellen, Implosion) von Blasen, - Schwingungen von Blasen, - Andere Dämpfungsmechanismen. Der Umwandlungsgrad von in das US-Bad eingebrachter US-Leistung in reinigungswirksame Kavitation (L. D. Rozenberg, 1970) wird diskutiert. Die Messergebnisse für - den relativen Schalldruckpegel der Subharmonischen und - den Pegel der anregenden US-Frequenz in Abhängigkeit von der eingebrachten US-Leistung werden vorgestellt. Der Anteil der über US-Wandler eingebrachten US-Wirkleistung wird mittels kaloriemetrischer Messung bestimmt. Diese Ergebnisse werden in die Diskussion einer volumenbezogenen US-Leistungsdichte als möglichem US-Geräteparameter einbezogen.
-
Particle modeling of strongly collapsing microbubbles [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
T. Kurz, D. Schanz, B. Metten and W. Lauterborn
[A]
Microbubbles having a rest radius below a few micrometers can be
regarded as mesoscopic systems amenable to direct particle
simulation on a molecular scale. In the final stages of strong
collapse of such bubbles under ultrasonic or shock wave excitation a
highly-excited, rapidly changing inhomogeneous state of the bubble
medium emerges. Modeling of its dynamics is an involved task due to
the interplay of several physical processes, e.g. heat and mass
diffusion, phase transition, ionization, light emission, and chemical
reactions.
A review is given of our recent attempts to simulate the physical
and chemical scenario within collapsing bubbles by means of
molecular dynamics simulations with up to several million particles.
Different driving conditions, bubble compositions, and thermodynamic
and physicochemical mechanisms were implemented and selectively
turned on. In this way the relative importance of the included
effects can be assessed, as regards the maximum temperature and
pressure achieved in the bubble, the formation of compression or
shock waves, the generation of cavitation luminescence light, and
the concentration and outflow of chemical products.
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Determination of the upper boundary in the energy distribution involved in the collapse of sonoluminescing bubbles
T. Lepoint, F. Mullie, S. Labouret, C. Pétrier, D. Kefting, R. Geisler, R. Mettin, T. Kurz and W. Lauterborn
[A]
Multibubble sonoluminescence (MBSL) spectra of
solutions containing noble gas consist of a continuum which extends
from ~250 to ~1000 nm. For
nm, there is no observable emission. With Kr or Xe as the dissolved
gas, small-intensity lines are observed in the 700 - 950 nm wavelength
range. By comparison with appropriate lamps, we attributed them to
and
electronic transitions. This means that energy levels of 11.3-12.1
eV are populated in the case of Kr and ~9.9 eV in
the case of Xe. When Ar is the dissolved gas, no Ar lines (which would
involve a populating in
levels characterized
by energies of 12.9-13.3 eV) are observed. Given the absence of emission
below 250 nm, these observations show that the upper boundary in the
distribution of energu released to the intracavity medium upon the
collapse of sonoluminescing bubbles is ~12 eV. These
observations enable to understand the reason of the absence of the
hydrogen 'Balmer' series in water MBSL. Indeed, transitions leading
to
,
and
lines requires
electronic excitations over a range of 12.10-13.11 eV. Moreover, the
absence (or negligible) emission below 250 nm discards thermal or
plasma origins for MBSL. The ~12 eV upper boundary
in the energy distribution associated with the collapse of sonoluminescing
bubbles indicates that MBSL spectra are mainly molecular.
-
Sonochemical yields of cavitation collapse by molecular dynamics simulation [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
D. Schanz, T. Kurz, B. Metten and W. Lauterborn
[A]
The collapse of a single acoustically excited bubble is simulated
using a hard-sphere molecular dynamics model. Initial bubble size,
acoustic driving pressure and bubble composition are varied to study
the influence of these parameters on the physical conditions attained
during the collpase. Also, modifications of the MD model, e.g. by
implementation of the variable-soft sphere (VSS) potential, are
introduced to assess the model fidelity.
In the simulation, different particle species (e.g. noble gas atoms,
water vapor molecules) and their chemical reactions are taken into
account. At the end of the collapse, high temperatures and particle
speeds occur because of energy-focusing in the spherical bubble. At
driving conditions typically encountered with single-bubble
sonoluminescence, temperatures and pressures are sufficiently high to
lead to molecular dissociation and sonochemical reactions, in
particular the formation of OH radicals. We investigate the
sonochemical yield in a number of representative cases and point out
that the effect of mixture segregation appears to be important to
correctly predict the rate at which reaction products enter the liquid
phase.
-
Optic Cavitation in an Ultrasonic Sound Field [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
D. Kröninger, T. Kurz, R. Geisler and W. Lauterborn
[A]
The dynamics and luminescence of transient bubbles produced by optical breakdown in a standing ultrasonic field are investigated experimentally. For this purpose, single laser pulses of 130 fs duration and of adjustable energy are focused at the center of a water-filled cuvette insonicated at about 45 kHz. The sound generator and laser electronics are synchronized to be able to generate bubbles at well-defined, adjustable phases of the acoustic cycle. The first few oscillations of the bubbles are photographically recorded to give their radial dynamics and collapse behaviour. Alternatively, they are observed by a photo multiplier to detect possible cavitation luminesence. It is found that by the action of the acoustic field, the collapse time and maximum radius can vary significantly as a function of the initial phase. These parameters also depend on the acoustic pressure and the laser pulse energy. Luminescence has been detected almost exclusively after the first collapse, its intensity also being dependent on the initial phase. The characteristics of cavitation luminescence suggest a strong influence of the sphericity of the generated bubbles. The experimentally observed dynamics are compared with numerical calculations of a spherically symmetric Gilmore model.
-
On the Classification of Cavitation Bubble Structures
R. Mettin, D. Krefting, T. Tervo, P. Koch and W. Lauterborn
[A]
It has recently been recognized that the appearance of acoustic
cavitation can be classified into several prototypes of bubble
structures. We report on new results and characterization of such
structures. Experimental methods comprise high-speed cinematography
and recording of acoustic emissions. Properties of different bubble
patterns are discussed, in particular with respect to ultrasonic
cleaning and surface erosion. Furthermore, the controllability of
bubble structures by external means is investigated.
-
Simulation of Cavitation Bubbles in Travelling Acoustic Waves [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
P. Koch, R. Mettin and W. Lauterborn
[A]
A particle model is employed to simulate bubble tracks in a travelling
acoustic wave. The primary Bjerknes force is rewritten for the general
case of spatially varying phase of the pressure, leading to a force
term related to the phase gradient. Other features of the particle
model include rectified diffusion, bubble merging and splitting. We
compare experimental observations of bubble structures below a
sonotrode of large diameter to simulation results. In this experiment,
a high contribution of travelling waves is found at elevated sound
intensity, leading to a large acoustic pressure onto the bubbles away
from the emitter surface. The observations are reproduced fairly by
the model, if certain assumptions on the bubble sources are made.
-
Interaction of Bubble Clouds and Solid Objects [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
T. Tervo, R. Mettin, D. Krefting and W. Lauterborn
[A]
We present high-speed observations of acoustic cavitation bubbles near
and on solid objects submerged in the liquid. The dynamics of
various bubble structures are revealed in the presence of the
boundaries, and the effect on surface cleaning is
investigated. Bubble sizes and density statistics are obtained from
the recordings. It is known that cleaning and erosion effects are
mainly caused by bubbles in direct neighborhood of or in contact with
the object. The number of such active bubbles is estimated.
-
Molekulardynamische Untersuchungen sonochemischer Reaktionen in Kavitationsblasen [DAGA 2005 (München)]
D. Schanz, T. Kurz, B. Metten and W. Lauterborn
[A]
Zunehmend rückt in der Erforschung der Kavitationsblasendynamik und der
Sonolumineszenz die chemische Entwicklung des Blasenmediums beim Kollaps
in den Mittelpunkt des Interesses. Die chemischen Vorgänge bestimmen wesentlich den Massentransport aus der Blase, die Kompressibilität und Energiebilanz des Mediums und damit die erreichbaren Temperaturen und Drücke im Zentrum.
Ein Verständnis der Kopplung zwischen Hydro- und Chemodynamik in der Blase ist ebenso Voraussetzung für eine korrekte Vorhersage chemischer Prozeßraten in sonochemischen Anwendungen. Neben Ratengleichungsmodellen, die an hydrodynamische Kontinuumsmodelle gekoppelt sind, bietet sich als ein alternativer Weg der numerischen Modellierung die Molekulardynamiksimulation an. Dieses Verfahren wird zur Berechnung der Fluid- und chemischen Dynamik beim Kollaps typischer Blasen, wie sie bei der Einzelblasensonolumineszenz auftreten, und von Mikrobläschen eingesetzt.
Die im Innern der Blasen erreichten Temperaturen und Drücke und die dabei auftretenden chemischen Produktionsraten für verschiedene Verbindungen werden als Funktion der Anregungsparameter und der chemischen Anfangszusammensetzung von mit Edelgas und Wasserdampf bzw. mit Luft und Wasserdampf gefüllten Blasen dargestellt.
Desweiteren wird ein Vergleich der molekulardynamischen Simulation mit
Berechnungen eines von Storey und Szeri entwickelten Kontinuumsmodells
durchgeführt, der die Temperatur- und Druckentwicklung sowie das Ausmass
der Bildung verschiedener Verbindungen umfasst.
-
Optische Kavitation im Schallfeld [DAGA 2005 (München)]
D. Kröninger, T. Kurz, T. Wilken and W. Lauterborn
[A]
Die optische Kavitation, d.h. die Erzeugung von transienten
Kavitationsblasen durch laser-induzierten Durchbruch in Flüssigkeiten,
hat sich zur detaillierten Untersuchung der Dynamik einzelner Blasen
bewährt. Um sehr kleine Blasen zu erhalten, verwendet man wegen ihrer
niedrigen Durchbruchsschwelle sehr kurze, intensive Pulse im
Femtosekundenbereich. Dabei entstehen allerdings durch
Selbst-fokussierung des Laserstrahls zylinderförmige Blasen, die unter
Ringwirbelbildung kollabieren und ohne weitere Anregung keine
Kavitationslumineszenz zeigen. Daher werden kleine transiente
Kavitationsblasen mithilfe eines Femto-sekundenlasers in einem
stehenden Ultraschall-feld erzeugt. Ihre Dynamik wird mit
Kurzzeit-CCD-Aufnahmen, das Auftreten von Kavitations-lumineszenz im
Kollaps mit Photomultipliermessungen untersucht. Die Wirkung
verschiedener Parameter (Schallfeldphase, Schalldruck, Temperatur und
statischer Druck der Flüssigkeit) auf den Blasenkollaps und die
Lumineszenz soll Aufschluss darüber geben, inwieweit der Blasenkollaps
verstärkt werden kann. Es zeigt sich, dass der Maximalradius einer
Blase bei geeigneter Wahl der Anfangsphase im Vergleich zur nicht
akustisch getriebenen Blase stark vergrößert werden kann, während das
Auftreten von Lichtemission zusätzlich empfindlich von der Sphärizitä
der erzeugten Blase abhängt.
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Simulationen zur asphärischen Blasendynamik [DAGA 2005 (München)]
K. Köhler, R. Mettin and W. Lauterborn
[A]
Es ist experimentell gut dokumentiert, dass eine zunächst sphärische
Kavitationsblase, die sich in der Nähe von Grenzflächen oder von
benachbarten Blasen befindet, beim Kollaps deformiert wird und sogar
einen Jet bilden kann, der die Blase durchstößt. Nichtsphärische
Kollapsdynamik tritt in Vielblasensystemen auf und ist daher für
viele Anwendungen wie z. B. die Ultraschallreinigung oder die
Sonochemie relevant. Ein etabliertes Verfahren zur numerischen
Simulation dieses Strömungsproblems mit freier Grenzfläche bildet die
Randintegralmethode. Diese Methode wurde implementiert, um die
Kollapsdynamik von Blasen in der Nähe ebener und gekrümmter
Oberflächen näher zu untersuchen. Weiterhin wurde die Dynamik von
Systemen aus zwei oder drei miteinander über das Strömungsfeld
gekoppelten Blasen bei verschiedenen Anfangsbedingungen analysiert,
um Aussagen über die Wechselwirkungen in einem Mehrblasensystem zu
gewinnen. Schließlich wurde das Aufschwingen und der Kollaps
elongierter Blasen (Rotationsellipsoide) berechnet, die als Modell der
bei der optischen Kavitation mit Femtosekundenpulsen entstehenden
Zylinderblasen angesehen werden können.
-
Interaction model of sound field and cavitation bubbles
R. Mettin, P. Koch and W. Lauterborn
[A]
Acoustic cavitation bubbles emerge, oscillate and translate according to the
pressure distribution given by the ultrasonic field. Reversely, the bubble
distribution is changing the properties of the medium and influences the
sound wave propagation. Our approach to model this complex interaction
consists of two steps which are applied iteratively: first, the pressure
distribution is calculated on the basis of a linearized Wijngaarden
model. For this task, a fixed continuous bubble density function in
space is used, and an FEM tool is applied to solve the modified wave
equation. Second, the nucleation, translation, rectified diffusion and
merging/splitting of cavitation bubbles is simulated by a particle model
approach. This is done for a fixed pressure field which is the result of
step one and which is transfered to the particle model. The interface
between step two and step one is the conversion of the final bubble
distribution, which is discrete in space, into a continuous one. Then
the FEM step is applied once more, and so on. Results of this hybrid
model are compared to cavitation bubble structure formations seen in
experiments. In particular, low frequency fluctuations of streamer
structures in an ultrasonic bath and the bubble distribution in front of
a sonotrode emitter are addressed by the simulations.
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Stabilität und Lumineszenz laserinduzierter Kavitationsblasen im Schallfeld [DAGA 2006 (Braunschweig)]
T. Wilken, D. Kröninger, T. Kurz and W. Lauterborn
[A]
Kavitationsblasen, welche mit kurzen, intensiven Femtosekundenpulsen erzeugt werden, zeigen Kavitationslumineszenz, sofern sie durch ein stehendes Ultraschallfeld angeregt werden. Ohne eine solche Anregung kollabieren die Blasen asymmetrisch und ohne sichtbare Lumineszenz, da sie aufgrund der Selbstfokussierung des Laserpulses eine elongierte Form besitzen.
Mithilfe von Kurzzeit-CCD-Aufnahmen der ultraschallangeregten, lasererzeugten Blasen wird ihr Einschwingverhalten, die zeitliche Entwicklung des Maximalradius über mehrere Schwingungsperioden und ihre Stabilität untersucht. Es zeigt sich ein starker Einfluss der Schalldruckamplitude auf die Kavitationslumineszenz, welche mithilfe eines Photomultipliers beobachtet wird: Bei kleiner Schalldruckamplitude sind die erzeugten Blasen über mehrere Schwingungsperioden stabil und senden schwache Lumineszenzblitze aus. Zu höheren Schalldrücken wird die Blase schon nach wenigen Schwingungszyklen instabil, durch die heftigen Kollapse ist allerdings die Lichtintensität wesentlich höher.
-
Sonochemische Reaktionen in Kavitationsblasen aus Molekulardynamiksimulationen [DAGA 2006 (Braunschweig)]
D. Schanz, W. Lauterborn and T. Kurz
[A]
Ein genaues Verständnis der chemischen Vorgänge in einer Kavitationsblase ist
unerlässlich zur korrekten Vorhersage der Verhältnisse in der Blase. Sowohl die
erreichten Temperaturen und Drücke als auch der Massentransport in die
Flüssigkeit zeigen eine starke Abhängigkeit von der Art und der Energiebilanz
der vorkommenden Reaktionen.
Es wurde ein molekulardynamisches Modell einer Kavitationsblase entwickelt,
anhand dessen die Bildung verschiedener Spezies gegen Ende des Kollapses
untersucht und ihre Abhängigkeit von unterschiedlichen Parametern aufgezeigt
wird. Die Entwicklung der Dichte dieser Spezies im weiteren Verlauf des
Blasenzyklus wird diskutiert.
-
Imaging of the Influence of Surfactants on Bubble Structures [DAGA 2007 (Stuttgart)]
R. Mettin, T. Nowak, M. Ashokkumar, G. Price, D. King, W. Lauterborn and F. Grieser
[A]
The influence of surfactants on ultrasonic cavitation effects has
recently been investigated in greater detail. Among others, variations
in sonoluminescence and acoustic spectra have been attributed to
inhibition of bubble clustering. While the theoretical reasoning is
well in accordance to experiments, a direct confirmation of bubble
structure change has not been given yet. We report on high-speed
imaging experiments with the aim of direct observation of bubbles
in different surfactant solutions and at different acoustic
frequencies.
-
Untersuchung von Kavitation an sehr kleinen Ultraschallwandlern [DAGA 2007 (Stuttgart)]
T. Nowak, R. Mettin and W. Lauterborn
[A]
Ein fundamentales Problem in der Beschreibung sowie der Anwendung von
Kavitation ist ihre Skalierung bzw. in vielen Fällen ihre
'Nicht-Skalierbarkeit'. Im Falle akustischer Kavitation bezieht sich
das insbesondere auf die Schallfrequenz, deren Variation oft zu
sogenannten 'Frequenzeffekten', also qualitativen Übergängen der
sich einstellenden Phänomene führen kann. Beispiele bilden
z.B. bestimmte chemische Reaktionen oder Emulsifikationen, die im
unteren kHz-Bereich anders ablaufen als im unteren
MHz-Bereich. Grundlage hierfür können nicht nur die bekannten
Unterschiede in Bezug auf Kavitationskeimgrößen, Viskositätseffekte
oder Volumeneindringtiefen des Ultraschalls bilden, sondern auch die
konkrete Auslegung des Schallwandlers. Um diesen Einfluss besser zu
verstehen wird hier das Kavitationsverhalten an relativ untypischen
Wandlern untersucht, nämlich an sub-Millimeter-Emittern im unteren
MHz-Bereich. Untersuchungsmethoden sind mikroskopische
Hochgeschwindigkeitsaufnahmen, akustische Emissionsmessungen und
Lumineszenzmessungen.
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Raum-zeitliche Untersuchung von Sonolumineszenz und Sono-Chemolumineszenz [DAGA 2007 (Stuttgart)]
A. Otto, R. Mettin and W. Lauterborn
[A]
Die Lichtemission kavitierender Flüssigkeiten wird oft im
zeitlichen und räumlichen Mittel bestimmt, da sie nur sehr geringe
Intensitäten aufweist. Mit bildverstärkten Optiken kann man
allerdings die Mittelungszeiten für räumliche Aufnahmen
verkürzen. Zudem ist durch phasenstarr schaltbare, kurze
Belichtungszeiten eine zeitliche Mittelung über synchrone
Teilintervalle der Anregungsperiode realisierbar (vgl. Ohl et
al., DAGA'96). Entsprechend wird in dieser Arbeit versucht,
durch abbildende Lumineszenzmessungen Informationen über
Blasenaktivität in bestimmten Blasenstrukturen zu gewinnen. Ein
Ergebnis ist, dass in einer Stehwelle in Wasser bei 25 kHz die
Emission von Luminol (Sono-Chemolumineszenz) räumlich und zeitlich
gewissermaßen diffuser auftritt als die Sonolumineszenz. Dies wird im
Zusammenhang mit der Sphärizität und der chemischen Aktivität von
Kavitationsblasen diskutiert.
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Chemische Entwicklung in laser-induzierten Blasen [DAGA 2007 (Stuttgart)]
D. Schanz, T. Kurz, D. Kröninger and W. Lauterborn
[A]
Durch Fokussierung eines kurzen Laser - Pulses in einer Flüssigkeit kann durch optischen Durchbruch eine einzelne Blase zu exakt bestimmter Zeit an wohldefiniertem Ort erzeugt werden. Diese Methode wurde ausführlich zur Untersuchung der Blasendynamik unter verschiedenen Umständen genutzt. Ebenso wird sie auch z.B. in der Laser-induzierten Breakdown-Spektroskopie oder der Laser-Ophthalmologie (Augenheilkunde) angewandt. In diesem Beitrag werden die gekoppelte hydrodynamische und chemische Entwicklung einer Laser-induzierten Blase in Wasser untersucht. Dies geschieht numerisch, genauer mittels Molekulardynamiksimulation des Blaseninneren und Kontinuumssimulation des Blasenäußeren.
Es werden zwei unterschiedliche Szenarien betrachtet:
(i) eine kurzlebige Blase, welche sich nach kurzem Nachschwingen auflöst, (ii) eine in ein Ultraschallfeld gesetzte Blase, die in eine stabil oszillierende Blase übergeht.
Die räumliche und zeitliche Entwicklung von Temperatur, Druck und
Spezies-Konzentrationen in der kollabierenden Blase werden für
unterschiedliche Fälle (Laserenergie, Schallfeld, Phase des Pulses relativ
zur Periode der Anregung) dargestellt. Hervorgehoben werden dabei die
Thermo- und Chemodynamik während des ersten Kollapses und die dort
erzielten chemischen Ausbeuten. Für Fall (ii) wird die chemische
Entwicklung der Blase über mehrere Anregungszyklen betrachtet.
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Bjerkneskräfte und gleichgerichtete Diffusion in laufenden und stehenden Wellenfeldern [DAGA 2007 (Stuttgart)]
J.O. Claussen, R. Mettin and W. Lauterborn
[A]
Der Lebenszyklus von Kavitationsblasen in Ultraschallfeldern wird
theoretisch untersucht. Wesentlichen Einfluss haben hierbei die
akustischen Kräfte (Bjerkneskräfte), die zu teilweise sehr schneller
Translation im Raum sowie zu gegenseitiger Blasenanziehung
führen. Ebenfalls zentral ist die Gasdiffusion in die Blase hinein
bzw. aus der Blase heraus. Das ändert die Blasengröße und damit
deren Schwingungsverhalten.Unter der Annahme nichtlinearer, aber
kugelförmiger Oszillationen der Blasen werden relevante
Paramterbereiche für stehende und laufende Wellen sowie ihre
Überlagerungen untersucht und diskutiert. Ein wichtiges Ergebnis ist
die effektive Absenkung der Druckschwelle für gleichgerichtete
Diffusion durch Bjerkneskraft-Effekte in stehenden Wellen.
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Modellierung der Translation akustischer Kavitationsblasen [DAGA 2007 (Stuttgart)]
P. Koch, R. Mettin and W. Lauterborn
[A]
In den letzten Jahren wurde verstärkt Translation und Wechselwirkung
akustischer Kavitationsblasen im unteren kHz-Bereich experimentell und
theoretisch untersucht. Dieser Beitrag diskutiert den
derzeitigen Stand der sogenannten Partikelmodellierung, d.h. der
Nachbildung auch komplexerer Vielblasenstrukturen durch ein Ensemble
von Einzelblasen. Grundlage bilden hierbei die Bjerkneskräfte, die für
sphärische nichtlineare Blasenpulsationen berechnet werden. In Systemen
weniger Blasen wurden die Modellannahmen verifiziert und anhand
dreidimensionaler experimenteller Daten mit vielen Blasen weiter
untersucht. Schließlich wurde auch die Rückwirkung der
Blasenverteilung auf das Schallfeld durch eine modifizierte
Wellengleichung berücksichtigt. Neben einem Überblick über
Modellvoraussetzungen, Idealisierungen, Stärken und Erfolge des
Partikelansatzes kommen auch Problematiken und zukünftige
Erweiterungen zur Sprache.
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Membranreinigung mit Ultraschall [DAGA 2008 (Dresden)]
F. Reuter, R. Mettin and W. Lauterborn
[A]
Die Ultraschallreinigung von Filtrationsmembranen zur Trinkwasseraufbereitung wird untersucht.
Für die Ultraschallreinigung spielen schwingende Kavitationsblasen eine wichtige Rolle, daher wird ihnen in dieser Untersuchung besondere Beachtung geschenkt.
In einem flexiblen Testaufbau, der aus einem durchsichtigen Wasserbecken und Tauchschwingern besteht, wird ein getauchtes, aus mehreren parallelen Polymermembrantaschen aufgebautes Membranmodul im Saugverfahren betrieben. Dabei sind die Verschmutzungsseiten der Membrantaschen optisch zugänglich.
An diesem Testaufbau werden optische und akustische Messungen durchgeführt.
Dazu gehören die Vermessung der Schallfeldkonfiguration des benutzten niederfrequenten Ultraschalls unter Veränderung verschiedener, zum Beispiel geometrischer Parameter, sowie die fotografische und hochfrequenzkinematografische Aufnahme der Kavitationsstrukturen im Hinblick auf ihre Reinigungswirkung.
Gleichzeitig findet eine fortlaufende Prüfung der Membranintegrität durch Trübungsmessung und Partikelzählung statt.
Ziel der Untersuchung ist sowohl ein verbessertes Verständnis der mikroskopischen Vorgänge bei der Reinigung als auch die Erkenntnis von Optimierungsmöglichkeiten in großtechnischen Anlagen zur Trinkwasserfiltration.
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Frequenzskalierung von Doppelschicht-Kavitationsstrukturen [DAGA 2008 (Dresden)]
T. Nowak, R. Mettin, W. Lauterborn and F. Holsteyns
[A]
Kavitationsstrukturen und -effekte werden bei
verschiedenen Anregungsfrequenzen untersucht. Hierfür wurden z.T
spezifische Wandler hergestellt, um die Schallfeldgeometrie mit der
Wellenlänge zu skalieren und deren Einfluss jeweils möglichst ähnlich
zu gestalten. Untersuchungsmethoden sind
Hochgeschwindigkeitsaufnahmen, Lumineszenz- und akustische
Emissionsmessungen sowie Reinigungs- und Erosionstests.
Erste Ergebnisse zeigen einen Bereich, in dem eine gewisse
Skalierbarkeit mit der Wellenlänge gegeben ist. Damit könnte man
eventuell zu sehr hohen Frequenzen, bei denen die aktiven Blasen nicht
mehr beobachtbar sind, extrapolieren.
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Dynamik wechselwirkender Blasen bei akustischer Kavitation [DAGA 2008 (Dresden)]
A. Pluta, U. Parlitz, R. Mettin and W. Lauterborn
[A]
Ein Modell zur Beschreibung der Blasendynamik bei der akustischen Kavitation muss sowohl die Kopplung zwischen dem Schwingungs-und Translationsverhalten (z.B. primäre Bjerkneskraft) der einzelnen Blasen als auch die Wechselwirkungen untereinander (sekundäre Bjerkneskraft, Schallabstrahlung) berücksichtigen.
In numerischen Simulationen werden die Einflüsse der verschiedenen Wechselwirkungen auf die Dynamik eines Mehrblasensystems und die dadurch auftretenden Bewegungsmuster untersucht. Zunächst wird die radiale Pulsationsdynamik akustisch angeregter, sphärischer Gasblasen in einem viskosen, schwach kompressiblen Fluid mit Hilfe linearisierter Keller-Miksis-Gleichungen über ein gekoppeltes System von gedämpften getriebenen harmonischen Oszillatoren beschrieben. Anschließend wird die Auswirkung einer zeitverzögerten Kopplung sowie nichtlineare Schwingungen untersucht.
-
Einfluß der Wassertemperatur auf Wasserdampfgehalt, sonochechemische Aktivität und Lumineszenz in schallangeregten Kavitationsblasen [DAGA 2008 (Dresden)]
D. Schanz, T. Kurz and W. Lauterborn
[A]
Die in den letzten Jahren durchgeführten Simulationen der Dynamik des
Mediums im Innern einer kollabierenden, schallangeregten
Kavitationsblase
haben gezeigt, dass die Menge an Wasserdampf, die während des Kollapses
in der Blase gefangen bleibt, einen starken Einfluß auf die berechneten
Temperaturen und chemischen Umwandlungen hat.
Ein hoher Anteil von Wasserdampf in der Blase senkt die
Kollapstemperatur und Reaktionsausbeute, da die Rotationsfreiheitsgrade
des Wassers und seine
chemische Dissoziation Energie aufnehmen. Entsprechend vermindert sich
die Emission von Sonolumineszenzlicht.
Für eine Maximierung der Temperatur und das Erreichen extremer Zustände
im Kollaps sollte daher der Wasserdampfanteil im Blasenmedium
verkleinert
werden. Dies lässt sich durch eine Absenkung der Wassertemperatur
erreichen,
welche zu einer Verminderung des Dampfdruckes führt.
In der vorliegenden Arbeit wird ein molekulardynamisches Modell einer
Kavitationsblase genutzt, um den Einfluß der Wassertemperatur auf die
Menge des im Kollaps gefangenen Wasserdampfes (das 'vapor trapping') zu
ermitteln. Es werden die Unterschiede in den erreichten Temperaturen und
Drücken aufgezeigt, sowie die Auswirkungen auf die chemische Aktivität
der Blase am Beispiel des Anteils der produzierten Radikale dargestellt.
-
Entwicklung laserinduzierter Kavitationsblasen im stehenden Ultraschallfeld [DAGA 2008 (Dresden)]
L.-G. Wißmann, T. Kurz and W. Lauterborn
[A]
Es werden Untersuchungen zur zeitlichen Entwicklung der dynamischen Eigenschaften laserinduzierter, schallangeregter Kavitationsblasen unter verschiedenen Bedingungen vorgestellt. Die Blasen werden hierbei durch einen Femtosekundenlaser im stehenden Ultraschallfeld bei der Grundresonanz (44 kHz) einer wassergefüllten Küvette erzeugt. Mit Hilfe von kurzzeitbelichteten, zeitlich gestaffelten CCD-Aufnahmen wird die Blasendynamik vermessen. Die zeitliche Änderung der maximalen Blasengröße, die durch Gasdiffusion und eventuelle chemische Umwandlungsprozesse verursacht wird, kann je nach Stabilität der Blase bis zu einigen Sekunden lang verfolgt und dokumentiert werden. Durch Aufnahmen mit einer ICCD-Kamera wird parallel dazu die Entwicklung der Sonoluminenzintensität registriert. Die Abhängigkeit dieser langsamen Veränderungen von dem Gasgehalt und der Temperatur der Flüssigkeit erlaubt Rückschlüsse auf die während der Transformation einer lasererzeugten Blase in eine stabile Sonolumineszenzblase auftretenden Transportprozesse.
Lauzin, F.
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Long term monitoring site at Saint-Berthevin (France-53) : a tool for traffic noise characterisation using space and time statistical variability of acoustical and meteorological events [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
O. Baume, B. Gauvreau, M. Bérengier, F. Junker and F. Lauzin
[A]
The large influence of atmospheric conditions and ground irregularities on noise level calculation is well known from theoretical approaches or numerical developments. For instance, computing the propagation of traffic noise has held great efforts since then but those works were based on approximate environmental conditions. This paper deals with further investigations for realistic situations using statistical analysis.
We aim at introducing our long term monitoring site that was settled for new research developments. The double objective of this important equipment is to validate of our numerical models for acoustical (PE based model) and meteorological (SUBMESO) predictions, and to lead to a statistical approach. Thanks to facilities supported by the Ponts et Chaussées laboratories network and specifications of Saint-Berthevin valley - complex topography, sound source from road and railway traffic - a great tool for such analyses is available.
A software which verifies output data from this long term monitoring site (10s sampling) is currently in progress. It leads to a wide validated database of road traffic, acoustical and meteorological measurements controlled from corrupting events in non-urban areas. Then we explore new statistical theories and tools for both space and time correlation of those experimental figures, including multi-dimensional analysis. The purpose is to estimate the variability of noise levels for several time scales, from short term (10s duration) to long term (10 years) analysis to appreciate the ''long term quality'' of experimental data.
Lavandier, C.
-
How Different Sources Fill the Soudscape. A Perceptive and Acoustical Approach [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
B. Defreville, C. Lavandier and M. Laniray
[A]
In order to assess urban soundscape, new indicators are developed. These indicators should characterize the perception of sound sources in urban environment : vehicles, human voices and bird's sings. Within the framework of this article, only indicators built on identification of the vehicles are presented.
5 minutes of an uninterrupted sound stimulus, recorded in urban environment, is presented to 20 listeners. A the end of the listening, the subject is invited to evaluate 3 aspects of source perception on a scale from 1 to 10. First, the ''pregnancy'' of a sound source is assessed as the importance which it takes in its environment. Secondly, the ''presence'' and at last, the ''proximity'' of the source.
A second auditive test is also proposed. 20 listeners hear the same 5 minutes sequence, cut into a serie of 20 stimuli of fifteen seconds each. After each 15 seconds sequence, the listener is invited to note the 3 same appreciations pre-cited.
At the same time, the search for data measuring the likeness and the level of the sound sources is developed. The likeness measure, built from the spectral and temporal characteristics of a standard vehicle in a urban displacement, is stored in real time. A gauge adapted to each type of source is used as a filter to store also in real time a temporal evolution of each source. Based on those curves, new relevant indicators are studied to optimize their correlations with the perceptive ''pregnancy'', ''presence'' and ''proximity'' evaluation of each type of source.
-
Study of various situations of dominance of combined noise sources (road and railway) [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
E. Walker, M. Raimbault, C. Lavandier and C. Cremezi-Charlet
[A]
Previous studies on the evaluation of combined noise sources show that it is useful to distinguish various classes of dominance, according to a difference 5 dB between the levels of each source (road or rail). In order to improve the evaluation of these situations, several classes of dominance were compared according to the characteristics of their temporal criteria for various periods of the day (graph of LAeq time pattern and several calculated acoustic indices). The analyses confirm that the situations of combined noise sources are characterized in various ways depending on their exposure to the noise, since classes of dominance are not only shaped by the difference in sound level (LAeq) but also by features related to the sound signal itself, such as the outline, the kind, the duration and the level of emergences. The dominance of railway and road noise are thus fairly determined by this characteristics. On the other hand, the situations with no dominance have different sub-classes according to the position of the roadway and the railway facing the building. The analysis of these situations is then similar either to the dominance of railway or road, depending on the various cases of positioning studied. These results consequently demonstrate the limits of usual physical descriptors to distinguish various situations of combined noise sources.
-
New indicators for time patterns of combined noise sources (road and railway) [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
M. Raimbault, E. Walker, C. Lavandier and C. Cremezi-Charlet
[A]
Previous studies on combined noise sources show an ambiguity in the evaluation of the temporal characteristics of road traffic noise (continuous but also discontinuous for short periods) versus railway noise (short, abrupt but also recurring for a long period). To pursue this issue further, listening tests were carried out in a semi-anechoic room. Sound stimuli were shaped mixing noises of trains (high speed train, regional and suburban trains, freight) with various road traffic types (with or without truck presence). Both measurements and investigations show that temporal features are more marked in distinguishing train noises. The assessment of railway noise is characterized by the identification of a noise source, related to specific time patterns, whereas road traffic noise is mainly described through expressions related to space. The recognition or not of truck presence is then a second criterion for characterising various categories of traffic. In the same time, the study of acoustic descriptors reveals the inadequacy of the usual codings of noise sources, based on the analysis of the LAeq time pattern. In view of these results, new temporal indicators are needed to describe each phenomenon respectively. However, analysis of the judgements of the time patterns shows variations between subjects, which are problematic for shaping annoyance indicators.
Lavandier, M.
-
Perceptual and physical evaluation of loudspeakers [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
M. Lavandier, P. Herzog and S. Meunier
[A]
Normalized measurements used nowadays to compare loudspeakers are only based on a few physical characteristics (frequency response, directivity, sensibility,...). The perception of reproduced sound is not considered, although listening is the final goal of audio sources. Without tools to assess the perceived result of their work, audio professionals are restricted in the improvements that they could give to their products.
Aiming to a wider evaluation of reproduced sound, we decided to evaluate a panel of loudspeakers in two parallel ways : objective measurements and perceptive ones. The 'objective' study involves advanced physical measurements and signal processing, such as correlation, transfer, and time-frequency analysis which should allow a more accurate characterization of the sound radiated by loudspeakers. The 'perceptive'' study is based on psychoacoustical measurements. Perceptive attributes are determined that are responsible for our evaluation of an audio source. The goal of our research is to find correlations between the dimensions revealed by these two types of measurements.
First, we will present the experimental protocol chosen. It is compatible with both physical and psychoacoustical measurements as we want to correlate their results. It allows to compare different loudspeakers, at the same position in an usual room, during a unique set of the psychoacoustical experiment. Secondly, the first results of the two types of measurements will be shown. They focus on the study of the restitution of timbre so the spatial dimension of sound reproduction will not be considered here. At the end, both measurement will be compared.
Lazarus, H.
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Ergonomische Bewertung der Sprachverständlichkeit [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
L. Volberg, M. Kulka, C.A. Sust and H. Lazarus
[A]
Störungsfreie Sprachkommunikation am Arbeitsplatz ist eine wesentliche Voraussetzung für einen reibungslosen Arbeitsablauf und eine menschengerecht gestaltete Arbeitstätigkeit. Eine gestörte Sprachverständlichkeit vermindert die Arbeitsqualität und beeinflusst Befindlichkeit, Verhalten und allgemeine Gesundheit. Durch die in ISO 9921 festgelegten Standards soll das Mindestmaß an benötigter Sprachverständlichkeit in unterschiedlichen Kommunikationssituationen sichergestellt werden. In bisherigen Untersuchungen zur Sprachverständlichkeit wurde vorwiegend der Prozentsatz der vom Hörer richtig wiedergegebenen verrauschten Sprachreize (sinnlose Silben, Wörter oder Sätze) erhoben. Die zur Aufnahme der Sprachreize herangezogenen Sprecher waren zumeist trainiert. Häufig wurde das verwendete Sprachmaterial von nur wenigen oder sogar nur einem einzigen Sprecher aufgezeichnet. In der hier vorzustellenden Untersuchung sollten verschiedene alltagsrelevante Kommunikationsbedingungen berücksichtigt werden. Deshalb wurde den Hörern nicht nur von einem Profi-Sprecher aufgesprochenes Sprachmaterial dargeboten, sondern auch das von verschiedenen nicht-trainierten Sprechern. Erfaßt wurde der Prozentsatz der richtig wiedergegebenen Sprachreize. Zusätzlich wurde die subjektive Bewertung der Sprachverständlichkeit durch die Hörer mittels Fragen zu den Bereichen Coping, Konzentration, Belästigung, Verständlichkeit und Aufmerksamkeit erhoben. Es zeigte sich, daß sowohl die Ergebnisse zur objektiven Sprachverständlichkeit (Prozentsatz richtig wiedergegebener Sprachreize) als auch die subjektiven Bewertungen in hohem Maße sprecherabhängig waren. Weiterhin ergab die Prognose der Antworten auf die Bewertungsfrage ''Wie gut haben Sie die Sprache verstanden?'' durch die objektive Sprachverständlichkeit eine Varianzaufklärung von lediglich 71%.
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Evaluation of traffic noise by quality of speech communication [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
C.A. Sust, H. Lazarus, R. Steckel and M. Kulka
[A]
Evaluation of traffic noise by quality of speech communication
by Ch. A. Sust1, H. Lazarus2, R. Steckel2, M. Kulka2
1Above GmbH; 2BAuA (Federal Institute of Occupational Safety and Health)
Speech is the most important medium of communication. Disturbing communication by noise influ-ences the quality of dwellings, leisure areas, and workplaces. The quality of speech communica-tion is mainly influenced by speech intelligibility, which is used as an important instrument for dis-criminating the effects of different noises. High signal-to-noise-ratios result in a relative high speech intelligibility which is defined with defined speech material as a percentage of recognised speech items (0 to 100 %). But a high speech intelligibility does not mean automatically a high quality of speech communication, which is also influenced f.e. by necessity of concentration, of coping strategies, etc.
In two experiments speech communication will be simulated under defined conditions, which al-lows an effective evaluation of different - concerning frequency and time structure - traffic noises. That means defined speech material - monosyllables and semantically contextfree, but grammati-call correct sentences - has been recorded from different speakers (male, female, native and non-native speakers) and is presented under six different signal-to-noise-ratios (from -15 to +20 dB) of traffic noises to subjects, who have to repeat the monosyllables and the sentences. After present-ing three items subjects have to evaluate the quality with a rating scale which includes aspects of subjective speech intelligibility, concentration, annoyance and coping strategies.
Results of the first experiments, where noises varying in frequency (RR, road and train traffic noise) are used, are presented.
Le Bot, A.
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Acoustical energy diffracted around a building [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
E. Reboul, J. Perret-Liaudet and A. Le Bot
[A]
Acoustical diffraction is a current phenomena which occurs when sound waves hit obstacles: this phenomenon brings acoustical
energy into shadow areas that are prevented from direct incidence. It has been widely studied, in particular by means of the
Geometrical Theory of Diffraction (GTD) developped by Keller. This theory extends geometrical acoustics to diffraction phenomena
and proposes frequency-domain formulations for diffracted rays, asymptotically valid at high frequencies.
This paper concerns the study of diffraction by means of an original method based on energy considerations. This method relies on
the equation of the energy radiative transfer, and is well-suited for high frequency applications. This method has given rise to the
development of a specific software called CeReS. In the proposed approach, diffraction phenomena is treated by introducing diffraction
sources whose amplitudes are calculated by applying the power balance between all acoustical sources. It appears to be particularly
well-suited for multiple diffraction case as all orders of diffraction are simultaneously taken into account.
The method is applied in the case of diffraction around a building near a road. In this context, diffraction is a major phenomena
responsible for noise in the backyard of the building. Results obtained with the method are compared to reference one: enough
good agreement on sound pressure level is observed all around the building.
Le Bouquin Jeannès, R.
-
Analysis of reproducibility in auditory evoked responses to amplitude modulation [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
B. Gourévitch, R. Le Bouquin Jeannès, G. Faucon and C. Liégeois-Chauvel
[A]
The reproducibility of cortical responses to acoustic stimuli is crucial in order to draw conclusions
from stereo-electroencephalographic (SEEG) studies. The present research focuses on the repeated responses
to amplitude-modulated noises. A database composed of responses recorded from 20 epileptic patients is used.
Preliminary analyses show that neural responses display oscillating features for different auditory cortical
areas, and that these oscillations occur at the stimulus' modulation frequency. Estimating parameters in
these signals (amplitude, phase, frequency...) depends on both mathematical estimator variance and biological
recording variance. More detailed analyses show that the variance observed when measuring amplitude, phase
or frequency of the oscillation for the repeated recordings depends only on the level of depth SEEG activity.
The recording procedure was such that two different stimuli were recorded in turn randomly. Additional
analyses show that the oscillation amplitude remains constant in the course of the recordings: for 16
patients out of 20, more than 50176f leads show a constant amplitude (for 11 patients, the percentage
reaches 80%). For the remaining patients, some decreasing linear trends are observed for 2010201431360 8027777743500f leads.
These results suggest that the auditory system generates reproducible oscillation amplitude, and that
envelopeprocessing time (from the external ear to the cortical areas) is identical for all recordings.
This justifies the usual averaging of auditory responses to obtain AEPs.
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Temporal envelope coding in the inferior colliculus. Evaluation of two computational models of octopus cells [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
A. Guérin, R. Le Bouquin Jeannès and G. Faucon
[A]
Amplitude modulation (AM) is a common feature of sounds like speech, and plays an important role in intelligibility.
This paper presents two computational models of octopus cells of the inferior colliculus (IC), known to be involved
in the temporal coding of AM. These cells, characterized by onset responses, are respectively based on i) the
McGregor point neuron equations, ii) ion concentration gradient and Nernst equation. The evaluation is conducted
using a global auditory model of AM encoding, simulating processes taking place from the external ear to the IC.
The model includes a gammatone filterbank (cochlear stage), followed by a model of inner hair cells (transduction
stage) and a discharge generator (auditory nerve stage: AN). The resulting AN discharges correspond to the inputs
of a simplified cochlear nucleus, modeled as a bank of stellate cells (SC) with similar same Best Modulation
Frequencies (BMFs). Each SC neuron is implemented using modified Hodgkin-Huxley equations, with parameters tuned
to produce chopper responses with BMFs ranging from 60 to 200 Hz. The neuron axons project to the IC model where
octopus cell models enhance the synchronization to the stimulus AM by detecting the coincident activity in the SC
inputs. Simulations show that different types of temporal modulation transfer function (t-MTF) can be obtained with
a limited set of parameters and identical inputs. Measures of synchronization index show that the model based on
Nernst equation is able to synchronize over a wide range of modulation frequencies, exhibiting a lowpass t-MTF as
observed in the auditory cortex.
Le Coutre, A.
-
Generalized Cauchy Relation for elasticity of amorphous material [DAGA 2002 (Bochum)]
A. Le Coutre, J. Baller, T. Britz and J. Krüger
[A]
The transition from a simple liquid into the amorphous solid state is accompanied by the appearance of a shear modulus in addition to the longitudinal modulus. Based on Brillouin spectroscopy we will show that this apparent increase of the number of independent elastic coefficients remains virtual because a linear relationship between the elastic moduli exists, which in turn reduces the number of independent elastic constants to the number of one again. This linear relationship is a generalization of the well known Cauchy relation which usually only fits under special restrictions. The scope of validity of this linear relation will be discussed empirically on the base of Brillouin spectroscopy results of quite different materials
-
Hypersonic properties as a sensitive probe for the thermal glass transition [DAGA 2002 (Bochum)]
J. Baller, A. Le Coutre and J. Krüger
[A]
During virtrification of liquids predominantly the mechnical properties are changed. This is especially reflected by specific changes of the static and / or dynamic hypersonic properties close to the quasi-static freezing temperature. We present the Brillouin-technique as a powerful method for investigating glass formers in order to determine linear and non-linear elastic properties in the hypersound (GHz) regime. Using these high frequencies, both longitudinal and shear modulus can be measured - even in the liquid phase. Measurements of hypersonic properties of some amorphous and semi-crystalline materials during glass formation are presented. They will be used in order to discuss the nature of the canonical glass transition.
Le Duff, A.
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Characterization of a dipole radiation by Laser Doppler Velocimetry [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
G. Souchon, B. Gazengel, O. Richoux and A. Le Duff
[A]
This work concerns the use of a Laser Doppler Velocimetry (LDV) technique for measuring the acoustic particle velocity in free field condition. The aim of the study is to characterise the radiation of an acoustic dipole.
First, pressure measurements are performed in a anechoic room in order to estimate the dipole moment used in a radiation model. Pressure measurements are also performed in the LDV experimental room (semi-anechoic room) using the same experimental protocol. In this case, results highlight the great influence of the environment (room and experimental system acoustic properties), especially at low frequency.
In a second time, acoustic velocity measurements are performed in the semi-anechoic room using the LDV system and a sound intensity probe.
The study points out two major results :
- As shown by the pressure measurements performed in the preliminary study, velocities deduced from the sound intensity probe and from the radiation model does not agree for low frequency, the room being not anechoïc.
- The acoustic velocity estimated by means of the LDV bench and by the sound intensity probe agree for medium frequency (1 kHz). For low frequency, the acoustic velocity can not be estimated by means of the LDV system because of the natural convection that exists in the room.
The presented results show that it is possible to estimate the acoustic particle velocity in free field condition with a flow velocity in order of 20 mm/s and acoustic velocity in order of 4
mm/s with a frequency of 1000 Hz.
Le Goff, N.
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Sensitivity to ITD Changes in a Binaural Detection Model [DAGA 2007 (Stuttgart)]
A. Kohlrausch, N. Le Goff and J. Breebaart
[A]
In this contribution, we analyze the binaural model, proposed by
Breebaart, van de Par and Kohlrausch in 2001, for its ability to
predict just noticeable differences in interaural time differences
(ITDs). This model is conceptually similar to crosscorrelation models,
and the relevant model property for ITD detection is its internal
delay line. We first study, which point along the internal delay axis
changes most when the ITD of a sinusoidal stimulus changes. There are
two candidate positions: First, the position where the
crosscorrelation function of the reference stimulus has its maximum
(e.g., zero ms for a stimulus without any ITD), and secondly a point
at which the crosscorrelation function has its steepest slope, which
is at a delay corresponding to a quarter period of the stimulus. With
this analysis, we can also compare the model's thresholds depending on
the considered positions. A second question of interest is how the
model deals with stimulus randomness in ITD experiments. From
perception experiments it is known that the thresholds for sinusoidal
stimuli and for narrowband random-noise stimuli with the same center
frequency are very close.
Le Pollès, T.
-
Sound Field Modelling in a Narrow Street by the Transport Theory [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
T. Le Pollès, J. Picaut and M. Bérengier
[A]
In this paper, we present an original approach for the diffuse sound field modelling in a narrow street. Using the concept of sound particles, we show that the temporal and spatial distribution of sound energy in a street may be solution of a transport equation, where the boundary conditions are defined for mixed specular-diffuse reflections. In order to apply this model, an asymptotic solution is detailed. In this case, we show that the transport equation may be reduced to a diffusion equation for the sound energy, where the diffusion coefficient depends only on the street width, the ratio of specular and diffuse reflections, and the diffuse reflection law. In order to validate the model, measurements have been carried out in a narrow street and compared with the solution of the diffusion equation. The results show that a good agreement is obtained, both for the sound levels and the reverberation times in the street.
Le Roux, J.-C.
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Temporal Formulation in the Wave Number Domain of Forward Propagation of Time Evolving Acoustic Pressure Fields [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
V. Grulier, J.-H. Thomas, J.-C. Pascal and J.-C. Le Roux
[A]
The wavenumber method using the FFT algorithm has proven to be a more efficient tool than the Rayleigh integral method for calculating harmonic acoustic fields from planar radiators (Williams, Maynard). However, this method is not adapted when considering non-harmonic acoustic fields. Therefore the aim of this work is to provide a relevant reconstruction of non-stationary acoustic fields using a time domain impulse response formulation of the problem in the wavenumber domain. This formulation, to our knowledge first given by Forbes and Stepanishen, allows a real-time prediction of the acoustic wave propagation in the near-field of vibrating structure or in waveguide for applications in active control.
First the acoustic propagation in the wave number domain described by the temporal wave equation in plane geometry is considered. A two-dimensional Fourier transform is applied to this equation that leads to a differential equation written in a Laplace formalism. The resolution of this equation gives the expression of an impulse response that, convolved with each component of the time-dependant wavenumber spectrum in a mesurement plane, yields the wavenumber spectrum in a forward plane. Then the two-dimensional inverse Fourier transform in space domain provides the instantaneous spatial pressure in the forward plane. Some explanations to reach the formulation are given in the paper.
Numerical simulations are also reported to confirm the validity of this formulation. These simulations deal with sources composed of monopoles and more complex planar radiators whose sound emission fluctuates in time.
Le Saout, J.-Y.
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Supervision of perceived quality in VoIP telephony services [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
J.-Y. Le Saout
[A]
The supervision of the quality of new telephony services is a real challenge for telecommunication operators. Currently, different methods and tools are used, whose advantages and drawbacks will be briefly discussed. As far as Voice over IP is concerned, the fact that packet and signal are processed by the terminal makes it necessary to measure the end to end (from mouth to ear) quality, not only network QoS, and thus to take into account the terminal behaviours. The installation of probes on the end point terminals allows such an evaluation and makes it possible to apprehend the real quality perceived by the user by taking into account other parameters than networks metrics such as jitter or packet loss ratio..
In this presentation, we will describe an original operational solution to the problems of supervision of the quality of VoIP telephony services based on this concept. This solution is based on a soft probe installed on the VoIP terminal of the user (PC with soft phone or IPphone). During communications, and without interfering or disturbing the conversation, such a probe can determine parameters characterizing the perceived quality, based on the analysis of the speech signal (e.g. : P.56, P.561, P.SEAM) or of the protocol (e.g. Y.1540, P.VTQ). At the end of each communication the probe uploads the measurement results to a central server from where actions of supervision or correction can be performed.
Lebaili, S.
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Non Destructive Evaluation of Materials Properties by Ultrasounds [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
A. Badidi Bouda, R. Halimi, M. Benzohra, A. Benchaala and S. Lebaili
[A]
The ultrasonic waves, with the matter interaction study, is an increasingly effective tool for qualitative and/or quantitative characterization of industrial materials.
In this article we describe experimental studies, which were the work object at the Welding and Control Center (CSC), based on the measurement of some simple ultrasonic parameters such as propagation velocities and attenuation coefficients of the longitudinal and transverse waves through various samples.
These measurements were taken on samples of suitable nature , shape and dimensions and eventually heat treated in order to obtain the required properties.
The analysis of the obtained results showed that one can determine, by simply measuring the parameters above cited, quantitatively with an appreciate precision:
éæ the second elastic constants of several materials
éæ the width of the heat affected zone (HAZ) of a welding operation which is a representative parameter of the weld quality .
éæ the third elastic constants of some materials if a tensile testing machine is available.
This experimental work, also, shows the possibility to assess the qualitative hardness and grain size [1, 2] of a steel only from its longitudinal velocity wave.
The experimental results obtained are compared with those obtained by classical methods or quoted from the literature, discussed and analyzed in order to develop non destructive techniques for materials characterization by ultrasounds.
[1] A. Badidi Bouda & al Ultrasonic characterization of materials hardness, Ultrasonic, vol.38, 2000, pp224-227
[2] A. Badidi Bouda & al, Grain Size Influence On Ultrasonic Velocities and Attenuation, NDT&E International, in press.
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Comparative Study of the Weldings NDT Results by Ultrasounds and Radioscopy [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
A. Badidi Bouda, R. Halimi, A. Mebtouche, M. Benzohra, A. Benchaala and S. Lebaili
[A]
Non destructive testing of welded joints, which are the most vulnerable parts in the industrial facilities is requested more and more. The techniques of NDT the most used in these cases is
radiography and the ultrasounds. In this article we were interested in the non destructive testing of joints welded out of stainless steel used regularly for certification of levels I and II NDT operators .These parts contain the most current defects like the cracks, the lacks of fusion which are harmful defects and inclusions which in general are tolerated until a certain concentration.
The ultrasonic inspection was carry out by two methods per contact and in immersion by using transducers of different frequencies. These tests showed that the results on the detection and the dimensioning of certain defects can be influenced by changing the testing method or simply by modifying one or more parameters of control. This can have serious consequences on the result of a control. The samples controlled by ultrasounds were controlled by radioscopy for confirmation and comparison.
Lebedev, A.
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Influence of Liquid Injection at the Nose of a Supersonic Aircraft on the Sonic Boom [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
I. Salah El Din, A. Lebedev, J.-P. Boin and T. Alziary de Roquefort
[A]
The objective of this study is to investigate the influence of liquid injection at the nose of a supersonic aircraft on the near field and ground pressure signature. An experimental study is performed in a small supersonic tunnel (150x150mm) at Mach 2 using a generic model aircraft with a double sweep delta wing. The pressure measurements provide the near field signature around the aircraft on a cylinder at a distance 1.7L where L is the length of the model. A numerical code is then used to find the extrapolated signal at ground level. The method involves two steps: first, the far field signature corresponding to the near field data set is computed using a matching method. Then the theory for non linear acoustic propagation through a non uniform medium is used to find the ground signature.
A significant influence of liquid injection is observed, hence opening a possibility of reduction of the sonic boom. Detailed analysis of the aspect of the signal with and without injection can be found in the final paper.
Lebiedowska, B.
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Approaches to classification of urban areas in relation to transport noise impact [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
B. Lebiedowska and M. Maurin
[A]
Transport noise and its distribution are conditioned not only by road- and street-loads but also by the spatial organisation of a region, and, in urban areas, also significantly by the spatial (geometric) form of the city.
Our aim is to determine the relationship between energy distribution and urban morphology, despite the multiplicity of factors influencing noise propagation in built-up areas that render this issue difficult. These factors may be classified in three groups: physical factors (source - propagation of the acoustic wave), geometric factors (geometry of an area together with its buildings), and human factors (vulnerability to excessive noise, differentiated perception).
Due to the time needed for in situ measurements, and, consequently, required financial resources, and because of a somewhat limited body of data provided by them, direct study methods are necessarily substituted with increasingly more common computer simulations. While measurements are first of all a reflection of the actual situation, and their comparison is possible exclusively in the case of actual, existing urban structures, simulations make it possible to assess the influence of individual elements defining the geometry of a city.
Attempts at comparative analysis based on simulations and in situ studies have been made by a number of research centres. In this presentation, primary attention is given to the studies conducted at INRETS, using both in situ measurements and the results of simulation techniques. A certain limited classification of urban areas in relation to transport noise impact is proposed on their basis.
-
Unconventional method of the evaluation of acoustic comfort of pedestrians in urban space [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
B. Lebiedowska, J. Beaumont and M. Jablonski
[A]
A number of indicators are used in room acoustics to define the quality of the reception of an acoustic signal and, consequently, to evaluate the acoustic quality of an enclosed space from the point of view of the audience.
It may thus be accepted that acoustic indicators applied in room acoustics, such as Reverberation Time (RT) or Early Decay Time (EDT), could also be employed for the purposes of the acoustic evaluation of urban interiors, including open spaces. It would contribute to an improved assessment of acoustic comfort of occupants of such a space, as, for instance, pedestrians travelling through city streets.
A direct analysis of the acoustic climate of urbanised spaces, based on in situ measurements, both requires a great deal of effort and is highly expensive. The measurement procedure may, however, be eliminated in many cases, and the interpretative process, useful in several preliminary analyses, simplified. A simple analogy between an enclosed space, limited by strict geometric dimensions, and an open space whose boundaries are arbitrary, was the underlying assumption in the analysis.
Computer simulations of such spaces were examined. The simulations relied on numerical calculations performed in keeping with the European standards based on the Mithra program (software used in out-door acoustic) and the Odeon program (software used in room acoustic).
The analysis of the results shows that the methodological approach adopted should be developed and future studies on the issue are called for.
Leble, S.
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Two-side distribution function and WKB solutions for ultrasound at stratified gas [DAGA 2006 (Braunschweig)]
M. Solovchuk and S. Leble
[A]
The system of hydrodynamic-type equations, derived by two-side distribution function for a stratified gas in gravity field is applied to a problem of ultrasound propagation and attenuation. The background state and linearized version of the obtained system is studied and compared with the Navier-Stokes one at arbitrary Knudsen numbers. The WKB solutions for ultrasound in a stratified medium are constructed in explicit form. The problem of a generation by a moving plane in a rarefied gas is explored and used as a test while compared with experiment.
Lecheler, A.
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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.
Lechner, C.
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Ringversuch Messung der Schallimmission 2003 [DAGA 2005 (München)]
C. Lechner
[A]
Das Forum Schall im Umweltbundesamt hat bereits eine fast 10-jährige Tradition bei der Durchführung und Auswertung von Ringversuchen im Bereich der Schalltechnik. So wurden wiederholt In-Situ-Bauakustikmessungen, Messungen der Schallimmission durch Betriebe und Straßenverkehr und Schallemissionsmessungen in Ringversuchen untersucht. 2003 erfolgte ein weiterer Ringversuch zur Messung der Schallimmission, welcher um die Beurteilung erweitert wurde. In Österreich ist dazu die einschlägige Prüfanweisung die ÖNORM S 5004. Um die Vertrauensbereiche der Messungen selbst bestimmen zu können, ohne relevante Schwankungen in der Ausbreitung oder in der Quelle in Kauf nehmen zu müssen, wurde eine eigene Schallquelle bestehend aus CD-Spieler, Linearverstärker und Bauakustiklautsprecher zur Abstrahlung der Messsignale aufgestellt. Die Kalibrierung erfolgte über ein eingebautes Voltmeter mit hoher Präzision. Dadurch ist die Reproduzierbarkeit des Ringversuches in hohem Maß gegeben. Die Anordnung ermöglicht das Abspielen verschiedener Signale, die auch unterschiedliche Bewertungen nach der Messnorm verlangen. So konnte nicht nur der Vertrauensbereich der Messung sondern auch der Bewertung ermittelt werden. Am Ringversuch beteiligten sich 17 Prüfstellen sowohl aus dem amtlichen wie auch aus dem privaten Bereich, insgesamt waren 28 Messteams im Einsatz. Zu bewältigen waren sechs Messaufgaben mit fünf Mehrfachmessungen. Die Auswertung des Ringversuches zeigte bei der Einzahlangabe des LA,eq eine gute Übereinstimmung mit den Vertrauensbereichen anderer schalltechnischer Messungen, hinsichtlich der Bildung des Beurteilungspegels Lr war eine große Streuung gegeben, die eine klare Aufforderung nach Verbesserungen zeigt. Das Ergebnis des Ringversuches wird sowohl im Bereich der Normung zur Messung der Schallimmission wie auch in die Richtlinienarbeit ''Beurteilung der Schallimmission'' einfließen.
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Beurteilung der Schallimmission im Nachbarschaftsbereich - ÖAL-Richtlinie Nr. 3 (Teil 1 und 2) [DAGA 2007 (Stuttgart)]
W. Talasch and C. Lechner
[A]
In Österreich richtet sich die Beurteilung von Schallimmissionen nicht an starren, gesetzlich geregelten Grenzwerten, sondern ist eine Beweisfrage, welche nach dem Stand der Wissenschaft in den einzelnen Genehmigungsverfahren zu behandeln ist. Die ÖAL-Richtlinie Nr. 3 hat sich als Standardwerk zur Beurteilung der Schallimmission im Nachbarschaftsbereich in Österreich etabliert. Die fünfte Auflage aus dem Jahr 1986 entsprach jedoch auf Grund der Änderungen im europäischen und österreichischen Recht wie auch auf Grund der neueren wissenschaftlichen Erkenntnisse nicht mehr in allen Bereichen. Aus diesem Grund wurde in den letzten Jahren intensiv an der Entwicklung einer völlig neuen Beurteilungsrichtlinie für Schallimmissionen gearbeitet. Während die bisherige ÖAL-Richtlinie Nr. 3 nur für die Beurteilung von Anlagen anzuwenden war, regelt die neue Richtlinie Schallimmissionen von Anlagen wie auch von Verkehrsträgern (Straße, Schiene, Flugverkehr), Bautätigkeiten und Veranstaltungen.
Die Richtlinie zeigt ein dreistufiges Beurteilungsschema. Im ersten Schritt wird überprüft, ob die Grenze der Gesundheitsgefährdung unterschritten ist, im zweiten, ob die zu beurteilenden Schallimmissionen relevante Auswirkungen auf die Umgebung haben (planungstechnischer Grundsatz - Irrelevanzkriterium). Ist dies der Fall, ist eine individuelle schalltechnische und lärmmedizinische Beurteilung unter Berücksichtigung der akustischen und außerakustischen Parameter durchzuführen. Die Richtlinie selbst ist in Verfahrensabläufen basierend auf Flussdiagrammen aufgebaut. Bei dieser Richtlinie wurde besonders darauf geachtet, einen eindeutigen und nachvollziehbaren Beurteilungsablauf zu erzielen.
Leckschat, D.
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Untersuchung von Gradientenmikrofonen höherer Ordnung für automatische Spracherkennung in Kraftfahrzeugen [DAGA 2000 (Oldenburg)]
R. Aubauer and D. Leckschat
[A]
Es wird ein Gradientenrichtmikrofon zweiter Ordnung vorgestellt, das im Hinblick auf Freisprechen und automatische Spracherkennung in Kraftfahrzeugen untersucht wurde. Die Entwicklung eines einfachen elektronischen Empfindlichkeitsabgleichs ermöglichte die Verwendung von preisgünstigen Mikrofonkapseln mit üblichen Toleranzen. Die Richtcharakteristik ist im Telefonfrequenzbereich nahezu frequenzunabhängig. Das die Unterdrückung von Diffusschall charakterisierende Bündelungsmaß des Mikrofons ist mit 8,8 dB deutlich höher als das von konventionellen Richtmikrofone, die in der Telekommunikation eingesetzt werden. Störgeräusche und unerwünschte Schallanteile, die aus Richtungen außerhalb der Mikrofonhauptrichtung eintreffen, wie z. B. Nachhall und konkurrierende Sprecher werden signifikant stärker unterdrückt. Das Mikrofon wurde in einer Kraftfahrzeugumgebung anhand der Erkennungsrate eines sprecherabhängigen Einzelworterkenners mit Gradientenmikrofonen geringerer Ordnung verglichen. Bei einem optimalen Einbau konnte die Störgeräuschrobustheit des Erkenners um mindestens 4,7 dB gesteigert werden. Die Einflüsse der Raumakustik und der Mikrofonpositionierung auf die Erkennungsrate wurden gesondert untersucht. Es konnte gezeigt werden, daß der in einem Fahrzeug auftretende diffuse Nachhall praktisch keinen Einfluß hat, jedoch einzelne, starke Reflexionen die Spracherkennungsrate in einer Störgeräuschkulisse deutlich beeinträchtigen können. Es werden Schlüsse bezüglich einer optimalen Anordnung von Freisprechmikrofonen in Kraftfahrzeuge gezogen.
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Einsatz von Flächenlautsprechern nach dem Biegewellenprinzip in Kommunikationsterminals [DAGA 2000 (Oldenburg)]
D. Leckschat
[A]
Die Telekommunikation steht vor dem Schritt in die dritte Mobilfunkgeneration. Die in dieser Generation verfügbaren höheren Datenübertragungsraten erlauben Anwendungen und Diens-te, die mit heutigen GSM-Geräten nicht realisierbar sind, etwa Bildtelefonie und Zugriff auf multimediale Inhalte über das Internet. Der Trend zur Mobilität erfordert dennoch möglichst kleine und handliche Geräte, deren Front wohl weitgehend von einem Display überdeckt sein wird und wo kaum Platz für konventionelle Lautsprecher ausreichender Qualität vorhanden ist. Demzufolge sucht man nach innovativen Lösungen, um eine breitbandige Wiedergabe trotz sehr kompakter Abmesssungen zu erreichen. Im Beitrag wird hierzu der Ansatz erörtert, die transparente Displayabdeckung als Biegewellenschwinger auszuführen und so eine nennenswerte schallabstrahlende Fläche insbesondere für die Tiefenwiedergabe zu nutzen.
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Raumimpulsantworten in der Produktion von 5.1 Filmton [DAGA 2002 (Bochum)]
A. Turnwald and D. Leckschat
[A]
Die Verfügbarkeit von Geräten zur künstlichen Verhallung, welche die Möglichkeit bieten, mehrkanalige, am Aufnahmeort gemessene Raumimpulsantworten (RIA) in der Ton-Nach-bearbeitung eines Films zu verwenden, wurde im Rahmen eines Filmprojekts dazu genutzt, diese neuen technologischen Möglichkeiten mit der konventionellen Technik zu vergleichen. Es wurden mit unterschiedlichen Surround-Mikrofonanordnungen 'on location' fünfkanalige RIAs gemessen. Bei der Postproduktion wurden die Synchronsignale mit Hilfe von Faltungsprozessoren verhallt. Der Beitrag berichtet über die Praktikabilität des Verfahrens, was die Erfassung der benötigten RIAs angeht. Ferner wird über das Vergleichshören berichtet, das klären sollte, inwieweit mit dieser Methode ein gesteigerter Realismus und damit verbunden ein höherer emotionaler Wert einer Filmproduktion erreicht werden kann. Dabei müssen die verschiedenen Abhörbedingungen mit berücksichtigt werden.
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Hörversuche zur Evaluierung der Verhallung mit gemessenen Raumimpulsantworten in der Surround-Filmpostproduktion [DAGA 2003 (Aachen)]
D. Leckschat and A. Turnwald
[A]
Die Verwendung mehrkanaliger, am Set einer Filmaufnahme gemessenen Raumimpuls-ant-worten (RIA) zur Verhallung von Sprache und Synchrongeräuschen bei der Filmton-Produk-tion wurde bereits in einem früheren Beitrag unter technischen Gesichtspunkten vorgestellt [1]. Das Ziel der Verhallung mit authentischen RIA's anstelle konventioneller Hallgeräte liegt in der realistischeren, packenderen Einbindung des Kinogängers in das Geschehen auf der Leinwand. Die zwischenzeitlich abgeschlossenen Hörversuche mit verschiedenen Abmischungen des fünf-kanaligen Filmtons wurden in einem Kinosaal durchgeführt, um die dort anzutreffenden, genau spezifizierten akustischen Verhältnisse (Nachhallzeiten, Anordnung, Richtcharakteristi-ka und Frequenzgänge der Lautsprecher etc.) bei der Wieder-gabe zu berücksichtigen. Im Ergebnis resultiert eine klare Bevorzugung der mit authentischen, mehrkanaligen RIA verhallten Surround-Versio-nen gegenüber Film-sze-nen, die mit den Standardhallgeräten der Filmbranche erstellt wurden. Dabei treten signifi-kante Unterschiede auf zwischen den ver-schiedenen Mikrofonierungs-arten, mit denen die Erfassung fünfkanaliger RIA's on location durchgeführt wurde. Der verbesserten emotionalen Qualität der RIA-Verhallung steht ein heute noch erhöhter technologisch-logistischer Aufwand gegenüber, der retrospektiv im Beitrag erörtert wird. [1] ANDREAS TURNWALD, DIETER LECKSCHAT Raumimpulsantworten in der Produktion von 5.1 Filmton DAGA 2002 [2] ANDREAS TURNWALD Anwendung von Raumimpulsantworten in der Filmton-Produktion Diplomarbeit an der FH Düsseldorf 2002, herunterladbar bei www.phonmeister.de.
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Realization of a Dynamic Equalizer for Audio Signals using Linear Phase IIR Digital Filters [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
D. Leckschat and O. Luedecke
[A]
Equalizers with signal-dependant filter characteristics have
a wide application
field in audio restauration, sound reinforcement, mastering,
sound design and
others. Moreover it is desirable for many applications that
the filters are
phase linear. In the literature a method has been introduced
to realize phase
linear digital filters of the IIR type using local time
reversal. We report on
two implementations of an algorithm which supports the
linear phase IIR method
and the real time morphing of filter coefficients in
dependance of the signal
level. One solution works as a native plug-in which can
easily be integrated in
most audio processing programs while the other one is a
48-Bit DSP software used
on dedicated signal processing cards. - Processing power and
memory
considerations will be discussed as well as performance aspects.
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Wellenfeldsynthese: Untersuchungen zu Alias-Artefakten im Ortsfrequenzbereich und Realisierung eines praxistauglichen WFS-Systems [DAGA 2005 (München)]
D. Leckschat and M. Baumgartner
[A]
Die akustische Wellenfeldsynthese (WFS) ist seit Jahren in vielen Facetten bekannt, jedoch kam es bedingt durch den erhöhten Aufwand kaum zu Realisierungen außer einigen Spezialanfertigungen. Die Autoren haben zunächst einige Grundlagen der WFS ausgearbeitet und anschliessend ein praxistaugliches und kostengünstiges System konzipiert und realisiert.
Untersucht wurden insbesondere Artefakte, die in der örtlich diskreten Abtastung und Rekonstruktion eines Schallfeldes begründet sind (spatial aliasing). Im Zuge einer Simulation wurden Schallfelder, welche durch die Wellenfeldsynthese entstehen, berechnet und mit einem signaltheoretischen Ansatz beschrieben. Die Ausprägung von Wellen in einer Hörzone wurde mittels zweidimensionaler Fouriertransformation in den Ortsfrequenzbereich transformiert. Aus der Beschreibung des Syntheseprozesses im Ortsfrequenzbereich ergeben sich Kriterien für das Auftreten von Aliasartefakten in Abhängigkeit von der Wellengestalt und den akustischen Eigenschaften der Lautsprecher.
Von der FH Düsseldorf wird ein System vorgestellt, welches durch den bevorzugten Einsatz von handelsüblichen Komponenten mit besonders günstigem Preis-/Leistungsverhältnis und eine Vorverarbeitung der Audiosignale gekennzeichnet ist. Es ist zudem mobil und vergleichsweise einfach zu handhaben und soll damit Anwendungsgebiete erschließen, für die eine große und teure Anlage nicht in Frage kommt, etwa bei Präsentationen oder Messeauftritten sowie Produktion und Wiedergabe von Ton- und Filmerzeugnissen für kleine bis mittlere Auditorien.
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Wellenfeldsynthese: Entwicklung eines Konzepts für Flächenstrahler zur Beschallung von Innenräumen mit WFS-Mehrkanalton [DAGA 2007 (Stuttgart)]
D. Leckschat
[A]
Auf der DAGA 2005 wurden Grundlagenberechnungen zur akustischen Wellenfeldsynthese (WFS) sowie die erste Realisierung eines WFS-Systems an der FH Düsseldorf vorgestellt. Im vorliegenden Beitrag wird der aktuelle technische Stand geschildert, sowie über Erfahrungen mit der Produktions- und Wiedergabeumgebung berichtet. Das System konnte sich - in unterschiedlicher Ausgestaltung - während einer Demonstrationstour in Japan ebenso bewähren wie auf nationalen Messen. Weiterhin wurden bereits mehrere Filme in WFS-Ton produziert.
Ein neues Konzept wird derzeit entwickelt, um das Problem der zahlreichen notwendigen Lautsprecher bei der Wellenfeldsynthese für Consumeranwendungen zu entschärfen. Es hat sich gezeigt, dass die gelegentlich propagierten Biegewellenlautsprecher für diese Anwendung in der Praxis gravierende Nachteile aufweisen. Im Beitrag werden Anforderungen an eine ''Akustische Tapete'' formuliert, die eine Beschallung von Innenräumen mit WFS-Mehrkanalton ermöglicht. Abschätzungen bezüglich der Geometrie und der elektroakustischen Eigenschaften werden vorgenommen und die Ergebnisse diskutiert.
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Berücksichtigung der Kopfposition bei der Erzeugung eines virtuellen Kopfhörers mittels Wellenfeldsynthese [DAGA 2008 (Dresden)]
R. Franke, G. Theile, K. Laumann and D. Leckschat
[A]
Das auf der DAGA 2006 unter dem Namen ''Binaural Sky'' vorgestellte
Audiowiedergabesystem erzeugt unter dem Einsatz von Wellenfeldsynthese und
Auswertung der Kopforientierung fokussierte Schallquellen mit konstanter
Position im kopfbezogenen Koordinatensystem [Menzel et al.: ''Binaurale
Raumsynthese mittels Wellenfeldsynthese - Realisierung und Evaluierung''].
In Kombination mit einer inversen HRTF-Filterung zur Übersprechkompensation,
dienen diese Quellen als Transaural-Schallquellen bei der Synthese eines
virtuellen Kopfhörers.
Es wird eine Methode präsentiert, welche dem Hörer im Vergleich zum
ursprünglichen System eine angemessene Bewegungsfreiheit einräumt, indem
nicht nur rotatorische, sondern auch translatorische Bewegungen des Kopfes bei der Erzeugung des virtuellen Kopfhörers berücksichtigt werden.
Das Prinzip besteht in der dynamischen Positionsanpassung der fokussierten Schallquellen an den Standpunkt des Hörers, wobei die vorberechneten FIR-Filter für die Übersprechkompensation unverändert bleiben. Die Methode wurde in das bereits bestehende System integriert und anhand von Messreihen evaluiert.
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Neugestaltung eines vorlesungsbegleitenden Praktikums im Fach Tonstudiotechnik unter Einbeziehung der didaktischen Möglichkeiten des E-Learning [DAGA 2008 (Dresden)]
D. Leckschat, J. Link and M. Schucker
[A]
Auch an der Fachhochschule Düsseldorf werden Diplomstudiengänge auf das Bachelor-/Mastersystem umgestellt. Damit verbunden sind regelmäßig Kürzungen im Curriculum, zusammen mit einer Erhöhung der Studierendenzahl. Im Fach ''Tonstudiotechnik'' des Studiengangs Medientechnik wurde die Umstellung zum Anlass genommen, ein völlig neu konzipiertes und ausgestaltetes Praktikum anzubieten.
Die Umstrukturierung war Anlass für mehrere Modernisierungsschritte: 1. Anpassung an die Zielgruppe. Dazu wurde eine Erhebung bei Studierenden über Vorkenntnisse, Interessen und Erfahrungen mit bisherigen Lehrveranstaltungen durchgeführt und ausgewertet. 2. Anpassung an aktuelle Technologie. Dazu wurde ein Labor mit neuen Arbeitsplätzen für Musik- und Audiobearbeitung ausgestattet. 3. Didaktische Neuausrichtung. Nicht zuletzt durch die Notwendigkeit steigender Studierendenzahlen motiviert, wurde eine E-Learning-Komponente in die Lehrveranstaltung integriert. Sie dient dem Selbststudium, beinhaltet Lernkontrollen, ermöglicht die technische Gehörbildung in zeitlicher und räumlicher Unabhängigkeit und dient auch der Vorbereitung von insgesamt drei Vorkolloquien.
Die eigentlichen Praktikumstermine umfassen Stoff von der Mikrofonaufnahmetechnik über die Musikmischung (die den größten Anteil hat) bis zur Datenreduktion. Es wird exemplarisch Material eines eigens komponierten Rock-/Popsongs mit den einschlägigen Tools der professionellen Tontechnik bearbeitet, bis hin zum Mastering. Viele Versuche enthalten ein ''Basis''-Aufgabenpaket und eine ''Advanced''-Erweiterung. Der erste Jahrgang, der dieses Praktikum durchlaufen hat, hat durchweg eine hohe bis sehr hohe Zufriedenheit bekundet.
Leduc, D.
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Propagation of Lamb waves in anisotropic rough plates: a perturbation method [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
C. Potel, D. Leduc, B. Morvan, P. Pareige, C. Depollier and J.-L. Izbicki
[A]
In this paper, the propagation of Lamb waves in a plate of anisotropic solid with a randomly rough surface is studied. The profile of the surface is described by its statistical properties: its mean value and the mean square deviation of the surface from the flatness. In the small roughness limit, the dispersion relation of the Lamb waves is derived from an effective boundary condition by a perturbation method. In this model, the roughness of the stress-free boundary induces a small complex perturbation of the dispersion relation: the real and imaginary parts of which are related respectively to the shift frequency and to the attenuation of the wave. Analytical and numerical results are presented for both the shift and the attenuation of the waves, showing that two mechanisms contribute to the decay of a Lamb mode: its decay into bulk elastic waves and its decay into other Lamb modes. Experimental results are presented in glass plates and duralumin plates are compared to the theoretical results.
Lefebvre, A.
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Frequency effect on the cell detachment by ultrasound [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
L. Peyre, D. Callens, A. Lefebvre, E. Radziszewski, H. Hildebrand and J.-J. Fabre
[A]
Like any physiological phenomena, the integration of biomaterials is controlled by different biological processes. One of the most important is adhesion quality between tissues and implant. The mechanical properties of the interface cells/substrate are directly related to the quality of adhesion. Only some techniques are able to give quantitative information on this adhesion, and none to our knowledge uses ultrasounds however known to be an efficient tool in mechanical properties investigations. Our objective is to observe the behaviour of adherent MC3T3-E1 subjected to a quantified insonification. The cells were cultivated on a glass substrate during 3 days. We used continuous longitudinal waves to apply variable and quantified ultrasonic stress on cell culture. Two parameters of the insonification were investigated: frequency and power. Initially the cells detached during experimentation are counted in order to obtain curves of detachment according to the desired parameter. Secondly, we observed using a laser interferometer the amplitude of the oscillations undergone by the cells during the insonification. We succeeded in establishing the link between observations made with the interferometer and the curves of cellular detachment. This link made it possible to obtain a value of the cells adhesion force for the considered substrate and time of culture.
Lefebvre, J.-P.
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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.
Lefèvre, J.
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Finite Element Methods for the Analysis of Smart Vibro-Acoustic Systems [DAGA 2006 (Braunschweig)]
J. Lefèvre and U. Gabbert
[A]
Over the last few years a lot of scientific work has been done in the field of piezoelectric smart structures. The objective of such active control concepts is to reduce the structural vibrations as well as the radiated sound. Therefore, thin piezoelectric wafers are used as distributed actuators and sensors. An effective engineering design process requires a virtual overall model containing the main functional parts of the system. These are the passive thin-walled structure, the piezoelectric elements, the acoustic fluid (interior and exterior domains), the modelling of the vibro-acoustic coupling and also the controller influence. The paper presents such a numerical overall model, completely based on the finite element method (FEM). Furthermore, model reduction techniques for controller design purposes are taken into consideration. As a test example the behaviour of a smart vibro-acoustic box is presented, which demonstrate the performance of the developed software approach. Finally, optimization methods for the actuator/sensor placement are discussed.
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Active Noise Reduction of Vibroacoustic Systems Using Model Based Control [DAGA 2007 (Stuttgart)]
S. Ringwelski, J. Lefèvre, T. Nestorovic and U. Gabbert
[A]
In recent years acoustic noise reduction has become an important concern in many industrial applications. Noise reduction increases the comfort of a system and reduces the noise radiation into the environment. Consequently, the noise level has become a vital development target, since it contributes to product quality and customer satisfaction.
The usual way to reduce the sound emission of a structure is the application of additional damping materials. Such damping materials are not very efficient in the lower frequency range and increase considerably the weight of a structure.
The application of smart structural concepts is an alternative way to actively reduce the noise emission. A smart structure consists of a passive mechanical structure and integrated active materials, which in connection with a properly designed controller actively reduce unwanted noise emissions.
The paper first presents briefly an overall finite element approach to the modelling of active vibroacoustic systems. Then it is shown how such a model can be used for controller design purposes, with the focus on model based linear quadratic control. The numerical design process is verified by experimental investigations. Therefore an experimental set-up consisting of a rectangular clamped plate with a coupled cavity has been developed. The plate is attached with piezoelectric patch actuators and sensors. The experimental set-up enables the measurement of the controlled and uncontrolled sound level in the cavity. The accuracy and the performance of the numerical design approach are evaluated by experimental results, which show a good agreement between the simulations and measurements.
Legler, R.
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Vertäubung und Erholung des Gehörs nach energie-äquivalenten Belastungen [DAGA 2003 (Aachen)]
H. Strasser, H. Irle and R. Legler
[A]
Um zum einen zur Frage der eventuellen Gültigkeit der Energie-Äquivalenz bei Schallbelastungen im Stundenbereich Stellung nehmen zu können, und um zum anderen zu hinterfragen, inwieweit die Zeitstruktur der Schallereignisse und ihre semantische Qualität Auswirkungen auf die Beanspruchung des Gehörs hat, wurden die audiometrisch bestimmbaren ''physiologischen Kosten'' verschiedener Schallbelastungen experimentell ermittelt. 10 gehörphysiologisch unauffällige Probanden (3 weibliche und 7 männliche Personen im Alter von 26 3 Jahren) wurden im Cross-Over an verschiedenen Tagen 3 energetisch gleichen Belastungen im Labor ausgesetzt. Exakt reproduzierbare Schallkonserven, die jeweils einem tolerablen Beurteilungspegel von 85 dB(A) über 8 Stunden entsprachen, wurden von einem DAT-Rekorder abgespielt und über 2 Lautsprecher in eine Schallschutzkabine übertragen. In einer ersten Versuchsreihe (VR 1) wurden die Testpersonen 1 Stunde lang mit Industrielärm eines Pegels von 94 dB(A) beschallt. In VR 2 wurde das gleiche Geräusch eingespielt, wobei jedoch die Expositionsdauer bei einem um 3 dB niedrigeren Pegel von 91 dB auf 2 Stunden ausgedehnt wurde. In VR 3 wurden die Probanden 2 Stunden lang mit Klassischer Musik eines mittleren Pegels von 91 dB(A) beschallt. Dabei waren mit dem ''Largo'' aus ''Xerxes'' von Händel neben ''getragenen'' Passagen und mit je einem Titel aus ''Die vier Jahreszeiten'' von Vivaldi und ''Die Moldau'' von Smetana Musikstücke mit häufig wechselnden langsamen, leisen sowie lauten, schnellen Abschnitten vorgesehen. Die auralen Wirkungen der 3 Versuchsreihen wurden anhand der physiologischen Indikatoren TTS2 (zeitweilige Hörschwellenverschiebungen), t(0 dB) (Restitutionszeit) und IRTTS erfaßt. Die Größe ''IRTTS'' (Integrated Restitution Temporary Threshold Shift) stellt als Integral über sämtliche Hörschwellenverschiebungen (beginnend mit den TTS2-Werten, unmittelbar nach den Expositionen innerhalb von 2 min gemessen, bis zum Wiedererreichen der Ruhehörschwelle t(0 dB)) eine globale Größe der ''physiologischen Kosten'' dar, die für eine Schallexposition ''bezahlt'' werden müssen. Die Beschallung mit Industrielärm in VR 1 und VR 2 führte in allen 3 Parametern zu praktisch identischen Werten, nämlich maximalen Hörschwellenanhebungen von ca. 25 dB, die erst nach etwa 21/2 h wieder vollständig abgeklungen waren und zu IRTTS-Werten von jeweils etwa 800 dBmin. Das gegenseitige Austauschen von Belastungshöhe und Belastungsdauer nach dem Prinzip der Energie-Äquivalenz scheint demnach zumindest im Stundenbereich ohne Auswirkungen auf die Beanspruchung des Gehörs zu bleiben. Die Beschallung mit Klassischer Musik führte trotz der höchsten Spitzenpegel aller Versuchsreihen (zeitweise 123 dB im Vergleich zu 117 dB bei Industrielärm) zu den geringsten Hörschwellenverschiebungen in der Größenordnung von weniger als 10 dB, die sich auch viel schneller, nämlich bereits nach etwa einer halben Stunde wieder vollständig zurückbildeten. Die IRTTS als Summenmaß der physiologischen Kosten betrug mit etwa 100 dBmin lediglich ca. 12% dessen, was durch Industrielärm verursacht wurde. Die deutlich niedrigeren Vertäubungen durch Klassische Musik weisen auf einen offensichtlich doch erheblichen Einfluß der Art der Schallbelastung hin. Eine lediglich energetische Betrachtungsweise akustischer Belastungen kann also zu gravierenden Fehleinschätzungen der wahren ''physiologischen Kosten'' führen.
Legowski, S.
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Thermal diffusivity measurements of Zn1-x-yBexMnySe mixed crystals by photoacoustic method [DAGA 2002 (Bochum)]
J. Zakrzewski, F. Firszt, S. Legowski, H. Meczynska and M. Pawlak
[A]
The Mn-based diluted magnetic semiconductors have recently received the great attention. Zn1-x-yBexMnySe has been successfully used as spin aligner with injection efficiency of 90 % spin polarized current into nonmagnetic semiconductor light emitting diodes [1]. This paper deals with the investigations of thermal properties of Zn1-x-yBexMnySe bulk crystals by photoacoustic method. The investigated crystals were grown by high pressure Bridgman method under argon overpressure using a powder mixture of ZnSe, Be and Mn as a starting material . The obtained crystals were cut into 1-1.5 mm thick plates and mechanically polished. Some plates were annealed in zinc atmosphere. For investigation of continuos wave photoacoustic spectra a piezoelectric transducer (PZT) and an open cell were used. The absorption coefficients for crystals with different x and y have been derived from appropriate photoacoustic spectra and the band gap energies were determined. Quantitative analysis of the photoacoustic spectra were performed using Jackson-Amer model. A single signal method with piezoelectric detection has been used for determining the thermal diffusivity. The samples were irradiated with modulated light in the strong absorption region. Following Blonskij et. al. [2] the dependence of amplitude and phase of PA signal versus light modulation frequency was examined. The thermal diffusivity was determined as a fitting parameter to the phase as well as to the amplitude of the signal for different concentrations of Be and Mn. [1] R. Fiederling, M. Keim, G. Reuscher, W. Ossau, G. Schmidt, A. Waag, L. W. Molenkamp, Nature 402, 787 (1999) [2] I. V. Blonskij, V. A. Thoryk, M. L. Shendeleva, J. Appl. Phys. 79, p 3512 (1996)
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Photoacoustic study of Zn1-xBexTe mixed crystals [DAGA 2002 (Bochum)]
J. Zakrzewski, F. Firszt, S. Legowski, H. Meczynska and A. Marasek
[A]
The physical properties of mixed crystals II-VI of binary compounds with Be chalcodenides are of significant interest for their potential applications in technology of green semiconductor laser [1]. Zn1-xBexTe mixed alloy is very attractive among these materials for p-cladding layers of ZnCdSe/MgZnCdSe lasers on InP. ZnTe has the band gap of
2,26eV at room temperature and its band structure is of direct optical transition type, BeTe has band gap
4,1eV and high energy for defect generation. Mixed Zn1-xBexTe (0x
Legros, C.
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What about standards concerning speech intelligibility in large public areas? [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
C. Legros
[A]
The intelligibility of speech has got a renewed interest by the last decades, for individual security reasons.
In public areas, auditory warning or emergency signals are generally spread around by the way of public adress systems. Their qualities are strongly variable from one to another, and so are the rooms in which the messages are sent.
It is not enough to take care of the public adress system itself as long as the problem is much more wide. One must take into account the whole process to estimate the global quality of the auditory signals. At the beginning of the process, there is the speaker who has a great importance, according to his personal caracteristics such as: speed of speech, accent.... Standards never say nothing about this aspect of the problem. The electronic arrangement begins to be in standards, in a quite satisfactorily way.
The weak point remains the way the messages are given to the listeners. The reason is that this process mix a lot of parameters not easily standardisable: the loudspeakers, the acoustics of the room and building, the noises which can be stationary or not, the positions of the listeners...
Recently, some standards have been generated, and the present work will discuss their terms, in order to show if they are conveniently applicable or not.
Finally, some proposals will be presented, in order to make standards easier to apply.
Lehmann, G.
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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.
Lehmann, L.
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Untersuchung der Längsdämmung von Außenwänden mit Hilfe von gekoppelten numerischen Verfahren [DAGA 2007 (Stuttgart)]
D. Clasen, S. Langer and L. Lehmann
[A]
Bei der Untersuchung der Wellenausbreitung in unbegrenzten Gebieten ist die Sommerfeldsche Abstrahlbedingung zu erfüllen. Diese stellt sicher, dass keinerlei Energie aus dem Unendlichen in das betrachtete Gebiet zurückreflektiert wird. Um die Einhaltung der Abstrahlbedingung sicher zu stellen, wird hier die Scaled Boundary Finite Element Method (SBFEM) verwendet. Diese wird mit einem Finite Elemente Programm für vibroakustische Probleme gekoppelt.
Als Anwendungsbeispiel wird die Längsdämmung von flankierenden Bauteilen untersucht. Die Norm DIN EN 12354-1 erfordert die Kenntnis der Längsdämmung von Bauteilen. Häufig erfolgt der Einbau der Prüfobjekte seitlich parallel zu Außenwand in einen üblichen Wandprüfstand, da viele Prüfstellen nicht über einen geeigneten Prüfstand verfügen. Durch diese Art des Einbaus entsteht ein schmales Luftvolumen dessen Einfluss auf die Längsdämmung numerisch untersucht wird. Es werden zum Vergleich auch Berechnungen mit der SBFEM für eine Konfiguration durchgeführt, bei denen dieses Luftvolumen nicht abgeschlossen ist, so wie es in der Realität insbesondere bei der Schallübertragung über flankierende Außenwände der Fall ist. Die Simulationsergebnisse werden abschließend mit Messergebnissen der Physikalisch Technischen Bundesanstalt verglichen.
Lehnertz, H.
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Sprechgesteuerte elektronische Lärmschutzotoplastik mit Ventil [DAGA 2000 (Oldenburg)]
H. Lehnertz
[A]
Sprachgesteuertes Hörgeräte-Ventil (vox - Venting) Derzeit werden fast alle Hörgeräteotoplastiken mit einer Druckausgleichbohrung versehen, dem Venting. Der fast vollkommenen Verschluß des äußeren Gehörgangs durch die Otoplastik führt zu einem unangenehmen Druckgefühl, dem Verschlußeffekt (Occlusion). Eine bis 2mm große Bohrung reduziert das Druckgefühl beim Einsetzen im Ohr, die Occlusion beim Sprechen und regelt zudem das Feuchte- und Mikroklima im äußeren Gehörgang. Der ''akustische Verschlußeffekt'' entsteht im Bereich unter 800 Hz, ein Venting kann diesen Effekt, aber auch die ''Tiefton''-Wiedergabe (150 bis 300 Hz), um bis 20 dB abschwächen. Venting ist ein Kompromiß zwischen Komfort, Rückkoppelungssicherheit und Frequenzgang. Beschrieben wird ein ''SprachVentil'' das die Vorteile von ''offen'' und ''geschlossen'' verbindet: 2 Mikrofone vergleichen den Gehörgangsschalldruck mit dem externen Schalldruck und steuern ein Mikroaktor-Ventil. 1. Der akustische Verschlußeffekt tritt nur bei der eigenen Sprache auf: weniger HG-Verstärkung und VENTING AUF 2. Beim Einsetzen und Herausnehmen entsteht unangenehmer Über/Unterdruck. VENTING AUF 3. Beim Zuhören dagegen braucht der Hörgeräteträger volle Verstärkung und Rückkoppelungs- sicherheit: VENTING ZU Realisierungsformen werden beschrieben, aufbauend auf Piezo-Ventilen, Memory-Metallen, kapazitiven und magnetischen Aktoren, realisiert mit MST-Herstellungsverfahren. Zusätzlich werden Energieverbrauch, Geschwindigkeit, Überlast, Dauergebrauch und Verschmutzungsgefahr betrachtet. Diskutiert wird die Integration in Neuentwicklungen und das ''Nachrüsten'' herkömmlicher HG-Geräte.
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Sprechgesteuertes elektronisches Hörgeräte-Venting [DAGA 2000 (Oldenburg)]
H. Lehnertz
[A]
Sprachgesteuerter Gehörschutz (Vox controlled Hearing Protector) Gehörschützer sind seit langem eingeführt, vorwiegend am Arbeitsplatz. Generell gelten sie als unkomfortabel und wenig komunikationsfreundlich. Daher werden sie in der Freizeit kaum eingesetzt. Eine Sonderstellung nehmen individuelle Lärmschutzotoplastiken ein, sie sind angenehm zu tragen, fast unsichtbar und haben hohe, sichere Dämmwerte. Eine spontane Kommunikation etwa bei Telefon in der Disco, zwischen Musikern oder bei plötzlicher Ansprache erschweren aber auch sie, denn die Kontrolle der eigenen Stimme versagt und die Kommunikation muß 20-40 dB lauter! geführt werden. Durch den vollständigen Gehörgangsverschluß kann ein unangenehmes Mikroklima entstehen. Beschrieben wird der Einsatz eines integrierbaren ''SprachVentils'' um eine temporär offene, individuelle Lärmschutz-Otoplastik ohne Bedienelemente herzustellen: 2 Mikrofone vergleichen den Ohrkanalschalldruck mit dem externen und leiten davon die Ventilsteuerung ab. 1. Durch lautes Sprechen oder Räuspern öffnet sich das Ventil für 10 bis 60 sec, die Dämmung geht auf wenige db zurück, die Otoplastik ist teiloffen, akustisch transparent. Kommunikation. Zudem kann jetzt ein Feuchtigkeitsausgleich stattfinden. 2 Nach einer voreinstellbaren ''Rückfallzeit'' schließt das Ventil selbstätig, der Lärmschutz findet wieder voll statt. 3. Eine spontane Kommunikation (Telefon, Durchsage, Auskunft) findet, durch die eigene Stimme ausgelöst in 100msec , jederzeit und unauffällig statt. Der Einsatz als unauffälliger, persönlicher, sehr effektiver Schallschutz in einer Diskothek ist ohne soziale Nachteile möglich. Es gibt keine Bedienungselemente, er bleibt unsichtbar. Realisierungsformen werden beschrieben, aufbauend auf Piezo-Ventilen, Memory-Metallen, kapazitiven und magnetischen Aktoren, realisiert mit MST-Herstellungsverfahren. Zusätzlich werden Energieverbrauch, Geschwindigkeit, Überlast, Dauergebrauch und Verschmutzungsgefahr betrachtet.
Lehringer, F.
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Der Verbrennungsmotor als aktiver akustischer Zweipol [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
F. Lehringer
[A]
Die Methode der Transfermatrizen ist inzwischen ein Standardwerkzeug zur Berechnung der akustischen Eigenschaften von Schalldämpfern und Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen. Charakteristische Größen wie Durchgangsdämpfung oder Einfügungsdämpfung lassen sich mit dieser Methode sehr schnell auch für vergleichsweise komplizierte Schalldämpferaufbauten und ausgedehnte Abgasanlagen ermitteln. Will man aber den absoluten Mündungspegel einer Abgasanlage berechnen, so muß der Verbrennungsmotor als akustische Quelle am Eingang der Abgasanlage mitmodelliert werden. Da die Transfermatrizen im Frequenzbereich ermittelt werden, der Verbrennungsmotor als periodisch arbeitende Maschine aber zweckmäßigerweise im Zeitbereich dargestellt wird, ist eine häufig diskutierte Frage, wie eine Modellierung des Verbrennungsmotors im Zeitbereich, mit einer Modellierung der Abgasanlage im Frequenzbereich verknüpft werden kann. Es wird untersucht, ob, in Anlehnung an die Elektrotechnik, der Verbrennungsmotor durch rechnerische Simulation des Kurzschluß- und Leerlaufbetriebs als aktiver akustischer Zweipol dargestellt und mit dem passiven akustischen Vierpol der Abgasanlage gekoppelt werden kann.
Leistner, M.
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Acoustic improvements of the working conditions for musicians in orchestra pits [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
H. Drotleff, Z. Xueqin, H.V. Fuchs and M. Leistner
[A]
Musicians in orchestra pits suffer from extremely high sound pressure levels and have to perform their jobs under severe difficulties concerning the hearing of the sound of their own instrument as well as that of all other members of an ensemble. Factory workers, who are exposed to weighted noise levels exceed-ing 90 dB(A), are regularly forced to wear ear plugs in order to protect them-selves. In orchestra pits the ''noise level'' often reaches 110 dB(A) and more. Highly qualified and artistically motivated musicians however, refuse to wear ear plugs of any kind since these deteriorate the necessary communication among them. Instead, the installation of novel compact low- and mid-frequency absorber modules on the walls and overhang of the pits will be shown to tackle the problem of poor music intelligibility at its roots. This concept of improving the acoustic working conditions has been realised successfully in eight orches-tra pits to the full satisfaction of the musicians and equally important their con-ductors without affecting the transmission of the sound from the pit into the auditorium.
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Supplementary acoustic measures in the conference centre of the Federal Ministry of Economy and Labour [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
M. Leistner and H.V. Fuchs
[A]
The great hall in the main building of the former Kaiser Wilhelm Akademie, to-day's Federal Ministry of Economics and Labour, had been reconstructed and converted into a congress centre. During this process, only little attention had been paid to room acoustic design. Consequently, vehement complaints arose about the poor speech intelligibility. Adequate room acoustic conditions were obtained by the additional installation of highly effective low-frequency and broadband absorbers of a novel construction.
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Acoustical transparency of perforated panels with fabric linings [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
M. Leistner and H. Drotleff
[A]
In interior works perforated panels are occasionally used to cover up sound ab-sorbers mounted behind them. In order to create a visually smooth surface, now and then a thin layer of cloth or fleece is applied to the side facing the room. There are also cases, in which paint is additionally sprayed on top of that layer. The influence of these steps on the sound transmission at normal sound incidence was investigated with some unexpected results.
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Multifunktionales Kundtsches Rohr
W. Schneider, K. Bay, M. Leistner and G. Babuke
[A]
Mit traditionellen Kundtschen Rohren werden die Eigenschaften von Absorbern bei senkrechtem Schalleinfall bestimmt. Eine schon vorhandene Weiterentwicklung verwendet einen quadratischen Querschnitt mit 200 x 200 mm und ermöglicht die Untersuchung von strukturierten Absorbern und Resonatoren. Durch weitere Modifikationen mit Einsatz einer Mehrmikrofontechnik und Analyse nach dem FFT-Verfahren kann das Anwendungsfeld erweitert werden. Damit stehen neben den klassischen Größen Absorptionsgrad, komplexer Impedanz und Reflexionsfaktor neue Kenngrößen, wie Schalldurchgang, Transferfunktionen vor und hinter der Probe, Bestimmung von Absorberimpedanz und Ausbreitungskonstante sowie die Bestimmung der dynamischen Steifigkeit mit Lautsprecheranregung zur Verfügung. Das Poster zeigt den Aufbau und die Bestandteile des multifunktionalen Kundtschen Rohres sowie die Steuerungs- und Analysesoftware, mit der alle Messungen erfasst und ausgewertet werden können.
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Bestimmung des Dissipations- und Transmissionsgrades dünner, endlicher Schichten bei senkrechtem Schalleinfall [DAGA 2007 (Stuttgart)]
X. Zhou, H. Drotleff, M. Leistner and T. Zhang
[A]
Für die akustische Beschreibung dünner Schichten z.B. aus Textilien im Raum genügt in einigen praktischen Fällen der Bezug zum Strömungswiderstand oder bei geschlossenen Folien zur flächenbezogenen Masse. Bei anderen Anwendungen bleiben allerdings Fragen offen und die Optimierung bedarf eines genaueren Herangehens. In verallgemeinerter Form gilt die Bilanz, dass die Summe aus Reflexionsgrad, Dissipationsgrad und Transmissionsgrad konstant ist. Als häufig direkt untersuchte Größe setzt sich danach der Absorptionsgrad aus der Summe von Dissipations- und Transmissionsgrad zusammen. Ist auch letzterer bekannt, lässt sich die Dissipation berechnen. Diese Beziehung wird mit Beispielen für senkrechten Schalleinfall rechnerisch und experimentell illustriert. So kann anhand des Transmissionsgrades etwa die Abschirmungswirkung einer dünnen Vorsatzschale abgeschätzt werden. Zugleich wird der Verbesserungsspielraum quantifizierbar, um eine möglichst hohe Dissipation zu erreichen. Als praktischer Einsatzfall dient das Absorptionsvermögen von textilen Vorhängen und mikroperforierten Folien als freie Flächenelemente im Raum. Beispielhaft wird auch die Schalldämmung von biegesteifen Schichten berechnet und im Vergleich zum Massegesetz erörtert.
Leistner, P.
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Control of low frequency enclosed, harmonic sound fields with active absorbers [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
S. Zimmermann, P. Joseph and P. Leistner
[A]
This paper describes an active absorber for the control of low
frequency enclosed, harmonic sound fields. The active absorber
consists of a microphone located immediately adjacent to a
loudspeaker. The microphone signal is used to drive the loudspeaker
via a high-gain inverting power amplifier thereby causing the pressure
at the microphone to be driven close to zero. By analogy with passive
absorbers, the behaviour of the active absorber is completely
described by its input impedance. It is shown that a single active
absorber can produce significant reductions in the total acoustic
potential energy of the sound field at low frequencies when correctly
positioned in a rigid room. The relationship between absorbed sound
power and the feedback gain of the active absorber is derived, and
hence a criterion is established for the optimal gain that maximises
sound power absorption.
The use of multiple active absorbers is also investigated. It is shown
that mutual interaction between active absorbers, but also the
presence of passive absorption greatly affect control
performance. Further significant reductions in total acoustic
potential energy in the room are obtained by increasing the total
number of active absorbers uniformly distributed over one surface of
the room. Above a critical number of absorbers, however, the
effectiveness per unit absorber begins to decrease.
Measurements of the total acoustic potential energy before and after
control are presented for four and nine active absorbers, for varying
amounts of passive absorption treatment in the room. The results are
shown to match predictions in reasonable limits.
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Alternative Determination of Dynamic Stiffness of Thick Insulating Layers [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
P. Leistner, H. Schröder and B. Richter
[A]
The dynamic stiffness of insulating layers is a decisive parameter for the sound insulation of multi-layer building parts such as floating floors, additional linings and external thermal insulation systems. With restriction to (mostly thin) layers of insulating materials used under floating floors a measurement procedure its regulated in the standard DIN EN 29053. Due to this restriction a reliable procedure for insulating layers in other applications is still needed. Especially the stiffness of very thick layers of external thermal insulation systems is hard to analyse. The mounting conditions strongly influence the results and the measurement uncertainty is generally high. These problems can be avoided by an alternative procedure which should also be as practical as possible. In comparison with the standard shaker excitation, which is far from reality of thermal insulation systems, an airborne sound excitation shows several advantages. In this sense the impedance tube can be used. The measured sound absorption curve clearly shows the resonance behaviour of a mass (plaster) - spring (insulating layer) system. With the known mass the dynamic stiffness can be easily derived. Further practical conditions are ensured by horizontal orientation of the multi-layer system and by well-defined lateral terminations. Even the influences of different support systems, e.g. plugs or frames, can be investigated in impedance tubes with bigger cross-sections ( 1 m). A number of tests will be presented and compared with other results including results of sound insulation measurements.
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Flanking sound reduction of suspended ceilings [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
B. Richter, P. Leistner and H. Schröder
[A]
In 2003 a series of measurements on suspended ceilings made from closed gypsum boards was carried out at the Fraunhofer-Institute of Building Physics (IBP). The reason for these investigations was, that construction examples given in the German standard DIN 4109 are based on very old measurements. Since that time, building materials have been modified and some acoustically important features as the mass per unit area and the thickness of currently available products have changed. Furthermore, the corresponding test code DIN EN 20140-9 has gone through substantial changes. The focus of the measurements was put on the construction examples given in table 26 of supplement 1 to DIN 4109.
The measurement program is presented in detail and different parameters, which influence the flanking sound reduction are explained when looking at the results. The single number values are compared to the existing table 26 and some historic measurements. As DIN 4109 is currently revised, some proposals are made for new design values of the flanking sound reduction of suspended ceilings.
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Acoustic Properties of Aluminium Foams - Measurements and Modelling [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
W. Maysenhölder, A. Berg and P. Leistner
[A]
The cylindrical aluminium-foam samples investigated are the result of a high-pressure die-casting process around a sintered polymer-granulate compact. These porous materials possess a porosity around 60% and specific flow resistance between 3 and 10 kPas/m. Sound absorption and transmission at normal incidence and the insertion loss of a silencer have been measured. Two theoretical models - a corrected and extended version of the model of Lu, Chen and He and the variants 'Simplified' and 'Extended' of Wilson's model - have been used for fitting and analysing the experimental data. The agreement with some absorption measurements is quite satisfactory with both models. However, Wilson's model, which has some advantages in general and also in particular with respect to porosity and flow resistance, is preferred. It helped to explain the orientation dependence of the absorption as an effect of a slight inhomogeneity of the samples. Its validity has been further checked against absorption measurements with an empty cavity behind the sample. Approximate empirical relationships between the fitted model parameters and the measured properties porosity and flow resistance may serve as a (preliminary) prediction tool. Finally, calculated transmission and insertion losses obtained with the previously fitted model parameters are discussed.
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Schüler, Raum, Lehrer – Die Suche nach dem optimalen raumakustischen Klima [DAGA 2005 (München)]
C. Märtens, P. Leistner and S.-R. Mehra
[A]
Im Rahmen einer Feldstudie an 230 öffentlichen Schulen im Regierungsbezirk Niedersachsen, wurde mittels eines Fragebogens die subjektive Einschätzung der Lehrer bezüglich der vorherrschenden raumakustischen Situation an ihrer Schulen erfragt. In 107 willkürlich gewählten Schulen wurden daraufhin 275 allgemeine Unterrichtsräume bauphysikalischen erfasst und hinsichtlich ihrer raumakustischen Parameter messtechnisch untersucht. Anschließend wurden die Messergebnisse mit den zuvor getätigten Aussagen korreliert. Der Schwerpunkt der beiden Erhebungen lag auf der Nachhallzeit T60 und Sprachverständlichkeit (STI) in den Unterrichtsräumen im möblierten Zustand.
Nachfolgend wurde in einem bezüglich der Schallabsorptionsfähigkeit modifizierbaren Unterrichtsraum an einer berufsbildenden Schule der Einfluss der Nachhallzeit auf die Schüler und den Lehrer untersucht. Die Untersuchung erfolgte mittels kodierter Pegelschriebe und Schülerbefragungsbögen. Anhand der aus beiden Studien erhobenen subjektiven ''weichen'' Daten, und der ''harten'' Messdaten aller Beteiligten Einflussgrößen (Schüler ó Raum ó Lehrer) kann / soll durch statistische Analysen das raumakustisch optimale 'Klima' ermittelt werden. Des weiteren ermöglicht der große statistische Datenpool prospektive Aussagen zum Ist- und Sollzustand der akustischen Gesamtsituation in deutschen Schulen.
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Lärm in der schulischen Umwelt und kognitive Leistungen bei Grundschulkindern Teilprojekt A: Umwelt- und bauakustische Untersuchungen [DAGA 2005 (München)]
J. Seidel, L. Weber and P. Leistner
[A]
Bisherige Forschungsergebnisse zur Schulakustik deuten auf eine starke Beeinträchtigung des Lernverhaltens infolge mangelhafter raumakustischer Bedingungen und störender Geräusche in den Unterrichtsräumen hin. Zur Ergänzung früherer Untersuchungen wurde im Jahr 2004 mit einem interdisziplinären Forschungsvorhaben begonnen, das sowohl die akustische Situation in den Schulen als auch die chronische Lärmbelastung der Kinder in ihrem Lebensumfeld betrachtet und in Beziehung zu den kognitiven Leistungen setzt. Teil A des vom Fraunhofer-Institut für Bauphysik, der Universität Eichstätt und der Universität Oldenburg gemeinsam bearbeiteten Projekts konzentriert sich auf umwelt- und bauakustischen Untersuchungen. In der gegenwärtigen Phase werden Schulen und Unterrichtsräume mit geeigneter Akustik ausgewählt. Das Ziel ist, Schulklassen mit ausgeprägten Unterschieden in der akustischen Qualität der Klassenräume bei ansonsten gleichen Randbedingungen aufzufinden, um auf diese Weise die Anzahl der Einflussfaktoren zu begrenzen und geeignete Voraussetzungen für die kognitionspsychologischen Untersuchungen (Projektteil B) zu schaffen. Über die Vorgehensweise und die Ergebnisse des Auswahlverfahrens wird berichtet. Eine wichtige Erkenntnis fällt bereits zum jetzigen Zeitpunkt auf: Die Nachhallzeit in den Unterrichtsräumen liegt überwiegend im Bereich von 0,4 bis 0,9 s. Die vielfach angenommenen langen Nachhallzeiten und deren alleinige Verantwortung für akustische Probleme können also nicht bestätigt werden, so dass ein differenzierterer Ansatz für die Ursachenforschung erforderlich ist.
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Schalldämmung von Labyrinth-Systemen in Trennbauteilen [DAGA 2005 (München)]
P. Leistner
[A]
Zur Be- und Entlüftung enthalten Gebäude- und Gehäusewände bzw. Wandbauteile Öffnungen. In einigen Fällen erfordert die Frischluftzufuhr oder Wärmeabfuhr eine Konditionierung der Luft und für ausreichende Transportraten zusätzlich Ventilatoren. Bei Schallschutzforderungen reduzieren die Öffnungen die schalldämmende Wirkung der Wandbauteile erheblich. Nicht nur um die direkte akustische Durchstrahlung zu verhindern und gleichzeitig Raum für eine Bedämpfung des Schalldurchgangs zu schaffen, werden die Öffnungen mit Labyrinth-Systemen in Gestalt von aufeinander folgenden Umlenkungen, Querschnittsänderungen usw. verbunden. Die dadurch erreichte Labyrinth-Strecke ist meist deutlich größer als die eigentliche Wanddicke. Da auch aerodynamische Ansprüche zu erfüllen sind und verborgene Hohlräume in Wandbauteilen ideale Schmutz- und Staubfänger darstellen, müssen diese Aspekte gemeinsam mit der akustischen Optimierung behandelt werden. Unter Einbeziehung zahlreicher experimenteller Daten werden akustische Berechnungsmöglichkeiten für Labyrinth-Systeme und deren Verknüpfung mit dem jeweiligen Wandbauteil vorgestellt. Diese münden in Verbesserungsmöglichkeiten, abhängig von der baulichen Situation und Aufgabe.
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Gestaltungs- und Einsatzvarianten aktiver Resonatoren [DAGA 2006 (Braunschweig)]
P. Leistner
[A]
Die Hinzunahme der Kategorie ''aktiv'' bedeutet für akustische Resonatoren an sich keine neu hinzukommenden akustischen Elemente oder Komponenten. Ihre Wirksamkeit wird jedoch durch die Integration elektromechanischer oder elektroakustischer Wandler verändert und gesteigert. Dazu ist eine meist geringe Hilfsenergie erforderlich, die in ganz unterschiedlicher Weise benutzt bzw. verbraucht wird. Weiterhin sind zur Beschreibung der aktiven Resonatoren akustische mit regelungstechnischen Begriffen und Methoden zu verknüpfen, da die Wechselwirkung der Resonatorelemente mit den jeweils anregenden akustischen Größen (Schalldruck etc.) erfasst und gleichzeitig beeinflusst werden.
Die Gestaltungsmöglichkeiten mit diesem Aktivierungsansatz sind sehr vielseitig und betreffen nahezu alle Resonanzprinzipien. Entwicklungsarbeiten auf diesem Gebiet führen demzufolge auch immer wieder zu neuen Spielarten und Kombinationen. Einige Entwicklungen, die meist auf preiswerte elektroakustische Standardbauteile zugeschnitten sind, erlangen bereits praktische Bedeutung als Kanalschalldämpfer im technischen Schallschutz. Auf Grund ihrer kleinen Baugröße und zugleich hohen Wirksamkeit hauptsächlich bei tiefen Frequenzen stellen sie eine willkommene Ergänzung der passiven und reaktiven Schallabsorber dar. Die Tendenz, mit immer weniger Platz immer mehr tieffrequent dominierte technische Lärmquellen zu beruhigen, begründet die steigende Nachfrage nach praktisch einsetzbaren aktiven Resonatoren, von denen im Beitrag einige Varianten vorgestellt werden.
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Schall-Längsübertragung zwischen Räumen durch raumlufttechnische Anlagen [DAGA 2006 (Braunschweig)]
P. Leistner
[A]
Raumlufttechnische (RLT-) Anlagen stellen einen akustischen Übertragungsweg zwischen Räumen (z.B. Büros) dar. Sie umfassen Kanäle einschließlich eingebauter Komponenten (Luftein- und Luftauslässe etc.) und können dabei unterschiedlich verlegt sein, z.B. in Doppel- bzw. Hohlraumböden oder hinter abgehängten Unterdecken. Der bauliche Schallschutz zwischen Räumen erfordert grundsätzlich die Betrachtung sowohl der Direktschalldämmung des Trennbauteils als auch der Schall-Längsdämmung flankierender Bauteile. Auch RLT-Anlagen sind als flankierende Übertragungswege zu betrachten, gegebenenfalls einschließlich interner Schallquellen (z.B. Ventilatoren). Ziel des hier vorgestellten Projektes war es, ein Planungsinstrumentarium für die Schall-Längsleitung von RLT-Anlagen zu schaffen, um die Schallschutzplanung zu erleichtern und auch Ausführungsfehler zu vermeiden. Im Beitrag werden die umfangreichen Mess- und Rechenergebnisse vorgestellt und erläutert.
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Maßnahmen zur Minderung von Baulärm auf dem Ausbreitungsweg [DAGA 2006 (Braunschweig)]
I. Haltenorth, S.-R. Mehra, P. Leistner and L. Weber
[A]
Laut einer aktuellen Umfrage des Umweltbundesamtes fühlen sich mehr als die Hälfte aller Befragten von Baulärm zum Teil erheblich belästigt. Durch Bautätigkeit verursachte Geräusche führen also trotz akustischer Verbesserungen an den Lärmverursachern (Baumaschinen) immer noch zu starken Lärmbelästigungen. An der Universität Stuttgart und dem Fraunhofer-Institut für Bauphysik werden im Rahmen eines Forschungsvorhabens neuartige Maßnahmen (Systeme, Methoden) zur Minderung von Baulärm sowie deren Wirkung untersucht. Im Mittelpunkt stehen Verfahren und Vorrichtungen für den TEMPORÄREN LÄRMSCHUTZ an Baustellen. Dies erfolgt zum einem durch rechnerische Simulation mit akustischen Modellen und zum anderen durch Messungen auf der Baustelle und im Prüfstand.
Dauerhafte Maßnahmen am Immissionsort sind im allgemeinen nicht angemessen, da Baustellenlärm nur über einen begrenzten Zeitraum einwirkt. Das Forschungsvorhaben konzentriert sich deshalb auf den Ausbreitungsweg, bei dem noch erhebliches akustisches Verbesserungspotenzial besteht. Es werden insbesondere Lärmschutzeinrichtungen mit flexibler Struktur und modularer Bauweise (z. B. aufblasbare Kapseln und Schallschirme) untersucht, die schnell auf- und abzubauen sowie kostengünstig herzustellen sind. Neben der akustischen Wirkung wird über die Vor- und Nachteile derartiger Konstruktionen beim Einsatz auf Baustellen berichtet.
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Schallabsorption von Lärmschutzwänden: Vergleich unterschiedlicher Messverfahren [DAGA 2006 (Braunschweig)]
D. Pazos, L. Weber, K. Sedlbauer and P. Leistner
[A]
Zur Messung der Schallabsorption von Lärmschutzwänden sind verschiedene Labor- und In-situ-Verfahren bekannt (z. B. Kundtsches Rohr, Hallraum oder 'Adrienne'-Verfahren nach DIN CEN/TS 1793-5), die sich teilweise noch im Entwicklungsstadium befinden oder bereits als fertige Norm vorliegen. Soweit erkennbar, ist aber keines dieser Verfahren universell einsetzbar. Außerdem liefern einige der Messverfahren bei Wänden mit strukturierter Oberfläche physikalisch und akustisch unklare Ergebnisse.
Im Beitrag werden die verschiedenen Messverfahren zur Bestimmung der Schallabsorption in kurzer Form beschrieben und miteinander verglichen. Ziel der Studie ist es, die Verfahren voneinander abzugrenzen, die Anwendungsgrenzen (z. B. nutzbarer Frequenzbereich) abzustecken, die jeweiligen Vor- und Nachteile aufzuzeigen sowie Bezüge zwischen den unterschiedlichen Messgrößen herzustellen. Die Untersuchungen, die im Rahmen einer Dissertation durchgeführt wurden, sollen als Grundlage für die Entwicklung eines neuen In-situ-Messverfahrens mit erweitertem Anwendungsbereich und verbesserter Aussagefähigkeit hinsichtlich der praktischen Schallschutzwirkung dienen.
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Akustische Bedingungen in Grundschulen und Ihre Wirkung auf die Lernleistung der Kinder - Teil 1: akustische Untersuchungen [DAGA 2006 (Braunschweig)]
J. Seidel, L. Weber and P. Leistner
[A]
Die Lernleistung von Kindern wird unter anderem von den akustischen Bedingungen in den Unterrichtsräumen beinflusst. Im Rahmen des interdisziplinären Forschungsvorhabens 'Lärm in der schulischen Umwelt und kognitive Leistungen von Grundschulkindern' wurden die entsprechenden Zusammenhänge näher untersucht. Das Projekt erfolgte in Zusammenarbeit von Psychologen (Universitäten Oldenburg und Eichstätt) und Akustikern (Fraunhofer Institut für Bauphysik). Der hier beschriebene Beitrag beschäftigt sich mit den Ergebnissen der akustischen Untersuchungen. Über die psychologischen Untersuchungen wird in einem zweiten Beitrag innerhalb der gleichen Sitzung berichtet.
Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden 20 Klassenräume in 8 Stuttgarter Grundschulen akustisch vermessen. Die Räume wurden so ausgewählt, dass sie eine möglichst große akustische Bandbreite aufwiesen. Das Messprogramm umfasste bau- und raumakustische Größen sowie die Sprachverständlichkeit. Des weiteren wurden kognitionspsychologische Untersuchungen mit den im jeweiligen Klassenraum unterrichteten Kindern durchgeführt. Es wird über die bislang vorliegenden Untersuchungsergebnisse berichtet, wobei der Schwerpunkt auf bau- und umweltakustischen Fragestellungen liegt.
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Subjektive Wahrnehmung raumakustischer Faktoren in Unterrichtsräumen durch Schülerinnen und Schüler [DAGA 2006 (Braunschweig)]
C. Märtens, P. Leistner and S.-R. Mehra
[A]
Die aktuelle Diskussion zur Bewertung der akustischen Situation in Unterrichtsräumen konzentriert sich im Wesentlichen auf die Einordnung und Bewertung physikalischer Messwerte (T60; EDT; SNR etc.) bzw. der daraus resultierenden Ableitungen (STI; C50; STIPA etc.). Während die Grenzen dieser Werte und Verfahren innerhalb bestimmter Rahmenbedingungen hinreichend bekannt sind, besteht bei der subjektiv empfundenen Qualität der Raumakustik in Unterrichtsräumen durch die beteiligten Schüler/innen und Lehrer/innen noch Nachholbedarf. Es stellt sich die Frage, ob und wie akustische Parameter der Nachhallzeit und Sprachverständlichkeit signifikant (statistisch gesichert) für die akustische Behaglichkeit in den Unterrichtsräumen sind.
Im Rahmen einer Fallstudie an einer berufsbildenden Schule wurden 78 Schülerinnen aus 3 Jahrgängen über ein Schuljahr beobachtet und hinsichtlich Ihrer subjektiven Eindrücke in verschiedenen raumakustischen Versuchsanordnungen befragt. Die aus über 100 Unterrichtsstunden gewonnen physikalischen Messwerte und die subjektiven Beurteilungen (Fragebögen Kindl; SAK-L 300 Exemplare) lassen im Rahmen von statischen Analysen Aussagen zu der vorherrschenden akustischen Situation während des Unterrichts zu.
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Lärmschutzelemente aus Folien und Membranen [DAGA 2007 (Stuttgart)]
P. Leistner, S.-R. Mehra, I. Haltenorth and L. Weber
[A]
Auch temporär auftretender Lärm z.B. von Baustellen führt zu akustischen Belastungen und Belästigungen. Daher werden primäre Minderungsmaßnahmen wie leisere Baumaschinen oder eine geschickte Logistik eingeplant und mitunter sogar umgesetzt. Sekundäre Schutzmaßnahmen kommen aus technischen oder Kostengründen überaus selten in Betracht. In dieser problematischen Situation stellen Lärmschutzelemente aus Folien und Membranen eine Alternative zu den bekannten Barrieren aus Beton, Holz oder Metall dar. Aus akustischer Sicht gilt dies besonders in den Fällen, wenn der Beugungsanteil gegenüber dem Schalldurchgang hoch ist, also z.B. bei vergleichsweise niedrigen Stellwänden. Zweischalige Konstruktionen aus Folien und Membranen können demnach Flexibilität und Mobilität mit ausreichender Schalldämmung verbinden. Der fachliche Hintergrund, die Anwendungsvoraussetzungen und einige Einsatzbeispiele dieser neuen Lärmschutzelemente werden vorgestellt und bewertet.
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Trittschalldämmung von Decken: Messverfahren und Anforderungen in Asien [DAGA 2007 (Stuttgart)]
B. Richter, L. Weber and P. Leistner
[A]
In Deutschland und Europa wird die Trittschalldämmung von Decken mit dem Norm-Hammerwerk als Anregungsquelle gemessen. Obgleich das Hammerwerk als adäquate Trittschallquelle in Zweifel gezogen wird, ist es nach wie vor als Standard in der bauakustischen Normung verankert.
In einigen asiatischen Ländern kommen alternative Verfahren der Trittschallanregung zum Einsatz. So wird z. B. in Korea eine sogenannte 'Bang-Machine' verwendet, bei der ein Gummireifen aus definierter Höhe auf die Decke herabfällt. Der Grund für diese Art der Anregung ist unter anderem, dass die in Korea übliche Betonplattenbauweise und das Gehen ohne Schuhe die Trittschallproblematik erheblich verschärfen. Dies gilt insbesondere für die tieffrequenten Geräuschanteile des Trittschalls, die durch die 'Bang-Machine' weitaus stärker angeregt werden als durch das Norm-Hammerwerk.
Im Rahmen eines Forschungs- und Entwicklungsvorhabens wurden Messung und Bewertung der Trittschalldämmung nach den koreanischen Normen KS F 2810-2 und KS F 2863-2 experimentell untersucht und mit den entsprechenden europäischen Verfahren verglichen. Es ergeben sich interessante Erkenntnisse über die Trittschallanregung und - übertragung bei tiefen Frequenzen sowie die unterschiedlichen Anforderungen an den baulichen Trittschallschutz und die daraus resultierenden Konstruktionsweisen von Decken.
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Untersuchung des Nah- und Fernfeldes vor periodisch profilierten Oberflächen [DAGA 2007 (Stuttgart)]
D. Pazos, L. Weber, K. Sedlbauer and P. Leistner
[A]
Profilierte Oberflächen bewirken eine Streuung des reflektierten Schalls und erhöhen den Schallabsorptionsgrad. Sie sind deshalb bei Lärmschutzwänden weit verbreitet. Hinsichtlich ihrer akustischen Eigenschaften - z. B. in bezug auf die Feldverteilung im Nah- und Fernbereich der Oberfläche - bestehen jedoch noch offene Fragen.
Im Rahmen der Entwicklung eines In-situ-Messverfahrens zur Bestimmung des Schallabsorptionsgrads strukturierter Wände wurde das Schallfeld vor periodisch profilierten Oberflächen rechnerisch untersucht. Der Schwerpunkt hierbei bestand in dem Zusammenhang zwischen Nah- und Fernfeld. Die Modellierung des Schallfeldes erfolgte nach einer von Holford (1981) beschriebenen analytischen Methode.
Aus den Untersuchungen ergeben sich Erkenntnisse über den Einfluss der Profilierung auf die Feldverteilung vor der Oberfläche beim Auftreffen einer ebenen Welle. Des weiteren lassen sich Hinweise zur Gestaltung eines geeigneten In-situ-Verfahrens zur Messung der Schallabsorption ableiten.
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Anpassungen und Anwendungen von Aktiv-Schalldämpfern [DAGA 2007 (Stuttgart)]
K. Bay, P. Leistner, M. Krämer and N. Rambausek
[A]
Seit einigen Jahren werden Aktiv-Schalldämpfer zur Bedämpfung tiefer und mittlerer Frequenzen in Lüftungs- und Heizungsanlagen eingesetzt. Die Nachfrage, mit immer weniger Platz immer mehr tieffrequent dominierte technische Lärmquellen zu beruhigen, führt zu neuen Einsatzfällen mit zum Teil angepassten Komponenten. Die Verwendung in Strömungskanälen ist sicher ein wesentliches Einsatzgebiet. In nahezu unveränderter Form können die aktiven Resonatoren z.B. auch bei Lüftungsöffnungen in Wänden zur Erhöhung der tieffrequenten Schalldämmung beitragen. Im Vortrag werden Aufbau und Wirkprinzip aktiver Resonatoren vorgestellt und Anpassungen an bestehende und neue Anwendungsgebiete anhand von Messwerten diskutiert.
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Vibroakustisches Verhalten von Doppelwandstrukturen mit räumlich verteilten Resonatoren [DAGA 2007 (Stuttgart)]
S. Hettler and P. Leistner
[A]
Der zunehmende Einsatz von Leichtbaukonstruktionen aus ökologischen und ökonomischen Gründen erschwert einen hochwertigen Schallschutz insbesondere bei tiefen Frequenzen. Unter der Nutzung der Vorteile von mehrlagigen Leichtbauteilen verfolgt die Untersuchung eine effiziente Anwendung lokal wirksamer Resonanzsysteme zur Verbesserung der Schalldämmung von leichten Doppelwandkonstruktionen. Hierfür werden in den Zwischenraum der Doppelwandkonstruktion räumlich verteilte Schwingungstilgersysteme eingebracht. Aufbauend auf früheren Veröffentlichungen der Autoren wird für eine Konstruktion mit internen Resonatoren ein zweidimensionales Plattenmodell zur Berechnung der Plattenschwingungen vorgestellt. Um das modale Verhalten der beiden Schalen zu berücksichtigen basiert das Berechnungsmodell auf der Methode der modalen Entwicklung. Dies ermöglicht es, den Zusammenhang der Positionierung der internen Resonatoren und der Plattenmoden zu untersuchen. Rechenergebnisse werden für senkrechten und diffusen Schalleinfall vorgestellt. Die Anwendung der internen Resonatoren wird anhand der berechneten Schalldämmung der Doppelwandkonstruktion quantifiziert. Die aufgeführten Ergebnisse zeigen, dass die Transmissionseigenschaften der untersuchten Konstruktionen durch Anzahl, Verteilung und Abstimmung der internen Resonatoren wesentlich beeinflusst werden. Gerade im Bereich der Masse-Feder-Masse Resonanz einer Doppelwandkonstruktion konnte eine erkennbare Verbesserung der Schalldämmung erreicht werden.
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Abschirmung von Baustellenlärm durch Schallschirme aus Folien und Membranen [DAGA 2007 (Stuttgart)]
I. Haltenorth, L. Weber, P. Leistner and S.-R. Mehra
[A]
Zur Minderung von Baustellenlärm kommen neben Maßnahmen an den Emittenten auch temporäre Maßnahmen auf dem Ausbreitungsweg oder am Immissionsort in Frage. Da der Geräuschpegel vieler Baumaschinen und -geräte in den vergangenen Jahren erheblich abgesenkt wurde, ist hier nur noch ein geringes Verbesserungspotenzial vorhanden. Maßnahmen am Imissionsort (z. B. Schallschutzfenster) sind zumeist aufwändig und wenig praktikabel. Daher wurden an der Universität Stuttgart und dem Fraunhofer-Institut für Bauphysik im Rahmen eines Forschungsvorhabens neuartige Abschirmeinrichtungen zur Minderung von Baulärm auf dem Ausbreitungsweg untersucht. Für den Einsatz auf Baustellen müssen die Einrichtungen flexibel, montagefreundlich, kostengünstig und robust sein.
Schallschirme aus Folien und Membranen erfüllen diese Anforderungen. Aufgrund ihrer geringen Masse erfolgt neben der Schallbeugung jedoch auch ein Schalldurchgang durch die Wandung der Schirme, der ihre Wirksamkeit unter Umständen beeinträchtigt kann. Aus diesem Grund wurde die Abschirmwirkung von Schallschirmen aus Folien und Membranen unter verschiedenen Einsatzbedingungen näher untersucht. Die Untersuchungen erfolgten sowohl durch rechnerische Simulation als auch durch akustische Messungen in Prüfständen, im Freien und auf Baustellen. In dem Vortrag wird über den erstmaligen praktischen Einsatz von aufblasbaren Schallschirmen aus Membranen auf Baustellen berichtet. Des weiteren wird die akustische Wirkung der Schirme mittels Messungen und Tonaufnahmen mit einem Kunstkopf dokumentiert.
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Aktive Schalldämpfer in Strömungskanälen [DAGA 2008 (Dresden)]
K. Bay and P. Leistner
[A]
Aktive Schalldämpfer in Strömungskanälen
In Strömungskanälen wird die Dämpfung aktiver Schalldämpfer oft durch turbulente Anströmung und den damit verbundenen Strömungsgeräuschen am Mikrofon beeinträchtigt. Durch Einsatz mehrere Mikrofone in unmittelbarer Umgebung des Lautsprechers (Mikrofon-Korona) und verknüpfen der elektrischen Signale können strömungsinduzierte Geräusche reduziert werden. Die Wirkung aktiver Schalldämpfer wird dadurch verbessert. Im Vortrag werden Aufbau und Wirkprinzip aktiver Resonatoren mit Mikrofon-Array vorgestellt. Der Einfluss der Strömungsgeräusche am Mikrofon wird am Beispiel von Untersuchungen im Modellkanal sowie an einer Lüftereinheit anhand von Messwerten diskutiert.
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Experimentelle Untersuchungen zur Entwicklung eines Messverfahrens für die Schallabsorption von profilierten Lärmschutzwänden [DAGA 2008 (Dresden)]
D. Pazos, L. Weber, P. Leistner and K. Sedlbauer
[A]
Zur Entwicklung eines Messverfahrens, das die Bestimmung des Schallabsorptionsgrades von Lärmschutzwänden mit profilierter Oberfläche in situ ermöglicht, wurden Modellmessungen an verkleinerten Wänden im reflexionsarmen Raum des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik durchgeführt. Der erste Schritt hierbei bestand in einer Validierung des verwendeten Versuchsaufbaus. Es wurde unter anderem untersucht, unter welchen Voraussetzungen sich das von dem verwendeten Lautsprecher erzeugte Schallfeld im Bereich der untersuchten Wände mit hinreichender Genauigkeit als ebene Welle betrachten lässt. Die Messungen erfolgten mit zwei Mikrofonen gleichzeitig, wobei sowohl Phase als auch Betrag des Schallpegels an verschiedenen Positionen im Raum bestimmt wurden.
Die durchgeführten Messungen dienen dazu, die mit dem theoretischen Modell von Holford-Urusovskii berechnete Feldverteilung vor periodisch profilierten Oberflächen messtechnisch zu verifizieren. Hierzu werden Messungen an unterschiedlich profilierten Wänden mit reflektierender und absorbierender Oberfläche vorgenommen. Ein weiteres wichtiges Ziel besteht darin, aus den im Nahfeld vor der Wandoberfläche gemessenen Werten rechnerisch auf die Pegelverteilung im Fernfeld zu schließen. Zur Unterstützung dieses Ziels erfolgen die Messungen sowohl im Nah- als auch im Fernfeld vor der untersuchten Wand.
Leitgeb, E.
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Übertragung von Audiosignalen über lange Distanzen mittels optischer Netze
M. Koschier, F. Graf, E. Leitgeb and G. Graber
[A]
In der Audiotechnik gibt es bereits eine Vielzahl an Standards und Möglichkeiten Audiodaten digital zu übertragen. Diese sind jedoch zumeist auf geringe Distanzen (einige Meter) begrenzt. Für viele Anwendungen ist es aber erforderlich, lange Distanzen ohne Qualitätseinbußen zu überbrücken. Eines der derzeit besten Verfahren Signale digital zu übertragen ist die optische Übertragungstechnik, welche Spannungen in optische Signale wandelt und diese über Lichtwellenleiter überträgt. Neben der hohen Geschwindigkeit zeichnet sich diese Übertragungstechnik durch eine hohe Bandbreite, geringe Dämpfung und Unempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen aus.
Es wurden die am Markt befindlichen Übertragungssysteme und Realisierungsmöglichkeiten untersucht und das Preis-Leistungsverhältnis analysiert. Auf diesen Erkenntnissen aufbauend wurde ein kostengünstiges System zur Übertragung von Audiodaten über ein optisches Netz entwickelt, das es erlaubt, Audiodaten über mehrere Kilometer mit hoher Qualität zu übertragen.
Leitgeb, M.
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Schwingungsverhalten von Holzständerwänden [DAGA 2003 (Aachen)]
J. Hessinger, H.P. Buschbacher, A. Rabold, M. Leitgeb, R. Ramsteiner and F. Holtz
[A]
Die Schalldämmung von einfachen Holzständerwänden mit den unterschiedlichsten Beplankungen und Dämmstoffen wurde in der Vergangenheit bereits sehr oft untersucht. Zu diesem Thema sollen in diesem Vortrag nun Teilergebnisse eines vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten AiF-Projekts vorgestellt werden. Um ein tieferes Verständnis für die besonderen Mechanismen der Schallübertragung bei Holzständerwänden zu erlangen, wurden die Körperschall-Schwingungsbilder einer Standard-Holzständerwand bei Luftschallanregung im Frequenzbereich zwischen ca. 20 Hz und 750 Hz aufgenommen. In den Meßergebnissen konnten die Eigenschwingungen der Wand sehr gut identifiziert werden : von der 1. Scheiben-Schwingung bei ca. 23 Hz bis zu den Gefach-Schwingungen oberhalb ca. 60 Hz. Die entsprechenden Oberschwingungen für diese Eigenmoden treten ebenfalls auf und sind deutlich sichtbar. Das Verhältnis der Frequenzen von Grund- und Oberschwingungen stimmen mit der Theorie überein. Ein Vergleich mit den Schalldämmkurven zeigt, dass die Einbrüche in der Kurve des Schalldämm-Maßes von der Frequenzlage mit den verschiedenen Körperschall-Schwingungsbildern koinzidieren. Die Schallübertragungen bei den Holzständerwänden können somit den verschiedenen Eigenschwingungen der Wand zugeordnet werden. Es zeigt sich dass die größten Einbrüche durch Gefach-Schwingungen verursacht werden. Durch dieses Verständnis für die Schallübertragungsmechanismen wird es in Zukunft möglich sein die Schalldämmung von Holzständerwänden besser zu prognostizieren. Es wird das Ziel sein über die Variation der Parameter der Beplankung (Material, Dicke, Plattengröße, Raster, ....) die Schalldämmung der Holzständerwände weiter zu optimieren.
Leitmann, T.
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Lautstärke in Diskotheken. Eine Abschätzung des Gehörschadenrisikos auf der Basis einer psychoakustischen Akzeptanzuntersuchung bei Jugendlichen [DAGA 2002 (Bochum)]
T. Leitmann and B. Schulte-Fortkamp
[A]
Es gibt in Deutschland immer mehr Jugendliche die unter Gehörbeeinträchtigungen (im Sinne einer Lärmschwerhörigkeit) und Tinnitus-Symptomen leiden. Aufgrund des geringen Alters der Untersuchten ist davon auszugehen, dass sie noch keinen wesentlichen Kontakt zu beruflicher Lärmexposition hatten. Es gilt daher als wahrscheinlich, dass ein großer Teil dieser Gehörerkrankungen auf ''Freizeitlärm'', wie z.B. Musikschall bei Konzerten, in Diskotheken oder beim Tragen von Kopfhörern, aber auch auf Knallgeräusche beim Umgang mit Knallkörpern oder Spielzeugpistolen zurückzuführen ist. Die derzeit beliebteste lärmintensive Freizeitbeschäftigung von Jugendlichen ist allerdings der Besuch von Clubs und Discotheken. Die hier vorherrschenden Schallpegel tragen das Potential für bleibende Hörschäden in sich. Der Schalldruckpegel und die Beschallungsdauer sind dabei die wesentlichen Determinanten der Gehörschädigung. Um die Höhe der Schallbelastung zu ermitteln wurden in 12 Discotheken Schallpegelmessungen durchgeführt. Zusätzlich wurden 649 Jugendliche in 15 Discotheken nach ihren Besuchshäufigkeiten, ihrer Einschätzung der Musik und ihrer Bewertung der Lautstärke befragt. Die Untersuchung zeigt deutliche Tendenzen über Vorlieben und Verweildauer auf der Tanzfläche und lässt von daher Aussagen über die Belastungen der Jugendlichen durch die Beschallung in Discotheken zu. Mit diesen Eingangsdaten wird nach der internationalen Norm ISO 1999 eine Abschätzung des Gehörschadenrisikos vorgenommen. Auf Grundlage der gewonnenen Ergebnisse wird die Frage eines Richtwertes für die Beschallungsstärke diskutiert und die Akzeptanz von Schallpegelbegrenzungen in Discotheken erörtert. Mögliche technische und taktische Maßnahmen zum Schutz der Discothekenbesucher werden vorgestellt. Darüber hinaus weist die Arbeit Material für die Fortbildung von DJs aus. Vorgestellt werden die Ergebnisse der Befragung sowie ein potentieller Richtwert, der im Kontext eines Maßnahmenkatalogs problematisiert wird.
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HEACE: Simulation von Schall und Vibrationen im Kabinensimulator [DAGA 2003 (Aachen)]
R. Weber, I. Baumann, M. Bellmann, S. Buss, P. Faulhaber, N. Freese, E. Groll-Knapp, S. Hallmann, C. König, R. Kruse, T. Leitmann, V. Mellert, H. Remmers, A. Röder, B. Schulte-Fortkamp and M. Trimmel
[A]
Gestiegene Kundenerwartungen an den möglichst unverwechselbaren Klang eines Fahrzeugs und an den akustischen Komfort im Innenraum machen eine aufwendige gehörbezogene Analyse der unterschiedlichsten Geräuschphänomene notwendig. Die akustischen Anforderungen variieren zwischen den verschiedenen Fahrzeugtypen und Klassen und haben längst im Zuge der Objektivierung von subjektiven Geräuschwahrnehmungen und -beurteilungen zu einer bedeutenden Nutzung psychoakustischen Know-Hows geführt. Das betrifft einerseits psychoakustische Messmethodik als auch die Anwendung psychoakustischer Signalparameter auf die Klassifizierung und Quantifizierung verschiedenster akustischer Geräusch- und Klangphänomene. Neben der Globalbeurteilung der Innenraumakustik fallen darunter auch die Bewertung einzelner Teilkomponenten, über deren Funktionsweise der Fahrer akustisch orientiert sein muss. Die Bestimmung der Sprachverständlichkeit im Innenraum bei verschienenen Betriebszuständen, der Klang der qualitätsvermittelnden Türschlaggeräusche, die Analyse der Reifengeräusche und der aerodynamischen Windgeräusche usw. verlangen gehörrichtige Bewertungen und Beurteilungskriterien, um bei der Fahrzeugentwicklung richtige Maßstäbe für die Güte des Modells einsetzen zu können.
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HEACE: Versuchsdesign zur Erfassung der Belastung, der Beanspruchung und des Komforts von Passagieren und Crew in einem Kabinensimulator [DAGA 2003 (Aachen)]
E. Groll-Knapp, I. Baumann, M. Bellmann, S. Buss, N. Freese, S. Hallmann, C. König, R. Kruse, T. Leitmann, V. Mellert, H. Remmers, B. Schulte-Fortkamp, M. Trimmel and R. Weber
[A]
I. Baumann3, M. Bellmann2, S. Buss3, N. Freese3, E. Groll-Knapp4, S. Hallmann3, Ch. König3, R. Kruse3, T. Leitmann1, V. Mellert3, H. Remmers2, B. Schulte-Fortkamp1, M. Trimmel4, R. Weber3 1TU Berlin, 2itap GmbH, 3Universität Oldenburg, 4Universität Wien In einem Kabinensimulator sollen die Auswirkungen variierter und realitätsnaher Umgebungsbedingungen auf die Crew untersucht werden. In diesem Beitrag wird vorgestellt, welche Elemente einer tatsächlichen Flugzeugumgebung während eines simulierten Fluges von Wien nach Alicante mit ''echten'' Passagieren, Flugbegleitern/innen und Piloten realisiert werden. Diese Bedingungen umfassen einmal die objektiven Umgebungsvariablen, wie die simulierten Geräusche, Vibrationen, variiertes Luftklima und die Bewegung (Motion) des Simulators. Zum anderen werden die Belastungen der Kabinencrew und des Piloten zusätzlich durch sehr realitätsnahe Arbeitsabläufe der Flugsituation angenähert und die Wirkungen mit psychologischen, soziologischen und physiologischen Methoden erfasst. Es wird ein Überblick über das Versuchssetting einschließlich des eingesetzten Messinstrumentariums und der erfassten Parameter gegeben. [HEACE wird im EU-Programm GROWTH unter Projekt Nr. GRD1-2001-40118 gefördert].
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Gehörschäden durch Musik in Diskotheken - Zusammenhang von individueller Schallbelastung und Besuchsverhalten [DAGA 2003 (Aachen)]
T. Leitmann
[A]
Es gibt in Deutschland immer mehr Jugendliche die unter Gehörbeeinträchtigungen (im Sinne einer Lärmschwerhörigkeit) und Tinnitus-Symtomen leiden. Aufgrund des geringen Alters der Untersuchten ist davon auszugehen, dass sie noch keinen wesentlichen Kontakt zu beruflicher Lärmexposition hatten. Die derzeit beliebteste lärmintensive Freizeitbeschäftigung von Jugendlichen ist der Besuch von Clubs und Diskotheken. Die hier vorherrschenden Schallpegel tragen das Potential für bleibende Hörschäden in sich. Um die Höhe der Schallbelastung zu ermitteln wurden in 15 Diskotheken neben Schallpegelmessungen 649 Jugendliche nach ihrem Besuchsverhalten, ihrer Besuchshäufigkeit, ihrer Einschätzung der gespielten Musik und ihrer Bewertung der Lautstärke befragt. Die Untersuchung zeigt einen deutlichen Zusammenhang zwischen musikalischen Vorlieben und dem Besuchsverhalten (z.B. der Aufenthaltsdauer auf der Tanzfläche). So geben Besucher von Techno-Diskotheken eine überdurchschnittlich hohe wöchentliche Aufenthaltsdauer auf der Tanzfläche an. Gleichzeitig werden in Techno-Diskotheken meist sehr hohe Schallpegel gemessen. Daher sind diese Besucher einem besonders hohen Risiko einer Gehörschädigung ausgesetzt. Auf Grundlage der gewonnenen Befragungsergebnisse wird die Frage eines Richtwertes für die Beschallungsstärke diskutiert und die Akzeptanz von Schallpegelbegrenzungen in Diskotheken erörtert.
Lemaitre, G.
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A method to assess the ecological validity of laboratory-recorded car horn sounds [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
G. Lemaitre, P. Susini, S. Winsberg and S. McAdams
[A]
A method is presented which explores the ecological validity of
a corpus of car horn sounds, based on the perceided dissimilarities between these sounds. A car horn is a self-oscillating electroacoustical device,
the sound of which is strongly influenced by its fixation to the body of
the car. The usual procedure to record a horn is to fix it on a heavy
metal bar. But the sound emitted by this horn-bar device may be fairly
different from the sound perceived on the road. Hence the question arises, 'can the
conclusions drawn from experimental studies using these recorded sounds
be generalized to real-life situations?''. To answer this question, a method is designed, which combines qualitive representation of the data with quantitative statistical tests. Car
horn sounds were recorded in two ways: three horns were either
fixed to the bodies of two different cars, or were fixed to a standard
metal bar and recorded in three positions. Dissimilarity ratings were
obtained from listeners. Multidimensional scaling was used to
assess the influence of the fixation on the structure of
the dissimilarities perceived between the different horns. This
representation leads us to conclude that the dissimilarities perceived
among a set of horns for a given fixation are independent of the
fixation and of the position of
recording. This assumption is verified by means of a contrasted
analysis of variance. The results of this study allow conclusions
drawn from dissimilarity ratings between laboratory recorded sounds to
be generalized to the real-life cases.
Lemke, O.
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Aktive Minderung des Drehklangs axialer Strömungsmaschinen durch Strömungsbeeinflussung [DAGA 2005 (München)]
O. Lemke, J. Schulz, W. Neise and M. Möser
[A]
Im Rahmen eines DFG geförderten Forschungsvorhabens werden Möglichkeiten zur aktiven Minderung des Drehklangs eines Axialventilators untersucht. Abweichend von konventionellen Verfahren wird auf den Einsatz von Lautsprechern zur Erzeugung des sekundären Schallfeldes verzichtet. Durch Beeinflussung der Strömung im Bereich der Blattspitzen ist es möglich, dort aeroakustische Schallquellen zu erzeugen. Diese haben ihre Ursache in zusätzlichen periodischen Kräften, welche aus der Wechselwirkung der Strömungsstrukturen von Laufrad und der Beeinflussung resultieren. Bei geeigneter Wahl der Parameter der Beeinflussung kann das so generierte sekundäre Schallfeld in seiner Amplitude und Phasenlage derart eingestellt werden, dass es zu einer destruktiven Überlagerung mit dem primären Schallfeld kommt.
Die vorangegangen Untersuchungen in diesem Forschungsvorhaben zeigten, dass das Einblasen von Druckluft durch wandbündig am Umfang verteilte zylindrische Düsen die effektivste Beeinflussungsmethode mit dem größten Geräuschminderungspotential darstellt. Die Amplitude sowie die Phasenlage des sekundären Schallfeldes werden durch den Einblasmassestrom sowie die Umfangsposition bezüglich des Stators und der Einblasrichtung der Düsen bestimmt.
Analog zu den konventionellen Verfahren mit Lautsprechern soll das sekundäre Schallfeld in einem geschlossenen Regelkreis kontrolliert werden. Dies ermöglicht eine Anpassung der Beeinflussungsparameter auch bei veränderten Betriebsbedingungen, um eine optimale Geräuschminderung zu erreichen. Dazu wurde in Voruntersuchungen ein Extremwertregler ausgelegt und erfolgreich getestet. Mit diesem Regler konnte der Schalldruckpegel in Abhängigkeit vom Einblasmassenstrom minimiert werden. Mit einem modifizierten Versuchsaufbau wird nun mit Hilfe einer Mehrgrößenreglung neben der Amplitude auch die Phasenlage des sekundären Schallfeldes angepasst.
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Aktive Minderung höherer Harmonischer des Drehklangs axialer Turbomaschinen durch Strömungsbeeinflussung [DAGA 2006 (Braunschweig)]
O. Lemke, W. Neise and M. Möser
[A]
Im Rahmen eines DFG geförderten Forschungsvorhabens werden Möglichkeiten zur aktiven Minderung des Drehklangs eines Axialventilators untersucht. Abweichend von konventionellen Verfahren wird auf den Einsatz von Lautsprechern zur Erzeugung des gegenphasigen Schallfeldes verzichtet. Stattdessen werden Strömungs-
erregte Gegenschallquellen verwendet, die aus einer Beeinflussung der Strömung im Blattspitzenbereich des Rotors resultieren. Hierbei wird die Kenntnis über den Entstehungsmechanismus der tonalen Geräuschanteile in axialen Turbomaschinen ausgenutzt. Diese haben ihre Ursache in periodischen Kräften, welche aus der Rotor-Stator-Interaktion entstehen. In Analogie dazu wird durch gezielte Strömungsbeeinflussung eine zusätz-
liche Wechselwirkung, die Rotor-Störung-Interaktion, erzeugt. Bei geeigneter Wahl der Parameter der Beeinflussung kann das auf aeroakustischem Weg erzeugte sekundäre Schallfeld in seiner Amplitude und Phasenlage derart eingestellt werden, dass es zu einer destruktiven Überlagerung mit dem primären Schallfeld kommt.
Die vorangegangen Untersuchungen in diesem Forschungsvorhaben zeigten, dass das Einblasen von Druckluft durch wandbündig am Umfang verteilte zylindrische Düsen die effektivste Beeinflussungsmethode mit dem größten Geräuschminderungspotential darstellt. Es konnten Pegelminderungen bis zu 20dB in der Blattfolgefrequenz bei gleichzeitiger Minderung der dominanten azimutalen Mode um bis zu 30dB nachgewiesen werden.
Das Verfahren ist auch für die Beeinflussung höherer harmonischer der Blattfolgefrequenz einsetzbar. Dabei kann die gleiche Anzahl von Aktuatoren benutzt werden, da in Analogie zum Entstehungsmechanismus des primären Schallfelds auch durch die Rotor-Störung-Interaktion Sekundärschallfelder bei höheren harmonischen Frequenzen entstehen. Diese Sekundärschallfelder können durch geeignete Wahl der Beeinflussungsparameter in ihrer Amplitude und Phasenlage ebenfalls für eine destruktive Überlagerung mit dem Primärschallfeld angepasst werden.
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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.
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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.
Lentz, T.
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Realisierung eines Echtzeit-Systems zur Nachführung der Übersprechkompensation für einen bewegten Zuhörer [DAGA 2002 (Bochum)]
T. Lentz and O. Schmitz
[A]
Ausgangspunkt stellt das Verfahren der statischen Übersprechkompensation dar. Nachteil dieses Verfahrens ist bekanntermaßen, dass die Kompensation auf einen Punkt beschränkt ist. Ziel dieser Arbeit ist es, die Wiedergabe binauraler Signale über Lautsprecher für einen bewegten Zuhörer zu ermöglichen. Eine Bewegung des Zuhörers erfordert, die Kompensationsfilter, abhängig von der Kopfposition, nachzuführen. Dabei sollen die benötigten Filter erst zur Laufzeit des Programms berechnet werden. Als Grundlage dient eine Datenbank, aus der anhand der Positionsdaten des Zuhörers die notwendigen HRTFs für die Berechnung der Kompensationsfilter ausgewählt werden. An die HRTFs werden dabei hohe Anforderungen bezüglich der exakten Einhaltung des Laufzeitbezuges gestellt. Die Erstellung der Datenbank ist daher ein zentraler Punkt für die Realisierung des gesamten Systems. Die Berechnung der Kompensationsfilter, die Auswertung der Kopfposition und die eigentliche Signalverarbeitung geschieht auf einem Standard PC-System. Zusätzlich hat man die Möglichkeit, beliebige Monosignale binaural im Raum zu platzieren. Die durchgeführten Hörtests haben gezeigt, dass die dynamische Übersprechkompensation in einer reflexionsarmen Testumgebung mit zwei Lautsprechern sehr vielversprechend ist. Eine Bewegung des Zuhörers ist in einem Bereich von ca. einem Quadratmeter, die Drehung des Kopfes innerhalb des von den Lautsprechern aufgespannten Winkels möglich, wobei die Wiedergabequalität sehr hoch ist.
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Untersuchungen zum Einfluss von Reflexionen bei der Übersprechkompensation [DAGA 2003 (Aachen)]
T. Lentz
[A]
Zur naturgetreuen Wiedergabe von binauralen Signalen über Lautsprecher wird ein System zur Übersprechkompensation benötigt. Ein solches System bewirkt, dass sich an den Ohren des Zuhörers die übersprechenden Signalanteile (Signal vom rechten (linken) Lautsprecher am linken (rechten) Ohr) auslöschen. In dieser Untersuchung wird das im Institut für Technische Akustik entwickelte System zur dynamischen Kompensation verwendet, welches laufend, abhängig von der aktuellen Position des Zuhörers, ein gültiges Filter erzeugt (vorgestellt auf der DAGA 02). Die Filter werden aus HRTFs berechnet, die im System als Datenbank gespeichert sind. Reflexionen des Raumes werden zur Zeit nicht berücksichtigt, es wird also eine ideal reflexionsfreie Umgebung vorausgesetzt. In der Anwendung ist es allerdings nicht immer möglich, eine solche Umgebung zu realisieren. Beim Einsatz in VR-Umgebungen sind beispielsweise die Projektionsflächen für die visuelle Darstellung unvermeidbar. Aus diesem Grund ist es wichtig, den Einfluss der Reflexionen auf die Kanaltrennung bei der Übersprechkompensation zu untersuchen und zu beschreiben. Zunächst wird die Beeinträchtigung der Kanaltrennung ausgehend von einer Freifeldumgebung durch Einbringen einzelner reflektierender Elemente messtechnisch untersucht. Im Anschluss werden Hörtests zur subjektiven Beurteilung durchgeführt.
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A Four-Channel Dynamic Cross-Talk Cancellation System [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
T. Lentz and C. Renner
[A]
To reproduce a binaural signal using loudspeakers, a cross-talk cancellation system is needed. It is based on the transfer functions from each loudspeaker to each ear. To produce filters for a static cross-talk cancellation system, the four transfer functions are measured with an artificial head. Afterwards the filter is calculated and used to cancel the cross-talk at the point the artificial head was positioned during the measurement. The filter is valid only in this one point and this fact limits the systems applicability significantly.
An adaptive cross-talk cancellation for a moving listener requires a system being able to provide a valid filter-set for each position. With the increase of the computation power it is possible to calculate cross-talk cancellation filters online using an HRTF-Database (Head Related Transfer Functions) and a head tracking system to detect the listeners current position.
A dynamic cross-talk cancellation system using two speakers is already implemented (see DAGA 2002). Head rotation is possible only within the angle spanned by the loudspeakers. Aim of this work is to implement a dynamic four speaker cross-talk cancellation system to provide a full head rotation. Several approaches of filtering will be tested and compared.
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A virtual real-time room simulation to determine the influence of the room acoustics on voice quality [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
P. Heck, M. Kob, T. Lentz and C. Neuschaefer-Rube
[A]
Professional speakers often suffer from voice diseases that are partially caused by uncomfortable
conditions in the performance room. Among these conditions, reverberation time
and background noise are of importance. Whereas the interaction between room and voice
has been extensively studied with focus upon perceptual questions such as room-listener interactions,
the voice performance of professional speakers influenced by room conditions
have not yet been well investigated. One reason might be that for the assessment of voice
quality in the actual environment of a speaker, both subjective and objective methods would
suffer from the ambient noise as well as from the alteration of the voice signal due to reflections
within the room.
For evaluation of the room acoustic influence on the voice quality a virtual acoustic environment
has been realised. This set-up makes use of a low latency convolution algorithm which
allows to simulate arbitrary rooms. By using a speaking and listening artificial head the binaural
room impulse response can be measured, including the head related transfer function
from the mouth. The total latency achieved with the set-up has been proven to be sufficiently
short for realistic simulations of voice performances in normal rooms.
The correlation between voice quality of several speakers and the room acoustics of different
rooms is described by the assessment of the change in voice quality perceived by a phoniatrician
and analysis of objective voice parameters in different rooms. First results are presented.
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A Tube Headphone Without Metallic Parts To Be Used For Functional NMR [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
G. Behler and T. Lentz
[A]
For the investigation of neuronal activities modern magnet resonance tomography provides the best possibilities for both local and time dependant resolution. Investigation of particular interesting parts of the brain (e.g. auditive cortex) are performed by applying appropriate stimuli and scanning the time dependant activity using specially designed magnetic sequences in the tomographs transducer. A major problem with NMR is the noise that is produced by these sequences, which on one hand interferes with the stimuli applied and on the other hand requires precautions for the protection of the subjects ears. Usually this is solved by using capsule ear protectors which in many cases are additionally equipped with tube phones for communication purpose. The poor quality and the weak audio level provided, however, makes the usage of these devices impossible for the presentation of the stimuli.
To overcome with these shortcomings a hearing protective headphone with a wide frequency range and high level capability is required that has to be free from magnetic and current leading parts. Therefore a tube phone system was designed, that uses a common capsule ear protector and a flexible tube of 4 m length, thus providing the possibility to place the electro-dynamic transducer as far away as possible from the tomograph. Due to extremely high damping of the high frequencies in particular a special treatment was needed. The system was realized using wide band compression drivers and digital FIR filtering to maintain the aimed dynamic and frequency range.
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Echtzeit-Implementierung des Spiegelschallquellenverfahrens [DAGA 2005 (München)]
D. Schröder and T. Lentz
[A]
Der Stand der Technik erlaubt es inzwischen, sich durch künstlich erzeugte visuelle Welten zu bewegen und erzielt bereits ein hohes Maß an Realität. Dieser Eindruck wird durch die Verbindung mit der zur dargestellten Szene passenden Akustik noch verstärkt.
Die Erzeugung der benötigten Signale beschränkt sich jedoch oft auf Quellen im Freifeld, d.h. die Filter zur Erzeugung der virtuellen Quellen wurden in reflexionsarmer Umgebung gemessen. Eine Erweiterung würde das Einbeziehen der Reflexionen in dem visuell dargestellten Raum darstellen, was jedoch eine Echtzeit-Raumsimulation in gewissen Grenzen bedeutet.
Dieser Beitrag beschreibt die Erweiterung des im Institut für Technische Akustik vorhandenen Systems für die binaurale Synthese um eine echtzeitfähige . Es wird die Implementierung eines Spiegelschallquellenmodells beschrieben, das die Anforderungen der Echtzeit erfüllt und es werden die Unterschiede zu herkömmlichen offline gerechneten Verfahren dargestellt. Bei Echtzeit-Anwendungen ist vor allem darauf zu achten, dass eine geeignete Vorbereitung der Geometriedaten durchgeführt wird, die offline, also vor dem eigentlichen Echtzeitbetrieb stattfinden kann. Ziel ist also, die laufenden Echtzeitberechungen möglichst rechenzeiteffektiv durchzuführen. Als Plattform für das System soll hier ein PC-System verwendet werden, das ohne spezielle Hardware, wie z.B. DSP-Karten, auskommt. Zudem werden Untersuchungen vorgestellt, in welchen Grenzen die Simulation zur Zeit möglich ist.
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Echtzeit-Raumakustiksimulationen für virtuelle Umgebungen [DAGA 2005 (München)]
T. Lentz and I. Assenmacher
[A]
In der virtuellen Realität werden dem Benutzer künstliche im Rechner generierte Szenen dargeboten. Diese Szenen sind in erster Instanz plastische Objekte, die mit geeigneter 3D Videotechnik dargestellt werden. Um die Immersion in eine solche Szene zu erhöhen ist die Akustik sehr hilfreich, da ein weiteres Sinnesorgan mit in die virtuelle Umgebung einbezogen wird. Der korrekte akustische Eindruck wird durch die übersprechkompensierte Wiedergabe binauraler Signale bewerkstelligt, die es ermöglicht, an den Ohren des Benutzers ein Schallereignis mit korrektem räumlichen Bezug zu reproduzieren. Dieses Verfahren erfüllt zu diesem Zeitpunkt schon hohe Ansprüche.
Komplexere virtuelle Umgebungen sind Räume, in denen dem Benutzer die Möglichkeit gegeben werden soll, in dieser Szene zu agieren bzw. mit bestimmten Objekten zu interagieren. Da in der virtuellen Szene keine Feifeldbedingungen herrschen sollen, bedeutet dies für den akustischen Teil ebenfalls die Raumakustik zu berechnen und entsprechend der Benutzeraktion anzupassen. Hier ist also eine Echtzeit-Raumakustiksimulation für virtuelle Umgebungen Voraussetzung, um einen zumindest plausiblen Eindruck zu vermitteln.
In diesem Beitrag werden die verschiedenen Parameter, die für eine echtzeitfähige Raumakustiksimulation relevant sind, betrachtet und das Konzept für die Realisierung vorgestellt Ein zentraler Punkt ist dabei die Update-Rate der zu berechnenden Raumimpulsantworten, die jedoch bei den verschiedenen Aktionen wie der Bewegung oder Drehung von Benutzer bzw. Quelle unterschiedlich sind und verschieden hohen Rechenaufwand verursachen. Weiterhin wird ein System vorgestellt, das die Kopplung der visuellen und akustischen Szene erlaubt und dem Benutzer die Möglichkeit gibt, in dieser zu agieren.
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Evaluierung des virtuellen Kopfhörers für die dynamische binaurale Synthese [DAGA 2006 (Braunschweig)]
J. Sokoll, T. Lentz and I. Assenmacher
[A]
Zur korrekten Wiedergabe binauraler Signale wird am Institut für Technische Akustik seit einiger Zeit die dynamische Übersprechkompensation verwendet. Dabei handelt es sich um ein Setup bestehend aus vier Lautsprechern, die für eine korrekte Kompensation eingesetzt werden. Mit einem Tracking System wird die Position des Zuhörers bestimmt und abhängig davon zwei der vier Lautsprecher angesteuert. Aufgrund der Kanaltrennungseigenschaften wird dieser Aufbau auch als virtueller Kopfhörer bezeichnet. Zur Simulation von virtuellen Quellen wird eine ebenfalls dynamisch arbeitende binaurale Synthese eingesetzt. Dieses gesamte System wurde nun evaluiert.
Als Startpunkt wurde zunächst eine 'ideale' statische Kompensation betrachtet, um einen Ausgangswert für die Kanaltrennungseigenschaften des dynamischen Systems zu ermitteln. Anschließend wurde die Übersprechdämpfung der dynamischen Anordnung gemessen. Das komplette System (dynamische Übersprechkompensation und Synthese) wurde dann mit Hörversuchen analysiert. Dabei wurden zum einen die Lokalisationsleistung bei rein akustisch dargebotenen Stimuli als auch bei einer Kombination von akustischen und visuellen Reizen untersucht. Diese Hörversuche wurde in einer CAVE, einer 5-seiten Projektionseinrichtung durchgeführt, in der der virtuelle Kopfhörer in Kombination mit stereoskopischen Bildern eingesetzt wird. In dieser Umgebung ist es möglich, virtuelle akustische Quellen mit einer optischen virtuelle Realität zu verbinden. Zudem wurde ein Vergleich von virtuellen und realen Quellen durchgeführt.
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Simulation of Natural Sound Sources [DAGA 2006 (Braunschweig)]
T. Lentz and K. Slenczka
[A]
Many applications as real-time spatial sound rendering for virtual environments or room-acoustical simulations gain in naturalness if the simulated sources are able to rotate or the listener has the opportunity to move or rotate himself. In this case not only the spatial information is required but also the directivity of a sound source needs to be considered for a close to reality reproduction of an acoustical scenario.
Especially for natural instruments the directivity determination in the complete sphere is not as easy as for electro-acoustical sources. The excitation variability by a human player eliminates the possibility of sequential measurements of different angles.
In this paper the measurements of various instruments are introduced. The influence of averaging the directivity information extracted from different single tones of a scale is analysed and compared to the directivity extracted from a short piece of music.
For a simulation of natural instruments a directivity database with an appropriate resolution is required, but due to the limitation of record channels the directivity data obtained is coarsely meshed. To generate information with a higher resolution a graphical 3D interpolation is compared to interpolation by means of multi-pole synthesis.
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Kann man in Klassenräumen mit Kunstköpfen messen? [DAGA 2007 (Stuttgart)]
M. Vorländer, J. Fels, D. Schröder and T. Lentz
[A]
Zur Bewertung der akustischen Qualität von Klassenräumen sind mehrere Ansätze, die über die Angabe der Nachhallzeit und des Störpegels, hinausgehen, im Gespräch. Bei der Diskussion der akustischen Planung und Verbesserung von Klassenräumen müssen die Wahl der Lehrsituation und die Art der Kommunikation (Frontalunterricht oder Kleingruppenarbeit) berücksichtigt werden. Aus akustischer Sicht ist dabei die Sprachwahrnehmung unter Störschall und Nachhall relevant, und zwar unter verschiedenen Bedingungen der räumlichen Konfigurationen von Sprecher und Störquellen. Die einzig konsequente Vorgehensweise besteht in der Aufnahme und Bewertung der binauralen raumakustischen Situation. Es werden experimentelle und numerische Untersuchungen zum Einfluss spezifischer HRTF von Schulkindern und Erwachsenen vorgestellt. Ziel dieser Arbeit ist die Klärung der Frage, ob die heute verfügbaren (erwachsenen) Standard-Kunstköpfe überhaupt für Untersuchungen in Klassenräumen sinnvoll verwendbar sind.
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Near-Field HRTFs [DAGA 2007 (Stuttgart)]
T. Lentz
[A]
For creating virtual sound scenes, spatially distributed sources are essential to achieve a high degree of realism. One solution is the binaural synthesis. To provide virtual sources at any position, a HRTF database is required for adding the spatial cues to audio signals.
Beside the spatial information, the distance of the source to the listener is very important, especially in a dynamic reproduction system, where the listener has the possibility to change his position and thus the distance to the virtual source.
In case of simulating sources located closer to the listener's head the simple level-dependent distance correction according to the spherical wave attenuation is not sufficient for a realistic representation. For this reason a listening tests was conducted to evaluate, in a first step, the area around the head in which special near-field HRTFs are required.
For a dynamic reproduction system it is essential to provide a variation of all spatial parameters such as azimuth, elevation and distance without audible artefacts for the listener. Thus, as a second step, the spatial resolution has to be specified to find a good tradeoff between the postulated inaudible artefacts and the amount of data which has to be present in a dynamic binaural synthesis system. A special focus will be put on the tree dimensional fading and / or interpolation regarding azimuth elevation and distance.
Lenz, U.
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Ermittlungen des Lärmminderungspotentials von Straßenbahnen durch Optimierung des Fahrweges, Ableitungen von Bauempfehlungen [DAGA 2000 (Oldenburg)]
U. Lenz and R. Waßmann
[A]
Die Geräuschemissionen von Straßenbahnen werden durch das Fahrzeug selbst . aber zu einem hohen Anteil auch durch den Aufbau und Zustand des Fahrweges bestimmt. Im Rahmen eines Forschungsvorhabens (Umweltbundesamt Nr. 205 05 810) wurden umfangreiche Untersuchungen durchgeführt. Ziel des Vorhabens war es, Empfehlungen zu erarbeiten, um zukünftig die Geräuschemissionen an Straßenbahnstrecken zu senken. Hierzu wurden meßtechnische Untersuchungen an Straßen- bahnstrecken vor und nach Gleisumbau sowie weitergehende Messungen und Berechnungen im Labor durchgefürt. Weiterhin erfolgte eine umfangreiche Literatur- recherche, deren Ergebnisse in einer Datenbank abgelegt sind. Aus den zusammengefaßten Ergebnissen der Messungen und Recherche wurden allgemeine Erkenntnisse abgeleitet und Bauempfehlungen erarbeitet. Der Vortrag befaßt sich mit diesen Ergebnissen. Es zeigt sich, daß grundsätzlich ein Lärmminderungs- potential beim Schienenoberbau vorhanden ist.
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Maßnahmen zur Minderung von Immissionen bei Weichenanlagen von Stadtbahnen [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
U. Lenz
[A]
Stadt- und Straßenbahnen erzeugen beim Befahren von Gleisanlagen Schwingungs- und Schallimmissionen, die zum Teil in der Nachbarschaft als erheblich belästigend angesehen werden. Insbesondere Anwohner in der Nähe von Gleiswechseln, -kreuzen und ähnlichen Anlagen fühlen sich besonders häufig gestört. Das Befahren derartiger Anlagen führt im Vergleich zum Normalgleis zu erhöhten Immissionen. Ursache hierfür sind die Herzstücklücken der Weichen und Kreuzungen, die eine Störstelle im Gleis darstellen. Durch unterschiedliche Maßnahmen am Gleisoberbau kann dieser Immissionserhöhung entgegengewirkt werden. Unterschiedliche Maßnahmen wie z. B. bewegliche Herzstücke, Masse-Feder-Systeme oder elastische Schienenlager wurden bereits mit Erfolg eingebaut. Messungen vor und nach Einbau der Systeme bestätigen die gute immissionsmindernde Wirkung.
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Lärmsanierung an einem U-Bahnabschnitt in Köln [DAGA 2003 (Aachen)]
U. Lenz
[A]
Unterirdische Stadtbahnanlagen erzeugen Schwingungsemissionen, die in angrenzenden Wohngebäuden zu erheblichen Belästigungen durch Erschütterungs- und Schallimmissionen führen können. Von der Kölner Verkehrs-Betriebe AG werden noch Tunnelanlagen betrieben, in denen sich lediglich ein Schotteroberbau befindet. Im Laufe des Betriebes über viele Jahre setzt sich der Schotter und verliert seine Elastizität. An einem dieser Streckenabschnitte beschwerten sich Anwohner über die im Laufe der Jahre stark zugenommenen Immissionen. Im Sommer des Jahres 2002 wurde die Gleisanlage saniert. Der vorhandene Schotteroberbau blieb erhalten. Es wurden lediglich die Schwellen und die Schienenbefestigung erneuert. An Stelle einer Standardschienenbefestigung wurde ein HochElastisches Schienenlager eingesetzt. Schwingungsmessungen im Tunnel und im Gebäude vor und nach dem Umbau zeigen, dass eine deutliche Reduzierung der Erschütterungs- und Schallimmissionen erreicht wurde.
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Mass-spring-system in a railway tunnel of the high-speed-track Köln-Rhein/Main [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
U. Lenz
[A]
Railway and tram tracks induce vibrations, which cause structure-borne immissions of noises and vibrations. On the new high-speed track between Cologne and Frankfurt are several tunnels. A tunnel close to St. Augustin was build directly under existing houses. A mass-spring-system manufactured by the Ed. Züblin AG was installed in this section for the protection of the adjacent residents. The tunnelled route is driven on with a speed of 220 km/h. The reinforced concrete slabs of the system have an average thickness of 45 cm.
Measurements in the tunnel and in affected buildings show the mass-spring-system works effec-tively and achieves a successful vibration mitigation. The passage of trains causes no noticeable vibrations in the affected buildings.
(Lecture in German)
-
Ist die Straßenbahn im Gleisbogen zu laut? [DAGA 2006 (Braunschweig)]
U. Lenz
[A]
Straßenbahnen gelten allgemein als umweltfreundliches Verkehrsmittel, obwohl sie relativ hohe Schallimmissionen erzeugen. Dies gilt insbesondere für Gleisbögen, bei deren Durchfahrt spezielle Kurvengeräusche entstehen. Bei engen Bögen sind dies tonale Geräusche (Kurvenquietschen), die durch so genannte Stick-Slip-Effekte entstehen. In Bögen mit größeren Radien werden so ge-nannte Zischelgeräusche durch das Spurkranzanlaufen erzeugt. Anlieger beschweren sich regel-mäßig über diese Geräusche. Durch verschiedene Maßnahmen wird versucht, die Geräusche zu minimieren. Bisher existiert kein Verfahren, mit dem eine vorhersehbare Reduzierung der Kurven-geräusche eintritt. In der Vergangenheit wurden bereits Forschungsvorhaben zur Minderung der Quietschgeräusche durchgeführt. Die entwickelte Maßnahmen führen nur teilweise zur erhofften Pegelreduzierung. Bei der Stadtbahn Bielefeld wurden Versuche zur Reduzierung der Zischelge-räusche durchgeführt. Im Rahmen eines im Sommer 2005 angelaufenen Forschungsvorhabens wird die Thematik der Kurvengeräusche in vielfältiger Hinsicht neu aufgegriffen.
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Dürfen Körperschallpegel des Schienenverkehrs unbegrenzt laut sein? [DAGA 2008 (Dresden)]
U. Lenz
[A]
Dürfen Körperschallpegel des Schienenverkehrs unbegrenzt laut sein?
Von Schienenverkehrswegen gehen Schallimmissionen aus, die entsprechend der Gesetzgebung nach der 16. BImSchV beurteilt werden. Beim Überschreiten definierter Immissionsgrenzwerte sind Schutzmaßnahmen erforderlich, dies kann auch der Einbau von Schallschutzfenstern nach 24. BImSchV sein. Von Schienenverkehrswegen werden aber auch Schwingungsemissisonen erzeugt, die über das Erdreich in die Anliegerbebauung eindringen und dort zu Erschütterungs- und Körperschallimmissionen führen. Die Beurteilung der Erschütterungsimmissionen ist zwar nicht gesetzlich geregelt, erfolgt aber auf Basis der allgemein anerkannten DIN 4150/2. Für die vom Schienenverkehr ausgehenden Körperschallpegel existiert dagegen in Deutschland keine normative oder gesetzliche Regelung. Dürfen Körperschallpegel somit unbegrenzt laut sein? Derzeit werden Körperschallpegel im Rahmen von Planfeststellungsverfahren nicht beachtet oder auf vielfältige unterschiedliche Weise beurteilt. Eine eindeutige Regelung fehlt. Wenn Luftschallpegel durch guten aktiven und passiven Schallschutz ausgesperrt werden, dann sind Körperschallpegel umso besser wahrnehmbar.
Lenzer, M.
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The new StoSilent A-Tec Panel suspended ceiling system [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
M. Lenzer
[A]
A novel suspended ceiling employs open-pore foam made of recycled glass. Its surface facing the room is covered by a glass-fibre fleece on which a thin, acoustically transparent, plaster is applied in order to yield a large, smooth and jointless appearance. The acoustic performance of this construction element compares favourably with that of conventional acoustic ceilings with a slight shift of its absorption maximum towards lower frequencies. Examples of installations in high-demand communication rooms are discussed.
Leonhard, T.
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Diesel Sound Quality Engineering [DAGA 2006 (Braunschweig)]
M. Bodden, R. Heinrichs and T. Leonhard
[A]
Auf der Daga 2005 wurde ein Verfahren zur Analyse und Bewertung von Dieselgeräuschen vorgestellt. Dieses Verfahren wurde speziell dazu entwickelt, periodische impulshaltige Signalanteile zu identifizieren und zu quantifizieren. Aufbauend darauf konnte eine Metrik entwickelt werden welche die Beurteilung von Dieselnageln im Innenraum für die kritischste Situation, Idle, vorhersagen kann.
Für den Prozess der Optimierung von Dieselgeräuschen ist aber nicht nur eine Bewertung des kundenrelevanten Innen- (bzw. Aussen)geräusches notwendig, sondern darüber hinausgehend eine Anwendung auf die Anregung und die Übertragungspfade:
Erzeugung durch Zylinderfeuerungen
Abstrahlung durch den Motor z.B. im Prüfstand zur Zielwertsetzung auf Subsystem-Level
Ausbreitung durch Körperschall in Strukturen
Übertragung auf speziellen Pfaden wie z.B. Motorlagern
Ausbreitung von Luftschall in den Innenraum
Ausbreitung von Luftschall für das Aussengeräusch
Entsprechende Anwendungen des Verfahrens werden im Vortrag vorgestellt.
Lepoint, T.
-
Determination of the upper boundary in the energy distribution involved in the collapse of sonoluminescing bubbles
T. Lepoint, F. Mullie, S. Labouret, C. Pétrier, D. Kefting, R. Geisler, R. Mettin, T. Kurz and W. Lauterborn
[A]
Multibubble sonoluminescence (MBSL) spectra of
solutions containing noble gas consist of a continuum which extends
from ~250 to ~1000 nm. For
nm, there is no observable emission. With Kr or Xe as the dissolved
gas, small-intensity lines are observed in the 700 - 950 nm wavelength
range. By comparison with appropriate lamps, we attributed them to
and
electronic transitions. This means that energy levels of 11.3-12.1
eV are populated in the case of Kr and ~9.9 eV in
the case of Xe. When Ar is the dissolved gas, no Ar lines (which would
involve a populating in
levels characterized
by energies of 12.9-13.3 eV) are observed. Given the absence of emission
below 250 nm, these observations show that the upper boundary in the
distribution of energu released to the intracavity medium upon the
collapse of sonoluminescing bubbles is ~12 eV. These
observations enable to understand the reason of the absence of the
hydrogen 'Balmer' series in water MBSL. Indeed, transitions leading
to
,
and
lines requires
electronic excitations over a range of 12.10-13.11 eV. Moreover, the
absence (or negligible) emission below 250 nm discards thermal or
plasma origins for MBSL. The ~12 eV upper boundary
in the energy distribution associated with the collapse of sonoluminescing
bubbles indicates that MBSL spectra are mainly molecular.
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Influence du retard d'apparition du champ de cavitation inertielle sur la production d'iode en mode découpé d'irradiation ultrasonore [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
S. Labouret, L. Deraes, J. Frohly and T. Lepoint
[A]
The ultrasonic cavitation is known to give larger effects when produced by pulsed ultrasound mode rather than produced with a continuous emission. This phenomenon is due to a reconstitution of the population of the chemically active cavitation nuclei by the partial dissolution of free bubbles between two pulses. Several of these results have been obtained for irradiation duration in the minute range and for an ultrasound frequency close to 1 MHz [1,2]. We observe in similar conditions that the inertial cavitation field occurs with a delay that depends on the chopping frequency. We have also controlled that the presence of the inertial cavitation field is necessary to obtain a significant iodine (I2) production from KI solution (Weissler reaction). At last, the variation of the cavitation effect intensities in function of the chopping frequency, which is meet in literature, displays some similarities with the behaviour of the emergence delay of the inertial cavitation field.
We will present measurements of iodine production in function of the chopping frequency, of the irradiation duration and of the acoustic power, taking care to note always the emergence delay of the inertial cavitation field. We will discuss of the possible links between this emergence delay and the effect increase in chopped irradiation mode.
Ref :
[1] Ciarravino V., Flynn H.G., Miller M.W.: Ultrasound Med. Bio., 7, pp 159-166 (1981).
[2] Clarke P.R., Hill C.R.: J. Acoust. Soc. Am., 50, pp 649-653 (1970).
Lerch, R.
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Einsatz numerischer Verfahren bei der Berechnung der nichtlinearen Eigenschaften von elektrodynamischen Lautsprechern [DAGA 2000 (Oldenburg)]
M. Rausch, M. Kaltenbacher, L. Kreitmeier, G. Krump, H. Landes, R. Lerch and R. Simkovics
[A]
Es wird ein Verfahren zur numerischen Berechnung der nichtlinearen Eigenschaften von magneto-mechanischen Wandlern vorgestellt. Die an der Wandlung bzw. Abstrahlung beteiligten elektromagnetischen, mechanischen und akustischen Felder samt ihren Kopplungen werden durch Anwendung einer Finite-Elemente-Methode (FEM) simuliert. Im weiteren werden die magnetischen Nichtlinearitäten aufgrund örtlicher Magnetfeldinhomogenitäten sowie die mechanischen Nichtlinearitäten infolge großer Verformungen und nichtlinearer Materialeigenschaften berücksichtigt. Dieses Verfahren wird eingesetzt, um elektrodynamische Lautsprecher inklusive ihrer akustischen Abstrahlung mit hoher Genauigkeit zu berechnen. Im Rahmen der Computersimulationen werden zunächst die nichtlinearen Kraft-Weg-Kennlinien der Membranaufhängungen durch einen Vergleich mit der Messung verifiziert. In einem zweiten Computermodell wird das Magnetfeld des Permanentmagneten mit allen Streueinflüssen modelliert. Weiterhin werden die von den Spulenströmen hervorgerufenen elektromagnetischen Lorentzkräfte samt der daraus resultierenden Membranauslenkungen sowie der Schalldruck in der Umgebung der Membran in einem Rechenschritt rechnerisch erfaßt. Durch einen Vergleich von berechneten und gemessenen Membranauslenkungen und Druckverteilungen wurden die Algorithmen verifiziert. Die Effizienz der computerunterstützten Entwicklung von elektrodynamischen Lautsprechern wird an einem praktischen Anwendungsbeispiel, der Untersuchung der sog. Jump-out Auslenkung, unter Beweis gestellt. Durch Anwendung dieses Verfahrens läßt sich eine Parameteroptimierung von elektrodynamischen Lautsprechern bei einer minimalen Prototypenanzahl erreichen, wodurch sowohl die Entwicklungszeit als auch die Entwicklungskosten reduziert werden. Im Zuge weiterer Arbeiten soll das CAD-System zu einem vollständigen CAE-Arbeitplatz für das computerunterstützte Design von elektrodynamischen Lautsprechern ausgebaut werden.
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Numerische Analyse und Computeroptimierung von elektrodynamischen Lautsprechern [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
M. Rausch, M. Kaltenbacher, L. Kreitmeier, G. Krump, H. Landes and R. Lerch
[A]
In dieser Arbeit wird die Anwendbarkeit eines numerischen Verfahrens für die computerunterstützte Entwicklung von elektrodynamischen Lautsprechern unter Beweis gestellt. Die partiellen Differentialgleichungen, welche das magnetische, mechanische und akustische Feld samt den Kopplungen beschreiben, werden mit Hilfe einer Finiten-Elemente-Methode (FEM) gelöst. Im weiteren werden die magnetischen Nichtlinearitäten aufgrund örtlicher Magnetfeldinhomogenitäten durch Anwendung einer sog. Moving Material Methode sowie die mechanischen Nichtlinearitäten infolge großer Verformungen und nichtlinearer Materialeigenschaften berücksichtigt. Für eine benutzerfreundliche computerunterstützte Entwicklung wurde das Software-System zu einem vollständigen CAE-Arbeitsplatz für elektrodynamische Lautsprecher ausgebaut. Dieses System beinhaltet Module für das Pre- und Post-Processing sowie Module für die automatische Parameteroptimierung. Im Rahmen der Computersimulationen werden zunächst die nichtlinearen Kraft-Weg-Kennlinien der Membranaufhängungen durch einen Vergleich mit der Messung verifiziert. In einem zweiten Computermodell werden die von den Spulenströmen hervorgerufenen elektromagnetischen Lorentzkräfte samt der daraus resultierenden Membranauslenkungen sowie der Schalldruck in der Umgebung der Membran in einem Rechenschritt rechnerisch erfasst, wobei eine gute Übereinstimmung zwischen gemessenen und simulierten Klein- und Großsignalverläufen erzielt werden konnte. Die Effizienz der computerunterstützten Entwicklung von elektrodynamischen Lautsprechern wird anhand zweier praktischer Anwendungsbeispiele belegt. Einerseits konnten Einbrüche im Frequenzgang des Schalldruckverlaufes durch Designveränderungen an der Membranrandeinspannung eliminiert werden, andererseits werden die Einflüsse der einzelnen nichtlinearen Effekte auf das Lautsprecherverhalten erforscht und die Klirrfaktoren durch Parameteränderungen an der Membranaufhängung und am Magnetsystem reduziert. Durch Anwendung dieses Verfahrens lässt sich somit eine Parameteroptimierung von elektrodynamischen Lautsprechern bei einer minimalen Anzahl an tatsächlich aufgebauten Prototypen erreichen, wodurch sowohl die Entwicklungszeit als auch die Entwicklungskosten drastisch reduziert werden.
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Numerische Simulation von cw-Wellenfeldern hoher Intensität [DAGA 2003 (Aachen)]
A. Döhle, J. Hoffelner, H. Landes and R. Lerch
[A]
Hochleistungs-Ultraschall ist in einer Vielzahl von medizinischen und industriellen Anwendungen wie Lithotripsie, Ultraschallreinigung, Ultraschallschweissen und Sonochemie zu einem wichtigen Bestandteil geworden. In all diesen Anwendungen müssen bereits während der Entwicklungsphase die nichtlinearen Effekte, die in hochintensiven Schallwellen auftreten, berücksichtigt werden. In den letzten Jahren haben die Autoren daher eine bereits existierende Simulationsumgebung um eine Finite-Elemente-Formulierung der von Kuznetsov abgeleiteten nichtlinearen Schallfeldgleichung erweitert. Diese Implementierung wurde bereits für Abstrahlprobleme verifiziert, und erfolgreich auf Untersuchungen von hochintensiven fokussierenden (HIFU) Ultraschallquellen angewendet, die mit kurzen Spannungspulsen angeregt wurden. Darüberhinaus besteht in der Simulationsumgebung die Möglichkeit der Ankopplung an ein Strömungssimulationsprogramm, womit zusätzlich die durch den Schall induzierten globalen Flüssigkeitsbewegungen (''acoustic streaming'') berechnet werden können. In mehreren der oben erwähnten industriellen Anwendungen arbeiten die Schallquellen jedoch nicht im Puls- sondern im Dauer-(cw-)Betrieb. In solchen Fällen können zusätzliche Effekte durch die Überlagerung verschiedener Wellenzüge, z.B. die Entstehung von nichtlinearen stehenden Wellenfeldern, beobachtet werden. Daher haben wir in einer Reihe von Untersuchungen, über deren Ergebnisse hier berichtet werden soll, die Anwendbarkeit unserer Simulationsumgebung für den Fall cw-betriebener Quellen betrachtet. Zuerst berichten wir über die Verifizierung der implementierten Algorithmen durch Vergleiche mit analytischen Ergebnissen und Literaturdaten für ebene Wellen. Simulationsergebnisse für das mehrdimensionale Schallfeld einer Hochleistungsquelle werden mit Messergebnissen verglichen. Außerdem wird die durch den Schall erzeugte Strömung berechnet und der Einfluß von nichtlinearen Effekten auf das Strömungsfeld untersucht.
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FEM-unterstützte Netzwerksimulation kapazitiver Silizium-Mikrofonen [DAGA 2003 (Aachen)]
M. Füldner, A. Dehé, R. Aigner and R. Lerch
[A]
In dem überwiegenden Teil heutiger Produkte werden Elekret-Kondensatormikrofone eingesetzt, die aufgrund ihrer eingeschränkten Temperaturstabilität manuell gelötet oder über aufwendige Federkonstruktionen aufgebaut werden. Im Zuge fortschreitender Miniaturisierung steigt die Nachfrage nach mikromechanischen Silizium-Mikrofonen in Form kompakter SMD-Bauelemente. Zu deren Herstellung wird die hochentwickelte Silizium-Planartechnologie der Mikroelektronik zusammen mit speziellen Fertigungsverfahren der Volumen- und Oberflächenmikromechanik verwendet. Die Modellierung und Simulation der Mikrofone ist zur Optimierung und Abstimmung von Prozess und Design unerlässlich. Diese konstruktive Vorgehensweise verringert die Zahl der Entwicklungszyklen mit der zeit- und kostenintensiven Herstellung und Prüfung der Muster. Aufgrund der Komplexität des kapazitiven Mikrofons mit elektrischen, mechanischen und akustischen Feldgrößen ist eine einheitliche analytische Beschreibung nicht möglich. Numerische Simulationen am Gesamtsystem sind dagegen nur unter erheblichen Zeit- und Rechenaufwand realisierbar und für umfangreiche Parameterstudien nicht geeignet. Der vorgestellte Modellierungsansatz kombiniert Finite-Elemente Simulationen mit analytischen Näherungsrechnungen. Zunächst wird das Mikrofon in geeignete Teilkomponenten untergliedert und unter bestimmten Voraussetzungen durch konzentrierte Elemente dargestellt. Diese bilden ein analog elektrisches Netzwerkmodell des Mikrofons. Das Netzwerkmodell ist durch den modularen Aufbau einfach zu modifizieren und mit den Methoden der Netzwerkanalyse, etwa durch einen Schaltungssimulator, lösbar. Neuartige Membranformen mit federartigen Strukturen werden numerisch mit der Methode der Finiten-Elemente berechnet. Die Simulationsergebnisse bilden die Grundlage zur Ableitung neuer konzentrierter Elemente, die in das Netzwerkmodell integriert werden. Ergänzt um die elektrische Beschaltung liefert das Netzwerkmodell sowohl die frequenzabhängige Empfindlichkeit als auch das Rauschen der Mikrofone. Eingangsgrößen des Modells sind lediglich Material- und Geometrieparameter. Die experimentelle Überprüfung wird anhand von Messungen zur Eigenfrequenz und der Empfindlichkeit an realisierten Silizium-Mikrofonen durchgeführt.
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Untersuchung von stehenden Schallfeldern in Flüssigkeit [DAGA 2003 (Aachen)]
M. Kristen, A. Döhle and R. Lerch
[A]
Für industrielle Anwendungen, z.B. für die Reinigung von präzisionsgefertigten mechanischen Bauteilen, wird häufig Ultraschall hoher Intensität eingesetzt. Um den Reinigungsprozess optimieren zu können, ist es notwendig, die sich ausbildenden Schallfelder genau zu untersuchen. Innerhalb einer resonant angeregten zylinderförmigen Kavität wurde der Schalldruck in Stehwellenfeldern mit Hydrophonen vermessen und dabei besonders nichtlineare Effekte im Vergleich zum linearen Stehfeld betrachtet. Die Messergebnisse wurden mit der analytischen Lösung und Ergebnissen aus der Finite-Elemente-Simulation verglichen. Im Rahmen dieser Untersuchungen wurde eine Methode zur Modellierung einer Ultraschallquelle erarbeitet: Die Geschwindigkeitsamplituden der schallabstrahlenden Fläche des Ultraschallwandlers wurden mit einem Laservibrometer gemessen und daraus die Auslenkungsamplituden bestimmt. Diese wurden in der Simulationsrechnung als Randbedingungen verwendet. Eine qualitative Überprüfung der Ergebnisse erfolgte mit Hilfe der Laservibrometrie. Hierbei macht man sich die Druckabhängigkeit des Brechungsindex von Wasser zu Nutze, die eine Unterscheidung zwischen Bereichen hohen und geringen Drucks ermöglicht und eine qualitative Darstellung der vorliegenden Schalldruckverteilung ergibt. Es werden Mess- und im Vergleich dazu Simulationsergebnisse in ein- und mehrdimensionalen Stehwellenfeldern vorgestellt. Im besonderen Fokus stehen hierbei die nichtlinearen Effekte, die in dieser Form in Flüssigkeit bisher noch nicht betrachtet wurden.
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Experimental Studies concerning Ultrasonic Cleaning [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
M. Kristen, A. Kern and R. Lerch
[A]
High-intensity ultrasound is nowadays widely used in industrial applications, including cleaning of precision manufactured mechanical parts. Increasing demands on the cleanliness of such parts ask for an improvement in the design and optimization process of ultrasonic cleaning systems. To get a deeper physical understanding of the interrelations inside the cleaning bath, it is necessary to utilize precise simulation and measurement tools to determine the relevant parameters such as the pressure field distribution. Due to the high acoustic intensity, cavitation is mostly present.
Results from fundamental studies in standing wave fields within tube reactors using different measurement techniques (hydrophone and laser vibrometer) are presented. In order to determine the values of the sound intensity in a standing wave field, we have built up a new type of intensity probe. The results of all these measurements are compared with those from finite element (FE) simulations as well as with analytical solutions.
When the acoustic intensity is raised above a certain level nonlinear wave propagation and cavitation effects have to be considered. Hydrophone measurements and sonoluminescence images are taken to visualize the structure of the cavitation field. These results are compared with FE simulations in which the influence of cavitation is taken into account.
Finally, a new method to soil parts in a consistent way is presented. These soiled parts are exposed to the ultrasound field and the effect of cleaning is determined. A correlation between the results of the cleaning tests and the parameters of the ultrasonic field is deduced.
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Simulation of Pulsed Ultrasonic Wave Propagation in Viscous Fluid exhibiting Frequency Power Law Attenuation [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
L. Bahr, M. Kaltenbacher, B. Kaltenbacher and R. Lerch
[A]
Measurements of acoustic attenuation in tissue reveal, that attenuation increases with increasing frequency according to
, where is a scalar constant and y is a non integer exponent ranging from 1 to 2. Classical lossy time domain wave equations exist only for the restricted cases of y = 0 and y = 2.
We will present a time domain model, which is capable of numerically simulating pulsed pressure waves propagating through media, whose attenuation obeys a frequency power law. To ensure system causality, phase dispersion has to be included according to Kramers-Kronig relations. Because of the interdependence of attenuation and phase shift, the two terms describing each phenomenon can be combined to a single factor. The attenuation and dispersion term is approximated by a fractional derivative in the time domain.
Simulation results are verified by measuring attenuation and phase spectra of excitation pulse signals after passing through a tissue phantom. The phantom is immersed in a water tank of a ultrasonic screening system. We compare the collected data with the predictions of the underlying theoretical damping model.
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Ultrasonic Transducers for Matching the Performance of Natural Sonar Systems [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
A. Streicher, R. Müller, J. Hallam, H. Peremans and R. Lerch
[A]
Inspired by bat's well known proficiency in ultrasonic sensing, the CIRCE*
(Chiroptera Inspired Robotic CEphaloid) project is building a robotic reproduction of a complete biosonar system. Among others, two special challenges addressed by an interdisciplinary consortium are the development of pinna shapes optimized for biosonar functions and suitable ultrasonic transducers. The transducers have to match bandwidth, sensitivity (receiver), transmit efficiency (transmitter) as well as the overall insertion loss of living bats.
The first step in the development of the pinna shapes was to obtain a 3D ear model from Micro-CT scans of ears from various bat species. The reflection and diffraction behaviour of the model was then studied by means of finite element simulations. These results were verified by measurements on bronze ear models. In addition, an ultrasonic transmitter with a transducer area of 2.25 square centimetre was developed for emitting a chirp signals with a sound pressure level of more than 90 dB in a distance of 1m. A new type of piezoelectric polymer film (EMFi foil) was used as transducer material. It has a resonance frequency of about 300 kHz, allowing a transmitter with a bandwidth of 50 to 150 kHz. With the same material, an ultrasonic receiver was designed and integrated into the pinna model. This sensor matches the bandwidth of the transmitter. We will discuss the simulation results for various designs of transmitters and receivers as well as corresponding measurement results.
*(Supported by the European Commission, LPS Initiative)
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Simulation von Ultraschallausbreitung in kavitierenden Flüssigkeiten [DAGA 2005 (München)]
N. Bretz, M. Kaltenbacher, M. Staudacher and R. Lerch
[A]
Hochleistungsultraschall spielt heutzutage eine wichtige Rolle in medizinischen und industriellen Anwendungen, so auch in der Reinigungstechnik für präzisionsgefertigte Bauteile. Die steigenden Reinigungsanforderungen an solche Bauteile erfordern eine sorgfältige Auslegung der Ultraschallreinigungsanlagen. Der hauptsächliche Reinigungseffekt wird darin durch die auftretende Kavitation erzielt. Um ein besseres Verständnis der komplexen Wechselwirkung von Kavitation und hochintensivem Schallfeld zu erhalten, bedarf es der Möglichkeit einer präzisen numerischen Simulation dieses Vorgangs.
In dieser Arbeit wird ein Simulationsprogramm basierend auf der Finiten Elemente Methode (FEM) zur Berechnung von Ultraschallausbreitung in kavitierenden Medien vorgestellt. Das Modell basiert auf einem Zwei-Phasen Kontinuumsansatz für Blasen-Flüssigkeits-Gemische. Die durch den Ultraschall hervorgerufene Blasendynamik wird durch eine eindimensionale Differenzialgleichung für den Blasenradius beschrieben. Die Kopplung von Schallausbreitung und Blasendynamik erfolgt über den Wechseldruck und den Radius der Kavitationsblasen. Somit wird in diesem Modell die Auswirkung der Blasendynamik auf die Schallfeldbedingungen und umgekehrt berücksichtigt.
-
Experimentelle Untersuchungen zu strömungsinduzierten Schallquellen [DAGA 2005 (München)]
C. Hahn, G. Hepke, S. Becker, M. Kaltenbacher, F. Durst and R. Lerch
[A]
Von besonderem Interesse in der Strömungsakustik ist die Charakterisierung des Zusammenhanges zwischen strömungsmechanischen Größen und akustischen Fernfeldgrößen. Hierzu werden im Rahmen eines Projektes (,Strömungsinduzierer Lärm'*) Korrelationsmessungen an einfachen Geometrien durchgeführt. Das Ziel der Untersuchungen ist, signifikante Bereiche zu identifizieren, die für die Schallabstrahlung verantwortlich sind. Als Objekte werden ein überströmter Vierkant-Zylinder und eine vorwärtsspringende Stufe , letztere mit verschiedenen Profilen, analysiert.
Die Messungen erfolgen in einem aeroakustischen Windkanal, welcher in einen reflexionsarmen Raum (untere Grenzfrequenz 300 Hz) integriert ist. Es können Windgeschwindigkeiten bis zu 50 m/sec bei einem niedrigem Turbulenzgrad ( 0.2 %) und homogener Geschwindigkeitsverteilung in der offenen Meßstrecke erzeugt werden.
Der Vierkant-Zylinder befindet sich auf einer Platte und wird vollständig umströmt (3d-Fall). Die Frequenz der beobachteten Wirbelablösungen im Strömungsfeld ist entsprechend der Strouhal-Zahl auch im akustischen Signal wieder zu finden. Durch Messungen an gegenüberliegenden Mikrofonen wird auch der Dipolcharakter der strömungsinduzierten Schallquelle sichtbar.
Im Fall der vorwärtsspringenden Stufe werden Untersuchungen für Reynoldszahlen von 16 x 10 bis 32 x 10 durchgeführt. Speziell der Einfluß verschiedener Ausformungen der Stufenoberkante (scharfe Kante, abgerundete Kanten verschiedener Radien) auf Strömungs- und Schallgrößen wird dargestellt. Hierbei werden mittels Kreuzkorrelation strömungsmechanischer Größen (Wanddruck, Strömungs-geschwindigkeit) und den akustischen Fernfeldgrößen (Schalldruckpegel) die jeweilligen Übertragungsfunktionen erfasst und die für die Schallabstrahlung verantwortlichen Gebiete lokalisiert.
*gefördert durch die Bayerische Forschungsstiftung
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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.
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EMFi Ultraschallwander für ein biotechnisches Sonarsystem [DAGA 2005 (München)]
A. Streicher, H. Peremans, M. Kaltenbacher and R. Lerch
[A]
Ziel des europäischen Projekts CIRCE (Chroptera Inspired Robotc Cephaloid)* ist die Nachbildung des biologischen Sonarsystems von Fledermäusen . Wichtige Bestandteile dieses künstlichen Fledermauskopfes sind unter anderem die Ultraschallsender und Empfänger, die neben einer hohen Bandbreite von 20 - 200 kHz auch eine hohe Empfindlichkeit (Empfänger) und einen große Dynamik (Sender) besitzen müssen.
Um diese Anforderungen an die Ultraschallwandler zu erfüllen wird für deren Aufbau ein spezieller zellularer Polymehrfilm (EMFi) verwendet. Mit einer Resonanzfrequenz von 300 kHz und einer, auf Grund des zellularen Aufbaus, sehr hohen piezoelektrischen Konstante von bis zu 800 pC/N erfüllt dieses Material die geforderten Spezifikationen. Mittels dieser Folie konnte ein Ultraschallsender mit einer Bandbreite von 30 - 200 kHz und einem Schalldruckpegel von 90 dB in 1m Abstand aufgebaut werden. Zusätzlich wurde auch ein Ultraschallempfänger gleicher Bandbreite und einem äquivalenten akustischen Rauschpegel von kleiner 50 dB entwickelt. Die nichtlinearen akustischen Eigenschaften des ferroelektrischen Materials wurden mit Hilfe von 3D Finite Elemente (FE) Simulation für verschiedenen Wandleraufbauten analysiert. Damit konnte der Einfluss der Materialparameter auf die piezoelektrischen und akustischen Eigenschaften des Material untersucht werden. Für die FE- Simulation, wurde das gekoppelte Feldproblem, bestehend aus Mechanik, Elektrostatik und Akustik unter Berücksichtigung der komplexen geometrischen Struktur des zellularen Polymers gelöst.
Sowohl die Messergebnisse als auch die Simulationsergebnisse verschiedener Wandleraufbauten sind Gegenstand dieses Beitrages.
*(Finanziert durch die Europäische Kommission, LPS Initiative)
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Dämpfung von Ultraschall in biologischem Gewebe [DAGA 2005 (München)]
L. Bahr, M. Kaltenbacher, B. Kaltenbacher and R. Lerch
[A]
Messungen der Ultraschalldämpfung in Gewebe im Frequenzbereich, der in medizinischen Anwendungen relevant ist (d. h. 500 kHz bis 5 MHz), weisen eine Frequenzabhängigkeit auf. Im Gegensatz zu Wasser, wo eine Dämpfung proportional zur Frequenz im Quadrat gefunden wird, kann für Gewebe die Dämpfung am besten mit einem Frequenz-Potenzgesetz angenähert werden, wobei der Exponent typischerweise zwischen 1.0 und 1.5 liegt. Gemäß den Kramers-Kronig Beziehungen muss bei einem Exponenten ungleich zwei Dispersion auftreten.
In Laborversuchen wurde sowohl die Frequenzabhängigkeit der Dämpfung sowie die Gültigkeit der Kramers-Kronig Beziehungen näher untersucht. Da Messungen an lebendem Gewebe mit sehr großem Aufwand verbunden sind, beschränkten wir uns auf Gewebeersatzstoffe, welche annähernd die gleichen akustischen Eigenschaften aufweisen wie Gewebe. Wir verwendeten ein Gewebeersatzstoff bestehend aus Wasser, Glyzerin, Agar, Aluminiumoxid, Siliziumkarbid und Benzalkoniumchlorid gemäß dem Rezept nach IEC 60601-2-37 Amd. 1. Zusätzlich wurden Plexiglas und Rizinusöl untersucht, da hierfür publizierte Messwerte vorlagen.
Als Anregungssignal verwendeten wir einen einzelnen Sinuspuls, wobei für alle im Puls enthaltenen Frequenzanteile Absorptionskoeffizient und Dispersion bestimmt wurde. Für alle Stoffe war der relative Fehler im Frequenzverlauf von Absorption und Dispersion zwischen den gemessenen und den nach dem Frequenz-Potenzgesetz berechneten Werten kleiner als 5 %.0
Für das Frequenz-Potenzgesetz-Dämpfungsmodell wurde eine Implementierung im Zeitbereich gefunden, und der Algorithmus in das am Lehrstuhl entwickelte Finite-Elemente-Programm integriert. Basierend auf der Kramers-Kronig Beziehung kann der Dämpfungs- und der Dispersionsanteil, da der eine aus dem anderen berechnet werden kann, zu einem einzigen Term in der Wellengleichung zusammengefasst werden.
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Messtechnische Untersuchungen zur Bestimmung von Kavitation und Reinigungswirkung in der Ultraschallreinigung [DAGA 2006 (Braunschweig)]
J. Strobel, N. Bretz and R. Lerch
[A]
Ultraschall hoher Intensität wird in der industriellen Fertigung in vielseitigen Anwendungsgebieten eingesetzt. Von besonderer Bedeutung ist hierbei die ultraschallunterstützte Tauchreinigung. Der Hauptreinigungseffekt wird dabei durch Kavitationseffekte erreicht. Für eine Charakterisierung der Ultraschallreinigung ist es deshalb neben der Ermittlung der Schalldruckverteilung erforderlich, Kavitationserscheinungen wie Blasenverhalten und Erosionswirkung zu untersuchen.
Optisch sind kavitierende Gebiete im Medium durch das Auftreten von Kavitationsblasen bzw. Blasenwolken gekennzeichnet. Mittels eines neuen optischen Verfahrens werden diese Zonen in einer Laserebene visualisiert und die Korrelation mit anderen Messprinzipien untersucht.
Zur Bestimmung der Reinigungswirkung auf komplexen Bauteiloberflächen wird ein neues Verfahren zur Aufbringung einer Testschicht für Kavitationserosion vorgestellt. Die Reproduzierbarkeit der mechanischen Eigenschaften dieser Beschichtung wird mit verschiedenen Messverfahren belegt. Es werden Schichtparameter variiert, um eine Anpassung an unterschiedliche Kavitationsintensitäten zu erzielen. Die Erosionsbewertung erfolgt über eine für diese Anwendung entwickelte Bildauswertung, die ein Korrelationsmaß zur Reinigungswirkung liefert.
Für Vergleiche von messtechnisch gewonnenen Daten mit Ergebnissen aus numerischer Simulation müssen der Versuchsaufbau und die mechanische Anregung als Eingangsgrößen der Simulation genau bestimmt werden. Es werden Methoden zur Systemcharakterisierung mit einem Laserscanningvibrometer und weiteren Verfahren vorgestellt.
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Finite-Elemente-Verfahren zur präzisen numerischen Berechnung von Schallentstehung und Ausbreitung [DAGA 2006 (Braunschweig)]
M. Kaltenbacher, R. Lerch, B. Flemisch and B. Wohlmuth
[A]
In vielen technischen Prozessen und Geräten ist die Erforschung der gewollten bzw. ungewollten Schallentstehung von entscheidender Bedeutung
(z.B. Design von Lautsprechern oder Lärmreduktion bei Autos, Flugzeugen, etc). Dabei spielt innerhalb des
Entwicklungsprozesses die numersiche Berechnung der
Schallentstehung und Ausbreitung eine immer wichtigere Rolle.
Ziel ist es, bereits in der Entwicklungsphase den zu erwartenden Schalldruck (Schallleistung, etc.) mit Hilfe der Simulation möglichst genau zu ermitteln.
Damit können bereits vor der Bauphase Maßnahmen getroffen werden, welche z.B. die Einhaltung eines vorgegebenen Lärmpegels garantiert.
Der Inhalt des Vortrages wird sich zunächst auf die Schallentstehung
konzentrieren und ein nichtkonformes Finite-Elemente-Verfahren
vorstellen, welches eine unterschiedliche Ortsdiskretisierung für die
Strukturmechanik sowie die Akustik entlang des gemeinsamen Interfaces
ermöglicht. Damit können in den einzelnen Teilgebieten unabhängig voneinander optimale Gitter sowohl für die Strukturmechaik als auch die Akustik verwendet werden.
In einem zweiten Teil wird auf die Problematik der finiten Elemente
bei der numerischen Berechnung der Schallausbreitung über viele
Wellenlängen eingegangen. Dazu werden neuartige spektrale finite
Elemente vorgestellt, welche dispersionserhaltende Eigenschaften
aufweisen.
Abschliessend wird noch kurz auf die Problematik der Randbedingungen
bei Finite-Elemente-Verfahren eingegangen und Möglichkeiten von
absorbierenden bzw. nichtreflektierenden Randbedingungen aufgezeigt.
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Numerische Simulation der Schallausbreitung und Kavitation in der Ultraschallreinigung [DAGA 2006 (Braunschweig)]
N. Bretz, J. Strobel, M. Kaltenbacher and R. Lerch
[A]
In der Ultraschallreinigung wird der hauptsächliche Reinigungseffekt der auftretenden Kavitation zugesprochen. Die sorgfältige Auslegung von Ultraschallreinigungsanlagen erfordert daher neben der Berücksichtigung der Kavitationszonen auch die des erzeugenden Schallfeldes und ihrer gegenseitigen Wechselwirkung. Die numerische Simulation dient dabei der Förderung des Verständnisses der ablaufenden Vorgänge und der Unterstützung und Optimierung des Designprozesses von Ultraschallreinigungssystemen.
Das verwendete Simulationsmodell zur Berechnung der Ultraschallwellenausbreitung in kavitierenden Medien basiert auf einem Zwei-Phasen Kontinuumsansatz für Blasen-Flüssigkeits-Gemische. Es enthält eine indirekte Kopplung von Schallausbreitung und Blasendynamik über den Wechseldruck und den Radius der Kavitationsblasen. Die numerische Analyse erfolgte auf der Basis eines eigenentwickelten Finite-Elemente-Codes.
Es werden Simulationsergebnisse vorgestellt und mit experimentellen Daten verglichen.
Der Einfluss der Geometrie und der Position des zu reinigenden Bauteils auf das Schallfeld und die Kavitation werden untersucht und die Korrelation von simulierter Kavitationsaktivität und Reinigungsversuchen wird diskutiert. Untersuchungen an einem beschichteten Metallzylinder zeigen, dass die Reinigung an Stellen auftritt, an denen die Simulation ein Kollapsverhalten zeigt.
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Finite Elemente Simulation der Erwärmung durch Ultraschall [DAGA 2006 (Braunschweig)]
L. Bahr, M. Kaltenbacher and R. Lerch
[A]
Die Erwärmung durch Ultraschall bildet bei einigen Verfahren in der Medizintechnik, wie der Ultraschall-Thermotherapie und Focused Ultrasonic Surgerey, den bestimmenden Wirkmechanismus. Bei bildgebenden Ultraschallsystemen muss hingegen sichergestellt werden, dass in Normen fest gelegte Grenzwerte der Temperatur von dem Wärmeeintrag durch Ultraschall nicht überschritten werden. Die genaue Kenntnis der räumlichen Temperaturverteilung resultierend aus der Beschallung hat für den Betrieb somit größte Bedeutung. Für eine Unterstützung und Optimierung der Geräteentwicklung stellen wir ein Verfahren basierend auf der Finiten Elemente Methode im Zeitbereich vor, das ausgehend vom Geschwindigkeitsprofil des Ultraschallwandlers Schallfeld und Temperaturverteilung berechnet. Als Rechengröße für das Schallfeld verwenden wir das Geschwindigkeitspotential, wobei durch einfache zeitliche und räumliche Ableitung Schalldruck und Schallschnelle und damit die Schallintensität berechnet werden kann. Hierfür muss die Schalldämpfung in Gewebe bestmöglich behandelt werden. Wir wenden einen Frequenzpotenzgesetzansatz an, die auftretende Dispersion wird mit den Kramers-Kronig-Beziehungen behandelt. Schließlich geht die absorbierte Schallenergie als Quellterm in die Wärmeleitungsgleichung ein. Hervorzuheben ist die Anwendung des Frequenzpotenzgesetzansatz für die Dämpfung im Zeitbereich, der es uns erlaubt transiente Simulationen durchzuführen. Implementiert wurde die Dämpfung mittels numerischer Approximation der fraktionalen Ableitung. Die vorgestellten Simulationen werden mit Messungen an Gewebeersatzstoffen verglichen.
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Anwendungen der Mikrofon-Arraytechnik zur Lokalisation von Strömungslärm [DAGA 2006 (Braunschweig)]
C. Hahn, S. Becker, M. Kaltenbacher, F. Durst and R. Lerch
[A]
Zur Lokalisation aeroakustischer Schallquellen wurde im Rahmen des Projektes 'Strömungsinduzierter Lärm' (*) an der Universität Erlangen-Nürnberg ein Mikrofonarraysystem (64 Kanäle, 48 kHz Abtastrate) aufgebaut. Zur Auswertung wird der Bartlett-Algorithmus im Zeit- oder Frequenzbereich verwendet. Die Arraymikrofone sind kreisförmig in einer Platte angeordnet.
Mittels Mikrofonarray wurde der Strömungslärm einer vorwärtsspringenden Stufe und eines Seitenkanalverdichters in einem reflexionsarmen Raum analysiert.
Die aeroakustische Lärmentstehung einer vorwärtsspringenden Stufe (Stufenhöhe 12 mm) wurde bei einer Anströmgeschwindigkeit von 30 m/s (Re=24000) im Aeroakustikkanal der Universität Erlangen-Nürnberg untersucht. Im Arraybild ist die scharfkantige Stufe, sowie der Strömungsabriss an ihrer Oberkante zu erkennen. Eine Abrundung der halben Stufenhöhe führt zu einer deutlichen Reduktion des Spitzenpegels. Durch vollständige Abrundung ergeben sich geringe zusätzliche Reduktionen.
Über Visualisierungsexperimente ist ersichtlich, dass eine Abrundung der Kante zu einer maßgeblichen Reduzierung des Fußwirbels vor der Stufe sowie einer Reduzierung der Ablösung an der Oberkante führt.
Bei der aeroakustischen Lärmerzeugung eines Seitenkanalverdichters dominieren hauptsächlich zwei Lärmquellen. Zum einen wird am Auslass das verdichtete Gas periodisch am Unterbrecher abgestrichen. Zum anderen werden Teile des verdichteten Gases über den Unterbrecher zurück zum Einlass transportiert und expandieren dort. Je nach Betriebsparameter sind beide Lärmquellen im Arraybild sichtbar.
* gefördert durch die Bayerische Forschungsstiftung
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Messtechnische Untersuchungen der Kavitationswirkung in der Ultraschallreinigung [DAGA 2007 (Stuttgart)]
J. Strobel, N. Bretz, M. Staudacher and R. Lerch
[A]
Ultraschall hoher Intensität wird in der industriellen Fertigung in vielseitigen Anwendungsgebieten eingesetzt. Von besonderer Bedeutung ist hierbei die ultraschallunterstützte Tauchreinigung. Dabei besteht in der Feinstreinigung präzisionsgefertigter Bauteile die Forderung nach erhöhter Reinigungsqualität bei gleichzeitig verkürzten Prozesszeiten.
Der Hauptreinigungseffekt wird durch die bei der entstehenden Kavitation auftretenden Mechanismen erzielt. Zur Charakterisierung des Reinigungseinflusses durch Kavitationserscheinungen wie Blasenverhalten und Erosionswirkung sind eine präzise Kenntnis der Einflussparameter und ein quantifizierbares Reinigungsmaß erforderlich.
Es wird eine entwickelte Testschicht für Kavitationserosion auf Bauteiloberflächen vorgestellt. Diese besteht aus einem galvanisch aufgebrachten Mehrschichtaufbau, der eine Anpassung an praxisrelevante Reinigungszeiten ermöglicht. Mit einem Bildauswerteverfahren kann die kavitationsbedingte Testschichtablösung in ein von subjektiven Einflüssen unabhängiges Reinigungsmaß übertragen werden. Durch verschiedene Messverfahren werden die Testschichteigenschaften und deren Reproduzierbarkeit ermittelt. Es werden Reinigungsuntersuchungen vorgestellt, mit denen die Anpassung der Schichteigenschaften an verschiedene praktische Anforderungen wie Gleichmäßigkeit der Reinigung oder benötigte Reinigungsdauer gezeigt werden kann.
Die resultierende Reinigungswirkung ist stark von Einflussgrößen wie eingebrachter Leistung, Gasgehalt oder Oberflächenspannung des Mediums abhängig. Es werden Ergebnisse präsentiert, die den Einfluss dieser Größen auf Schallfeld und Kavitationswirkung darstellen. Aus den Ergebnissen werden optimierte Parameter für die Ultraschallreinigung abgeleitet.
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Hierarchische Finite-Elemente für die numerische Berechnung von akustischen Feldproblemen [DAGA 2007 (Stuttgart)]
M. Kaltenbacher, A. Hauck and R. Lerch
[A]
Im Zuge von modernen Geräteentwicklungen gilt es, deren
Geräuschemission zu analysieren und zu reduzieren. Dies ist
beispielsweise für Kraftfahrzeuge und Flugzeuge, aber auch Klimageräte und
Leistungstransformatoren von entscheidender Bedeutung für deren
späteren Markterfolg. Daher spielt innerhalb des
Entwicklungsprozesses die numersiche Berechnung der
Schallentstehung und Schallabstrahlung eine wichtige Rolle. Zur
praxisgerechten Vorhersage der Geräteakustik gilt es, neben
der Berechnung des Schalldruckpegels vor allem
die physikalischen Größen Schallintensität
sowie Schallleistung möglichst genau zu bestimmen.
Im ersten Teil des Vortrages wird zunächst der Diskretisierungsfehler
bei der Finiten-Elemente-Methode (FEM), insbesondere als
Funktion der Wellenzahl, besprochen. Da bei der Berechnung der
Schallintensität sowie der Schallleistung nicht nur die berechnete Größe
(akustischer Druck oder akustisches Skalarpotenzial) sondern auch
deren Ortsableitung benötigt wird, muss auch der numerische Fehler
der Ableitung zusätzlich berücksichtigt werden.
Da im allgemeinen die Ordnung der Genauigkeit sich durch die Ableitung
um eine Größenordnung reduziert, bietet sich fuer die genaue
Berechnung der erwähnten Größen eine hierarchische
Finite-Elemente-Methode an. Diese hierarchischen finiten
Elemente werden anschließend vorgestellt und
deren numerische Effizienz besprochen.
Dabei wird anhand von praktischen Beispielen die erzielte Genauigkeit
der benötigten Rechenzeit gegenübergestellt und mit
Standard-Finiten-Elementen verglichen.
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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.
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Untersuchungen zur tomographischen Rekonstruktion bei der interferometrischen Schallfeldmessung [DAGA 2007 (Stuttgart)]
L. Bahr and R. Lerch
[A]
Schallfeldmessungen in der Ultraschalltechnik werden traditionell mit Hydrophonen durchgeführt, die mittels Linearverfahreinheiten entlang eines Messgitters bewegt werden. Dabei wird an jedem Messpunkt das Schallfeld des Ultraschallwandlers reproduziert. Konstruktive Eigenschaften von Hydrophonen gehen dabei negativ ins Messergebnis ein. Ein zu großes Verhältnis der sensitiven Fläche zur Wellenlänge macht eine punktuelle Messung unmöglich. Das Instrument selbst befindet sich im Schallfeld und beeinflusst dieses.
Wir stellen ein interferometrisches Messverfahren vor, das mittels tomographischer Rekonstruktion ortsaufgelöste Messungen des Schalldrucks erlaubt. Grundlage des Verfahrens ist die akusto-optische Wechselwirkung in fluiden Medien; der Brechungsindex und damit die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Laserlichts hängt proportional vom Schalldruck ab. Bedingt durch das Messprinzip geht der Schalldruck allerdings in Form eines Wegintegrals in das Messsignal des Interferometers ein. Dieses lässt sich als Radon-Transformation auffassen und mit Methoden der Tomographie invertierten. Unsere Untersuchungen zeigen, dass die Wahl des tomographischen Algorithmus einen entscheidenden Einfluss auf das Signal-Rausch-Verhältnis des rekonstruierten Schallfeldes hat. Wir vergleichen aus diesem Grund zunächst die Rekonstruktionsmethoden, d.h. die gefilterte Rückprojektion und inverse Abel-Transformations-Algorithmen, mit Hilfe von simulierten Daten, bei denen wir den Rauschanteil beliebig steuern können.
In einem zweiten Schritt werden rekonstruierte Schalldruckverläufe aus Messungen Hydrophonmessungen und Schallfeldsimulationen gegenübergestellt. In diesen Simulationen dienen Messungen der Oberflächenschwingung des Ultraschallwandlers, welche mit einem Laser-Scanning Vibrometer durchgeführt wurden, als Randbedingung. Aus dieser Gegenüberstellung soll die Einsatzmöglichkeit der interferometrischen Schallfeldmessung bewertet werden.
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Bestimmung der Schallintensität aeroakustischer Quellen [DAGA 2007 (Stuttgart)]
C. Hahn, S. Becker, M. Kaltenbacher and R. Lerch
[A]
Im Bereich der experimentellen Aeroakustik besteht Bedarf an Meßverfahren zur direkten Erfassung der Schallintensität.
Die bislang verwendeten Methoden zur Bestimmung der Schallintensität basieren auf der Messung des Schalldrucks an zwei benachbarten Punkten und einer Näherung der Schallschnelle über Berechnung des Druckgradienten. Der nachteilige Umbau der Sonden, je nach untersuchtem Frequenzbereich, als auch die große Bauform dieser Geräte werden von der hier verwendeten Schallintensitätssonde (Microflown 1/2'' pu sound probe) vermieden. Da hierbei die Schallschnelle direkt erfasst wird, kann in Verbindung mit einem integrierten Druckmikrofon lokal die Schallintensität gemessen werden.
Zur Bestimmung der Phasendifferenz und der Empfindlichkeit der verwendeten Sensoren wird vorab eine Kalibrierung in einem kurzen Kundt'schen Rohr durchgeführt. Dieses ist im Frequenzbereich von 20 Hz - 4 kHz einsetzbar.
Nach Verifikation der Kalibrierung wird die Anwendung auf zwei aeroakustische Problemstellungen erweitert.
Der erste Fall besteht in der Untersuchung der Schallerzeugung eines auf einer Platte montierten, umströmten Vierkantzylinders (Seitenlänge 2 cm, Höhe 12 cm). Die Untersuchung der Richtcharakterisitk und des aktiven Anteils der Schallintensität des Zylinders erfolgen für Reynoldszahlen im Bereich von 13000 - 40000 bei Hiebtonfrequenzen im Bereich von 50 Hz - 150 Hz.
Im zweiten Fall wird die Lärmentstehung an einer vorwärtsspringenden Stufe (Stufenhöhe 12 mm) bei einer Anströmgeschwindigkeit von 30 m/s (Re=24000) betrachtet. Auch hierbei erfolgt eine Bestimmung der Richtcharakteristik und des aktiven Anteils der Schallintensität.
Die Untersuchungen erfolgten im Rahmen eines durch die Bayerische Forschungsstiftung geförderten Projektes.
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Mixed Spectral Finite Elements for Computational Acoustics [DAGA 2008 (Dresden)]
M. Kaltenbacher, A. Hüppe and R. Lerch
[A]
Applying the standard Finite Element (FE) method to the acoustic wave
equation results in a non-diagonal mass. Therefore, different types of
mass lumping is mostly applied, so that the whole formulations fits to
an explicit schemes in time generally used for hyperbolic
equations. However, the mass lumping introduces an error and in order
to keep it small, the time step size has to be reduced.
To overcome this problem, we use Gauss-Lobatto quadrature
rules which lead to an exact diagonal mass matrix. In addition,
we introduce a mixed formulation of this method, which
increased the gain in storage and computational time for higher-order
approximations. The so obtained method is called mixed spectral
finite elements as first introduced in [1]. We will compare this
method to standard pFEM (higher order finite elements) as well as
h-FEM (mesh refinement). We will also demonstrate the robustness of
this formulation towards strongly deformed elements.
[1] G. Cohen, Higher-Order Numerical Methods for Transient Wave
Equations, Springer 2002
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Experimentelle Untersuchungen zur Optimierung von Ultraschallreinigungsprozessen [DAGA 2008 (Dresden)]
J. Strobel and R. Lerch
[A]
Die Steigerung der Leistungsfähigkeit von Erzeugnissen basiert bei modernen Fertigungsverfahren auf erhöhter Präzision bearbeiteter Oberflächen und auf kleineren funktionsrelevanten Geometrien. An Reinigungsverfahren entsteht daraus der Anspruch einer verbesserten Reinigungsqualität bei gleichzeitig verkürzten Prozesszeiten.
Von besonderer Bedeutung ist hierbei die ultraschallunterstützte Tauchreinigung, die neben einer hohen Reinigungseffizienz eine Vielzahl von Einsatzvarianten ermöglicht. Durch Einkopplung von hochintensivem Ultraschall nutzt dieses Verfahren die entstehenden Kavitationsmechanismen zum Lösen und zum Abtransport von Partikeln. Zur Charakterisierung und Überwachung der Reinigungswirkung durch Kavitationseffekte sind eine präzise Kenntnis der Einflussparameter und ein quantifizierbares Reinigungsmaß erforderlich.
Der Haupteinflussfaktor auf das Kavitationsverhalten ist die Schalldruckamplitude. Hierzu wird ein Sensorprinzip zur Bestimmung der Druckverteilung auf einer Bauteiloberfläche vorgestellt. Im Gegensatz zur Messung im Reinigungsbecken ohne Beladung mit Reinigungsgut ermöglicht dieses Messverfahren eine direkte Korrelationsuntersuchung von lokalem Reinigungsergebnis und Schalldruckverteilung.
Weitere wichtige Einflussgrößen auf die Reinigungswirkung sind die eingebrachte Leistung, der Gehalt an gelösten Gasen und die Oberflächenspannung. Es werden Ergebnisse präsentiert, die den Einfluss dieser Größen auf Schallfeld und Reinigungswirkung darstellen. Hierbei wird die Wirkung mechanischer Reinigungseffekte durch eine entwickelte Testschicht für Kavitationserosion lokal quantifiziert.
Die Ergebnisse der Kavitationsbewertung mittels Testschicht werden mit den Sensorsignalen der Druckmessung auf der Bauteiloberfläche verglichen. Aus den Ergebnissen der Messverfahren werden optimierte Reinigungsparameter abgeleitet.
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Quantitative Schallfeldmessungen mit refraktometrischer Tomographie in flüssigen und festen, transparenten Medien [DAGA 2008 (Dresden)]
L. Bahr and R. Lerch
[A]
Bei dem Messverfahren der refraktometrischen Tomographie wird der optische Weg des Laserstrahls eines Interferometers, das ein Schallfeld durchstrahlt, ausgewertet. Der Brechungsindex (engl. refractive index) und damit verknüpft die Ausbreitungsgeschwindigkeit und der optische Weg des Laserlichts sind eine Funktion des absoluten Drucks im Medium. Die durchstrahlte Schalldruckverteilung verändert also den optischen Weg gegenüber dem Wert bei Ruhedruck. Durch Radon-Transformation gehen die gesuchte Schalldruckverteilung und die gemessenen Interferometersignale ineinander über. Für eine quantitative Analyse muss der Schalldruck tomographisch aus den Interferometersignalen rekonstruiert werden. In unserem Messaufbau verwenden wir ein Einpunkt-Laservibrometer, das über Linearverfahreinheiten das Schallfeld abscannt. Die tomographische Rekonstruktion der Daten findet an einem PC statt.
Messergebnisse des Verfahrens in Wasser wurden bereits vorgestellt (L. Bahr, R. Lerch. Beam Profile Measurements Using Light Refractive Tomography. IEEE Trans. Ultrason. Ferr. Freq. Contr., accepted). Diese stimmen mit Hydrophonmessungen gut überein. Der Fokus dieser Präsentation liegt auf Ergebnissen von Messungen in anderen transparenten Medien, insbesondere in einem Polyurethanprobenkörper, in dessen Innerem die Schallfeldverteilung mit Hydrophonen nicht gemessen werden kann. Die gewonnenen Schallfelder werden Finite-Elemente Schallfeldsimulationen gegenübergestellt. In einer separaten Messung werden die nötigen Materialparameter, d.h. Dichte, Dämpfung und Schallgeschwindigkeit, bestimmt. Als Randbedingung für die Simulation dient das Geschwindigkeitsprofil des Ultraschallwandlers.
Lerch, T.
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Tortuositätsmessungen an offenporigen Asphalten [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
T. Lerch, E. Sarradj and J. Hübelt
[A]
In einer Anzahl von Theorien zur Bestimmung der akustischen Kennwerte poröser Absorber, u.a. von BIOT, spielt der Parameter hydraulische Tortuosität eine wichtige Rolle. Die hydraulische Tortuosität kennzeichnet die mittlere Weglänge von Teilchen in einer Strömung durch eine Schicht porösen Materials im Verhältnis zur Schichtdicke. Da sich die hydraulische Tortuosität einer direkten Messung entzieht, muß sie durch Messung der elektrischen Tortuosität ermittelt werden. Im Vortrag werden der dazu aufgebaute Meßplatz sowie erste Ergebnisse von Messungen an Proben offenporigen Asphalts vorgestellt.
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Präzise Strömungswiderstandsmessungen mit der Vergleichsmethode [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
E. Sarradj and T. Lerch
[A]
Offenporiger Asphalt spielt als Straßenbelag eine potentiell wichtige Rolle bei der Verminderung des Verkehrslärms. Neben anderen, das Reifenrollgeräusch mindernden Eigenschaften wirkt er auch als Schallabsorber. Um die Eigenschaften dieses Absorbers zu optimieren, ist eine passende Theorie zur Bestimmung der akustischen Kennwerte aus den Parametern des offenporigen Asphalts erforderlich. In dem Beitrag werden die Ergebnisse verschiedener Theorien Meßergebnissen an Proben offenporigen Asphalts gegenübergestellt.
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Zur Schallausbreitung über porösen Straßenoberflächen [DAGA 2002 (Bochum)]
J. Hübelt, T. Lerch, E. Sarradj and A. Zeibig
[A]
Ziel eines an der TU-Dresden laufenden Forschungsprojektes ist die Entwicklung einer akustischen Modellbeschreibung zur Optimierung poröser Straßenbeläge hinsichtlich ihrer lärmmindernden Wirkung. Dazu war zunächst die Auswahl und Validation eines geeigneten Modells zur Beschreibung des als homogener Absorber aufgefassten Straßenbelages notwendig. Bei der Aufstellung des Absorbermodells konnte auf einen umfangreichen Pool von ''Marshall''-Probekörpern zurückgegriffen werden. Die Modellvorhersagen (Wandimpedanz, Absorptionsgrad) wurden in einem ersten Schritt mit Messergebnissen, bestimmt im Kundtschen Rohr, verglichen. In einem weiteren Schritt sind ''in-situ'' Messungen an eigens hergestellten Asphaltplatten und an realen Straßenoberflächen durchgeführt worden. Zunächst wurden dabei die bei senkrechter Beschallung der Proben gewonnenen Ergebnisse mit den Resultaten von Messungen an Bohrkernen im ''Kundtsches Rohr'' verglichen. Um Aussagen über die Wirkung der Aspahlte bei streifender Beschallung zu gewinnen, erfolgte im Anschluß die Modellierung der Schallausbreitung über einer homogenen Absorberfläche nach der in der Literatur oft als ''WEYL-VAN DER POL''-Theorie bezeichneten Methode. Im Vortrag werden die Ergebnisse der eingangs erwähnten Berechnungen und Messungen kritisch diskutiert. Es wird ein Vorschlag für ein Kriterium zur Bewertung der schallabsorbierenden Wirkung von porösen Strassenbelägen vorgestellt.
Lercher, P.
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Die wechselseitige Beeinflussung von externer akustischer und ”natürlicher” Umgebung in einem alpinen Tal: umweltpsychologische und gesundheitliche Perspektiven [DAGA 2000 (Oldenburg)]
P. Lercher and G. Brauchle
[A]
Die Frage der moderativen Wirkung des Wohnumfeldes auf Lärmwirkungsparameter ist bisher nur vereinzelt und vornehmlich für Stadtumgebungen untersucht worden (Aubree 1973, Langdon 1976, Kastka & Hangartner 1986, Sabadin et al 1991). Trotz unterschiedlicher Methodik (Feld-, Labor- und kombinierte Feld-/Laborstudie) läßt sich eine moderierende Wirkung der Qualität des Wohnumfeldes auf die Belästigung erkennen, welche etwa 5 dB,A entspricht. Die eigentliche Rolle der ''natürlichen'' Umgebung - meist nur als Grünfläche operationalisiert - konnte in diesen Studien nicht ausreichend eingeschätzt werden, da Verkehrsbelastung und Grünfläche negativ korrelierten. Die verkehrliche Exposition des Inntals (Innsbruck-Kufstein) unterscheidet sich von städtischen Belastungssituationen, daß neben dem lokalen Verkehr eine akustische Mehrbelastung durch Verkehrsquellen (Transit-Autobahn und -Schiene) erfolgt, welche nicht nur das Tal sondern auch die ungeschützten Hanglagen mit einem Geräuschteppich belegen. Dieses Expositionsszenario läßt eine Untersuchung des Einflußes der ''natürlichen'' Umgebung - ohne Störung durch direkte Quellwirkungen - auf Lärmwirkungsparameter zu. Datengrundlage bildet eine Clustererhebung aller Personen (18 - 75 Jahre, N = 837) in einem Radius von 500 m um 32 Lärmmeßpunkte. Alle Teilnehmer absolvierten eine standardisierte Fragebogenerhebung zu Verkehr, Umwelt , Lebensumstände, Gesundheit und Bewältigungsverhalten. Zusätzlich wurde eine standardisierte Fotodokumentation der unmittelbaren Wohnumwelt durchgeführt. Mit Hilfe der Fotos wurden aus dieser Stichprobe 139 Personen mit stark kontrastierender ''natürlichen'' Umgebung (''1- viel Natur sichtbar: positive Bewertung der Umgebung''; 2- viel Natur sichtbar: negative Bewertung der Umgebung''; 3- wenig Natur sichtbar: negative Bewertung) nach einheitlichen Kriterien ausgewählt. Der wechselseitige Einfluß dieser kontrastierenden ''natürlichen'' Umwelten auf die Belästigung durch Lärm und Gesundheitsparameter wird im Rahmen eines kontextuellen Forschungsansatzes dargestellt.
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Partikuläre und kontextuelle Perspektiven in Belästigungsforschung und Belästigungsmanagement [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
P. Lercher
[A]
Umfassende Übersichtsarbeiten (Job 1988, Fields 1993, Miedema & Vos 1999) haben den Versuch unternommen die quantitative Bedeutung moderierender Faktoren für den Prozess der Belästigung durch typische Schallquellen zu charakterisieren. Obwohl hilfreich als ''Liste von jedenfalls zu berücksichtigenden Faktoren'' wäre es jedoch verfehlt, diesen durchschnittlichen quantitativen Moderatorbeitrag aus Aggregatdaten 1:1 für das Management von Lärmproblemen umzusetzen. Auch die Trennung in akustische und nicht-akustische Varianzanteile löst das Problem nicht, läßt Interaktionen unberücksichtigt und versperrt Handlungsperspektiven. Denn die Ergebnisse repräsentieren dekontextualisierte, partikuläre Information und benötigen Re-Verifizierung in der konkreten kulturellen, sozialen, ökologischen, auf Gruppen und Personen bezogenen Situation. Dies wird nicht möglich sein mit Datenerhebungen, welche über Lärmausbreitungsberechnng und Belästigungsbefragung nicht hinausgehen. Standardisierung auf dieser Ebene hilft der Vergleichbarkeit nur, wenn der nächste Schritt der Re-Kontextualisierung ebenfalls als Standard angesehen und implementiert wird. Das methodische Rüstzeug der Psychoakustik, das psychologische Konstrukt der ''Kontrolle'', das sozio-ökologische Konstrukt der ''Passung'' sowie das hygienische Konstrukt der ''Anpassungsleistung'' kann Hilfestellung in der Umsetzung bieten. Diese Vorgangsweise wird mit Hilfe von Fallbeispielen illustriert.
Leroux, M.
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Acoustical attenuation in a rectangular channel with turbulent flow [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
M. Leroux and Y. Auregan
[A]
The attenuation of an acoustical wave in a tube in presence of a turbulent flow is not a well known problem. Ronneberger and Ahrens, and Peters et al. have measured the acoustical attenuation in a cylindrical tube with flow. They distinguish 3 zones as a function of the ratio of the acoustical boundary layer thickness and the viscous sublayer of the turbulent mean flow boundary layer.
If the ratio is small, the damping of acoustical waves is not influenced by the turbulent stresses. If the ratio is large, a quasi-stationary theory can be applied. In the middle range, a strange behaviour is observed: the acoustical stresses at the wall are smaller with flow than without flow.
This strange behaviour is still not understood. Direct Numerical Simulations of the turbulent flow are needed to understand this effect.
In order to compare these simulations in a plane channel to experimental results, we measure the attenuation in a rectangular tube (1.5 cm 10 cm).
The 3 zones described previously for the cylindrical geometry are also observed in this case.
A new model based on asymptotic expansion of the propagation in a 2D duct with turbulent flow is presented.
Leroy, O.
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Numerical simulations of ultrasonic polar scans on single layered fiber reinforced composites [DAGA 2003 (Aachen)]
N. Declercq, J. Degrieck and O. Leroy
[A]
Numerous experiments have already been performed that show qualitatively that ultrasonic polar scans are a promising technique to characterize the stiffness properties of fiber reinforced composites. Whereas classical c-scans use normal incident sound on a large number of subsequent spots, a polar scan uses oblique incident sound under each possible angle on one single spot, to obtain information about the material under investigation. Extraction of the stiffness tensor from such polar scans can only occur if there exists a sophisticated model that can actually simulate such scans. Here, we present numerical simulations on single layered fiber reinforced composites as a first step towards complete simulations on multi-layered composites.
-
The extended model to simulate the Quetzal echo at the Mayan pyramid of Kukulkan at Chichen Itza in Mexico [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
N. Declercq, J. Degrieck, R. Briers and O. Leroy
[A]
It is well known that a handclap in front of the staircase of the pyramid produces an echo that sounds similar to the chirp of the Quetzal bird. This phenomenon occurs due to diffraction. There exist some publications concerning this phenomenon and even some first attempts are reported to simulate it. Recently, it has been shown [Declercq et al, J. Acoust. Soc. Am. 113(4), 2189, 2003] that it is possible to reproduce the echo by means of a simulation which is based on the theory of the diffraction of plane waves and which takes into account continuity conditions. The latter theory is the building block for a theory that tackles the diffraction of a spherical sound pulse. By means of these principles it is possible to simulate the echo following a handclap in front of the staircase. This paper shows results obtained by means of an extension of this model where also reflections on the ground in front of the staircase are taken into account. These results correspond better to reality than the previous results.
Leroy, P.
-
Loudspeaker positioning in rectangular rooms [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
J.-D. Polack, B. Isabey and P. Leroy
[A]
The field radiated by a loudspeaker is sensitive to the loudspeaker placement, especially at low frequencies, because the room exerts an acoustical load on the membrane. For rectangular rooms, the image source theory is used to simulate the load, because it takes phases into account. A proper classification of image sources makes it possible to use their lattice distribution to speed up computation by means of perturbation theory. It builds up the coherent part of the point transfer function - or acoustical load - from the lattice of image sources for different source positions and the ratios give the compensation filters. Compared to measurements, the same overall shapes are obtained when point sources are considered. Present developments include taking into account the finite size of the loudspeaker, but not the phase shifts at the reflections on the walls yet.
Leschka, S.
-
Resonanter kapazitiver Wandler - Dimensionierung mit Netzwerkmethoden [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
S. Leschka and G. Pfeifer
[A]
Resonante kapazitive Ultraschallwandler, bestehend aus Streifenresonatoren, sind mit Netzwerkmethoden dimensionierbar. Im Vordergrund der Betrachtungen wird die Qualität der Netzwerkmethode zur Abbildung des genannten Wandlertyps im Resonanzbetrieb erprobt. Ein Schaltungsmodell mit verteilten Parametern dient zur Modellierung eines einzelnen Streifenresonators, vor dessen Oberfläche ein ortsunabhängiger Schalldruck angenommen wird. Von dieser Näherung kann bei den angestrebten Dimensionen bei der Zielfrequenz ausgegangen werden. Aus diesem Ansatz ergibt sich eine spezielle Vorschrift zur Aufteilung der Last des Luftschallfeldes auf das Schaltungsmodell. Weiterhin wurde die Dämpfung durch thermodynamische Prozesse im Luftvolumen zwischen Membran und Gegenelektrode des kapazitiven Wandlers in die Berechnungen einbezogen. Eine physikalisch richtige Abbildung dieses Verlustmechanismus mit Netzwerkmethoden ermöglicht ihre Betrachtung im Schaltungsmodell durch das Einfügen zugehöriger resistiver Bauelemente. Auf diese Weise entsteht ein gut nachvollziehbares Modell, womit das Verhalten des kapazitiven Resonanzwandlers von der Erzeugung der elektrischen Feldkraft über die Entstehung der Membranschnelle bis zur Abstrahlung des Schalldrucks stufenweise betrachtet werden kann. Es zeigt sich, dass eine Schaltung mit wenigen Elementen eine genügend genaue Modellbildung im Vergleich zu feingliedrigen Modellen erlaubt. Die Übereinstimmung der Modelldimensionierung mit Messergebnissen eines Versuchsaufbaus wird gezeigt.
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Resonante kapazitive Ultraschallwandler mit leitenden und isolierenden Stegen [DAGA 2002 (Bochum)]
S. Leschka
[A]
Resonante kapazitive Ultraschallwandler, bestehend aus
Streifenresonatoren mit rechteckförmigem Querschnitt, wurden mit
leitendem und isolierenden Stegen zu Membranauflage und
abgeschlossenem Rückvolumen aufgebaut. Der Stegabstand ist stets
so dimensioniert, dass ein ortsunabhängiger Schalldruck vor der
Membran vorliegt.
Ein geschlossenes Netzwerkmodell mit verteilten Parametern [1]
ermöglicht die Berechnung des Schalldruck in einem Aufpunkt auf
der Wandlerhauptachse in Abhängigkeit der Wandlergeometrie, des
Folienwerkstoffs und der elektrischen Speisebedingungen. Darin
werden die realen elektrischen Feldverhältnisse im Rückvolumen des
Wandlers zwischen Folien- und Gegenelektrode berücksichtigt. Die
Wandler mit Isolierstegen besitzen ein nahezu ideales homogenes
elektrisches Feld, während durch den Einsatz metallischer Stege
ein stark inhomogenes elektrisches Feld speziell in den Ecken
zwischen der Membran und den Stegen entsteht.
Der theoretisch berechnete Übertragungsfaktor für Isolierstege
stimmt mit den Messergebnissen sehr gut überein und wird bei
steigender Gleichspannung durch die Polarisation der Membranfolie
unterschritten. Im Gegensatz dazu erreichen Wandler mit
metallischer Gegenelektrode gegenüber theoretischen Ansätzen, die
den inhomogenen Feldverlauf bereits berücksichtigen, einen zu
hohen und nahezu von der Steghöhe unabhängigen Übertragungsfaktor.
Bei Metallstegen liegt daher eine nur geringe Abhängigkeit
zwischen der Feldstärke im homogenen Feldanteil und dem
Schalldruck vor. Ein zusätzlicher Antriebsmechanismus durch die
Metall-Folie-Kopplung sorgt dafür, dass Resonanzwandler mit
metallischer Gegenelektrode prinzipiell einen höheren Schalldruck
liefern als ihr Äquivalent mit Isolierstegen.
[1] Leschka, S.; Pfeifer, G.: Resonanter kapazitiver
Ultraschallwandler - Dimensionierung mit Netzwerkmethoden. DAGA
2001
-
Resonante piezoelektrische Folienwandler - eine Dimensionierung mit Netzwerkmethoden [DAGA 2003 (Aachen)]
S. Leschka and G. Pfeifer
[A]
Am Beispiel resonanter piezoelektrischer Folienwandler für Ultraschallanwendungen in Luft wurden diese zur Erreichung eines maximalen Schalldrucks mit einem neuen Netzwerkelement optimiert. Die untersuchten Wandler bestehen aus einer statisch vorgespannten PVDF-Folie, die auf eine Struktur aus parallelen und äquidistanten Streifen aufgelegt wird. Um dem piezoelektrischen Längseffekt eine Vorzugsrichtung zu geben, wird die PVDF-Folie durch einen Unterdruck leicht in die Streifenstruktur hineingesaugt. Die optimale Geometrie der Wandlerelektrode in Kombination mit der zugehörigen Dicke der PVDF-Folie ist für die gewünschte Betriebsfrequenz im Bereich um 60 kHz optimiert. Auf Grund der großen Anzahl freier Parameter und der daraus folgenden Vielzahl der notwendigen Simulationsrechnungen ist besonders die Netzwerkmethode wegen der geringen Rechenzeit zur Eingrenzung des Parameterfeldes in der Lage. Auf Grund der verwendeten Dicke der PVDF-Folie muss die Biegesteifigkeit und die statische mechanische Vorspannung der Folie in die Simulation einbezogen werden. Die Superposition beider Effekte führt auf eine Netzwerkabbildung der gespannten Platte. Die Netzwerksimulation wird im ermittelten Optimum durch eine FE-Berechnung und durch Messungen überprüft. Die Ergebnisse werden gegenübergestellt.
-
Digitale Mikrophontechnik [DAGA 2008 (Dresden)]
S. Leschka
[A]
Nachdem die Digitaltechnik in nahezu alle Bereiche des Lebens vorgedrungen ist, wurde folgerichtig die Digitalisierung der Mikrophontechnik von der Georg Neumann GmbH vorangetrieben. Der internationale Standard AES42 sichert die Kompatibilität der digitalen Mikrophone. Er definiert neben den physikalischen Randbedingungen der Mikrophon-Schnittstelle und dem Format der digitalen Audiodaten auch die Fernsteuerung sowie die spezielle Art der Synchronisation der digitalen Mikrophone. Die Synchronisierbarkeit der Mikrophone ermöglicht ihren Anschluss ohne Sampleratekonverter im Signalweg, die eine unerwünschte Latenz erzeugen.
Die Analog-Digital-Wandlung des Kapselsignals in Neumann-Mikrophonen wird durch ein patentiertes Zweiwegeverfahren durchgeführt, dessen Dynamikbereich den der Mikrophonkapsel übertrifft. Bei geringem Schalldruckpegel wird das Kapselsignal ausschließlich durch einen der beiden A/D-Wandlerkanäle in die digitale Ebene überführt. Bei Überschreitung eines festen Grenzwertes überträgt ein nichtlineares Netzwerk Signalenergie in zunehmendem Maße auf den zweiten A/D-Wandlerkanal. Eine Rückführung in der Analogschaltung sichert, dass die Summe beider analoger Teilsignale dem Kapselsignal entspricht. Damit wird das Kapselsignal oberhalb des genannten Grenzwertes durch die Summe beider A/D-Wandlerausgänge repräsentiert.
Gegenüber analogen Mikrophonen, die teilweise eine Fernsteuerung ihrer Richtcharakteristik zulassen, ist bei digitalen Neumann-Mikrophonen eine Vielzahl von Parametern fernsteuerbar. Die gesamte Bearbeitung des Audiosignals wird auf der digitalen Ebene realisiert. Die Mikrophone enthalten u.a. einen parametrisierbaren Kompressor/Deesser sowie einen Peaklimiter zum Schutz vor Übersteuerung.
Leschnik, W.
-
Raumakustischen Simulation mit Mathematischen und Physikalischen Modellen [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
W. Leschnik
[A]
Die akustische Simulation wird seit vielen Jahren benutzt, um bereits im Planungszustand zuverlässige Aussagen über die akustischen Eigen-schaften eines Raumes zu erhalten. Bis vor ca. 25 Jahren wurde fast ausnahmslos mit physikalischen Modellen gearbeitet, das heißt, es wurden Messungen in maßstabsgerecht verkleinerten Modellen vorge-nommen. Die rasche Entwicklung der Computertechnik ermöglichte es, mathematische Modelle und damit eine mathematische Simulation der Räume bis hin zur Auralisierung zu realisieren. Es wird eine Überblick über die Modellgrundlagen, die Entwicklung der Modellierung und die grundlegenden Problematiken gegeben.
Lessing, J.
-
Akustische Analyse pathologischer Stimmen in fortlaufender Sprache [DAGA 2003 (Aachen)]
H.W. Strube, D. Michaelis, J. Lessing and S. Anderson
[A]
In Kooperation zwischen Physik und Phoniatrie (Univ. Göttingen) werden akustische Analyseverfahren zur Bewertung von Stimmpathologien entwickelt. Über Verfahren für isolierte Vokale hinaus ist die Analyse fortlaufender Sprache für realistischere Bewertung erforderlich. Dazu wurde eine automatische Erkennung stimmhafter und stimmloser Laute entwickelt, die auch bei hochgradig gestörten Stimmen funktioniert. Neben Messgrößen, die denen gehaltener Vokale entsprechen (z.B. Göttinger Heiserkeitsdiagramm), werden dynamische und statistische Größen betrachtet, z.B. Stimmfeld, VOT, Pausenzeiten. Die akustischen Verfahren werden durch Videoauswertungen ergänzt.
Letens, U.
-
Exemplarische Darstellung einer subjektiven Beurteilung von PKW-Fahrgeräuschen [DAGA 2000 (Oldenburg)]
U. Letens
[A]
Die Betriebsbedingungen von Kraftfahrzeugen (insbesondere Personenkraftwagen) sind gekennzeichnet durch eine hohe Dynamik hinsichtlich der auftretenden Fahrgeschwindigkeiten, Motordrehzahlen und abgegebener Motorleistungen. Die sich dadurch ergebende Mehrdimensionalität ist bei der Beurteilung von Fahrgeräuschen zu berücksichtigen. In der klassischen Fahrzeugakustik wird bei meßtechnischen Untersuchungen in der Regel nur jeweils eine Variable (z.B. Motordrehzahl) zeitgleich geändert. - Um den ''akustischen Gesamteindruck'' zu erfassen, werden die rein meßtechnischen Untersuchungen durch ''subjektive'' Beurteilungen im realen Fahrbetrieb oder anhand von geeigneten Geräuschaufzeichnungen ergänzt. (Das Attribut ''subjektiv'' ist hier im Sinne einer Beurteilung durch Probanden statt durch meßtechnische Algorithmen zu verstehen.) - Anhand eines Beispiels wird ein typischer Beurteilungsablauf vorgestellt: beginnend mit der Auswahl geeigneter Betriebszustände über die Festlegung der zu beurteilenden akustischen Kriterien bis hin zu einigen ausgewählten Ergebnissen und deren Interpretation. Eine wichtige Erkenntnis ist, daß die Fahrgeräusche einerseits den Image-Ansprüchen der Fahrzeug-Marke (Hersteller) und andererseits dem Fahrzeug-Typ (Limousine, Sportwagen, ...) entsprechend zu gestalten sind.
-
Subjektive Bewertung der Tonhaltigkeit in der Fahrzeugakustik [DAGA 2005 (München)]
H. Hansen, R. Weber and U. Letens
[A]
Fahrzeuggeräusche können starke tonale Komponenten aufweisen. Die Frequenzen sind meist proportional zur Motordrehzahl, z.B. Getriebeheulen oder Kettenheulen. Jedoch gibt es durchaus auch andere Phänomene, welche nicht diese charakteristische Abhängigkeit aufweisen, sondern lediglich bei einer Frequenz oder gar unabhängig von der Motordrehzahl auftreten. Zudem handelt es sich um zeitlich begrenzte aber variierende Phänomene. Zur Quantifizierung der verschiedenen Phänomene werden psychoakustische Versuche durchgeführt. Im Vortrag werden die Ergebnisse eines Hörtest, in dem die Versuchspersonen auf einer Kategorialskala Tonhaltigkeiten von Fahrzeuggeräuschen beurteilen, vorgestellt. Die zu beurteilenden Fahrzeuggeräusche decken nicht nur die in Fahrzeugen üblicherweise auftretende Stärke der Tonhaltigkeit ab, sondern auch die verschiedenen Erscheinungsformen.
Des Weiteren werden die Ergebnisse einer Untersuchung zum Einfluss der verschiedenen tonalen Komponenten auf die Geräuschqualität vorgestellt. Produktgeräuschqualität wird über die konnotative Bedeutung erfasst, die durch ein semantisches Differential gemessen wird. Als Stimuli werden längere Ausschnitte von Fahrzeuggeräuschen gewählt, um das tonale Ereignis in einen Zusammenhang einzubetten. Ziel dieses Versuches ist die Aufdeckung des Zusammenhanges zwischen der Stärke der Tonhaltigkeit und der Produktgeräuschqualität.
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Verfahren zur Trennung und Auralisation harmonischer und stochastischer Signalanteile [DAGA 2005 (München)]
P. Heck, U. Letens and M. Kob
[A]
In vielen Bereichen der Signalverarbeitung werden für Merkmalsextraktionen die harmonischen Anteile akustischer Signale als Grundlage genutzt. Dies wird beispielsweise bei einigen Grundfrequenzbestimmungsverfahren in der Sprachsignalverarbeitung oder in der Fahrzeugakustik für die Bestimmung der Motordrehzahl angewandt. Auch objektive und perzeptive Beurteilungsverfahren können von der Aufspaltung des Signals in einen stochastischen und einen harmonischen Anteil profitieren.
Bei bisherigen Methoden zur Signaltrennung wird häufig eine starke Harmonizität vorausgesetzt. Der hier vorgestellte Algorithmus ist universell für beliebige Signale mit harmonischen Anteilen einsetzbar, da er keine a priori Informationen über das zu analysierende Signal voraussetzt. Somit ist der Algorithmus besonders für Fahrzeuggeräusche geeignet, die oft nur schwache harmonische Anteile aufweisen. Mit Hilfe eines intelligenten Klassifikationsverfahren kann aus den im Signal detektierten harmonischen Anteilen eine zusammenhängende zeitvariante harmonische Struktur gewonnen werden. Aus dieser Struktur werden anschließend Parameter extrahiert, die sowohl für eine harmonische Signalsynthese als auch für die Steuerung einer Filterbank zur Extraktion des stochastischen Signalteils genutzt werden. Der Algorithmus wurde für die Anwendung in der Fahrzeugakustik entwickelt und daraufhin optimiert. Allerdings sind auch andere Anwendungen des Verfahrens denkbar wie die Trennung zum Gesamtsignal beitragender Musikinstrumente oder die Extraktion tonaler Schallquellen aus rauschbehafteter Umgebung.
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„Vari-X“ - ein Werkzeug zur Beeinflussung von PKW-Abgasmündungsgeräuschen im Fahrbetrieb [DAGA 2007 (Stuttgart)]
U. Letens, J. Krüger and M. Jess
[A]
Für die Akustikentwicklung von Kraftfahrzeugen ist schon in einer frühen Phase die emotionale Positionierung festzulegen (z.B. sportlich vs. komfortabel). Hierzu werden mitunter noch nicht serienreife Komponenten in Fahrzeugen der Vorgängerbaureihe erprobt und beurteilt. Einige Komponenten (wie z.B. Teile der Abgasanlage - AGA) lassen sich ausgehend von einem Grundlayout konstruktiv über einen weiten Bereich akustisch abstimmen. Eine interessante Aufgabenstellung ist hierbei die ''Anreicherung'' des Klangspektrums bei nur geringfügig angehobenem Gesamtschalldruckpegel.
Bei Fahrzeugen mit V-Motoren bietet sich z.B. die Übersprechstrecke in der AGA an, um ein gewünschtes ''Sound-Design'' darzustellen. Der Grad der Übersprechung zwischen den beiden Abgassträngen beeinflusst maßgeblich die Zusammensetzung des AGA-Mündungsgeräuschs. Ein wesentliches Maß ist hierbei der relative Pegel der ''Nebenharmonischen'' in Bezug auf den Geräuschanteil mit der Motorgrundfrequenz. Bei einem hohen Anteil dieser ''Nebenharmonischen'' resultiert ein stark moduliertes, als sportlich (oder ''kernig'') empfundenes Mündungsgeräusch.
Für Grundsatzuntersuchungen und für Abstimmzwecke wurde eine Übersprechstrecke mit einer elektrisch einstellbaren Abgasklappe zur stufenlosen Variation des Übersprechgrades im Fahrbetrieb aufgebaut (''Vari-X'' = variable cross talk). Diese Übersprechstrecke wurde ohne weitergehende Anpassung der restlichen AGA in ein serienmäßiges Fahrzeug im Roadstersegment eingebaut. In dem Vortrag werden Messergebnisse sowie subjektive Befunde vorgestellt und diskutiert. Einige Audio-Demonstrationen unterstützen dabei die analytischen Darstellungen.
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Zur Bedeutung des PKW-Außengeräuschs hinsichtlich der Gesamtwahrnehmung des Fahrzeugs aus Kundensicht [DAGA 2008 (Dresden)]
U. Letens and S. Dahlinger
[A]
Die Differenzierbarkeit von Personenkraftwagen zwischen den verschiedenen Marken aber auch innerhalb einer Marke (zwischen verschiedenen Baureihen) ist ein wichtiges Positionierungsmerkmal. Nach dem visuellen Eindruck, der Verarbeitungsqualität, den Fahrleistungswerten etc. gewinnt auch der akustische Eindruck zunehmend an Bedeutung.
Bedingt durch die physikalischen Gegebenheiten ist die Differenzierbarkeit im Außengeräusch größer als im Innengeräusch. Sowohl Störgeräusche (wie ''Nageln'', ''Tickern'', ''Heulen'', etc.) als auch der Klangcharakter (''komfortorientiert'', ''sportlich'', ''emotional'', etc.) sind im Außengeräusch stärker differenzierbar. - Die Bedeutsamkeit dieses Potentials zur Geräuschgestaltung für die Gesamtwahrnehmung aus der Sicht des Kunden ist jedoch nicht vollständig geklärt. Für neu zu entwickelnde Fahrzeug-Baureihen ergibt sich die Fragestellung, wie dieses Potential gezielt zur Steigerung der empfundenen Wertigkeit des Fahrzeugs genutzt werden könnte.
In einer mit Kunden durchgeführten ''Sound-Clinic'' wird an serienmäßigen Fahrzeugen exemplarisch untersucht, in welchem Maße die ganzheitliche Wahrnehmung des Fahrzeugs durch das Außengeräusch positiv oder negativ beeinflusst wird. Hierzu werden Fahrzeuge mit unterschiedlichen Motorisierungen in definierten Betriebszuständen präsentiert (sowohl im Stand als auch bei Vorbeifahrten).
Die Erfassung der subjektiven Eindrücke der Probanden erfolgt durch geschulte Interviewer unmittelbar nach jeder Einzel-Präsentation. Die Ergebnisse werden hinsichtlich der akustischen Wahrnehmung der Probanden und der daraus abgeleiteten Auswirkung auf die Gesamtwahrnehmung analysiert und bezüglich möglicher Konsequenzen diskutiert.
Lethiecq, M.
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Characterization Of Conducting Polymer Film Electrosynthesis By The Means Of Acoustic Sensor (QCM) [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
B. Kanj, F. Teston, B. Piro, M.C. Pham and M. Lethiecq
[A]
Quartz crystal microbalances (QCMs) are largely used in several sectors of activities. More particularly, they are used to characterize the gravimetric effect during the deposit of polymeric film. The impedancemetry method is used to determine the resonance frequency and quality factor of the quartz oscillator. This double determination makes it possible to improve the sensitivity and especially to detect potential viscoelastic disturbances in polymeric film process.
In the first step, a device which operating at a fundamental frequency of 9 MHz is used. Results show that these devices allow to follow and characterize the polymerization process of a conducting polymer film (PEDT). In the second step, devices can be used to, in particular, follow oligonucleotide (ODN) grafting. Gravimetric and viscoelastic effects of the film were investigated and discussed during the ODN integration onto the polymer surface.
Finally, these studies allow us to identify, investigate and to better understand the gravimetric and viscoelastic processes caused by ODN on the film and also will offer the potential advantage of real time solution monitoring of nucleic acids hybridization by QCM.
Letourneaux, F.
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Noise Source characterization on a TGV-Duplex running at up to 350 kph by means of a 2D acoustic array [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
F. Alibert, F. Letourneaux, O. Coste and F. Poisson
[A]
Within the frame of an acoustic field test campaign organised by the SNCF on a TGV-Duplex running at up to 350 kph on a high speed line in France, some specific measurements were carried out to localise and characterize the main sources on the train which radiate noise in the environment : the implemented technique was an acoustic 2D array apparatus combined with a beamforming processing including dedopplerisation effect. Another objective was also to improve the measurement method itself, the SNCF 2D ''star shaped'' array, as most of the others conventional array devices, requiring several configuration of captors and therefore several train pass-bys to be able to analyse the whole frequency range of interest (200- 4000Hz). An alternative device was then tested at the same time to overcome this drawback : a 3 by 3 m array support, equipped with a set of 30 captors irregularly distributed.
This paper proposes at first to describe and analyse the acoustic sources localised on the TGV-Duplex, and to give their relative strength as a function of the frequency and of the train speed. In a second part, the performances of the measurement method are investigated : thus, a comparison of results provided by the 2 array techniques tested is addressed ; some repeatability test and the influence of the post-processing parameters are also examined.
Finally, the results confirm the capability of the acoustic array measurement method to localise and classify the noise sources on a train at high speed and furthermore that improvements of the measurement technique are possible.
Leue, E.
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Acute Annoyance caused by Noise emitted from Rail and Road Traffic [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
E. Leue, M. Schütte and B. Griefahn
[A]
Objectives: The study aims at the determination of dose-response-curves for separately occurring train and road traffic noise in the laboratory. It is supposed that acute annoyance depends on the particular activity a person actually performs. The main question to be answered is, how the dose-response relation is influenced by actually exerted activity.
Method: 24 healthy male and female subjects, 20 to 30 years of age listen to a total of 16 sounds while sitting in a sound proof room. Each sound lasts 3 minutes, the sound pressure levels of road and rail traffic noise are varied from 40 to 82 dB (A) in steps of 6 db(A). The subjects are requested to imagine to be at home. Following each presentation they have to rate the resulting acute annoyance as well as loudness, pitch, dynamics, impulsiveness and pleasantness. Additionally, they rate the annoyance that they expect while performing six different home activities.
Results: Annoyance obtained for the condition ''to be at home'' will be compared with annoyance supposed in case of different home activities. The study is in progress and will be finished at the end of the year 2003.
Leung, E.
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Extension of a WFS loudspeaker configuration with a ceiling array for 3D auralization – perceptual aspects [DAGA 2008 (Dresden)]
J. van Dorp Schuitman, D. de Vries and E. Leung
[A]
Most operational Wave Field Synthesis systems generate their sound fields through a loudspeaker array configuration in a horizontal plane, roughly matching the ear plane of the listeners. This way, 2D acoustic wave fields can very well be (re)produced. When, however, a 3D environment (e.g., a concert hall) should be auralized, the lack of the vertical dimension leads to serious perceptual complaints. In a hall occupied with a well-dressed audience, all reflections with non-zero elevation are highly damped, except the first-order ceiling reflections. Therefore, at TU Delft an attempt has been made to solve the problem by extending the rectangular array configuration in the horizontal plane with a ceiling array for reproduction of these first order reflections. Using various signals (noise, music, speech), it was investigated in how far this solution is effective, and how critical it is, from a perceptual point of view, to reproduce the mirror image source which represents a ceiling reflection in a physically correct way. Preliminary results - research is still in progress - indicate that the addition of elevated reflections is perceptually detected only when these are fairly strong relative to the direct sound, corresponding with a highly reflective ceiling in the hall to be auralized.
Leuthardt, F.
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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.
Lewald, J.
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Repräsentationales Momentum bei der auditiven und visuellen Bewegungswahrnehmung [DAGA 2008 (Dresden)]
S. Getzmann and J. Lewald
[A]
Das ''Repräsentationale Momentum'' (RM) tritt bei der Wahrnehmung bewegter Objekte auf und beschreibt die Tendenz, den Endpunkt eines bewegten Zielreizes in Richtung der Bewegung zu verschieben. Vorangehende Studien ergaben, dass das RM bei Verwendung auditiver Reize stärker ausgeprägt ist als bei visuellen Reizen. In der vorgestellten Studie wurden Verschiebungen in beiden Modalitäten unter Verwendung vergleichbarer Zielreize und einer manuellen Zeigeprozedur verglichen. In einer dunklen, reflektionsfreien Umgebung wurden Probanden Lichtpunkte, Rauschpulse oder eine Kombination aus beiden Reizen präsentiert, die sich auf Augenhöhe in horizontaler Richtung bewegten. Die Geschwindigkeit war entweder konstant oder variierte unvorhersagbar während der Bewegung. Bei konstanter Geschwindigkeit traten modalitätsunabhängig äquivalente Verschiebungen auf. Unterschiede in der Stärke des RM sind also hauptsächlich auf unterschiedliche experimentelle Settings zurückzuführen. Die Ergebnisse sprechen für den modalitätsunspezifischen Charakter des Effekts. Das RM könnte daher auf höheren kognitiven Prozessen beruhen, deren Funktion die Vorhersage zukünftiger Positionen bewegter Zielreize ist. Bei variabler Geschwindigkeit nahmen die Verschiebungen von auditiven Zielreizen stark ab, während visuelle und audiovisuelle Reize weiterhin verschoben wurden. Einflüsse von Augenbewegungen, die diese Diskrepanz erklären könnten, werden diskutiert.
Lhermet, N.
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Study of a dome shaped PVDF loudspeaker [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
A. Duclos, B. Gazengel, N. Lhermet and G. Milot
[A]
This work studies the acoustic radiation of a dome shaped PVDF loudspeaker. The PVDF loudspeaker consists of a circular PVDF thin film, clamped around, dome shaped by means of a static pressure which is applied at the back. A time variable voltage applied between the two faces of the film enables to produce a acoustic pressure by means of the piezoelectric effect.
The first part of the study focuses on the static behaviour of the speaker. The static deformation is calculated using models found in literature and is measured by means of a displacement sensor. Results enable to estimate the Young modulus of the PVDF material used in the experiment.
The second part focuses on the dynamic behaviour of the speaker. At first, analytical models found in the literature are used for predicting the acoustic pressure radiated. Secondly, a finite elements model is used for calculating the acoustic pressure radiated in the near field of the speaker. Finally, an experiment is conducted for measuring the pressure response of the speaker. Results show that results obtained by means of finite elements and experimental results agree well. However, the analytical model does not enable to estimate the acoustic radiated pressure. This difference is explained by the fact that the analytical model does not take into account the coupling between the film and the air.
Li, J.
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Experimentelle Untersuchung der Schutzwirkung persönlicher Gehörschutzmaßnahmen im Ultraschallbereich [DAGA 2002 (Bochum)]
U. Heisel, D. Klotz and J. Li
[A]
Niederfrequenter Ultraschall wird in der Industrie in zunehmendem Maße für verschiedenste Zwecke eingesetzt. Dabei werden zum Teil sehr hohe Schalldruckpegel erreicht. Da eine Schädigung des menschlichen Gehörs durch Ultraschall nicht ausgeschlossen werden kann, muss das Gehör ausreichend geschützt werden. Es wurden handelsübliche Gehörschützer auf ihre Wirksamkeit bei niederfrequentem Ultraschall getestet. Die Untersuchungen wurden mit Hilfe eines Kunstkopfes in einem eigens für diese Aufgabe entwickelten Sonderhallraum durchgeführt. In diesem wurde ein Schallfeld erzeugt, das im Bereich zwischen 1,25 kHz und 31,5 kHz in Anlehnung an DIN ISO 4869-1 die Anforderungen hinsichtlich Diffusität erfüllt. Der Außenohrsimulator des handelsüblichen Kunstkopfes erwies sich für die Untersuchungen von Gehörschutzstöpseln in diesem Frequenzbereich als ungeeignet. Daher wurde ein Außenohrsimulator entwickelt, mit dem befriedigende Ergebnisse erzielt werden konnten. Bei formbaren Gehörschutzstöpseln wurden höhere Dämmwerte ermittelt als bei Kapselgehörschützern, welche sehr sensibel auf ungünstige Andrückverhältnisse reagier. Untersuchungen mit aufgesetzter Schutzbrille ergaben oberhalb von 10 kHz eine deutlich Verminderung der Schutzwirkung. Für Einsatzbereiche, in denen niederfrequenter Ultraschall auftritt, sind daher Gehörschutzstöpsel geeigneter; sollen dennoch Kapselgehörschützer getragen werden, muss darauf geachtet werden, dass die Dichtkissen gut anliegen. In diesem Beitrag werden der Aufbau der Messeinrichtung, das Messverfahren und die damit ermittelten Ergebnisse vorgestellt. Diskutiert wird die Möglichkeit zur Erweiterung der Messung persönlicher Gehörschutzmaßnahmen im Frequenzbereich über 25 kHz hinaus.
Lieb, M.
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Evaluating Speech Recognition Performance in the Car - A Pragmatic Approach [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
M. Lieb
[A]
During the development of voice-controlled applications the continuous monitoring of the
speech recognition performance from the lab into the final product is of crucial importance.
There is a gap between large-scale off-line automatic speech recognition (ASR) tests being run
in the lab on pre-recorded speech material, and tests with real speech uttered by test persons
in the target cars under realistic, e.g. driving, conditions.
Both tests are necessary and conclusive, yet not sufficient for objective performance comparisons
e.g. of different ASR installations. To evaluate ASR performance in a transferrable and repeatable
manner for different cars at different point of time without the need to assemble test persons for every
new test, a different approach is proposed with this paper.
Starting from pre-recorded speech material covering all sorts of variations like gender, accents, age,
and background noise conditions, we aim for a reproducable calibrated playback mechanism in
the car. Such controlled playback comprises the ASR performance evaluation in an objective manner
and especially allows for the comparison of different systems, e.g. in different cars, based on the same
speech material. We present the experimental set-up for such performance investigations,
describe the test procedure and give insight into results from the field.
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Sprachqualität von Telefongesprächen aus dem Fahrzeug – ein noch immer ungelöstes Problem [DAGA 2006 (Braunschweig)]
M. Lieb and W. Gädicke
[A]
Im Gegensatz zur üblichen Mobil- oder VoIP-Telefonie hält die Telefonie im Auto noch immer sehr große Herausforderungen bereit, um einen hohen Grad an empfundener Sprachqualität zu erreichen. Im Spannungsfeld zwischen Systemkosten und erzielbarer Leistungsfähigkeit werden beim Fahrzeughersteller verläßliche Testmethoden für Sprachübertragungsqualität benötigt, die über etablierte state-of-the-art Meßverfahren hinausgehen. Mit diesem Paper sammeln wir die Faktoren, die die Sprachqualität im Fahrzeug negativ beeinflussen. Wir beschreiben die Schwierigkeiten bei der Beurteilung subjektiv empfundener Sprachqualität und bei deren Abbildung auf objektive Meßverfahren. Dies führt zu fortschrittlichen Ansätzen in der Sprachqualitätsbewertung.
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Sprachqualitätsbewertung - ein mehrdimensionales Problem? [DAGA 2006 (Braunschweig)]
W. Gädicke and M. Lieb
[A]
Es gibt bereits eine Vielzahl von Algorithmen zur automatisierten Sprachqualitätsbestimmung von Telekommunikationsystemen, deren Ergebnisse auf einer eindimensionalen Skala dargestellt werden. Viele dieser Verfahren verwenden hierzu vorzugsweise die MOS-Skala.
Neuere Forschungsansätze versuchen automatisierte Verfahren zu entwickeln, die eine differenziertere Bewertung der Sprachqualität erlauben. Hierzu wird das Gesamtqualitätsurteil in Eigenschaften wie Natürlichkeit, Schärfe, Lautheit, Nähe etc. zerlegt.
Diese Präsentation soll an die Zusammenhänge, die zwischen den einzelnen Sprachqualitätsmerkmalen bestehen, erinnern und abschließend verdeutlichen, für welche dieser Qualitätsmerkmale weitere wissenschaftliche Untersuchungen lohnenswert erscheinen. Das Ziel dieser Untersuchungen besteht in der Schaffung eines Algorithmus zur automatisierten differenzierten Sprachqualitätsbewertung von Sprachübertragungskanälen.
Lieberzeit, P.
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Anwendung akustischer Sensoren – Von Molekülen zu Zellen [DAGA 2003 (Aachen)]
F. Dickert, P. Lieberzeit, O. Hayden, R. Bindeus and S. Gazda-Miarecka
[A]
Akustische Sensoren, wie QCMs und SAWs, wurden als universelle Transducer zur Detektion komplexer Gemische und Analyte unterschiedlicher Dimension von ca. 1 Nano- bis 10 Micrometer eingesetzt. So können etwa durch Verankerung von Silylverbindungen über eine zweidimensionale Selbstorganisation oder das kovalente Anbinden von Kavitäten an Quarzoberflächen Dämpfe von aromatischen oder halogenierten Kohlenwasserstoffen über SAWs nachgewiesen werden. Verwendet man funkabfragbare Bauteile, so ist gleichzeitig eine Sensor-Identifizierung möglich. Monolagen lassen sich auch in flüssiger Phase einsetzen, etwa Thiole unterschiedlicher Kettenlänge auf Goldoberflächen zur selektiven Detektion von Tensiden. Ein besonders universelles Verfahren sensitive Schichten zu generieren, besteht im molekularen Prägen von organischen Polymeren oder keramischen Materialien. So werden über Template geeignete Kavitäten hergestellt, die den Analyten wieder einlagern und somit den massensensitiven Nachweis erlauben. Es kann mit einzelnen Molekülen - Lösungsmitteln, halogenierten und aromatischen Kohlenwasserstoffen, aber auch mit Gemischen unbekannter Zusammensetzung geprägt werden und so Degradationsvorgänge, wie die Alterung von Speiseölen und Motorenölen verfolgt werden. Zum massensensitiven Nachweis biologischer Partikel, wie Enzyme, Viren, Bakterien oder Hefen verwenden wir Oberflächen-Prägungen über Stempelverfahren oder speziell bei Enzymen und Viren Selbstorganisationprozesse in ultradünnen Schichten. Mit QCMs und SAWs kann die Anlagerung von Enzymen Viren und Zellen an Oberflächenstrukturen verfolgt werden. Auch einzelne Zellen lassen sich so nachweisen. In den Kavitäten fest fixierte Viren und Zellen liefern eine Frequenzerniedrigung, während sich aus der freien Beweglichkeit eine anomale Frequenzerhöhung ergeben kann, ein Phänomen, das sich mit Ergebnissen aus der Kraftfeldmikroskopie korrelieren läßt.
Liebing, R.
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Subjektive Bewertung von instationären Funktionsgeräuschen in der Fahrzeugakustik [DAGA 2005 (München)]
R. Liebing and R. Weber
[A]
Die Bedeutung von Geräuschen bei der Entwicklung eines Kraftfahrzeugs hat in den letzten Jahren immens zugenommen. So gehört zum hochwertigen Eindruck eines Automobils heutzutage auch eine dem Fahrzeugtyp entsprechende Akustik. Insbesondere zeitlich veränderliche Funktionsgeräusche wie z.B.: Motorakustik, Blinker- und Türgeräusche werden neben stationären Schallen wie z.B.: Windgeräuschen regelrecht designt. Dabei spielt die richtige Vorgabe des Zielgeräuschs (target sound) eine wesentliche Rolle. Aufgrund der naturgemäß subjektiven Empfindung von Zielgeräuscheigenschaften, muss bei der Zielfindung sichergestellt werden, dass die Einschätzung der Entwickler mit der Beurteilung durch Kunden übereinstimmt. Um dies beispielhaft zu überprüfen, führt man Hörvergleiche mit sich zeitlich sehr schnell veränderlichen Türgeräuschen durch. Dabei bewerten sowohl fachfremde Probanden als auch Fachleute eine Reihe von Öffnungs- und Schließzyklen mit Hilfe eines semantischen Differentials. Der Vortrag stellt Ergebnisse dieser Hörtests vor und vergleicht die Bewertungen ausgesuchter Adjektivpaare mit objektiv messbaren Parametern.
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T-F-Verfahren für instationäre Geräusche [DAGA 2006 (Braunschweig)]
R. Liebing and R. Weber
[A]
Die Bedeutung von Geräuschen bei der Entwicklung eines Kraftfahrzeugs hat in den letzten
Jahren immens zugenommen. So gehört zum hochwertigen Eindruck eines Automobils
heutzutage auch eine dem Fahrzeugtyp entsprechende Akustik, die von Soundingenieuren
designt wird. Sehr viele Geräusche sind dabei in der Zeit sehr schnell veränderlich, so dass es
meist nicht ausreicht, den Klangcharakter ausschließlich im Frequenzbereich zu untersuchen.
Vielmehr spielt neben der tonalen Zusammensetzung auch der zeitliche Verlauf eine
entscheidende Rolle. Zur gleichzeitigen Analyse beider Dimensionen werden Zeit-Frequenz-
Algorithmen angewandt. Auf dem Poster sollen Verfahren mit konstanter Bandbreite wie z.B.
die Wigner-Ville-Verteilung und solche mit variabler Bandbreite, zu denen Wavelets,
Matching Pursuit und die Constant-Q-Transformation gehören, vorgestellt und anhand eines
synthetischen und eines realen Geräusches, wie es z.B. ein Schalterklicken, Dieselnageln oder
ein Türzuschlag sein kann, im Bezug auf gehörgerechte Analyse miteinander verglichen
werden.
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Objektivierung des Türgeräusches eines Kraftfahrzeuges [DAGA 2008 (Dresden)]
R. Liebing and R. Weber
[A]
Die Bedeutung von Geräuschen bei der Entwicklung eines Kraftfahrzeuges hat in den letzten Jahren immens zugenommen. So gehört zum hochwertigen Eindruck eines Automobils heutzutage auch eine dem Fahrzeugtyp entsprechende Akustik. Insbesondere zeitlich veränderliche Funktionsgeräusche werden neben stationären
Schallen wie z.B. Windgeräuschen regelrecht designt. Dabei spielt die richtige Vorgabe des Zielgeräusches (target sound) eine wesentliche Rolle. Gerade bei instationären Geräuschen wie z.B. den Türgeräuschen ist dieser target sound jedoch schwer zu beschreiben und noch schwieriger objektiv zu messen. Deshalb geht dieser Vortrag auf den Prozess der Objektivierung von Türgeräuschen ein. Neben dem Einfangen des subjektiven Geräuscheindruckes von einer großen Anzahl von Probanden werden auch Analyseverfahren vorgestellt, die dieses stark instationäre Geräusch beschreibbar machen und so eine objektive Analyse auf Basis der subjektiven Beurteilung der Testpersonen ermöglichen.
Liebl, A.
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Auswirkungen von Verkehrslärm und Hintergrundsprechen auf das Lesen und Verstehen von Texten [DAGA 2005 (München)]
A. Liebl and J. Hellbrück
[A]
Gemäß Untersuchungen zur Wirkung von Umgebungseinflüssen am Arbeitsplatz klagen bis zu 54% (z.B. Sundstrom, Town, Rice, Osborn und Brill, 1994) der befragten Mitarbeiter in Büroumgebungen über häufige Störungen ihrer Arbeit durch Lärm.
Zu den typischen Lärmquellen am Arbeitsplatz zählen der durch Gespräche von Mitarbeitern verursachte Hintergrundschall, sowie der durch die Fenster dringende Straßenverkehrlärm.
Trotz eines moderaten Pegels am Arbeitsplatz kann dieser Lärm kognitive Leistungen beeinträchtigen. Gestört fühlen sich Menschen vor allem bei komplexen kognitiven Tätigkeiten, bei welchen umfangreiche Informationen aufgenommen, gespeichert und unter Einsatz verschiedener kognitiver Operationen verarbeitet werden müssen.
Eine alltagsnahe komplexe Aufgabe ist das Lesen bzw. Textverstehen. Hierbei hat der Leser verschiedene kognitive Teilfunktionen zu erbringen. Worte müssen erkannt und verbale Informationen im Arbeitsgedächtnis zur syntaktischen und semantischen Verarbeitung zwischengespeichert werden, um schließlich Textinformationen in die Wissensbasis zu integrieren.
Die genannten Leistungen wurden in einer Experimentalreihe auf die jeweilige Störanfälligkeit gegenüber Hintergrundsprechen und Verkehrslärm untersucht. Die Experimente weisen zum einen nach, dass die genannten Aufgaben in unterschiedlicher Weise durch Hintergrundsprechen und Verkehrslärm beeinträchtigt werden. Da neben Leistungsparametern auch subjektive Empfindungsmaße erhoben wurden, kann zum anderen gezeigt werden, dass bei der Evaluation und Gestaltung von Büroarbeitsplätzen objektive wie subjektive Daten berücksichtigt werden müssen, da teilweise divergente Effekte zu beobachten sind.
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Hintergrundsprache unterschiedlicher Sprachverständlichkeit in Büroumwelten: Objektive Leistungsdaten versus subjektive Beurteilungen [DAGA 2007 (Stuttgart)]
S. Schlittmeier, A. Liebl, J. Hellbrück, R. Thaden and M. Vorländer
[A]
Lärm ist eine der häufigsten Quellen von Beschwerden von Büroangestellten. Insbesondere Hintergrundsprache wird als störend bzw. belästigend erlebt. Dementsprechend wird bei der akustischen Gestaltung von Büroumwelten darauf fokussiert Verständlichkeit und Pegel von Hintergrundsprache zu reduzieren. Aber kann mittels solcher Maßnahmen die leistungsbeeinträchtigende Wirkung von Hintergrundsprache tatsächlich gemindert werden?
Im Vortrag werden Experimente präsentiert, die diese Frage für verschiedene kognitive Basisfunktionen untersuchen, namentlich für das verbale Arbeitsgedächtnis, die Konzentration (Daueraufmerksamkeit) und das verbal-logische Schlussfolgern. Mithilfe einer bauakustischen Auralisation wurden Sprachschalle erzeugt, wie sie in einem Raum hörbar wären, wenn der Sprecher im Nebenraum säße. Die Wahl zweier unterschiedlicher Verläufe der Schalldämmung führte zu zwei Sprachsignalen, die im Pegel deutlich reduziert (35 dB(A)) waren und eine sehr gute bzw. schlechte Sprachverständlichkeit aufwiesen. Ihr Einfluss auf die genannten kognitiven Basisfunktionen wurde sowohl mit dem unbehandelter Sprache (55 dB(A), hohe Sprachverständlichkeit) sowie mit der Leistung unter Ruhe verglichen. Zusätzlich zu diesen objektiven Leistungsdaten wurden subjektive Beurteilungen erhoben.
Unsere Experimente zeigen, dass auch sehr leise aber gut verständliche Hintergrundsprache kognitive Leistung stört; eine signifikante Minderung ihrer Störwirkung ist nur durch eine zusätzliche Reduktion der Sprachverständlichkeit erreichbar. Im Gegensatz dazu wird in den subjektiven Urteilen eine Pegelabsenkung stark, eine Reduktion der Sprachverständlichkeit aber nur marginal honoriert. Auch wird die sehr leise Sprache mit schlechter Sprachverständlichkeit noch als signifikant störend erlebt, obwohl für sie keine signifikante leistungsbeeinträchtigende Wirkung auf die kognitive Leistung nachweisbar ist. Da sich objektive Leistungsdaten und subjektive Urteile ergänzen (und nicht redundant sind), sind beide bei der Gestaltung akustischer Büroumwelten zu berücksichtigen.
Liebler, M.
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Nichtlineare Modellierung der Ultraschall-Thermotherapie mit temperaturabhängigen Gewebeparametern [DAGA 2000 (Oldenburg)]
M. Liebler, S. Ginter, D. Janisch and R.E. Riedlinger
[A]
Bei der Ultraschall-Thermotherapie (USTT) wird eine thermische Zerst''orung von Tumorgewebe durch Einwirkung von hochintensivem fokussiertem Ultraschall (HIFU) angestrebt. Als Hilfsmittel bei der Therapieplanung kommen Simulationen zum Einsatz. In diesem Beitrag wird ein speziell f''ur die USTT entwickeltes Simulationsprogramm vorgestellt. Ein Vollwellenanalyse-Modell, basierend auf einem FDTD-Algorithmus, beschreibt die nichtlineare Ultraschallausbreitung bei HIFU. In dieses Modell ist eine f''ur Weichgewebe typische frequenzabh''angige D''ampfung integriert, sowie die M''oglichkeit der Ber''ucksichtigung temperaturabh''angiger Gewebeparameter. Die Berechnung der Temperaturverteilung erfolgt mit der Bio-Heat-Transfer-Equation nach Pennes. Simulationen werden mit einer f''ur die USTT typischen Anordnung (Fokusl''ange und Apertur: 8cm, Gewebeschichtung) durchgef''uhrt. Hierbei werden die Einfl''usse der variablen Parameter am Sender (z.B. Anfangsdruck, Frequenz) auf die absorbierte Ultraschalleistung im Gewebe untersucht. Die Ergebnisse verdeutlichen, da3 die im Gewebe induzierte W''armequelle und damit die Temperaturverteilung von den nichtlinearen Effekten bei Ausbreitung und Absorption des Ultraschalls gepr''agt wird. Au3erdem f''uhrt die starke Erw''armung auf ca. 90$^ circ$C durch die Temperaturabh''angigkeit der Gewebeparameter zu einer Selbstbeeinflussung der Therapie, mit einem dominanten Einflu3 des Absorptionskoeffizienten des Gewebes. Beide Effekte m''ussen somit bei einer T herapieplanung ber''ucksichtigt werden.
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Nichtlineare Modellierung der Ultraschallausbreitung in biologischem Gewebe mit FDTD [DAGA 2000 (Oldenburg)]
S. Ginter, M. Liebler, T. Dreyer and R.E. Riedlinger
[A]
Hochintensiver fokussierter Ultraschall (HIFU) wird zunehmend f''ur therapeutische Zwecke z.B. zur Tumorzerst''orung in der Ultraschall Thermotherapie (USTT) eingesetzt. Bei der Ausbreitung von HIFU durch biologische Gewebe treten neben linearen auch nichtlineare Effekte wie Aufsteilung und D''ampfung der US Welle auf, die in komplexer Weise miteinander wechselwirken. Um das physikalische Feldverhalten im Gewebe prognostizieren zu k''onnen, sind pr''azise Feldberechnungsmethoden notwendig. In dieser Arbeit wird ein Simulationsmodell f''ur die nichtlineare US Ausbreitung durch d''ampfendes Gewebe vorgestellt. Das Berechnungsverfahren basiert auf einer Kleinsignal-N''aherung der hydrodynamischen Grundgleichung in 2. Ordnung und ist mit einem speziellen FDTD-Verfahren hoher Ordnung algorithmisch umgesetzt. Der Einflu3 der frequenzabh''angigen Gewebed''ampfung wird ''uber einen zus''atzlichen expliziten zeitdiskreten Operator in das Gesamtverfahren integriert. Dieser approximiert die f''ur weiche Gewebe typische Frequenz-Potenz D''ampfung der Form $sim f^ y$ im Bereich von 0.5 - 10 MHz, wobei der Exponent $y$ zwischen 1 und 2 liegt. Die M''oglichkeiten dieser Methode werden durch Vergleich von Simulationsergebnissen mit analytischen L''osungen und Messungen demonstriert. Beispielhaft erfolgt die Anwendung des Simulationsmodells an einer typischen Anordnung zur USTT. Die Ergebnisse verdeutlichen, wie das Feldverhalten im Gewebe durch die Kombination von nichtlinearer Aufsteilung und frequenzabh''angiger Gewebed''ampfung beeinflu3t wird. Die beiden Effekte zeigen pr''agenden Einflu3 auf auf die im Gewebe deponierte US Leistung und m''ussen bei der Therapieplanung ber''ucksichtigt werden.
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FDTD-Simulationsprogramm zur Berechnung von Ultraschallausbreitung und Kavitation [DAGA 2003 (Aachen)]
M. Liebler
[A]
Bei Betrachtungen zur mechanischen Wechselwirkung von Ultraschallwellen mit biologischem Gewebe spielen Kavitationseffekte eine wesentliche Rolle. Dies gilt sowohl fuer therapeutische, als auch fuer diagnostische Anwendungen. Insbesondere im Hinblick auf zunehmend leistungsfaehigere diagnostische Ultraschallgeraete oder den Einsatz von Ultraschallkontrastmitteln. Es gibt therapeutisch oder diagnostisch erwuenschte Effekte, wie etwa die Unterstuetzung der Nierensteinzertruemmerung in der Lithotripsie oder die Kontrasterhoehung bei der Bildgebung. Andererseits kann die Dynamik gas- oder dampfgefuellter Kavitationsblasen auch zu unerwuenschten Nebenwirkungen fuehren. Gegenstand dieser Arbeit ist ein Simulationsprogramm zur Berechnung der nichtlinearen Ultraschallausbreitung unter Beruecksichtigung von Kavitationseffekten. Die Schallausbreitung wird hierbei durch die numerische Umsetzung der hydrodynamischen Grundgleichungen mittels eines FDTD-Algorithmus berechnet. Die nichtlineare Dynamik der durch den Ultraschall hervorgerufenen Kavitationsblasen wird durch eine eindimensionale sphaerische Bewegungsgleichung fuer den Blasenrand beschrieben und numerisch mit einem Runge-Kutta-Verfahren hoeherer Ordnung umgesetzt. Ueber eine Betrachtung des Blasenradius als volumengemittelte Feldgroesse fuer die Schallausbreitung sollen beide Modelle gekoppelt werden. Damit wird es moeglich, die komplexe Wechselwirkung von Ultraschallausbreitung und kavitierenden Blasenfeldern zu untersuchen.
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Focal Pressure Variations in Shock Wave Therapies Caused by Cavitation Bubbles [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
M. Liebler, T. Dreyer and R.E. Riedlinger
[A]
For medical applications of pressure pulses in extracorporeal shock wave therapies
different generator types (electrohydraulic, electromagnetic, piezoelectric) are used. Unlike electrohydraulic
sources, electromagnetic and piezoelectric transducers are characterised by a high reproducibility of the
pressure pulse waveform. But even for these sources pressure measurements with a fiber optic probe hydrofone
show significant variations in pressure waveforms after the first tensile phase of the
wave. It is supposed that these quasi statistical changes are caused by cavitation effects.
Numerical and experimental investigations are presented which support this hypothesis.
The numerical model used is based on a two-phase continuum approach for bubbly
liquids and combines nonlinear ultrasound propagation with cavitation bubble activity. The Gilmore equation is
applied to calculate the bubble dynamics. Simulation results with different bubble densities
demonstrate that the first positive pressure part of the shock wave is not affected by the bubbles.
Increasing the gas content the tensile part gets shorter and is followed by augmented pressure oscillations.
Measurements on two focusing piezoelectric transducers using different gas contents confirm the simulations.
Calculations as well as experiments demonstrate that the activity of cavitation bubbles induced by the shock
wave itself causes significant changes in the decaying part of the pressure signal.
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Modellierung der Wechselwirkung von hochintensiven Ultraschallfeldern mit Kavitationsblasen [DAGA 2006 (Braunschweig)]
M. Liebler, M. Arora, C.D. Ohl, T. Dreyer and R.E. Riedlinger
[A]
Bei medizinischen Anwendungen von hochintensivem fokussiertem Ultraschall ist die Wechselwirkung zwischen
der Ultraschallausbreitung und Kavitationsblasen eine wesentliche Ursache sowohl für
therapeutisch erwünschte Effekte, als auch für unerwünschte Nebenwirkungen.
Eine Optimierung der Therapie im Hinblick auf eine effizientere Anwendung bei gleichzeitiger
Reduktion der Nebenwirkungen ist damit eng mit einer kontrollierten Beeinflussung dieser Wechselwirkungsmechanismen
verbunden. Dies erfordert ein erweitertes Verständnis für die zugrunde liegenden komplexen physikalischen Vorgänge.
In dieser Arbeit wird ein numerisches Modell vorgestellt, welches die Berechnung der nichtlinearen Wechselwirkungen zwischen
hochintensiven Ultraschallfeldern mit Kavitationsblasen erlaubt. Das Verfahren basiert auf der Beschreibung des
Gemisches aus Flüssigkeit und Kavitationsblasen als kontinuierliches Zwei-Phasen-Medium.
Die Schallausbreitung wird durch die numerische Umsetzung der hydrodynamischen Grundgleichungen mittels eines FDTD-Algorithmus
berechnet,
die Dynamik der Kavitationsblasen mit Hilfe der Gilmore-Gleichung.
Über eine Betrachtung des Blasenradius als volumengemittelte Feldgröße sind beide Modelle miteinander gekoppelt.
Der Vergleich von Simulationen mit experimentellen Ergebnissen für typische Situationen therapeutischer Ultraschallanwendungen
zeigt die Gültigkeit und Leistungsfähigkeit des Verfahrens. Insbesondere wird die Rückwirkung der von der Schallwelle induzierten
Kavitationsblasen auf die Schallausbreitung selbst verdeutlicht.
latex
Liechti, M.
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CBT-Lehrgang “Fluglärmminderung“ - computer based training for pilots [DAGA 2008 (Dresden)]
J. Menk, D. Hiltbrunner, F. Abbühl and M. Liechti
[A]
Fluglärm ist nicht nur bei internationalen Flughäfen, sondern auch bei kleineren Flugplätzen der Schweiz immer wieder ein Thema. Obwohl Piloten während ihrer Ausbildung lernen, möglichst lärmarm zu fliegen, besteht in diesem Bereich Verbesserungspotenzial. Um dieses Potenzial ausschöpfen zu können, wurde ein computerbasierter Pilotenlehrgang entwickelt.
Der CBT-Lehrgang ''Fluglärmminderung'' bietet den interessierten Piloten und Flugschülern die Möglichkeit, am PC zu lernen wie sie ein Flugzeug möglichst lärmarm betreiben können, ohne dabei die Sicherheit zu vernachlässigen. Von den akustischen Grundlagen über die technischen Massnahmen bis hin zu den operativen Möglichkeiten werden alle Belange der Entstehung, Ausbreitung, Verminderung und Wahrnehmung von Fluglärm ausgeleuchtet. Je nach Bedürfnis des einzelnen Piloten können die verschiedenen Kapitel des Lehrganges in unterschiedlicher Tiefe bearbeitet und das Wissen am Schluss durch einen kleinen Test überprüft werden.
Der CBT-Lehrgang steigert nicht nur bei den Piloten die Sensibilisierung für lärmarmes Fliegen, sondern auch bei den Flugplatzhaltern. Diese können für ihren Flugplatz die optimale An- und Abflugroute ermitteln lassen und diese dem CBT-Lehrgang zur Verfügung stellen. Dadurch sind für die interessieren Piloten auf Modulbasis alle optimalen Flugrouten der erhobenen Flugplätze erhältlich.
Schliesslich profitieren von diesem verbesserten Flugregime vor allem die Flugplatzanwohner, die durch eine grössere Akzeptanz eine bessere Lebensqualität erreichen können.
Liederer, W.
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Charakterisierung von Reifen-Fahrbahn-Geräuschen mit Geräuschbegriffen [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
S. Buss, R. Weber, W. Liederer and V. Mellert
[A]
Im Rahmen der Verbesserung und Weiterentwicklung von Reifen werden unter anderem subjektive Beurteilungen der Reifengeräusche durchgeführt. Daraus werden Kriterien zur Optimierung der Reifen abgeleitet. Bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten erfolgt die Beurteilung der Reifen mit einer kategorialen Notenskala in Verbindung mit der Charakterisierung besonderer Geräuschphänomene mit Geräuschbegriffen. Beurteilungen von über 800 Reifensätzen in einem Zeitraum von drei Jahren werden einer Analyse unterzogen. Dabei werden verschiedene statistische Verfahren angewendet, die hier an einigen Beispielen gezeigt werden sollen. Untersucht wird z.B. die Häufigkeit des Auftretens verschiedener Geräuschphänomene sowie die Anzahl der bei einem Reifensatz in einem Geschwindigkeitsintervall auftretenden Phänomene. Außerdem wird der Zusammenhang zwischen den einzelnen Geräuschphänomen und der daraus resultierenden Verschlechterung der Benotung betrachtet. Die Häufigkeit, mit der spezifische Phänome in den einzelnen Geschwindigkeitsbereichen auftritt, wird ebenfalls beschrieben.
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Objektivierung des subjektiv wahrgenommenen Profilgeräuschs in Reifen-Fahrbahn-Geräuschen [DAGA 2002 (Bochum)]
S. Buss, R. Weber and W. Liederer
[A]
Bei der Entstehung von Reifen-Fahrbahn-Geräuschen spielt unter anderem die Profilgestaltung des Reifens eine wesentliche Rolle. Eine akustisch ungünstige Profilgestaltung führt zu einem als Profilgeräusch bezeichneten tonalen Anteil des Reifen-Fahrbahn-Geräuschs mit geschwindigkeitsabhängiger Frequenz. Ist ein Profilgeräusch wahrnehmbar, führt dies zu einer Abwertung des Reifens bei einer Qualitätsbeurteilung. In dieser Studie wird der Zusammenhang zwischen dem objektiv (messbaren) Profilgeräuschanteil (am gesamten Reifen-Fahrbahn-Geräusch) und der subjektiv beurteilten Ausgeprägtheit des Profilgeräusches untersucht. Dazu werden über 80 Reifen-Fahrbahn-Geräusche, deren Spektren zum Teil gezielt (leicht) modifiziert wurden, in eine Rangreihenfolge entsprechend der Stärke des Profilgeräusches gebracht. Diese Rangreihenfolge wird korreliert mit verschiedenen Messarametern, die den Profilgeräuschanteil objektiv charakterisieren sollen. Die Ergebnisse zeigen einen eindeutigen Zusammenhang zwischen der Modifikation der Spektren und der subjektiv beurteilten Ausgeporägtheit der Profilgeräusche.
Liégeois-Chauvel, C.
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Analysis of reproducibility in auditory evoked responses to amplitude modulation [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
B. Gourévitch, R. Le Bouquin Jeannès, G. Faucon and C. Liégeois-Chauvel
[A]
The reproducibility of cortical responses to acoustic stimuli is crucial in order to draw conclusions
from stereo-electroencephalographic (SEEG) studies. The present research focuses on the repeated responses
to amplitude-modulated noises. A database composed of responses recorded from 20 epileptic patients is used.
Preliminary analyses show that neural responses display oscillating features for different auditory cortical
areas, and that these oscillations occur at the stimulus' modulation frequency. Estimating parameters in
these signals (amplitude, phase, frequency...) depends on both mathematical estimator variance and biological
recording variance. More detailed analyses show that the variance observed when measuring amplitude, phase
or frequency of the oscillation for the repeated recordings depends only on the level of depth SEEG activity.
The recording procedure was such that two different stimuli were recorded in turn randomly. Additional
analyses show that the oscillation amplitude remains constant in the course of the recordings: for 16
patients out of 20, more than 50176f leads show a constant amplitude (for 11 patients, the percentage
reaches 80%). For the remaining patients, some decreasing linear trends are observed for 2010201431360 8027777743500f leads.
These results suggest that the auditory system generates reproducible oscillation amplitude, and that
envelopeprocessing time (from the external ear to the cortical areas) is identical for all recordings.
This justifies the usual averaging of auditory responses to obtain AEPs.
Liegl, R.
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Kurvenquietschen im Rangierbahnhof [DAGA 2002 (Bochum)]
S. Jäger and R. Liegl
[A]
Das Kurvenquietschen ist nicht nur auf der freien Strecke ein lästiges Schallereignis, sondern auch in Rangierbahnhöfen (Rbf), z.B. in den engen Gleisradien vor den Richtungsgleisen. Bei akustischen Berechnungen von großflächigen Bahnanlagen (zu denen auch die Rbf zählen) nach der 16. Bundesimmissionsschutzverordnung und dem darin festgelegten Berechnungsverfahren ''Akustik 04'' wurde in vielen Fällen festgestellt, dass der Schallanteil dieses Schallereignisses oftmals pegelbestimmend an einigen Immissionsorten ist. Deshalb wurden Maßnahmen gesucht, die das z. T. sehr lästige Kurvenquietschgeräusch vermeiden bzw. verringern. Der Vortrag stellt mit dem Schmieren der Schienenfahrfläche eine erfolgreiche Methode zur Verringerung der Kurvenquietschgeräusche vor. Dabei wird auf die Fahrfläche ein dünner Film eines speziellen Schmiermittels aufgetragen. Die hierfür entwickelte Vorrichtung wird auf den Abdrückloks im Rbf installiert und durch Lichtschranken gesteuert. Es wird die Versuchsdurchführung geschildert und es werden die Ergebnisse aus den akustischen Langzeitmessungen dargelegt.
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Effectiveness of vibration preventive measures with consideration of modified properties of trainsets [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
R. Liegl and U. Möhler
[A]
The attenuation of structure-borne noise caused by trains moving in tunnels nearby residential areas is essential in order to avoid disturbances in the neighbourhood. The effectiveness of protective measures is commonly described in terms of insertion loss and resonance frequency, both - among others - depending on the stiffness of the bearing and the unsprung mass of the wheelset. The results of current vibration measurements on the one hand indicate reduced vibrational excitation caused by modern lightweight trainsets. On the other hand metrological determinations in an existing railway-tunnel show a reduced effectiveness of the protective measures. The results of the measurements are presented and compared to calculated values. With reference to ongoing construction works consequences particularly with regard to the dimensioning of protective measures are discussed.
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Nutzergeräusche bei Sanitärinstallationen [DAGA 2005 (München)]
R. Liegl and I. Heusler
[A]
Insbesondere in Mehrfamilienhäusern treten im Zusammenhang mit Sanitärinstallationen Belästigungen durch sog. Nutzergeräusche, d.h. hartes Schließen von WC-Deckeln, Abstellen von Zahnputzgläsern auf Ablage usw. auf, wobei die Geräuschentwicklung naturgemäß stark vom individuellen Verhalten der Nutzer abhängig ist. Das deutsche Regelwerk enthält hierzu kein normiertes Messverfahren und Nutzergeräusche unterliegen ausdrücklich nicht den Anforderungen nach DIN 4109/89. Grundsätzlich ist es dennoch wünschenswert, die baulichen Rahmenbedingungen so zu gestalten, dass Nutzergeräusche keine unnötig hohen Geräuschspitzen verursachen. In diesem Zusammenhang wurden Messungen unter Einsatz des im Entwurf für die Neufassung der Schweizer Norm SIA 181 beschriebenen Pedelfallhammers durchgeführt, mit dem Ziel einer von individuellem Verhalten möglichst unabhängigen und reproduzierbaren Geräuschanregung. Die Messungen beziehen sich auf unterschiedliche Gebäude, wobei bauseits sowohl herkömmliche Installationsvormauerungen als auch Leichtbauinstallationswände vorhanden waren. Die Messergebnisse werden zu den baulichen Gegebenheiten in Bezug gesetzt und vergleichend diskutiert.
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Lärmminderungsplanung in der Landeshauptstadt München - Erfahrungen bei der Beteiligung und Information der Öffentlichkeit [DAGA 2005 (München)]
R. Liegl, U. Möhler, D. Kemmather and R. Wieringer
[A]
In der Landeshauptsstadt München stehen eine umfassende Information der Bürgerinnen und Bürger und ihre Beteiligung bei der konkreten Maßnahmenplanung im Mittelpunkt. Hierzu wurden Werkzeuge erarbeitet, die verschiedene Medien nutzen, um die Betroffenen erreichen zu können und ihnen Foren für die Beteiligung zur Verfügung zu stellen.
Zum Einsatz kommen repräsentative Interviews, Informationen und Fragebogenaktionen auf dem Postweg, über das Internet sowie die Durchführung von Anhörungsterminen für die Öffentlichkeit. Über diese Informations- und Beteiligungsmöglichkeiten liegen zwischenzeitlich praktische Erfahrungen vor, die seitens der Betroffenen teilweise eine andere Gewichtung von Lärmkonflikten zeigen, als zunächst aufgrund der schalltechnischen Berechnungen zu erwarten war. Weitere Ergebnisse bestätigen in der Tendenz die Ergebnisse aus anderweitig vorliegenden Untersuchungen. Im Hinblick auf die anstehende Änderung des § 47 BImSchG könnten öffentliche Anhörungstermine ein fester Bestandteil der Lärmminderungsplanung werden; die Zweckmäßigkeit solcher Anhörungstermine wird hinterfragt und ein Ausblick auf das weitere Vorgehen bei der Information und Beteiligung der Bürgerinnen und Bürger gegeben.
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Schallschutzvorräume [DAGA 2007 (Stuttgart)]
R. Liegl
[A]
Unter anderem aufgrund innerstädtischer Verdichtung rücken Wohnnutzungen in steigendem Maß an hochbelastete Verkehrswege und Gewerbenutzungen heran. Hierbei werden häufig die seitens der WHO und Umweltbundesamts benannten Grenzen, oberhalb derer Gesundheitsgefahren durch Lärmeinwirkungen nicht mehr ausgeschlossen werden können bzw. im Falle des Gewerbe- und Anlagenlärms die rechtlich bindenden Immissionsrichtwerte der TA Lärm überschritten. Um das im Einzelfall aufgrund anderer städtebaulicher Aspekte erforderliche Heranrücken dennoch zu ermöglichen, fordern Bauleitpläne in diesen Fällen den Bau von Schallschutzvorbauten (Wintergärten, verglaste Loggien und Balkone), um vor den Fenstern der dahinterliegenden Aufenthaltsräume bestimmte Schallpegelwerte, z.B. die Orientierungswerte nach DIN 18005 oder die Immissionsrichtwerte der TA Lärm einhalten zu können. In Abhängigkeit der notwendigen Pegelreduzierung resultieren hieraus teilweise bautechnisch aufwendige Konstruktionen. Die schalltechnischen Zusammenhänge werden für verschiedene Anforderungen dargestellt und Hinweise zu bauphysikalischen Problemen im Zusammenhang mit Schallschutzvorbauten gegeben.
Liengme, J.-D.
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Noise abatement in Switzerland: Present projects and perspectives [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
H. Bögli, I. Schlachter, M.-H. Schaffner, J.-D. Liengme and F. Fischer
[A]
Noise abatement has a long history in Switzerland. The recognition of noise as a public health problem led to a parliamentary report in the sixties and finally to a noise policy which was laid down in the Environmental Protection Law (1983) and in the Noise abatement ordinance (1986). The policy contains plans to study dose-effect relationships, to introduce limiting values and to apply measures, focusing on reducing noise mainly at the source. Costs are handled according to the polluter-pays principle and prevention measures to avoid future noise problems as well as improvement measures for existing noisy installation have been stipulated.
A critical review of 15 years of noise abatement published in 2002 proposed further actions to improve the strategy. In particular, the report recommended a better monitoring of noise abatement, concerning noise exposure and improvement projects. It also suggested a closer collaboration with international noise policies, especially with view to ongoing EU-activities. The report concluded that supplementary measures were needed in order to effectively protect the population from hazardous or undesirable effects of noise.
Some of the proposed measures are presently being implemented. It concerns the introduction of a national monitoring system of noise exposure, a stricter control over the slowly-progressing improvement projects as well as tighter regulations to monitor noisy installation. Further projects deal with the quantification of noise effects on health by means of the DALY-principle (disability adjusted life years) and its monetisation in order to cover the external costs of noise.
Lienhard, M.
Liepert, M.
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Fensterstellung und Lärmbelästigung bei Schienen- und Straßenverkehrslärm [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
D. Schreckenberg, R. Schümer, A. Schuemer-Kohrs, U. Möhler and M. Liepert
[A]
Jeweils über 700 Anwohner von Schienenverkehrswegen und Straßen wurden nach der Lärmbelästigung und nach Innenraum-bezogenen Störungen (u.a. im Kommunikationsbereich) durch die jeweilige Quelle sowie nach der üblichen Fensterstellung befragt. Straßenanwohner tendieren in sehr viel stärkerem Maße als Anwohner von Schienenverkehrswegen dazu, im Sommer tagsüber in den Wohnräumen die Fenster geschlossen zu halten (32% bei der Straße gegenüber 11% bei der Schiene). Analoges gilt für das Schließen der Fenster nachts in den Schlafräumen im Sommer (30% bei der Straße gegenüber 15% bei der Schiene). Bei der Straße finden sich zudem engere Korrelationen zwischen den Pegeln (quellen-bezogene Mittelungspegel an der lautesten Fassade) und der Fensterstellung (mit steigendem Pegel werden die Fenster zunehmend geschlossen gehalten; r um 0,30) sowie zwischen der Fensterstellung und den Belästigungs- / Gestörtheitsreaktionen (stärkere Gestörtheit bei üblicherweise geschlossenen Fenstern; r ebenfalls jeweils um 0,30). Letztere Beziehung bleibt auch bei Partialisierung des Pegels i.w. unverändert. Anders bei der Schiene: die Fensterstellung korreliert hier weder mit dem Pegel noch mit den Reaktionen (r jeweils um 0,0). Es werden Faktoren diskutiert, die zu den bei Schiene und Straße unterschiedlichen Beziehungen zwischen Fensterstellung einerseits und den Pegeln und Reaktionen andererseits beitragen mögen.
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Untersuchung von Schallemissionen aus Parkplätzen, Autohöfen und Omnibusbahnhöfen sowie von Parkhäusern und Tiefgaragen, vollständige Überarbeitung der Parplatzlärmstudie [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
M. Liepert, U. Möhler, G. Prestele and W. Hendlmeier
[A]
Im Auftrag des Bayer. Landesamtes für Umweltschutz wurde die seit 1994 vorliegende 3. Auflage der ''Parkplatzlärmstudie'' vollständig überarbeitet und ergänzt. Im Rahmen dieser Untersuchungen wurden zahlreiche Erhebungen von Kraftfahrzeugbewegungen an z.T. noch nicht untersuchten Parkplatzarten durchgeführt; dadurch wurde die Datenbasis um das 3- bis 4-fache des ursprünglichen Umfanges erhöht. Da sich der Bezug der Bewegungshäufigkeit auf die Anzahl der Stellplätze bei einigen Parkplatzarten als nicht zweckmäßig erwiesen hat, wurden für diese Parkplatzarten die für schalltechnische Berechnungen anzusetzenden Eingangsgrößen auf charakteristische Bezugsgrößen (z.B. Netto-Verkaufsfläche bei Einkaufsmärkten) umgestellt. Im Rahmen der Untersuchungen wurden darüber hinaus umfangreiche Schallmessungen durchgeführt, um die bei Parkvorgängen der derzeitigen Fahrzeugflotte auftretenden Schallemissionen zu kennzeichnen. Für die Erarbeitung eines Vorschlags der schalltechnischen Berechnung von Tiefgaragen und Parkhäusern wurden Schallmessungen an Tiefgaragenrampen und Parkhäusern durchgeführt. Zudem wurde das Rechenverfahren der ''Parkplatzlärmstudie'' auch gemäß den Vorgaben der aktuellen TA Lärm umgestellt und anhand von Kontrollmessungen überprüft.
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Schallmessung an Schienenverkehrswegen im Bereich von Weichenverbindungen [DAGA 2003 (Aachen)]
U. Möhler and M. Liepert
[A]
In Diskussionen mit Behörden und Bürgern werden oft Befürchtungen geäußert, dass beim Überfahren von Weichenverbindungen besonders lästige Geräusche entstehen. Durch Messungen der Schallabstrahlung unterschiedlicher Zuggattungen mit und ohne Weichenverbindung wurde der Unterschied quantifiziert. Die Auswirkung der Messergebnisse auf die Beurteilung von Schienenverkehrslärm nach der 16.BImSchV wird diskutiert.
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Combined noise effects and noise protection planning – the need of regulation [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
U. Möhler and M. Liepert
[A]
The noise protection planning in context with construction of new or existing traffic routes in Germany is considered isolated for each traffic noise source, the considerartion of combined noise sources ist not regulated. On behalf of some examples, the effects of the isolated consideration of noise sources will be demonstrated and some possiblilties to avoid these will be discussed
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Die Ermittlung akustischer Kenndaten für Lärmwirkungsuntersuchungen [DAGA 2005 (München)]
U. Möhler and M. Liepert
[A]
Die Anforderungen an die Genauigkeit akustischer Kenndaten, die im Zusammenhang mit Lärmwirkungsstudien benötigt werden, wird oft unterschätzt. Anhand von Beispielen wird aufgezeigt, wie sich fehlerhafte Erhebungen auf das Ergebnis auswirken können. Es werden daraus MIndestanforderungen an die Bestimmung akustischer Kenndaten für Lärmwirkungsstudien sowohl im Feld als auch im Labor entwickelt.
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Lästigkeit von Schienen- und Straßenverkehrslärm bei hohen Vorbeifahrhäufigkeiten – Ergebnisse einer Feld- und Laborstudie [DAGA 2005 (München)]
M. Liepert, U. Möhler, D. Schreckenberg, R. Schümer and H. Fastl
[A]
In der Öffentlichkeit wird die Anwendbarkeit des sog. Schienenbonus bei Planfeststellungsverfahren zum Neu- oder Ausbau von Schienenstrecken mit Hinweis auf hohe prognostizierte Verkehrsmengen in Frage gestellt. Es stellt sich dabei die Frage, ob ein Lästigkeitsunterschied auch bei einer Verringerung der Pausendauern zwischen Zugvorbeifahrten im bisher ermittelten Ausmaß weiterhin besteht.
Zur Untersuchung dieser Fragestellung wurde eine kombinierte Feld-/Laborstudie zur Lästigkeitswirkung von Schienen- und Straßenverkehrslärm bei hohen Verkehrsmengen durchgeführt. In der Feldstudie wurden die Ergebnisse akustischer Erhebungen und sozialwissenschaftlicher Befragungen in insgesamt 13 Gebieten mit Schienenverkehrslärm und 6 Gebieten mit Straßenverkehrslärm an Verkehrswegen unterschiedlicher Verkehrsmenge ausgewertet. Ein Großteil dieser Erhebungen wurde im Rahmen vorangehender Untersuchungen des Projektteams im Rahmen anderer Studien in den Jahren 1996 bis 2000 durchgeführt. Im Jahr 2002 wurden für die Studie in 3 weiteren Gebieten mit sehr hohen Verkehrmengen Befragungen durchgeführt.
Ein Teil dieser Probanden nahm zudem an einer darauf folgenden Laboruntersuchung teil. Die Lästigkeitsurteile der Probanden aus Schienengebieten und Straßengebieten zu beiden Verkehrslärmarten wurden verglichen.
Ein weiterer Schwerpunkt der Untersuchung war der Vergleich der Ergebnisse der Felduntersuchung und der Laborstudie.
Über die Durchführung und die Ergebnisse der Studie wird berichtet.
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Testaufgaben zur Qualitätssicherung von Schalltechnik-Software [DAGA 2007 (Stuttgart)]
M. Liepert, T. Maly, U. Möhler and J. Plundrich
[A]
Im Auftrag des Umweltbundesamtes wurden Testaufgaben für Schalltechnik-Software entwickelt. Die Aufgaben prüfen sowohl die richtlinienkonforme Umsetzung der Berechnungsvorschriften, als auch die Kompatibilität der Software-Produkte untereinander mittels QSI-Datenformat nach DIN 45687. Es wurden zwei verschiedene Typen von Testaufgaben entwickelt.
Für die Berechnungsvorschriften RLS-90 und DIN ISO 9613-2 wurden Testaufgaben geringer Komplexität entwickelt. Diese bilden in der Praxis häufig anzutreffende Situationen ab, die dem Anwender Schwierigkeiten bei der regelkonformen Umsetzung in Software-Produkten bereiten. Die Testaufgaben wurden in Tabellenkalkulationsprogrammen umgesetzt und ein Ergebnisbereich ermittelt, der die im Rahmen der regelkonformen Berechnung möglichen Schwankungen angibt.
Der zweite Typ ist eine Testaufgabe hoher Komplexität, in der die Ausbreitungsrechnung mehrerer und unterschiedlicher Schallquellen in einer komplexen Umgebung (Bebauung, Dämme, Schallschutzwände usw.) geprüft wird. Die Komplexität der Testaufgabe lässt eine ''händische'' Überprüfung der Ergebnisse nicht zu. Es werden daher die Ergebnisbereiche, die mit den in Deutschland gängigen Software-Produkten ermittelt wurden, dargestellt.
Die bei der Umsetzung der Testaufgaben aufgetretenen Schwierigkeiten und Interpretationsspielräume werden diskutiert. Zudem wird über die Erfahrungen beim Datenaustausch im QSI-Datenformat berichtet.
Lierke, E.G.
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Kaltgasfallen in stehenden Ultraschallfeldern [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
R. Tuckermann, S. Bauerecker, E.G. Lierke and B. Neidhart
[A]
Kaltgasfallen in stehenden Ultraschallfeldern R. Tuckermann1, S. Bauerecker1, E. G. Lierke2 und B. Neidhart1 1GKSS-Forschungszentrum Geesthacht GmbH, Institut für Physikalische und Chemische Analytik, Max-Planck-Str., D-21502 Geesthacht, e-mail: rudolf.tuckermann@gkss.de 2Battelle Ingenieurstechnik GmbH, Düsseldorfer Str. 9, D-65760 Eschborn In stehenden Ultraschallfeldern (SUSFern) können kalte Gase und Aerosole in rotationsellipsoidförmigen Bereichen eingefangen werden [1, 2]. Diese Bereiche bilden sich zentrisch um die Druckknoten des SUSFs und können aufgrund ihrer scharfen Temperaturabgrenzung zur Umgebung als Kaltgasfallen bezeichnet werden. In neuen Experimenten wurden die Konditionen für den Einfang von kalten Gasen hinsichtlich der Frequenz-, Leistungs- und Resonanzbedingungen im SUSF eingehend untersucht. Hierzu wurden insbesondere das Temperaturfeld innerhalb der sich bildenden Kaltgasfallen vermessen. Es konnte experimentell gezeigt werden, daß das beobachtete Phänomen auf einem Dichteeffekt beruht. Die in den Experimenten verwendeten Ultraschallfrequenzen betrugen 20 bzw. 58 kHz bei Schalldruckpegeln im Bereich von 150 - 170 dB [3]. Eine theoretische Beschreibung der Kaltgasfallen gelang mit Hilfe eines Modells der akustischen Levitation von flüssigen und festen Proben [4]. Für Gase höherer spezifischer Dichte als das umgebende Gas existieren innerhalb eines stehenden Ultraschallfeldes an den Druckknoten Potentialtöpfe, in denen sich das schwerere Gas sammelt. Ferner ist unter Resonanzbedingungen des SUSFs in den Kaltgasfallen Tropfen- und Eispartikelbildung aus eingefangenem Aerosol möglich. Die sich aus kaltem Eisaerosol bildenden Eiskeime können zu vielfältigen Eis- und Schneepartikeln mit Durchmessern von einigen Millimetern heranwachsen. Die Eispartikelbildung beruht auf den Effekten der akustischen Agglomeration [5] und Positionierung sowie quasiflüssige Schichten [6] auf den Oberflächen der primären Eisaerosole. [1] S. Bauerecker, B. Neidhart, J. Chem. Phys. 109 (1998), 3709 [2] S. Bauerecker, B. Neidhart, Science 282 (1998), 2211 [3] E. G. Lierke, Acoustica 82 (1996), 220 [4] M. Barmatz and P. Collas, J. Acoust. Soc. Am. 77 (1985), 926 [5] T. Hoffmann, Ultrasonics 38 (2000), 353 [6] C. L. Hosler, D. C. Jensen and L. Goldshlak, J. Meteorology 14 (1957), 415
Liesegang, M.
Lievens, M.
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Application of impedance measurements for thge diagnosis of articulatory dysfunction [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
M. Kob, J. Stoffers, M. Lievens, R. Katzer and C. Neuschaefer-Rube
[A]
The application of acoustic impedance measurements for the non-invasive characterisation of the resonance structure in the vocal tract has been reported earlier (M. Kob: Miniaturaufbau zur direkten Impedanzbestimmung, DAGA '02). The first method suffered from the problem that the impedance measurement is distorted by the voice signal during measurements with phonation. On the other hand, during the measurement of the vocal tract resonances without phonation, the configuration of the vocal tract and the glottal area is not exactly known. Therefore, a comparison of the impedance measurements with results from established methods, as e.g. LPC analysis, was difficult.
An algorithm was developed that eliminates the voice signal from the measured acoustic impedance at the mouth. The impedance measurements were validated by simultaneous measurements of formants (LPC) and vocal tract transfer functions (VTTF) of an externally excited vocal tract model. The results give valuable hints for the interpretation of vocal tract impedance measurements in patients with articulatory dysfunctions.
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Vergleich der Resonanzeigenschaften des Ansatzrohrs mittels LPC- und Impedanzmessungen [DAGA 2005 (München)]
M. Kob, J. Stoffers, M. Lievens and C. Neuschaefer-Rube
[A]
Die akustische Messung der Resonanzcharakteristik des Raumes zwischen Stimmlippen und Mundöffnung (Ansatzrohr) ermöglicht eine nichtinvasive, objektive Analyse der spektralen Energieverteilung für unterschiedliche Artikulationszustände. Während die übliche Analyse mittels LPC-Verfahren lediglich bei Klängen anwendbar ist, bei der die Glottisfunktion hinreichend stabil ist, kann bei externer Anregung und Bestimmung der akustischen Impedanz am Mund eine Messung auch bei gestörter oder sogar ohne Phonation erfolgen.
Ein Problem bei der Etablierung eines neuen Verfahrens ist der Anschluß der gemessenen Werte an die Ergebnisse bestehender Verfahren. Ausgehend von der Parametrisierung von LPC-Kurven (Frequenz, Güte, Amplitude) wurden entsprechende Parameter der Impedanzkurve identifiziert. In einer Studie an 35 Frauen und 46 Männern werden die Ergebnisse von Messungen der LPC- und Impedanzkurven für verschiedene Probandengruppen verglichen. Die Analyse zeigt sowohl Unterschiede der Formant- und Resonanzcharakteristik zwischen Männern und Frauen als auch zwischen den beiden Verfahren auf.
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Entwicklung eines Messverfahrens für Gehschall [DAGA 2006 (Braunschweig)]
M. Lievens
[A]
Mit dem Begriff 'Gehschall' wird die Schallabstrahlung in dem Raum, der begangen wird, bezeichnet. Über diese Art der Schallerzeugung wird immer häufiger als eine Form von Lärmbelästigung berichtet, insbesondere seit dem immer öfter Laminate als Bodenbeläge verwendet werden. Aus diesem Grund hat die Problematik des Gehschalls zunehmend an Bedeutung gewonnen. Im Gegensatz zu der Trittschallmessung (ISO 140) existiert bislang jedoch kein anerkanntes Verfahren für die Gehschallmessung.
Dieser Beitrag beschäftigt sich mit der Suche nach einem geeigneten Messverfahren zum Zweck der Klassifizierung der Gehschallbelästigung von Bodenbelägen. Bei der Wahl bzw. der Festlegung auf eine zu messende Kenngröße ist die Korrelation zwischen einer Normquelle und dem menschlichen Gehen von entscheidender Bedeutung. Daher sollte die Impedanz der Normquelle weitestgehend mit der eines Fußes übereinstimmen.
Es wurden Hammerwerke mit unterschiedlichen Impedanzen und Aufnahmen verschiedener Schuhwerke an zwei verschiedenen Prüfständen (einer mit Holzbalkendecke, einer mit massiver Betondecke) untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass das Eigenrauschen des Hammerwerks bei der Gehschallmessung unbedingt zu beachten ist. Da die Anregung mit üblichen Hammerwerken bei bestimmten Hammerimpedanzen zu einer sehr geringen Dynamik führt, wurde die Schallabstrahlung des Hammerwerks genauer untersucht und durch eine minimale mechanische Modifikation reduziert.
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Mobility Measurements of a Standing Human Body in the Context of Impact Sound Auralisation [DAGA 2007 (Stuttgart)]
M. Lievens
[A]
For the auralisation of impact sound on floors the precise excitation force induced by a walking person has to be known in order to be able to calculate the structure borne sound power transfer into the floor. For common heavyweight concrete floors the mobility mismatch between walker and floor allows the assumption of an ideal force source. However, for lightweight (wooden) floors with a mobility in the same order of magnitude as the walker, the mobility of the walker has to be taken into account.
Mobility measurements of human walkers made by several researchers in the past do not agree and cover a broad range from being important for the interaction with the floor to being negligible in that context. A thorough investigation of the behaviour of the human body as a structure borne source is needed to clarify this issue. Mobility measurements of a standing person under static load excited with force levels comparable to the ones occurring during walking will be reported on.
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Force Measurements of a Person Walking on a Lightweight Floor [DAGA 2008 (Dresden)]
M. Lievens
[A]
For the simulation of impact sound on lightweight floors the excitation force can be calculated from the blocked force, the source mobility (the person walking) and the receiver mobility (the floor). When using this model in the frequency domain, time invariance of the source mobility is assumed. Although the source mobility will definitely change in time due to the changing posture of the body and the contraction of the leg muscles during the contact period of 600 ms, it might still be acceptable to assume time invariance for the first few milliseconds which dominate the excitation of the floor from the acoustical point of view. Force measurements of a person walking on a lightweight floor will be compared with force calculations from the time invariant model to clarify to what extent the assumption holds.
Lihoreau, B.
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Outdoor sound propagation modelling in complex environments: A new PE code coupled with a micrometeorological code [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
B. Lihoreau, B. Gauvreau, T. Penelon, I. Calmet, M. Bérengier and P. Blanc-Benon
[A]
In complex environments the modelling of outdoor sound propagation implies to take into account the mixed influence of ground characteristics (topography, obstacles, impedance, etc.) and atmospheric conditions (refraction and turbulence). We have developed a new PE code coupled with a micrometeorological code in order to calculate the sound propagation above a non flat ground in such realistic outdoor situations.
Numerical resolution have been developed using the paraxial approximation of the wave equation in bidimensionnal configurations with a split-step Padé marching scheme. In our approach the effects of the topography are modelled using rotated systems of coordinates in order to treat the ground as a succession of flat domains. Our code can deal with different boundary conditions like the introduction of impedance jumps or thin screens which lead to diffraction of the acoustic energy. It also includes scattering effects due to atmospheric turbulence through the discrete random Fourier modes technique. The atmospheric turbulence is considered as isotropic, homogeneous, and essentially due to temperature scalar fluctuations.
Predicting long-range sound propagation over a non-urban site with complex propagation media requires the knowledge of micrometeorological fields in the lower part of the atmospheric boundary layer. Thus our modelling is coupled with a dedicated micrometeorological code (SUBMESO) which simulates wind and temperature fields over moderately complex terrain with high resolution. Its output data are used as input data for our PE code through a suited routine.
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Thermoacoustic Refrigeration : Optimal Particle Velocity Vs Acoustic Pressure [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
B. Lihoreau, P. Lotton, E. Gaviot, M. Bruneau and V. Gusev
[A]
Classical thermoacoustic refrigerators mainly consist of a thermoacoustic core (a stack of plates with heat exchangers at both ends) strategically located in an acoustic standing wave resonator (half- or quarter-wavelength). In this resonator, the acoustic pressure p and the particle velocity v are not independent, and their relative phase phi is equal to pi/2 (for pure standing wave). Practically, for a given acoustic excitation, the acoustic field (p, v, phi) used for the thermoacoustic process is essentially governed by the geometry of the device and then does not necessarily optimises the thermodynamic properties.
The aim of this work is to study the theoretical behaviour of a thermoacoustic device in which p, v and phi are considered as independent and adjustable (using adapted shapes for example). The expressions of the thermoacoustic quantities of interest (namely the temperature difference between the ends of the stack, the thermoacoustic energy flux and the coefficient of performance) are written and discussed in order to reach the optimum of the quantities of interest for the application considered.
A comparison with the case of a classical standing wave refrigerator is done. It is shown that the standing wave device operates with a velocity which is closed to the theoretical optimal one only for a high drive ratio. At lower level, the parameters which permit an optimisation are discussed. Moreover, it is shown as well that the optimal value of the relative phase between pressure and velocity is never equal to pi/2.
Lindau, A.
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FABIAN - schnelle Erfassung binauraler Raumimpulsantworten in mehreren Freiheitsgraden [DAGA 2007 (Stuttgart)]
A. Lindau and S. Weinzierl
[A]
A newly designed Head and Torso Simulator for the Fast and Automatic Binaural Impulse response AcquisitioN (FABIAN) is introduced, whose orientation can be controlled in multiple degrees of freedom via a servo-motorized neckjoint, while the torso as a whole can be rotated on a motorized turntable device. It is equipped with a software application controlling head and body movements and conducting impulse response measurements using swept sine technique with additional noncyclic IR-deconvolution. The quality of different sets of impulse responses acquired in a concert-hall-like environment is evaluated by a paired comparison listening test with subjects differentiating between natural and auralised soundfields. Thus, the relevance of tilting movements can be assessed for horizontal and elevated sound sources.
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Zur binauralen Simulation verteilter Schallquellen [DAGA 2008 (Dresden)]
A. Lindau, M. Klemmer and S. Weinzierl
[A]
Die binaurale Simulation räumlich verteilter Schallquellen (Orchester, Kammermusikensembles, Chöre) erfordert im Idealfall eine große Anzahl binauraler Datensätze für die einzelnen Schallquellen. In Hörversuchen wurde daher ermittelt, für welche räumliche Konfiguration der Quellen eine Binauralsynthese mittels für jede Quellposition separat aufgenommenen Datensätzen binauraler Raumimpulsantworten erforderlich ist. Als Stimulus dienten nachhallfreie Aufnahmen eines Streichquartetts im reflexionsarmen Raum der TU Berlin. Untersucht wurde, ab welchem Öffnungswinkel Hörer in der Lage sind, die vier Instrumente als räumlich verteilte Quellen wahrzunehmen. Mit dem Messsystem FABIAN wurden in einem Konzertsaal-ähnlichen Raum für zwei Hörpositionen - innerhalb des Hallabstands und außerhalb des Hallabstands - komplette Datensätze mit Raumimpulsantworten für eine dynamische Binauralsynthese und für verschiedene Öffnungswinkel zwischen den Einzelquellen aufgenommen. In einem 3AFC-Versuch mit modifizierter ''Best PEST''-Adaptionsregel wurden Schwellen für die eben wahrnehmbare Separation der Quellen ermittelt. Sie liefern Anhaltspunkte für den für eine plausible Simulation erforderlichen Aufwand bei der Aufnahme der binauralen Datensätze und bei deren Auralisation.
Lindau, O.
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Stoßwellen im Kollaps von Kavitationsblasen: ein vertracktes Ausbreitungs-Scenario [DAGA 2000 (Oldenburg)]
O. Lindau and W. Lauterborn
[A]
Kollabierende Kavitationsblasen werden f''ur die Erosion an Schiffschrauben, in Turbinen, etc. verantwortlich gemacht. Dabei gibt der Zerst''orungsmechanismus noch immer R''atsel auf. Die Dynamik einer einzelnen Kavitationsblase in der N''ahe einer festen Grenzfl''ache zeigt eine derart schnelle Dynamik, dass zur genauen Untersuchung modernste Hochgeschwindigkeitsfotografie eingestezt werden muss. Aktuelle Ergebnisse zur Dynamik und Stosswellenabstrahlung lasererzeugter Kavitationsblasen an einer festen Grenzfl''ache in Nanosekunden-Bereich werden vorgestellt und diskutiert.
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Untersuchung zum Counterjet von Kavitationsblasen [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
O. Lindau and W. Lauterborn
[A]
Eine Blase, die in der Nähe einer festen Grenzfläche kollabiert, entwickelt einen Flüssigkeitsstrahl (Jet).
Der Jet schießt durch die Blase hindurch und löst mit dem Aufprall auf die Blasenwand eine Struktur
aus, die sich in entgegengesetzter Richtung ausbreitet. Diese Struktur wird Counterjet genannt. Die
Höhe des Counterjets und seine Entstehungsgeschwindigkeit werden in Abhängigkeit vom Abstand der
Blase zur Grenzfläche untersucht. Dazu wird eine
''
Counterjetgleichung'' aufgestellt, deren Parameter
bestimmt werden. Mit fallendem Grenzflächenabstand nimmt die Counterjethöhe zu, seine Entstehungsgeschwindigkeit
ab.
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Torusförmiger Kavitationsblasenkollaps [DAGA 2002 (Bochum)]
O. Lindau and W. Lauterborn
[A]
Beim Zusammenfallen einer Kavitationsblase in der N''ahe von einer festen Grenzfl''ache wird die Form der Blase instabil. Es bildet sich auf der Seite, die der Grenzfl''ache gegen''uber liegt, eine Eindellung aus der ein Fl''ussigkeitsstrahl (Jet) entsteht. Der Jet schiesst durch die Blase hindurch. Mit dem Aufprall auf die der Grenzfl''ache zugewandten Blasenwand wird die Blase dann torusf''ormig. Das weitere Zusammenfallen und Wiederaufschwingen der torusf''ormigen Blase ist experimentell untersucht worden. Die Ergebnisse werden vorgestellt und unter anderem in Hinblick auf die Sch''adigung der Grenzfl''ache diskutiert.
Linde, B.
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Ultrasonic investigation of 'Pseudo-Stable' structure in water mixtures [DAGA 2002 (Bochum)]
B. Linde, J. Soroka and M. Borkowski
[A]
The velocity of ultrasound and density were measured in the mixture of several organic compounds and water in the temperature ranges 283 - 308K. From these results the adiabatic compressibilities were calculated from the Laplace's equation. The compressibility dependencies on the temperature and concentration are presented as group of isotherms with one common point of intersection. Such relation between adiabatic compressibility and concentration and temperature indicates the formation of a liquid ''stable'' structure which we have tried to compare with the solid clathrate formation. It is usually noticed in low molar concentration - 0.03 - 0.05 but it is difficult to explain why such a big structure could exist in liquids. Such a structure was suggested by Baumgarten & Atkinson as well as by Endo, although their interpretation was different. The first authors relate the formation of clathrate structure to the minima of the compressibility isotherms but according to Endo the intersection of the compressibility isotherms are related to such a structure. An other minimum or an inflextion point occur at higher concentrations of organic liquids (the mole fraction about 0.7) at different temperatures. This, however, has not been elucidated yet and is presumed to result from the formation of some structures. It is not yet explained.
Lindener, N.
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Beseitigung eines Störgeräusches an einem Windkanalgebläse [DAGA 2000 (Oldenburg)]
W. von Heesen, N. Lindener and W. Neise
[A]
Am Windkanal der BMW Technik GmbH in München wurde ein Störgeräusch beobachtet, das sich in der Meßhalle als amplitudenmoduliertes hochfrequentes Zischen bemerkbar machte. Es wird über umfangreiche akustische Messungen berichtet, die schrittweise zur Identifikation und zur Beseitigung des Geräuscherzeugungsmechanismus führten.
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Aeroakustik in turbulenter Anströmung - Windkanal und Strassenmessungen [DAGA 2007 (Stuttgart)]
H. Miehling, N. Lindener, A. Cogotti, F. Cogotti and M. Maffei
[A]
Aeroakustik ist zu einem wichtigen Qualitätsmerkmal vor Kunde geworden. Die Messungen im Windkanal mit niedrigem Turbulenzgrad zeigen nur in den gemittelten Spektren gute Übereinstimmung zu Messungen auf der Strasse. Qualitativ zeigen sich beim Abhören aber Unterschiede im Windgeräusch auf der Strasse und im Windkanal. Um diese Unterschiede besser zu verstehen, hat Audi zusammen mit dem Windkanal Pininfarina (Italien) umfangreiche Straßenmessungen und Messungen in beiden Windkanälen (Audi und Pininfarina) durchgeführt. Die Anströmung auf das Fahrzeug wurde dabei mit einer Cobra-Sonde gemessen; gleichzeitig wurde dazu mit einem Kunstkopf das Fahrzeuginnengeräusch aufgezeichnet. Bei den Straßenmessungen wurden typische turbulente Anströmbedingungen, wie sie von atmosphärischem Wind oder Verkehr produziert werden, untersucht. Die Auswirkung dieser turbulenten Anströmung auf die Aeroakustik im Fahrzeug wird anhand von verschiedenen akustischen Größen (Schwankungsstärke, Loudness, Modulationsanalyse) aufgezeigt.
Im Windkanal Pininfarina wurden Messungen an denselben Fahrzeugen mit den Turbulenz-Generatoren (TGS) durchgeführt und mit den Straßenmessungen verglichen. Dies sowohl für die Strömungsparameter, wie auch für die akustischen Größen. In einem bei Audi durchgeführten Hörvergleich wurden die Straßenmessungen mit den Messungen im Windkanal unter turbulenter Anströmung verglichen.
Lindinger, B.
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Bjerknes-Instabilität levitierter Einzelblasen bei geringem statischen Druck [DAGA 2002 (Bochum)]
R. Mettin, B. Lindinger and W. Lauterborn
[A]
Die Moeglichkeit, levitierte Einzelblasen bei starken Anregungswechseldruecken zu beobachten, findet Begrenzung durch zwei Arten von Instabilitaeten: Eine ''Oberflaecheninstabilitaet'', die zu Abweichungen von der Kugelgestalt der Blase und schliesslich zu ihrer Zerstoerung fuehrt, sowie eine ''Bjerknes-Instabilitaet''. Letztere bedeutet, dass der Blasenfallenmittelpunkt fuer kleine Stoerungen Positions-instabil wird, d.h. die Blase wird aus dem Zentrum (hohen Anregungsdrucks) nach aussen verschoben. Rechnungen und Experimente zeigen, dass bei abgesenktem statischem Druck offenbar die Bjerknes-Instabilitaet zuerst erreicht wird und daher beobachtbar ist. Bei Normaldruck dagegen wird die Blase in der Regel zuerst durch die Oberflaecheninstabilitaet zerstoert, und die Bjerknes-Instabilitaet bleibt unbeobachtbar.
Lindmaier, J.
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Vorschläge zur Verschärfung der Lärmgrenzwerte von Verkehrsflugzeugen [DAGA 2007 (Stuttgart)]
J. Lindmaier, T. Myck and B. Vogelsang
[A]
Die zulässigen Geräuschemissionen von Luftfahrzeugen sind international im Anhang 16, Band I, zum Luftfahrtabkommen der Internationalen Zivilluftfahrt-Organisation ICAO geregelt. Die ICAO hat im Jahr 2001 eine Verschärfung der Lärmgrenzwerte für zivile Unterschall-Strahlflugzeuge und schwere Propellerflugzeuge beschlossen. Es wurde ein Lärmgrenzwert festgelegt, der 10 dB unter der Summe der im Kapitel 3 des ICAO-Anhangs 16 festgelegten drei Lärmgrenzwerte liegt. Die Lärmgrenzwerte gelten für neue Luftfahrzeugmuster, die ab dem 1. Januar 2006 zugelassen werden. Diese Luftfahrzeuge werden allgemein als Kapitel-4-Flugzeuge bezeichnet, weil die Lärmvorschriften in einem neuen Kapitel 4 des ICAO-Anhangs 16 festgelegt sind.
Die Kapitel-4-Lärmgrenzwerte werden bereits heute von zahlreichen Luftfahrzeugen erreicht bzw. unterschritten. Um trotz eines weiter deutlich zunehmenden Luftverkehrs zukünftig eine Verringerung der Fluglärmbelastung an den Flughäfen zu erzielen, ist eine Verschärfung der Lärmgrenzwerte für strahlgetriebene Verkehrsflugzeuge dringend notwendig. Das Umweltbundesamt hat deshalb ein Forschungsvorhaben an das Öko-Institut e.V. vergeben, in dem fundierte Vorschläge zur Fortschreibung der Lärmgrenzwerte für diese Flugzeuge erarbeitet werden sollten. Das Vorhaben hat insbesondere ergeben, dass mittelfristig eine Herabsetzung des neuen Kapitel-4-Lärmgrenzwerts um bis zu 22 dB technisch realisierbar ist. Die Auswirkungen der vorgeschlagenen Grenzwertabsenkung auf die Fluglärmsituation an Flughäfen mit unterschiedlichem Verkehrsaufkommen und verschiedenem Flugzeugmix werden vorgestellt.
Lindner, S.
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Eine ingenieurtechnische Methode der aktiven Schall- und Schwingungsdämpfung [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
S. Lindner and L. Zipser
[A]
Auf dem Gebiet der aktiven Schall- und Schwingungsdämpfung (ANC) stehen einer großen Zahl an jährlichen Veröffentlichungen bisher nur wenigen praktischen Anwendungen gegenüber. Ursache ist u.a. der hohe Realisierungsaufwand, der bei vielen ANC-Applikationen mit einer aufwendigen analytischen oder numerischen Analyse der zu dämpfenden Struktur beginnt. Hier wird eine ingenieurtechnische Methode vorgestellt, bei der die schwingende Struktur mit einem scannenden Laservibrometer analysiert wird. Aus der Kenntnis der Eigenschwingungsbilder lassen sich Ankoppelstellen für antagonistisch wirkende Aktuatoren und Messstellen für Fehlersensoren ableiten. Damit sind schnelle praktische Lösungen möglich - selbst bei Strukturen, deren Kompliziertheit sich einer mathematischen Beschreibung weitgehend entzieht. Anhand typischer schwingender Strukturen werden die Anwendung der Methode und erreichbare Dämpfungen vorgeführt.
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Visuelle Darstellung von Schallfeldern [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
S. Lindner and L. Zipser
[A]
Die visuelle Darstellung von Luftschallfeldern erfolgt bisher meist auf der Basis von Simulationsrechnungen. Die hochaufgelöste Darstellung gemessener Schalldruckverteilungen ist hingegen ein bisher nur unzureichend gelöstes Problem. Es wird ein neuartiges lasertechnisches Verfahren vorgestellt, dass es gestattet Schalldruckfelder mit Intensitäten im Hörbereich und Frequenzen vom Hör- bis in den Ultraschallbereich zweidimensional zu vermessen. Die Messwerte können als Betrags- oder Phasenbilder dargestellt werden. Mit Hilfe von zwei- oder quasidreidimensionalen Animationen ist zudem eine anschauliche Darstellung der Wellenausbreitung möglich. Mögliche Anwendungsgebiete dieses Verfahrens reichen von Schallabstrahlungsuntersuchungen über die Entwicklung akustischer Wandler bis hin zu raumakustischen Messungen sowie Methoden der anschaulichen Wissensvermittlung. Besonders hervorzuheben ist, dass die Schallfeldvisualisation mit handelsüblichen Geräten erfolgen kann. Im Vortrag werden neben einer kurzen Erläuterung des Wirkprinzips und eines praktischen Messaufbaus anschauliche Beispiele vermessener Schallfelder gezeigt.
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Visuelle Darstellung von schallerzeugenden Wirbeln [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
L. Zipser and S. Lindner
[A]
Die Sichtbarmachung von Wirbeln in strömenden Medien und ihre Umwandlung in Schallwellen ist seit langem Gegenstand umfangreicher Untersuchungen. Üblicherweise werden zur Sichtbarmachung von Wirbeln in das strömende Medium optisch markierende Indikatoren hinzugegeben. Dieses Verfahren stößt jedoch an Grenzen, wenn die Wirbel nur eine geringe räumliche Ausdehnung haben. Außerdem erlaubt es keine Aussagen zur akustischen Wirksamkeit von Wirbeln. Vorgestellt wird ein laseroptisches Verfahren zur berührungslosen Aufnahme periodisch auftretender Wirbel in strömenden Gasen, zur zweidimensionalen Darstellung ihrer Fortbewegung und ihrer Auflösung in freien und begrenzten Strömungsfeldern, sowie zur Bestimmung der Druckverteilung in den Wirbeln. Das Verfahren ist auch für Wirbel mit Abmessungen im mm-Bereich nutzbar und könnte in der Strömungsmechanik und -akustik, in der akustischen Sensorik und bei der Lärmbekämpfung im Flugzeug- und Fahrzeugbau Anwendung finden. Die Anschaulichkeit des Verfahrens wird an repräsentativen Beispielen vorgeführt.
Linev, S.
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Akustisch-seismische Messungen zur Verifikation von Fahrzeug-Beschränkungen [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
J. Altmann, S. Linev and A. Weiss
[A]
Das Bochumer Verifikationsprojekt (BVP) untersucht, ob akustische, seismische und magnetische Bodensensoren zur kooperativen Überprüfung der Einhaltung von Abrüstungs- und Friedensabkommen geeignet sind. Im Oktober/November 2000 führten wir einmonatige Messungen mit Fahrzeugen der Bundeswehr in Meppen (WtD 91) durch. Zur Simulation einer Kontrolllinie standen zwei vom Institut für Informatik der Humboldt-Universität entwickelte Sensorstationen [Kell u.a. DAGA 01] in etwa 100 m Abstand, angeschlossen waren je ein Mikrofon und ein dreidimensionales Geofon. Gemessen wurden je 5 Typen von Rad- und Kettenfahrzeugen mit verschiedenen Geschwindigkeiten, die auf vier parallelen Spuren (1 Beton, 3 Sand) zwischen den Stationen hindurch fuhren. Später wurde der routinemäßige Verkehr auf einer Betonstraße gemessen. Die Stationen waren über 10-Mb/s-Ethernet mit einem Notebook-PC verbunden, der den Ablauf steuerte und Daten sowie Ergebnisse speicherte. Die Signale wurden einerseits für die spätere Auswertung aufgezeichnet. Zur Echtzeit-Auswertung wurden in den Stationen andererseits die Effektivwerte bestimmt sowie Leistungsspektren berechnet. In den Spektren wurden Linien und harmonische Serien gesucht [Altmann DAGA 97, Hoffmeyer/Altmann DAGA 00]. Vektoren der relativen Leistungen bei den Harmonischen wurden mit einer Bibliothek von Mustervektoren verglichen (lernende Vektor-Quantisierung). Zu verschiedenen Zeiten und Umgebungsbedingungen wurden Untergrundsignale aufgenommen. Der Vortrag diskutiert Nachweisabstände, Fahrzeugtyperkennung sowie Umgebungseffekte und gibt einen Ausblick auf Folgearbeiten.
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Fahrzeugtyperkennung mit neuronalem Netz und lernender Vektorquantisierung – ein Vergleich [DAGA 2002 (Bochum)]
J. Altmann, S. Linev and P. Vykoupil
[A]
Im Rahmen des Bochumer Verifikationsprojekts wurden im Herbst 2000 akustische und seismische Signale militärischer Fahrzeuge gemessen (4 Fahrbahnen, 5 Ketten-, 5 Radfahrzeuge, je ca. 60 Durchfahrten zwischen zwei Messstationen mit etwa 100 m Abstand). Zur möglichst invarianten Beschreibung des akustischen Fahrzeugsignals wurden die relativen Leistungen bei den ersten 15 Harmonischen der Motorgrundfrequenz bestimmt, das gelang bei 4+4 Fahrzeugen (Altmann/Linev/Weiß DAGA 01). Zur Fahrzeugtyperkennung wurden von jeder Durchfahrt 10 aufeinanderfolgende Spektren um die Zeit des stärksten Signals verwendet: 7 zum Lernen, 3 zum Testen, insgesamt etwa 4500 Datensätze. Erkennung - nach Ketten- und Radfahrzeugen getrennt - wurde durchgeführt mit einem neuronalen Netz (1 Zwischenschicht) sowie lernender Vektorquantisierung (mit verschiedenen Anzahlen repräsentativer Vektoren pro Musterklasse). Wir vergleichen die Leistungsfähigkeit beider Verfahren unter Variation wichtiger Parameter sowie ihren Rechenaufwand.
Linhard, K.
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Acoustics aspects of in-vehicle spoken dialogue [DAGA 2003 (Aachen)]
K. Linhard and P. Heisterkamp
[A]
By making speech dialogue in the car easier and better to use, we aim at reducing possible driver distraction, and thus contribute to the DaimlerChrysler vision of 'accident-free driving'. The car is known to be a 'hostile' acoustic environment, not only because of the internal and external, stationary and in-stationary noise, but also because of the many hard reflecting surfaces. The market success of in-vehicle spoken dialogue systems shows that many of these problems are handled quite well today. On the other hand, the car is also a 'known' acoustic environment. We discuss an example of how this can be exploited for better performance of dialogue systems, and how knowledge from the dialogue side can be made use of in acoustics: The intelligent handling of barge-in, in particular in the presence of in-stationary noise. In these conditions, a purely energy-based barge-in detection often leads to a very annoying and confusing dialogue behaviour. To reduce false alarms, we make use of speech recognition to identify barge-in utterances and to differentiate them from so-call back-channel utterances. We make use of dialogue knowledge to react appropriately to the respective types of user utterances, and we are currently investigating ways to handle speech synthesis such that the reactions to the barge-in are more human-like and thus less irritating than the current practice of having the system voice cut in mid-word. We conclude by giving an outlook on further work that couples acoustics, recognition, dialogue and speech output even closer for a better performance of the overall in-vehicle system.
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Messungen zur Schallerzeugung durch einen Parametrischen Ultraschalllautsprecher [DAGA 2006 (Braunschweig)]
D. Olszewski and K. Linhard
[A]
Parametrische Ultraschalllautsprecher ermöglichen die Erzeugung eines stark gerichteten Audioschallstrahls bei Verwendung kleiner Wandleraperturen. Hierzu wird ein mit dem Nutzsignal amplitudenmodulierter Ultraschallträger in Luft emittiert. Bei hohem Ultraschallpegel führen nichtlineare Effekte zur Selbst-Demodulation des Nutzsignals. Vor dem Wandler baut sich dadurch ein Endfire-Array virtueller Quellen auf, welches das Audiosignal stark gerichtet abstrahlt. Der Anteil dieser Quellen an der gesamten Audioschallerzeugung ist entfernungsabhängig.
Messvorgänge zur entfernungsabhängigen Schallerzeugung durch parametrische Ultraschalllautsprecher in reflexionsarmen Räumen sind stets durch die maximalen Raumabmessungen begrenzt. Demzufolge kann keine sichere Aussage darüber getroffen werden, ob die Länge der Generationszone über die Raumabmessungen hinausreicht. In diesem Experiment wurden daher Luftschallmessungen im Freien durchgeführt, so dass die Generationslänge des mit dem hier verwendeten Ultraschalllautsprecher erzeugten Audioschalls ohne räumlich begrenzende Faktoren bestimmt werden konnte.
Zusätzlich wurden Messungen der Richtcharakteristiken des parametrisch erzeugten Audioschalls in verschiedenen Entfernungen durchgeführt. Sie implizieren einen Zusammenhang zwischen dem entfernungsabhängigen Aufbau der Richtcharakteristik und der Länge der Generationszone.
Die verwendeten Ultraschallwandler verfügen in geringem Umfang über nichtlineare Übertragungseigenschaften. Bei Ansteuerung mit einem amplitudenmodulierten Signal entsteht somit bereits durch Demodulation im Wandler selbst ein direkt emittierter Audioschall-Anteil in Form eines unerwünschten Schmutzeffekts. Der Anteil dieses Schmutzeffekts am insgesamt erzeugten Audioschall konnte ebenfalls messtechnisch bestimmt werden.
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Stark gerichtete Audio-Beschallung mittels modulierten Ultraschall-Strahlungsdrucks [DAGA 2007 (Stuttgart)]
D. Olszewski and K. Linhard
[A]
Parametrische Ultraschalllautsprecher erzeugen einen stark gerichteten Audio-Schallstrahl unter Verwendung kleiner Wandleraperturen verglichen mit der Audiowellenlänge. Hierzu wird ein mit dem Audiosignal amplitudenmodulierter Ultraschallträger in Luft emittiert. Bei hohem Ultraschallpegel führen nichtlineare Eigenschaften der Druck-Dichte-Relation der Luft zur Selbst-Demodulation des Audiosignals. Vor der Schallquelle baut sich dadurch ein Endfire-Array virtueller Quellen auf, welches das Audiosignal stark gerichtet abstrahlt.
Messungen an Ultraschalllautsprechern ergeben oftmals Audio-Schalldrücke, die deutlich über den theoretisch zu erwartenden Werten liegen. Diese Abweichung ist umso größer, je näher sich das Mikrofon an der Schallquelle befindet. In vorangegangenen Untersuchungen wurde dieser Effekt meist als Messfehler eingestuft, der mit einer zusätzlichen Demodulation im Mikrofon erklärt wurde.
Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Messungen zeigen jedoch, dass die durch nichtlineare Mikrofon-Eigenschaften herbeigeführte Demodulation ebenfalls nicht ausreicht, um die Abweichung zu erklären. Stattdessen wird hier der akustische Strahlungsdruck betrachtet, der offenbar einen zusätzlichen Beitrag zum parametrisch erzeugten Audio-Schalldruck generiert. Dieser Beitrag nimmt mit zunehmender Entfernung von der Schallquelle ab, während der parametrisch erzeugte Anteil zunächst ein Maximum erreicht und dann erst abfällt.
Folglich wird die Möglichkeit beschrieben, den akustischen Strahlungsdruck gezielt für eine stark gerichtete Audiobeschallung zu nutzen. Der schwierigen technischen Realisierbarkeit stehen die Vorteile im Vergleich zum parametrischen Ultraschalllautsprecher gegenüber, welche aus einer noch stärkeren Richtwirkung und einer fehlenden Frequenzabhängigkeit des erzeugten Audio-Schalldrucks bestehen.
Link, J.
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Neugestaltung eines vorlesungsbegleitenden Praktikums im Fach Tonstudiotechnik unter Einbeziehung der didaktischen Möglichkeiten des E-Learning [DAGA 2008 (Dresden)]
D. Leckschat, J. Link and M. Schucker
[A]
Auch an der Fachhochschule Düsseldorf werden Diplomstudiengänge auf das Bachelor-/Mastersystem umgestellt. Damit verbunden sind regelmäßig Kürzungen im Curriculum, zusammen mit einer Erhöhung der Studierendenzahl. Im Fach ''Tonstudiotechnik'' des Studiengangs Medientechnik wurde die Umstellung zum Anlass genommen, ein völlig neu konzipiertes und ausgestaltetes Praktikum anzubieten.
Die Umstrukturierung war Anlass für mehrere Modernisierungsschritte: 1. Anpassung an die Zielgruppe. Dazu wurde eine Erhebung bei Studierenden über Vorkenntnisse, Interessen und Erfahrungen mit bisherigen Lehrveranstaltungen durchgeführt und ausgewertet. 2. Anpassung an aktuelle Technologie. Dazu wurde ein Labor mit neuen Arbeitsplätzen für Musik- und Audiobearbeitung ausgestattet. 3. Didaktische Neuausrichtung. Nicht zuletzt durch die Notwendigkeit steigender Studierendenzahlen motiviert, wurde eine E-Learning-Komponente in die Lehrveranstaltung integriert. Sie dient dem Selbststudium, beinhaltet Lernkontrollen, ermöglicht die technische Gehörbildung in zeitlicher und räumlicher Unabhängigkeit und dient auch der Vorbereitung von insgesamt drei Vorkolloquien.
Die eigentlichen Praktikumstermine umfassen Stoff von der Mikrofonaufnahmetechnik über die Musikmischung (die den größten Anteil hat) bis zur Datenreduktion. Es wird exemplarisch Material eines eigens komponierten Rock-/Popsongs mit den einschlägigen Tools der professionellen Tontechnik bearbeitet, bis hin zum Mastering. Viele Versuche enthalten ein ''Basis''-Aufgabenpaket und eine ''Advanced''-Erweiterung. Der erste Jahrgang, der dieses Praktikum durchlaufen hat, hat durchweg eine hohe bis sehr hohe Zufriedenheit bekundet.
Linnemeier, A.
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Distress caused by high energy impulse noise [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
S. Siegmann, H. Brinkmann, T. Burchardt, T. Muth, K. Siegmund, A. Linnemeier and E. Borsch-Galetke
[A]
Noise as a potential cause for dysfunction in the cardiovascular system, in particular for heart attack, is still controversial. The objective of this study is to evaluate the association between high energy impulse and certain specific parameters.
25 men's reaction to impulse noise between 137 dB (duration 19.3 msec) and 168 dB (duration 5.4 msec) were analyzed in four different series of experiments. The following parameters were determined: fingerpulse, adrenalin, noradrenalin, and magnesium in the plasma as well as influencing factors from the psychological standpoint (annoyance, reasonability, damage to health).
A significant decrease of the fingerpulse-amplitude is shown after 4 seconds with a maximum after 6-8 seconds of noise related stress. The strongest decrease is measured at 145 dB (duration 16.6 msec). Concentration of adrenalin declines at any impulse level. The level of noradrenalin increases up to 9.2 0x1.632f00000007ep+33t 145 dB in comparison to the initial value (p=0.016). Before and after stress application the magnesium level increases (statistically significant at 168 dB (p= 0.026), statistical trend at 145 dB (p=0.068)).
The strongest annoyance is measured at 168 dB and drops with cumulative distance (p0,001). A significant correlation is shown between estimation of health damage and impulse level (differences for the answers of both questions are highly significant (Chi2-test, two-sided, p0.001). High energy exposure induces changes of biochemical stress indicators depending on the impulse level. Concentration of noradrenalin shows an association to the fingerpulse amplitude. Changes of adrenalin concentration assume an interaction between physical impulses and psychomental stress disorder.
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Bewertung der 'Sound Quality' von alltäglichen Geräuschen [DAGA 2006 (Braunschweig)]
G. Notbohm, C. Hofbauer and A. Linnemeier
[A]
Im Unterschied zur Erfassung der ''Sound Quality'' von technischen Produkten ist die Bewertung von Geräuschen der alltäglichen Lebenswelt wenig untersucht.
In Laborversuchen beurteilten 113 Studenten/innen eine Auswahl von mehr oder weniger angenehmen Geräuschen und Tonfolgen von jeweils 30 s (Naturgeräusche, Musikausschnitte, technische und synthetische Geräusche) per Fragebogen (semantisches Differential und generelle Bewertungen). Alle Geräusche wurden mit dem gleichen Schallpegel (Leq = 73 bzw. 83 dB(A)) dargeboten.
Aus einem Polaritätsprofil mit 26 Adjektivpaaren wurden 3 Faktoren ermittelt, die 70,35 % der Gesamtvarianz erklären: ''emotionale Bewertung'', ''zeitliche Struktur'' und ''Tonhöhe''. Der Faktor ''emotionale Bewertung'' führt zu ähnlichen Ergebnissen wie die generelle Einschätzung der Vp, dass ihr ein Geräusch ''gefällt''. Den beiden am höchsten bewerteten Geräuschen (Musikausschnitte ''Mike Oldfield'' und ''Bach-Suite'') wurde eine eher ruhige Zeitstruktur und gemäßigte Tonhöhe zugeschrieben, während die am negativsten erlebten Geräusche (Quietschen und synthetische Geräusche) als zeitlich strukturlos und in der Tonhöhe als ''hoch-hell-schrill'' erlebt wurden.
Der Schallpegel beeinflusst diese Bewertungen: Bei Darbietung mit 83 dB(A) nahmen die Wertungen bei den ''positiven'' Geräuschen deutlich ab, während die Veränderung bei den eher ''negativen'' Geräuschen weniger stark ausfiel.
Angesichts der Vielfalt möglicher Geräusche der Alltagswelt ist eine systematischere Analyse anzustreben, welche Faktoren zur Bewertung der Geräuschqualität beitragen.
Linow, A.
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Getrieberasseln und seine Abstellmaßnahmen [DAGA 2000 (Oldenburg)]
A. Linow, K. Küpper and U. Teichert
[A]
Die in das Getriebe eingeleiteten
Drehungleichförmigkeiten des Motors, die
spezifische Getriebegeometrie und die
akustischen Übertragungswege des Fahrzeugs
(Luft- und Körperschall) sind an der
Entstehung von Rasseln beteiligt. Dieses
Signal kann sowohl innerhalb als auch
außerhalb des Fahrzeugs hörbar sein.
Typische Fahrsituationen sind
Beschleunigungen; aber auch Konstantfahrten
im Stau oder durch enge Häuserschluchten.
Das Rasseln kann sowohl durch Maßnahmen
am Antriebsstrang als auch der
Übertragungswege beeinflußt werden, wobei
Eingriffe am Entstehungsort das größere
Potential zeigen. Konventionelle Kupplungen
übertragen die Drehungleichförmigkeiten
nahezu 1:1; Zweimassenschwungräder
zeichnen sich durch eine mehr als 50%-ige
Isolation der Drehungleichförmigkeiten aus.
Durch die vermehrte Einführung von
direkteinspritzenden Diesel- und Ottomotoren
erhöht sich die Motoranregung und damit die
Rasselenergie im Antriebsstrang. Ein Einsatz
von Zweimassenschwungrädern wird daher
auch für kleine und mittlere Fahrzeuge
attraktiver, vorausgesetzt die Zusatzkosten
sind akzeptabel.
Lippert, A.
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Untersuchungen zur Kavitation und Reinigung bei Megaschall [DAGA 2008 (Dresden)]
A. Otto, T. Nowak, R. Mettin, F. Holsteyns and A. Lippert
[A]
While ultrasonic cleaning is well established as a major application
of cavitation, the detailed mechanisms and the optimization of
parameters are still under investigation. This is true in particular
for the higher frequency range, where more gentle cleaning of surfaces
can be achieved, and where the treatment of nanostructured material is
within the scope. We report on experimental investigations of
megasound cavitation characteristics and effects with respect to
surface cleaning and erosion. The methods include visual bubble
observations, luminescence measurements, and acoustic measurements.
Lippert, S.
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Berücksichtigung unsicherer Eingangsparameter bei der vibro-akustischen FE-Berechnung von Flugzeugkabinenkomponenten [DAGA 2008 (Dresden)]
S. Lippert and O. von Estorff
[A]
Viele Fragestellungen in der Akustik werden heute mit Hilfe von Diskretisierungsmethoden, wie beispielsweise der Finite-Elemente-Methode (FEM) oder der Boundary-Elemente-Methode (BEM), gelöst. Insbesondere die stetige Weiterentwicklung der Computertechnologie erlaubt dabei die Verwendung immer feinerer und vermeintlich genauerer Modelle. Vielfach unberücksichtigt bleiben dabei jedoch Ungenauigkeiten, die durch die Verwendung unsicherer oder streuender Eingangsdaten entstehen und teilweise zu erheblichen Abweichungen zwischen vorhergesagtem und realem Bauteilverhalten führen. Ein häufiger Grund für ungenaue Eingangsdaten ist die produktionsbedingte Streuung beispielsweise der Werkstoffparameter oder der Bauteilgeometrie. Zusätzlich stehen während der Entwicklung neuer Bauteile oft keine exakten Angaben zu Geometrie und Werkstoffverhalten zur Verfügung.
In dem vorliegenden Beitrag wird beispielhaft an einem Honeycomb-Paneel der Flugzeuginnenraumverkleidung gezeigt, wie trotz schwankender Eingangsgrößen das Schalldämmmaß des Bauteils zuverlässig bestimmt werden kann. In einem ersten Schritt wurde ein gekoppeltes FEM/FEM-Modell des Paneels und einer Empfangskavität in MSC.NASTRAN erzeugt und die mit Unsicherheiten behafteten Eingangsparameter definiert (E-Modul der Deckschicht, Wabenkerndicke, Lackschichtdicke und Dämpfung). Aufgrund der Anzahl der Parameter und der hohen Rechenzeit des Modells ist eine Auswertung mit der weitverbreiteten stochastischen Monte-Carlo-Methode nur noch schwer möglich. Stattdessen wurde die auf der Fuzzy-Arithmetik basierende Transformationsmethode verwendet, um Aussagen über die Streuung des Schalldämmmaßes des Bauteils und die Sensitivitäten der einzelnen Parameter zu erhalten.
Lippmann, M.
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Akustisches Hohlspiegelmesssystem mit Mehrmikrofonanordnung [DAGA 2005 (München)]
A. Zeibig, M. Lippmann and D. Richter
[A]
In den letzten Jahren wurden im Bereich der Messinstrumente zur Schallquellenlokalisation akustische Hohlspiegel von Mikrofonarrays mit Beamformingtechnologie fast vollständig verdrängt. Ein wichtiger Grund dafür ist, dass durch das Beamforming der Mikrofonarrayrichtcharakteristik das sonst notwendige umständliche Schwenken des Hohlspiegels entfällt.
Als Alternative zu einem Mikrofonarray mit Beamforming bietet sich allerdings auch die Kombination eines Hohlspiegels mit einem Mikrofonarray an. Dadurch erhält man ohne zusätzliche Signalverarbeitung sofort ein Abbild der Quelle im Bildmaßstab.
Dieser Vortrag stellt kurz die wichtigsten Bauformen des akustischen Hohlspiegels sowie ihre speziellen Anwendungsgebiete dar. Es werden die berechneten Richtcharakteristiken einer ausgewählten Hohlspiegel-Mehrmikrofonanordnung diskutiert und mit experimentell erzielten Ergebnissen verglichen. Die Ergebnisse von Messungen mit dieser ausgewählten Spiegel-Mehrmikrofonanordnung an verschiedenen Punktstrahleranordnungen und auch an aeroakustischen Quellen werden präsentiert und mit durch Beamforming erzielten Arrayergebnissen verglichen.
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Vergleich akustischer Quellenortungsverfahren für Sprachsignale in Räumen [DAGA 2008 (Dresden)]
T. Fehér and M. Lippmann
[A]
In diesem Beitrag werden 3 verschiedene akustische Quellenortungsverfahren für mehrkanalige Mikrofonanordnungen in realen Räumen mit einander verglichen. Die verwendeten Verfahren sind Generalized Cross Correlation (GCC), Steered Response Power (SRP) und Multiple Signal Classification (MUSIC). Es werden verschiedene Szenarien simuliert und im Anschluss ein Vergleich der Algorithmen mit realen Signalen vorgenommen. Die Anordnung der Mikrofone ist bei Simulation und Messung gleich, um eine gute Vergleichbarkeit zu gewährleisten. Als Quellsignale kommen aufgezeichnete Sprachsignale zum Einsatz. Für die Messung wurden dieselben Sprachsignale mit gemessenen Raumimpulsantworten gefaltet.
Lippold, R.
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Aktive Klangbeeinflussung in einem PKW [DAGA 2000 (Oldenburg)]
R. Schirmacher, R. Lippold and O. Martner
[A]
In der Fahrzeugakustik spielt beim Innengeräusch nicht nur die Lautstärke eine wichtige Rolle, auch das Klangbild soll den Erwartungen des Nutzers an das jeweilige Fahrzeug und die Fahrsituation gerecht werden. Hinzu kommen die unterschiedlichen Erwartungshaltungen verschiedener Nutzer, die beispielsweise von Hörgewohnheiten und Kulturkreisen abhängen können.
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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.
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Luftschallübertragungsfunktion für die TPA bei Fahrzeugen [DAGA 2005 (München)]
O. Martner, R. Lippold and C. Zerbs
[A]
Die Güte der TPA wird bestimmt durch das Übersprechverhalten bei der Messung von Übertragungsfunktionen. Im Fahrzeug liegen die Teilquellen i.A. nahe beieinander, wodurch die Übertragungsfunktionen benachbarter Quellpunkte teilweise redundante Informationen beinhalten. Im modalen Frequenzbereich können in diesem Fall bei einfacher Synthese die Anteile der Teilpfade überschätzt werden.
In Untersuchungen wurde die Eignung algebraischer Verfahren zur Kompensation dieses Effektes geprüft. In dem Beitrag werden Ergebnisse aus dem Bereichen Luft- und Körperschallübertrag mit und ohne Nebenwegskompensation dargestellt und diskutiert.
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Praktische Aspekte beim Einsatz von ANC-Systemen in PKW [DAGA 2007 (Stuttgart)]
R. Schirmacher, R. Lippold, F. Steinbach and F. Walter
[A]
Beim praktischen, seriennahen Einsatz von ANC-Systemen in PKWs gilt es, zahlreiche Aspekte zu berücksichtigen, die in der 'klassischen' Lehrbuch-Theorie nicht enthalten sind und für erste experimentelle Demonstrationen vernachlässigt werden dürfen. Dazu zählen beispielsweise Fragen der Stabilität und Robustheit bei Änderungen der Randbedingungen (Temperatur, Besetzungszustand, Fensteröffnung, etc.), Qualität und Verfügbarkeit von Eingangsdaten, Streubandbreiten von Komponenteneigenschaften, Anforderungen an einzusetzende Komponenten ode auch Robustheit gegen Komponentenausfälle und gezielte Störungen.
Der Vortrag stellt ausgewählte Aspekte dar und zeigt, wie diese in einem ANC-System berücksichtigt werden können.
Lips, W.
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Einfache Modelle für den Einsatz im Unterricht zur Veranschaulichung der wichtigsten Lärmarten [DAGA 2007 (Stuttgart)]
W. Lips
[A]
Speziell an Fachhochschulen steht der Dozent im allgemeinen Physikunterricht vor der schwierigen Aufgabe, den Studierenden die wichtigsten akustischen Grundlagen und Zusammenhänge allgemein verständlich vorzutragen. Fachbücher liefern hierzu normalerweise die notwendigen physikalischen Grundlagen. Nun ist es aber häufig so, dass mit dem Vorstellen der Wellengleichungen sowie der Erklärung der Begriffe von der Impedanz über die FFT- bis zur Modalanalyse keine grosse Begeisterung unter den Zuhörern erreicht werden kann, weil die komplexe Botschaft schwer verständlich ist und sehr oft noch ohne grosse Begeisterung vorgetragen wird. Für vertiefte Erklärungen fehlt die Zeit und die Studierenden werden zum Selbststudium der schriftlichen Unterlagen aufgefordert, falls etwas nicht verstanden wurde. Zudem fehlen meistens geeignete Modelle, um die Zusammenhänge mit Beispielen zu ergänzen. Auf der Basis dieser Tatsache soll sich der Dozent überlegen, ob etwas weniger nicht auch etwas mehr wäre. Es gibt anschauliche Hilfsmittel, die die Entstehung und Ausbreitung des Schalls zeigen, dann aber auch Modelle, mit denen die verschiedenen Lärmarten und ihre speziellen Eigenschaften eindrücklich vorgeführt werden können.
Viel wichtiger als das Lösen einer komplexen Gleichung oder das Arbeiten mit Differential- und Integralberechnungen wäre das Lernen und Verstehen der einfachen akustischen Zusammenhänge. Für den Schritt in das Berufsleben wäre es wünschenswert, dass ein etwas breiteres, sich an der Praxis orientierendes akustisches Grundwissen vormittelt würde.
Der Ingenieur - beispielsweise aus dem Fachgebiet Maschinenbau - soll einen Überblick über die wichtigsten Probleme haben. Falls er sich dann bei seiner praktischen Arbeit an akustische oder schwingungstechnische Spezialprobleme heranwagt, kann er das notwenige Wissen mit einem gezielten Literaturstudium immer noch nachholen und trotzdem erfolgreich arbeiten.
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Quo vadis VDI-Richtlinien Lärmminderung? [DAGA 2008 (Dresden)]
W. Lips
[A]
Seit Jahrzehnten sind die VDI-Richtlinien für den praktisch arbeitenden Akustik-Ingenieur eine wertvolle Arbeitshilfe. Doch immer häufiger stellt man beim Aufschlagen eines der vier prallvoll gefüllten Handbücher erstaunt fest, dass teilweise seit Jahrzehnten völlig veraltete Richtlinien immer noch gültig sind. Neue VDI-Richtlinien oder überarbeitete Fassungen erscheinen nur spärlich - wenn überhaupt, Gründrucke (Entwürfe) erleben teilweise das Stadium der Verabschiedung zur endgültigen Richtlinie nicht.
Der NALS im VDI und DIN hätte eigentlich die in der heutigen wirtschaftlichen Situation nicht ganz einfache Aufgaben zu lösen, neben dem eigentlichen Normenwesen im Bereich der internationalen Normen auch das umfangreiche Werk der VDI-Richtlinien zu bewirtschaften. Es leuchtet ein, dass es immer schwieriger wird, ausgewiesene Fachleute für diese Aufgabe zu begeistern, zumal der Aufwand im Normalfall nicht entschädigt wird. Aber es ist bedauerlich, dass somit ein grosses Erfahrungspotenzial verloren geht, von dem wir Akustiker eigentlich alle profitieren könnten. Mit einem Zukunftsszenario zur Umsetzung von konkreten Vorschlägen soll ein Versuch, Bewegung in die heute Situation zu bringen, beschrieben werden.
Lissek, H.
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A preliminary study of an isodynamic transducer for use as active acoustic materials [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
H. Lissek and X. Meynial
[A]
Active control of the acoustic impedance of walls in rooms allows fine control of reverberation in auditoria. Such active materials may use locally reacting cells comprising a transducer connected to an electronic control circuit. The feedback circuit is based on a linear combination of the pressure at the transducer diaphragm and its velocity, and allows making the active material absorbing (absorption coefficient alpha close to 1), but also reflecting (alpha close to 0), and even 'super-reflecting' (alpha0 !).
Most of the characteristics of an ideal transducer for use as active material seem to be reached by isodynamic transducers, for their acoustical performances as well as for manufacturing costs considerations.
We present results from simulations involving a finite element model of such a transducer, which predict a good control over two frequency decades. Preliminary experimental results obtained with a basic prototype of isodynamic transducer are encouraging. It is likely that better results can be obtained (especially in the 'super-reflecting' case) with closer control over the various mechanical parameters. Future work will also address the optimisation of the magnet geometry and the assembly of the diaphragm.
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Modélisation d'un transducteur ŕ film PVDF avec membrane rectangulaire [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
H. Lissek
[A]
With the aim of lowering noise disturbances within high sound pressure levels environments, active strategies have been developed. Specifications for a dedicated microphone have been drawn, with respect to the acoustical signature and the levels of the noise source.
The investigations on a dedicated transducer, able to reach the compliance specifications as well as to support the noise levels generated by the source without distortion, led to develop a PVDF-based microphone, compliant with the extreme environmental conditions.
We present the technological solutions considered to reach the acoustical specifications, on the basis of an electroacoustical model used for numeric simulations in a first part, and then show experimental results obtained with a prototype. We then conclude with the perspectives provided by this kind of transducer used within rough sound fields.
Lißmann, B.
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Akustische Klassifikation von Stimmstörungen [DAGA 2003 (Aachen)]
B. Lißmann, R. Katzer and M. Kob
[A]
Können Stimmstörungen anhand akustischer Messungen erfasst und klassifiziert werden? Erfahrene Ärzte oder Logopäden berichten aus ihrer Berufspraxis, dass sie einem Patienten die Krankheit ''anhören'' können (z.B. Sängerknötchen oder Lähmungen der Stimmlippen). Zur messtechnischen Erfassung der Stimmstörung sind verschiedene Verfahren gebräuchlich, die jeweils einen (Pegel, Rauschanteil, , Periodizität) oder mehrere Aspekte der Stimmqualität (z.B. Heiserkeit) quantifizieren. Dieser Beitrag beschreibt ein Konzept zur Klassifizierung von Stimmstörungen anhand ihrer akustischen Korrelate. Weiterhin wird eine Befunddatenbank vorgestellt, die eine Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe von Messdaten über ein Browserinterface ermöglicht. Die Datenbank soll künftig u.a. die Gegenüberstellung von Krankheitsbildern bzw. -klängen und Ergebnissen von numerischen Simulationen bei pathologischen Befunden erlauben.
Litjens, S.
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Webbasierte Lehre in der Akustik [DAGA 2002 (Bochum)]
S. Litjens, S.-R. Mehra and H. Röseler
[A]
Die multimediale Lehre bekommt einen immer stärkeren Stellenwert in der Hochschulausbildung. Das Medium Internet ist zur Darstellung vernetzter Zusammenhänge geradezu prädestiniert und eignet sich deshalb auch zur Entwicklung neuer Lehrmethoden. Gerade die Akustik bringt ideale Voraussetzungen für die multimediale Lehre mit sich, da die Phänomene dieser Disziplin wahrnehmbar sind. Im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Vorhabens ''Multimediales Lernnetz Bauphysik'' sollen auch neue Formen der Akustiklehre erarbeitet und erprobt werden. Das Projekt wird von sechs verschiedenen Hochschulen bearbeitet und soll eine Erweiterung und Ergänzung der herkömmlichen Präsenzlehre darstellen. Ein Schwerpunkt dabei liegt insbesondere in der Vernetzung der Bauakustik mit anderen Teilbereiche der Bauphysik und der Auralisierung bauakustischer Phänomene. Durch die Entwicklung eines webbasierten Lernnetzes soll auch das didaktische Konzept der universitären Lehre in der Ausbildung der Bauingenieure und der Architekten überarbeitet werden. Dazu werden verschiedene didaktische Module entwickelt, die die Möglichkeiten einer multimedialen Lehre voll ausschöpfen. Ein besonderes Anliegen ist dabei, Zusammenhänge der verschiedenen bauphysikalischen Teilbereiche zu verdeutlichen und reale Abhängigkeiten möglichst genau darzustellen. In diesem Beitrag soll das Konzept des ''Lernnetzes Bauphysik'' sowie die bereits erarbeiteten Module im Bereich Akustik vorgestellt und diskutiert werden.
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Webbasiertes Lernprogramm Schalldämmung [DAGA 2003 (Aachen)]
H. Röseler, S. Litjens and S.-R. Mehra
[A]
Im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Vorhabens ''Multimediales Lernnetz Bauphysik'' sollen auch neue Formen der Lehre in der Akustik erarbeitet und erprobt werden. Unter anderem wird dabei ein webbasiertes Lernprogramm zur Berechnung der Schalldämmung von Bauteilen im eingebauten Zustand nach DIN EN 12354 entwickelt. Das neu entwickelte Lernprogramm SchDä rechnet unter Zugrundelegung tatsächlicher Randbedingungen und besitzt die Besonderheit, dass es eine gemeinsame Eingabeoberfläche mit anderen im Projekt integrierten bauphysikalischen Berechnungsprogrammen aus den Teilgebieten Wärme, Feuchte und Raumakustik besitzt. Durch das einheitliche Interface wird der Einarbeitungsaufwand für den Nutzer minimiert. Sämtliche Programme werden in einer plattformunabhängigen Sprache geschrieben und können genutzt werden, ohne das Lernnetz verlassen zu müssen. Die erstellten Ein- und Ausgabedaten werden vom System verwaltet und sind jederzeit abruf-, vergleich- und auswertbar.
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Neue Formen der Lehre in der Akustik – Das Lernnetz Bauphysik [DAGA 2003 (Aachen)]
S. Litjens and H. Röseler
[A]
Die Lehre der Akustik nimmt einen großen Teil in der bauphysikalischen Ausbildung ein. Bauakustik, Raumakustik und Schallimmissionsschutz stehen in engem Zusammenhang mit allen anderen Teilgebieten der Bauphysik. Im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Vorhabens ''Multimediales Lernnetz-Bauphysik'' sollen auch neue Formen der Lehre in der Akustik erarbeitet und erprobt werden. Ein besonderer Schwerpunkt liegt dabei in der Vernetzung akustischer Phänomene mit anderen Teilgebieten der Bauphysik. Zur Bewerkstelligung dieser Aufgabe wurde im Rahmen des oben genannten Projektes ein System entwickelt, welches eine flexible Struktur besitzt und es ermöglicht, Inhalte zu strukturieren und weiterzuentwickeln. Es ermöglicht, Bau- und Raumakustische Berechnungen mit Rechenergebnissen Wärme- und Feuchtetechnischer Programme zu vergleichen sowie akustische Ergebnisse zu Auralisieren und mittels Grundlagen- und Lexikonmodulen zu interpretieren. In der Posterpräsentation sollen die Struktur, die Inhalte und die Möglichkeiten des ''Multimedialen Lernnetz Bauphysik'' vorgestellt werden.
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Das virtuelle Labor Akustik - SonicLab [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
S. Litjens and S.-R. Mehra
[A]
Acoustic measuring technology and methods of measurement form substantial parts of student training in the fields of building acoustics, room acoustics, noise and noise control. Due to lack of test rooms, time and money, mostly transparencies and slides are used to explain acoustic metrology. The virtual reality acoustics laboratory 'SonicLab' was developed with the aim of providing a close-to-practice training option for students: using 'SonicLab'', interactive measurement processes are made available in the network.
Up to now, it is possible to perform measurements in the following virtual-lab test chambers: wall and window test facility, floor and ceiling test facility, reverberation room. In performing virtual measurements, students can get familiar with test chambers, measuring instruments and measurement procedures. Graphical views, animated images and instructional films allow to convey a close-to-reality impression of test facilities and measurement processes.
In the lecture it will be demonstrated how to select different test objects in the virtual test rooms and how to compare the experimental results to analyses of further measurements.
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Von der Reithalle zur Musikhochschule [DAGA 2005 (München)]
S. Litjens
[A]
Der Beitrag befasst sich mit der Akustik einer Reithalle mitsamt Stallungen, die nach der Renovierung in eine Hochschule für Musik und Theater umgebaut wurde. Das denkmalgeschützte Gebäude der Reithalle ist Teil einer in den Jahren 1873 bis 1878 erbauten Kasernenanlage in Bern. Da die Räumlichkeiten seit Jahren nicht mehr im ursprünglichen Sinn genutzt wurden, hat das Hochbauamt des Kantons Bern beschlossen, dort die Abteilung Musik und Theater der Hochschule der Künste unterzubringen.
Beim Umbau wurde die schützenswerte Bausubstanz vollständig erhalten, Fassaden, Dach und Deckenkonstruktion wurden instand gesetzt und dienen als Tragkonstruktion und Wetterhaut. In diese vorhandene Struktur wurden neue transluzide Körper als Übungsräume für die Musiker freistehend eingefügt. Um den Ansprüchen einer Musikhochschule gerecht zu werden, musste einerseits auf eine gute Schalldämmung zwischen den Räumen geachtet werden. Andererseits war es wichtig, die raumakustischen Eigenschaften für die musikalische Nutzung zu optimieren und möglichst variabel zu gestalten, um den Ansprüchen der verschiedenen Instrumente gerecht zu werden. Im Vortrag soll das Schallschutz- und Raumakustikkonzept der Übungs- und Unterrichtsräume vorgestellt und erläutert werden.
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Wirksamkeit von Schirmkronen [DAGA 2006 (Braunschweig)]
S. Litjens
[A]
Für den Autobahnabschnitt N3 Kaiseraugst-Rheinfelden wurden Schallschutzwände dimensioniert und realisiert. Anschliessende Untersuchungen im Rahmen einer Erfolgskontrolle im dahinter liegenden Wohngebiet ergaben, dass die Lärmschutzmassnahmen nicht den gewünschten Effekt erzielen. Um die Lärmsituation zu verbessern, wurden verschiedene Massnahmen untersucht, mit denen die Lärmimmissionen im Wohngebiet zusätzlich vermindert werden können.
Im Zuge dieser Untersuchung wurde eine Literaturstudie über die aktuellen Forschungsergebnisse zum Thema Aufsatzelemente für Schallschutzwände, so genannte Schirmkronen, erstellt. Die bisherigen theoretischen Betrachtungen sind viel versprechend und gehen von Verbesserungen der Einfügungsdämpfung von bis zu 10dB aus. Die meisten dieser Ergebnisse stammen allerdings aus Modellrechnungen. Messungen in Modellprüfständen an massstäblichen Modellen konnten die sehr hohen Erwartungen leider bisher nicht bestätigen. Bei bereits erfolgten Untersuchungen im Freifeld ergaben sich für alle Arten von Kronenaufsätzen nur Verbesserungen von 2 bis 3dB. Einige der entwickelten Schirmkronen werden mittlerweile kommerziell hergestellt und vertrieben. Erste Teststrecken entlang von Autobahnen wurden bereits installiert, jedoch gibt es über die tatsächliche Wirkung dieser Schirmkronen bis jetzt noch kaum Veröffentlichungen.
Im Vortrag sollen die unterschiedlichen Arten von Schirmkronen (geometrische Formen, Materialien), die bestehenden Prognosemethoden zur Berechnung der Verbesserungswirkung durch Schirmkronen, die Ergebnisse bisheriger Untersuchungen zur tatsächlichen Verbesserungswirkung von Schirmkronen (rechnerische Ergebnisse, Ergebnisse aus Modellmessungen, Ergebnisse aus Freifelduntersuchungen im Originalmassstab) und die bereits marktreifen Produkte vorgestellt werden.
Litniewski, J.
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Bones characterization with ultrasound [DAGA 2002 (Bochum)]
J. Litniewski, A. Nowicki and A. Sawicki
[A]
Macroscopic, X-ray methods for bone quality assessment are mainly based on porous bone density measurements. In recent years, several new ultrasonic diagnostic methods have been developed to examine bones in vivo. These methods are based on measurements speed of sound (SOS) and broadband ultrasonic attenuation (BUA) of waves penetrating porous bone. The principal element which determines the bone strength is the trabecular structure of a porous bone. In our project we measure acoustic properties of a single trabecula using a scanning acoustic microscope and we introduce the system for '' in vivo'' measurement of an overall properties of a calcanus bone. In our approach we operate in the backscattered mode rather than in transmission. First, it enables to overcome the problems of a signal distortion by tissue and bone interfaces characteristic for BUA transmission measurements. Secondly, the magnitude of backscattered waves depends on scattering crossection of a trabecular structure that to some extend describes the micro architecture of a calcaneus. A set of data representing signals transmitted through the heel and reflected inside a calcaneus for osteoporotic patients was recorded and next trabecular structure crossection (TSC) function was calculated. These results along with a spectral shift method and a standard BUA measurements will be presented and compared to X-ray bone mineral density determination results.
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Determination of nonlinearities produced by strong focused beams [DAGA 2002 (Bochum)]
J. Litniewski, J. Wojcik and L. Filipczynski
[A]
Propagation of acoustic waves in scanning acoustic microscopy (SAM) is a complex problem due to finite amplitude distortions. Non-linear effects produced by strong focused beams with half angle apertures exceeding 160 can not be described by existing theories. Non-linear effects were determined using two methods: an exact numerical and an experimental. Numerical calculations were performed basing on the non-linear propagation procedures derived before by one of the authors. The measurements were based on the 100 MHz PVDF probe constructed with the active probe diameter of 1 mm, SAM system constructed in our department, Panametric pulsar/receiver system 5900PR and HP 54810A sampling oscilloscope. Acoustic pulses of four periods duration with the frequency of 34 MHz were focused by a glass spherical lens filled with water and with the focal length of 3 mm and the aperture half angle of 500. The probe was placed in the focal region. After detecting by the probe and after wide band amplification the signals were sampled and stored by a digital oscilloscope. The signal amplitude spectra were obtained and compensated for the frequency characteristic of the probe The computed spectra were in a good agreement with experiments up to the 5-th harmonic. The results present actual state and further possibilities of the applied numerical method for the detail investigations of nonlinearities in the ultrasonic microscopy.
Lleida Solano, E.
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Embedded Lip Reading for Automotive Environments [DAGA 2005 (München)]
J.F. Guitarte Pérez, L. Lukas, F. Althoff, S. Hoch and E. Lleida Solano
[A]
In this article a complete audio-visual speech recognition system for mobile platforms is presented. It is well known that the use of visual cues improves the recognition results especially in scenarios with high level of acoustical noise. Thus automotive environment is a good example where multiple noise sources degrade the conventional speech recognition systems.
As visual feature extraction algorithm for the lip reading system, Discrete Cosine Transformation (DCT) has been discussed. The most significant DCT coefficients have been used for the visual recognition. The audio-visual information integration has also been designed by taking device limitations into account and uses multi-stream as integration strategy.
During the last years important improvements have been achieved by using acoustic noise reduction system, e.g. Wiener Filter and Spectral Subtraction. These kinds of techniques improve the results when noise is stationary but in a car environment there are many noises that are not at all stationary like accelerations, clicks, speech interferences. We wanted to compare the performance of lip reading and the conventional noise reduction systems in car environment, as well as the combination of both kinds of solutions. Important improvements are obtained especially for non-stationary background noises like car accelerations or indicators clicks. For this kind of noises lip reading outperforms the results obtained with conventional noise reduction technologies improving the WER by 29% relative for 5 dB SNR (obtained with the audiovisual CUAVE database). Further results with realistic automotive recordings will be presented to show the practicability of lip reading deployment.
Lobastov, S.
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Development of accelerometers with bending elements [DAGA 2002 (Bochum)]
A. Bazhenov, S. Lobastov, V. Yarovikov and I. Didenkulov
[A]
Resent investigations have revealed that one of the most promising approach in development of new acoustic nondestructive diagnostic methods for building constructions and for engineering seismic survey is a combination of approaches based, on the one hand, on principles of nonlinear acoustics, and on the another hand - on principles of formation and spatial-time processing of high-coherent wave fields. This requires for experimental information on parameters of elastic waves. Piezo-accelerometers are the most widely used for measurements of elastic wave parameters. In this paper the basic requirements and principles of designing of high-sensitive piezo-accelerometers for acoustic diagnostics having bending bimorph elements and central cylindrical support are considered. Such a sensors have many advantages by their parameters over accelerometers using other forms of piezo-element deformation (compression - tension, shift), and this is discussed in the paper.
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High sensitive piezo-accelerometers [DAGA 2002 (Bochum)]
A. Bazhenov, S. Lobastov and V. Yarovikov
[A]
One of the most perspective tendencies of piezoelectric instrument industry, associated with the creating of very high sensitive sensors is based on the use of bimorph and multi-layer plates, which undergo deformations of bending, as a sensitive element. In the VNIIEF it was developed a series of sensors for different applications. The seismo-accelerometers of ''AP'' type and the three-component accelerometer sensor, are described in this paper. They allow one to measure very weak signals (down to 10-6 g) in a wide frequency range (from 0,2 Hz up to 2,5 kHz). Characteristics (sensitivity, dimensions, mass, etc.) of such sensors exceed essentially their analogues, which use other types of deformation of piezo-element, e.g. compression-tension or shift deformation. Due to the high metrological characteristics and reliability these seismo-accelerometers of AP type and the three-component sensor may find applications for multi-channel systems of vibration diagnostics of power-producing and oil and gas transport equipment, for engineering seismo-prospecting and in other areas of science and industry.
Lobsiger, E.
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SANCTE: Eine standardisierte Testumgebung zur Überprüfung von Fluglärmberechnungsprogrammen [DAGA 2006 (Braunschweig)]
W. Krebs, E. Lobsiger and M. Balmer
[A]
Die Ermittlung der Lärmbelastung durch Fluglärm erfolgt vorwiegend mit Hilfe entsprechender Berechnungsverfahren. Wegen den weitreichenden rechtlichen und wirtschaftlichen Folgen der darauf basierenden raumplanerischen Entscheide werden hohe Anforderungen an die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der hierzu verwendeten Berechnungsprogramme gestellt. Da sich die heute im Gebrauch befindenden Programme sowohl bezüglich der verwendeten Inputdaten wie auch bezüglich der Rechenmethoden und Datenformate stark unterscheiden, ist es sehr schwierig, die Gleichwertigkeit verschiedener Programme zu beurteilen. Um die Vergleichbarkeit unterschiedlicher Fluglärmberechnungsprogramme zu erleichtern hat das BUWAL die Entwicklung einer Testumgebung in Auftrag gegeben, mit deren Hilfe ein systematischer Vergleich verschiedener Verfahren erleichtert werden soll.
Mit Hilfe der Testumgebung 'Swiss Aircraft Noise Calculation Test Environment' (SANCTE) sollen unterschiedliche Verfahren und Programme zur Ermittlung von Fluglärmbelastungen in einer standardisierten Art überprüft und beurteilt werden können. Hierzu werden in mehreren Datensätzen alle für die Berechnung von Fluglärmbelastungen erforderlichen Informationen bereitgestellt, um eindeutige und vergleichbare Berechnungen durchzuführen. SANCTE soll für verschiedene Implementationen von Fluglärmberechnungsprogrammen anwendbar sein. Die Daten werden deshalb so definiert, dass sie mit vertretbarem informatischem Aufwand in die spezifischen Formate der zu testenden Programme umgewandelt werden können.
Neben der Bereitstellung von standardisierten Inputdaten werden in SANCTE auch Kennwerte zu den für eine eindeutige Berechnung massgebenden Randbedingungen vorgegeben. Zur Erleichterung der Vergleichbarkeit unterschiedlicher Berechnungen werden zudem Minimalanforderungen an die Ausgabeformate der Berechnungsresultate festgelegt.
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Standardisierte akustische Quellendaten für Fluglärmberechnungen (SAND) [DAGA 2007 (Stuttgart)]
W. Krebs, M. Balmer and E. Lobsiger
[A]
Die Ergebnisse von Fluglärmberechnungen, welche mit unterschiedlichen Programmen durchgeführt wurden, weichen oft markant voneinander ab. Den grössten Einfluss auf die resultierende Belastung haben dabei die den einzelnen Flugzeugtypen zugeordneten akustischen Quellendaten. Die von Berechnungsprogrammen verwendeten Quellendaten sind jedoch meistens programmspezifisch und können wegen den unterschiedlichen Datenstrukturen nicht ohne Weiteres miteinander verglichen oder gar von anderen Programmen verwendet werden. Um sicher zu stellen, dass Fluglärmberechnungen, welche mit unterschiedlichen Rechenverfahren durchgeführt werden, gleichwertige Ergebnisse liefern, hat das Bundesamt für Umwelt BAFU die Entwicklung eines zentralen, nicht programmspezifischen Datensatzes in Auftrag gegeben (Siehe Beitrag von M.Balmer et al., SAND: Empfehlung Fluglärmberechnungsverfahren).
Mit dem neu entwickelten Quellendatensatz SAND (Swiss Aircraft Noise Database) werden die für Fluglärmberechnungen relevanten akustischen Kennzahlen in einer allgemeinen, maschinenlesbaren Form bereitgestellt. Der Datensatz wurde unabhängig von real existierenden Berechnungsprogrammen entwickelt und enthält alle für eine Fluglärmberechnung erforderlichen akustischen Kennzahlen. In der bereitgestellten Form können die Daten nicht direkt mit real existierenden Rechenverfahren verwendet werden. Vielmehr sollen mit Hilfe der vorgegebenen Kennzahlen die in einzelnen Programmen eingesetzten Quellenmodelle derart modifiziert und kalibriert werden, dass mit den zum jeweiligen Rechenverfahren gehörenden Datensätzen die vorgegebenen Kennzahlen möglichst genau wiedergegeben werden. Die Struktur und Darstellungsform der Quellendaten werden vorgestellt und es werden einzelne Beispiele präsentiert.
Löbe, L.-P.
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Die gemeinsamen Beiträge von Johannes Kessel und Ernst Mach zur Entwicklung der Hörakustik [DAGA 2008 (Dresden)]
R. Hoffmann and L.-P. Löbe
[A]
In einem früheren DAGA-Beitrag wurde bereits auf die Bedeutung des Otologen Johannes Kessel (1839 - 1907) für die Entwicklung der audiologischen Akustik hingewiesen. Kessel, der ab 1886 als Professor in Jena wirkte und 1890 die dortige Universitäts-Ohrenklinik gründete, wird in der Medizin als Vater der funktionellen Mittelohrchirurgie gewürdigt. Bei genauerer Betrachtung der Entwicklung Kessels fällt eine Periode der offenbar fruchtbaren Zusammenarbeit mit dem bedeutenden Physiker Ernst Mach in Prag in den 1870er Jahren auf, über die jedoch außer einer Anzahl gemeinsamer Publikationen nur wenige Details bekannt sind. Als Vorstufe zu einer umfassenden Würdigung des Werkes von Johannes Kessel dokumentiert der vorliegende Beitrag die Bemühungen der Autoren, trotz der wenig ergiebigen Quellenlage möglichst viele Einzelheiten über das Zusammenwirken von Kessel und Mach zusammenzutragen.
Löbert, J.
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Berliner Fall-Kontroll-Studie Lärm und Herzinfarkt: Zusammenhänge zwischen Schalldruckpegel, Lautheitsurteil, Lärmempfindlichkeit, Hörfähigkeit und Lärmbelästigung – erste Ergebnisse [DAGA 2000 (Oldenburg)]
M. Schust, C. Nakladal and J. Löbert
[A]
Im Rahmen einer Fall-Kontroll-Studie soll unter anderem die Stellung des Arbeitslärms im Bedingungsgefüge der Risikofaktoren für die Entstehung eines Herzinfarktes ermittelt werden. Die hier zunächst vorgestellten methodischen Untersuchungen beruhen auf den im Interview erfaßten Daten von 664 Arbeitsplätzen. Aus den Angaben zur Tätigkeit, zu verwendeten Maschinen, zum Auftreten von Impulsschall, zum Stimmaufwand bei der Kommunikation und zur Dauer der Arbeitsschicht wurden die jeweiligen äquivalenten Dauerschallpegel und Beurteilungspegel nach zwei verschiedenen Methoden bestimmt, und zwar aus dem Stimmaufwand nach ISO 9921/1 (LeqTsubj bzw. Lrdsubj) und aus den Tätigkeits- und Maschinenangaben nach Katalogwerten (LeqTobj bzw. Lrdobj). Außerdem wurden die Lautheit, die Lärmbelästigung und die Lärmempfindlichkeit erfragt und das Hörvermögen überprüft. Die durchgeführten Korrelationsanalysen weisen auf folgende Zusammenhänge hin: Die Lautheitsurteile lassen nur in einem Pegelbereich von Lrdobj oberhalb 55 dB und unterhalb 85 dB eine Assoziation mit den aus Katalogwerten bestimmten Schalldruckpegeln erkennen. In den Beurteilungspegelbereichen bis 55 dB und ab 85 dB wird das Lautheitsurteil vermutlich stärker von anderen Komponenten, wie z.B. die Störung der Tätigkeit, mit beeinflußt. Der aus dem Stimmaufwand bestimmte Pegel hängt in erster Linie vom Lautheitsurteil ab. Eine Assoziation zwischen der Belästigung durch Geräusche von außen und LeqTsubj / Lrdsubj bzw. dem Lautheitsurteil besteht erwartungsgemäß nur für den Beurteilungspegelbereich bis einschließlich 55 dB. Hier wirken auch die nicht selbst verursachten Arbeitsgeräusche am stärksten belästigend. In höheren Pegelbereichen spielen die Außengeräusche keine Rolle mehr, die selbst verursachten Geräusche treten mit steigendem Pegel als belästigende Komponente in den Vordergrund. Es werden weitere Zusammenhänge zwischen der Lärmempfindlichkeit, dem Hörvermögen, dem Lautheitsurteil und der Lärmbelästigung diskutiert.
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Lärm am Arbeitsplatz und das Risiko eines Herzinfarktes – erste Ergebnisse der NaRoMI-Studie [DAGA 2002 (Bochum)]
M. Schust, M. Stallmann, T. Keil, H. Stark, E. Dietz, J. Löbert, C. Nakladal, K. Wegscheider, W. Babisch and S. Willich
[A]
Im Rahmen der Fall-Kontroll-Studie ''Noise and Risk of Myocardial Infarction - NaRoMI'' wird u.a. der Zusammenhang zwischen der Schallexposition am Arbeitsplatz und dem Risiko für die Entstehung eines Herzinfarktes untersucht. In den Jahren 1998-2001 rekrutierte man an 32 Berliner Krankenhäusern 4115 Patienten (1061 Frauen, MW 57,7 Jahre, SD 8,7 Jahre und 3054 Männer, MW 56,1 Jahre SD 8,5 Jahre), wobei die Fälle (akuter Myokardinfarkt) und die Kontrollen (Unfall/Operation) nach Alter, Geschlecht und Krankenhaus gematcht wurden (Männer 1:1, Frauen 1:2). Die Schalldruckpegel am Arbeitsplatz wurden retrospektiv für 10 Jahre nach zwei Methoden bestimmt - anhand von Interview-Angaben zur Tätigkeit aus Katalogwerten und nach ISO 9921/1 aus dem erfragten Stimmaufwand bei der Kommunikation. Aus den Beurteilungspegeln berechnete man die 10-Jahres-Mittelungs- und -Summenpegel. Bekannte Risikofaktoren für Herzinfarkt und sozio-demographische Größen wurden ebenfalls per Interview erfasst. Die Odds Ratios und 95% Konfidenz-Intervalle wurden mittels multipler logistischer Regressionsmodelle berechnet und nach möglichen Konfoundern adjustiert. 75,9% der Frauen und 90,9% der Männer waren innerhalb der letzten 10 Jahre die gesamte Zeit oder für kürzere Perioden beschäftigt. Für diese Personen lagen die 10-Jahres-Pegel vor. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass die aus dem Stimmaufwand nach ISO 9921/1 berechneten 10-Jahres-Mittelungs- und -Summenpegel für Männer mit einem erhöhten Herzinfarktrisiko verbunden sind (Odds Ratios 1,48 und 1,47, p-Werte 0,013 und 0,017 bei Erhöhung der Pegel von = 55 dB auf 70-85 dB, adjustiert nach Herzinfarkt bei Eltern/Geschwistern, Diabetes, Hypertonie und Rauchen). Weitere Analysen unter Einbeziehung der erhobenen Daten zur Belästigung durch Lärm am Arbeitsplatz und in der Wohnung werden noch durchgeführt und könnten zur Aufklärung der zugrundeliegenden Mechanismen beitragen.
Loeppert, P.
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Silicon Microphone for High Volume Consumer Electronic Applications [DAGA 2005 (München)]
P. Loeppert and B. Zinserling
[A]
More than a billion microphones will be used this year in consumer electronic devices such as cell phones, PDA's, MP3 players and digital cameras. Because standard Electret Condenser Microphones (ECMs) are temperature sensitive, these microphones are either hand placed or inserted with specialized equipment into the applications. MEMS based silicon microphones are tolerant of the high temperatures used in a lead-free solder process and hence are ideal for surface mounting with standard pick and place equipment. The challenge has been to develop a stable, low cost MEMS microphone. This paper will present the design of the Knowles SiSonic microphone utilizing a separate MEMS and CMOS which has yielded a higher flexibility and lower cost than proposed integrated solutions. The MEMS die size is driven by scaling issues and performance requirements. The CMOS die contains charge pump for the back plate and a scalable amplifier with low output impedance. The microphone packaging in Surface Mount Technology has been developed to facilitate batch fabrication and high speed automated testing.
Lörcher, F.
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The Space-Time Expansion Discontinuous Galerkin Method [DAGA 2007 (Stuttgart)]
G. Gassner and F. Lörcher
[A]
In this paper the recently developed space-time expansion
discontinuous Galerkin (STE-DG) approach for the two dimensional
unsteady compressible Navier-Stokes equations is presented. The base
of the scheme is a new weak formulation of the Navier-Stokes
equations, where special care of the second order terms is taken.
The spatial polynomial of the DG approach is expanded in time using
the so called Cauchy-Kowalewskaya (CK) procedure. With a polynomial
of order N in space the CK procedure generates an approximation of
order N in time as well yielding a scheme of order N+1 in space
and time. The locality and the space-time nature of the presented
method gives the interesting feature that the time steps may be
different in each grid cell. Hence, we drop the common global time
steps and propose for a time-accurate solution that any grid cell
runs with its own time step determined by the local stability
restriction. In spite of the local time steps the scheme is
conservative, fully explicit, and as in the DG approach the
polynomial order could be chosen arbitrarily, the scheme is
theoretically of arbitrary order of accuracy in space and time for
transient calculations.
Löschke, H.
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Zur Differenzierbarkeit von Musikinstrumenten [DAGA 2006 (Braunschweig)]
H. Löschke
[A]
In Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Dresden wurden am Institut für Musikinstrumentenbau Zwota psychoakustische Merkmale auf ihre Eignung untersucht, Musikinstrumente anhand von gespielten Solomusikstücken zu unterscheiden. Ziel war es ein System zu entwerfen, welches aussagekräftige Merkmalssätze aus digital aufgezeichneten Anspielen extrahieren kann. Dazu wurden bekannte psychoakustische Merkmale, wie die Lautheit und die Schärfe, verwendet, sowie weitere, wie das Volumen, abgeleitet und spezifiziert. Zunächst konnten nur Gitarrenaufnahmen systematisch untersucht werden, weitere Instrumentengruppen sind jedoch in Vorbereitung.
Allein durch die spektralen Merkmale Lautheit, Volumen und Schärfe konnten Raum- und Spielereinfluss auf die Aufnahmen sehr gut identifiziert werden. Die Unterschiede zwischen einzelnen Instrumenten lagen in diesen Merkmalen deutlich unter den von Raum und Spieler verursachten Differenzen, eine generelle Unterscheidung ist trotzdem relativ sicher möglich. Der Vergleich mit speziell angelegten Hörversuchen muss nun zeigen, wie groß die tatsächlich wahrnehmbaren Unterschiede sind.
Bemerkenswert bleibt die Abhängigkeit der Merkmale von Raum und Spieler, die keineswegs linear zu sein scheint, denn Relationen der Instrumente untereinander bleiben, entgegen den Erwartungen, bei Veränderung dieser Parameter nicht zwangsläufig erhalten. Erneut wird bei Betrachtung dieser Merkmalsabhängigkeiten die Frage aufgeworfen, ob Beurteilungen von Instrumenten durch wiederholtes Anspielen und Anhören von Experten eine sichere Klassifikation von Instrumenten erlauben.
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Tonales Volumen und Offenheit zeitlich veränderlicher Schalle [DAGA 2007 (Stuttgart)]
H. Löschke
[A]
Die Beurteilung der Klangfarbe von Musikinstrumenten mit gängigen psychoakustischen Merkmalen stellt sich in der Praxis als zu wenig aussagekräftig heraus. Zwar sind Lautheit, Schärfe und Rauhigkeit häufig ausreichend um Anspiele zu unterscheiden, jedoch treten bei der verbalen Charakterisierung häufig weitere Attribute auf, für die keine marktüblichen Messmittel existieren.
Bereits V.BISMARCK stellte für stationäre Klänge neben dem Klanfarbenattribut Schärfe zwei weitere unabhängige Faktoren heraus, die mit den Attributen ''compact, boring, narrow, closed, dead'' bzw. ''full'' belegt sind. In der Literatur sind hierfür die Modelle ''Offenheit'' von VALENZUELA und ''tonales Volumen'' (STEVENS, THOMAS und CABRERA) zu finden.
Das Modell für die Offenheit zeigte sich bei der Beurteilung von Klavierklängen als wirksam. Für die Untersuchungen zum tonalen Volumen wurden bisher nur stationäre Signale verwendet. Die Anwendbarkeit der in der Literatur gefunden Modelle für tonales Volumen auf nicht stationäre Signale wird in diesem Beitrag untersucht. Dazu werden die Ergebnisse von Hörversuchen mit verschiedenen Instrumentenanspielen sowie einigen synthetischen Signalen den Modellrechnungen entgegengestellt.
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Berechnungsmodelle der akustischen Rauhigkeit [DAGA 2008 (Dresden)]
H. Löschke and S. Barré
[A]
Psychoakustische Rauhigkeit ist eine gut wahrnehmbare und verhältnismäßig leicht zu erklärende Empfindungsgröße. Es sind verschiedene Modelle zur Vorhersage dieser Empfindung bekannt und bereits in kommerziell erhältlichen Messgeräten implementiert, dennoch findet sie nur wenig Akzeptanz in der breiten Öffentlichkeit.
Der Beitrag diskutiert und vergleicht verschiedene Berechungsverfahren und zeigt dabei auftretende Probleme auf, die eine sichere Verwendung als Maß für die Schallbeurteilung erschweren. Besonderes Augenmerk wird auf die Verfahren gelegt, die eine Analyse der enthaltenen Hüllkurvenschwankung voraussetzen. Probleme entstehen hier bei der Ermittlung des Modulationsgrades, der in direktem Zusammenhang mit der empfundenen Rauhigkeit steht. Ein anderer Ansatz setzt die Erkennung enthaltener tonaler Komponenten voraus und untersucht deren Frequenzverhältnisse. Daraus lässt sich ein Maß für die Dissonanz und damit die akustische Rauhigkeit ermitteln. Hierbei ist vor allem die Bestimmung der tonalen Komponenten problematisch.
Ein bisher ungelöstes Problem ist die Berechnung der Rauhigkeit für zeitlich veränderliche Schalle und damit auch auf musikalische Klänge, hierzu werden Lösungsansätze vorgestellt.
Löwe, R.
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Die Raumakustik im historisch neu gestalteten Zuschauersaal des Stadttheaters Görlitz [DAGA 2003 (Aachen)]
R. Löwe and R. Neubauer
[A]
In dem historischen Musiktheater und jetzigen Stadttheater Görlitz, welches auch ''Kleine Semperoper'' genannt wird, sollte im Zuge umfangreicher Gesamtsanierungsmaßnahmen der Zuschauersaal vollständig erneuert werden. Nach Archivbildern und unter Aufsicht des Amtes für Denkmalschutz wurde der Zuschauerraum im neoklassizistischen Stil von 1873 wiedererrichte und am 7. September 2002 eröffnet. Die Zielsetzung der akustischen Planung war, die allgemein als gut bewertete Raumakustik durch den Umbau nicht zu verschlechtern. Der Schwerpunkt der raumakustischen Planung lag in der Optimierung der Schallverteilung in dem Saal und die Gewährleistung einer variablen Nutzung, das heißt sowohl für Sprachdarbietungen als auch für klassische und moderne Musikaufführungen. In diesem Beitrag werden die gemessenen Nachhallzeiten vor und nach der Sanierung wiedergegeben und gegenübergestellt. Ergänzend werden die nach dme Umbau ermittelten raumakustischen Parameter wie z.B. das Klarheitsmaß C80 und das Deutlichkeitsmaß C50 beschrieben.
Loewer, V.
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Interaction and dependencies of total sound power level, sound quality and noise pollution potential in typical multi purpose arenas
V. Loewer
[A]
Multi Purpose Arenas have become common during the last years. These facilities actually serve as multi purpose event locations for huge crowds from a several thousand to 50.000 and more spectators. The range of events ranks from soccer to indoor motocross, ice hockey, rock music, musicals and even opera events. Multi purpose arenas have been built as open stadiums, semi-open or closed spaces some of them using retractable roofs. The range of events require enormous flexibility of installed sound reinforcement systems and high quality, as well as high power output systems.
Sound system design goals are analysed and discussed using samples of existing multi purpose arenas.
Examples of typical sound pressure levels and sound quality parameters are presented.
It is shown that the total sound power level may not only be a fundamental parameter for noise pollution potential, but may as well be used being one of the basic criteria for evaluating and comparing sound system design quality for in- and outdoor applications.
Lohfink, A.
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Bewertung von gemessenen Ultraschallsignalen [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
E. Kühnicke, H.G. Trier, R.V. Hahn and A. Lohfink
[A]
Das von einem Ultraschallwandler ausgesendete Schallfeld kann mit Hilfe unterschiedlicher Meßverfahren charakterisiert werden. Bei der Prüfung medizinischer Ultraschallsysteme werden dazu u.a. Kugelreflektoren, Hydrophone, Ultraschallprüfköpfe und Thermosensoren verwendet. Entsprechend dem verwendeten Meßsystem erfolgt eine völlig unterschiedliche Bewertung der Parameter des ausgesendeten Schallfeldes. Basierend auf Simulationsrechnungen diskutiert der Beitrag die verschiedenen Meßverfahren, zeigt die Abhängigkeit der Meßergebnisse von der Empfängerart, von der Größe der Empfängerfläche und von dem detektierten Frequenzbereich. Wichtige Hinweise zum Aufbau der Meßanordnung werden abgeleitet. Meßergebnisse für die verschiedenen Verfahren werden vorgestellt.
Lohrmann, M.
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Scaling of Stability Limits by Use of Universal Flame Transfer Functions [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
M. Lohrmann, H. Büchner, N. Zarzalis and C. Bender
[A]
For the improvement of the efficiency of gas turbines a further increase of the pressure ratio becomes necessary and therefore, the preheating temperatures of the combustion air are increasing, too. Especially, highly turbulent swirl-stabilized flames, favoured for gas turbine applications, are often prone to self-sustained, periodic combustion instabilities. This increased tendency to the formation of flame/pressure oscillations is primarily caused by high volumetric reaction densities of premixed swirl flames and - consequently - reduced delay times and ''faster'' responses of the flame to disturbances of the mixture mass flow rate. Today, theoretical models for the quantitative prediction of flame dynamics of turbulent premixed flames in dependence on relevant operation parameters are still missing in literature. In particular, the impact of the turbulent burning velocity on the axial position of the main reaction zone and hence, on the delay time of the flame - required for the fulfilment of Rayleighìs phase criterion - can not be predicted quantitatively.
By theoretical considerations of the flame geometry of steady-state turbulent premixed flames a physical model was derived and validated with measurements of flame transfer functions under well-defined forced, pulsating conditions. Now, the model enables to predict the delay times of the flames and consequently, the entire phase angle function j(f) of the turbulent swirl flames in dependence on the relevant operation parameters (e.g. equivalence ratio, thermal load, preheating temperature or fuel type). Thus, it is now possible to scale and predict the stability limits for the formation of periodic combustion instabilities of lean-premixed combustors with swirl-stabilized flames.
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Methodenvergleich zur Ermittlung von Übertragungskoeffizienten: Linear/kraftbasiert und mittels Hauptkomponentenanalyse [DAGA 2008 (Dresden)]
M. Lohrmann and T. Hohenberger
[A]
Im Rahmen von Transferpfadanalysen (TPA) spielt die korrekte Ermittlung von Übertragungskoeffizienten eine elementare Rolle. Verschiedene Methoden konnten sich hierzu etablieren, die auf der Annahme eines linearen Übertragungsverhaltens basieren. Im Fall einer Körperschall-TPA fungieren Kräfte als wesentliche Betrachtungsgröße. Typischerweise werden die Kräfte nicht direkt gemessen sondern indirekt aus Betriebs-Beschleunigungen und Impedanz-Messungen ermittelt. Aus diesen Kräften werden die endgültigen Pfadbeiträge bestimmt.
Die Zusammenhänge zwischen simultan erfassten Messdaten lassen sich auch durch statistische Verfahren ermitteln. Somit stellt die Hauptkomponentenanalyse (engl. Principal Component Analysis, PCA) eine weitere Möglichkeit der Zerlegung in Beiträge von Einzelpfaden dar. Bei der Anwendung der Methode auf Betriebsmessungen ist auch die Lastabhängigkeit der Übertragungskoeffizienten berücksichtigt.
Loisy, P.
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A sound Perception Approach inside a mechanical Shovel Cabin [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
N. Hamzaoui, E. Parizet and P. Loisy
[A]
Acoustic studies usually consist in carrying out either an experimental diagnostic or vibro-acoustic computations allowing to understand the physical functioning of the noise source, and then in making modifications respecting a specification developed by specialists. The perceptive analysis part including the users of the product still remains a rather low one in these studies. Perceptive approaches can complete physical studies in a very useful way, allowing to reach a target expected by customers more quickly.
The subjective result can be linked to physics trying to correlate it with one or several indicators representing the processed signals. This correlation then allows to identify the physical parameters characterizing the studied noise annoyance, and thus to identify annoying frequencies and annoying sources, and increase the efficiency of the resolution of the formulated problem.
In this communication, the application of a global process of sound perception on an industrial object is presented with the will to reach the targeted physical objectives. This work is stemmed from a study carried out in the frame of a collaboration with the Volvo Compact Excavators company, a manufacturer of mechanical shovels. The objectives determined within this collaboration have been :
1. On a complete machine, the manufacturer wanted to have a predictive model of sound annoyance at his disposal and identify the elements of the machine contributing to annoyance so as to establish a hierarchical approach of noise reduction inside the cabin.
2. Definition of frequency bands said to be useful, intervening in sound perception and thus allowing to choose a physical modeling method adapted to the problem.
Long, G.
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Vergleich der Feinstruktur von Isophonen, Ruhehörschwelle und otoakustischen Emissionen [DAGA 2000 (Oldenburg)]
M. Mauermann, G. Long and B. Kollmeier
[A]
Inwieweit ist die Lautheitswahrnehmung durch die cochleäre Vorverarbeitung beeinflußt? Da otoakustische Emissionen (OAE) die einzige nichtinvasive Möglichkeit zur Untersuchung der Cochlea darstellen ist die oben gestellte Frage eng verwoben mit der Frage nach gemeinsamen Eigenschaften von OAE und Lautheitswahrnehmung. Der Zusammenhang zwischen den Eigenschaften von OAE und der Ruhehörschwelle wurde bereits in einer Reihe von Arbeiten untersucht (Überblick in Long,G., Hear Res. 1998;119(1-2):49-60.). Es gibt aber bisher nur wenig Daten die OAE mit dem Hören im überschwelligen Bereich vergleichen. OAE in gesunden Ohren zeigen zumeist eine ausgeprägte Feinstruktur. Es wurde untersucht inwieweit sich diese Feinstruktur in Isophonen widerspiegelt. Hierzu wurden Isophonen in einem Frequenzbereich von 1600 bis 2000 Hz mit einer Frequenzauflösung von 25 Hz gemessen. Die Messungen erfolgten für unterschiedliche Lautstärken bis zu 70 phon. Die so erhaltenen Isophonen wurden mit den Feinstrukturen von Ruhehörschwelle (12.5 Hz Frequenzauflösung), otoakustischen Verzerrungsprodukten (DPOAE) und simultan evozierten Emissionen (SFOAE) verglichen. Die gute Übereinstimmung der Feinstrukturmuster insbesondere von SFOAE, Ruhehörschwelle und Isophonen zeigt, daß die Wahrnehmungsgröße Lautheit deutlich geprägt ist durch Eigenschaften der cochleären Vorverarbeitung.
Lopez, I.
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The Bouncing of Balls: Influences of Spectral and Temporal Variations on Perception [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
C. Stoelinga, H. Peeters and I. Lopez
[A]
This contribution is concerned with physical modeling for the design of
perception tests of non-speech sounds. The restitution coefficient of a
ball bouncing on a plate can be calculated from Hertz' contact theory,
Newton's second law and the response of the plate. We adapted this method
by calculating the plate response from the point impedance of the plate.
We calculated the restitution coefficient both in the middle of the plate
and at the edges, where the restitution coefficient is three times lower.
Measurements showed good resemblance between predicted and measured
restitution coefficients in the middle and near the edges. Using the same
theory we calculated the spectral content of the sound produced by each
individual bounce. We believe that the restitution coefficient and the
spectral content are the two most important cues for the listener to
detect the size of the bouncing ball. Therefore, we recorded the sounds
of three bouncing balls of different sizes. Since the restitution
coefficient is directly related to the temporal distances between
successive bouncing events, we realized seven different values of the
restitution coefficient by changing the length of the silent gaps between
the individual bounces. In a perception experiment we asked listeners to
determine the most natural sound, and we asked for the largest ball. Two
groups of test persons could be distinguised: when asked for the most
natural sound the first group chose the sounds with the lowest
restitution coefficient while the other group recognized the original
unaltered sounds.
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The effect of acoustical feedback on buzzing. From lips to vocal folds ? [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
A. Van Hirtum, I. Lopez, M.H. Schellekens, X. Pelorson, N. Driessen and A. Hirschberg
[A]
Buzzing of lips or vocal folds is controlled by lip tension, initial opening, lung static pressure and acoustical response of the vocal tract.
The static response of the lips to the lung pressure provides an indication for the lip stiffness. The dynamic response to acoustic forcing (with and without flow) provides information about the resonance modes of the lips: frequencies and quality factor. The order of magnitude of the effective mass in a lumped parameter model can furthermore be estimated from fluid dynamics considerations.
Experiments show that the critical blowing pressure for the onset of buzzing is strongly dependent on the acoustical loading of the system. This critical blowing pressure shows a minimum when the lip tension is adjusted to close the glottis at zero lung pressure. The results of these experiments indicate that our lips do not perform as expected for vocal folds, which are much less sensitive to acoustical loading. The mechanical boundary conditions of the lips may play a crucial role in explaining this difference.
The experimental results are compared with a single mass model analogous to the model of Cullen en the two-mass model of Lous et al. (1998). A linear stability analysis is used to predict the onset of oscillation, while a non-linear model provides a prediction of the established buzzing behaviour.
Lorang, X.
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T.G.V. disk brake squeal : a dynamic instability ? [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
X. Lorang, Q.S. Nguyen, F. Foy and P.-E. Gautier
[A]
Disc brakes squeal noise of railway rolling stocks is a source of discomfort for both passengers on trains and customers in stations. New research studies are necessary to understand this phenomenon. Various investigations show that squeal is a self excited vibration of the brake and that the emitted noise ranges from frequencies of 5000 to 20000 Hz. It has also been shown that no thermal coupling needs to be considered and that the phenomenon is highly increased when the train comes to a stop.
In this paper, recent results based on a numerical model of the T.G.V. brake are presented and compared with running tests data. The numerical study takes into account the Coulomb Friction Law with a constant friction coefficient which is sufficient to describe the vibrations of the brake. The chosen method based on a modal approach allows to highlight flutter instability of the steady sliding solution of pads on the disc. It is shown that unstable modes are responsible for the evolution of the dynamic solution: from a sliding solution to a more complex solution. Indeed, non-linear vibrations which propagate as waves and are characterised by a stick-slip-separation cycle on the contact zone, seem to be responsible for the emitted noise.
Lorenz, A.
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Klangalltag - Alltagsklang [DAGA 2000 (Oldenburg)]
A. Lorenz and B.W. Hohmann
[A]
Die akustische Umwelt hat sich im Zuge neuer technologischer Entwicklungen drastisch verändert. Industrialisierung und Urbanisierung haben zu einer Zunahme an Verkehrs- und Industrielärm geführt. Naturklänge gehören immer weniger zur unmittelbaren Erfahrungswelt der Menschen. Die Klangökologie hat zum Ziel, die Menschen zu bewusstem Hören zu bewegen, um so eine kultivierte und humane Lautsphäre wiederherzustellen. ''Klangalltag - Alltagsklang'' richtet seinen Fokus auf einen bisher vernachlässigten Aspekt unseres Alltags: Im Mittelpunkt stehen die Wahrnehmungen, Beurteilungen und Bedürfnisse der Schweizer Bevölkerung gegenüber der akustischen Umwelt. Das Projekt wählt dazu eine für die Klangforschung neue Erhebungsmethode: Es wurden 1003 Schweizerinnen und Schweizer telefonisch befragt. Die Stichprobe stellt ein bezüglich Alter, Geschlecht, Region und Ortsgrösse verkleinertes Bild der Schweizer Verhältnisse dar. Die Ergebnisse sind statistisch genügend abgesichert und wiedergeben eine repräsentative Momentaufnahme des Schweizer Klangalltags. Im Mittelpunkt des Referates stehen die allgemeinen Umweltgeräusche. Untersucht werden die Geräuschpräferenzen der Bevölkerung, die Klangqualitäten Schweizer Wohnquartiere, das Verständnis von Ruhe sowie die Einstellungen gegenüber der natürlichen Klangumwelt und der erwähnten Negativentwicklungen. Die hohe Zahl an Befragten erlaubte mittels einer Clusteranalyse die Erstellung einer Typologie bezüglich der Einstellungen zur natürlichen Klangumwelt. Die vier dabei gefundenen Typen ''Bewusste'', ''Romantiker'', ''Sehnsüchtige'' und ''Indifferente'' werden unter Berücksichtigung sozio-demographischer Merkmale herausgearbeitet.
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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.
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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.
Lorenz, K.-H.
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Simulation des Publikums durch spezielle Polyester-Textilien bei der raumakustischen Messung von Konzertsälen in der Praxis [DAGA 2003 (Aachen)]
K.-H. Lorenz and F. Breuer
[A]
In diesem Vortrag wird der praktische Einsatz und die Eignung spezieller Polyester-Textilien als Publikumssimulation bei raumakustischen Messungen von Konzertsälen behandelt. Bei der Messung objektiver Parameter in Konzertsälen für deren primären Einsatzzweck als Auditorium, ist das grösste praktische Hindernis, dass der Saal meist nicht im besetzten Zustand gemessen werden kann. Jedoch gerade die Messwerte des gänzlich besetzten Raumes sind für die akustischen Eigenschaften des Auditoriums kennzeichnend und daher von besonderem Interesse. Anstatt aus den Messwerten des unbesetzten Saales die des besetzten zu extrapolieren, kann spezielles Absorptionsmaterial verwendet werden, um die Eigenschaften einer Besetzung mit Publikum zu simulieren. Um dies unter Praxisbedingungen zu testen, wurden in vier Räumen unterschiedlicher Grösse (Hallraum, kleiner Konzertsaal, grosser Hörsaal, grosser Konzertsaal) und Besetzung Messungen durchgeführt, und zwar im leeren Zustand, teilbesetzt mit Publikum und mit der zuvor besetzten Fläche mit Absorptionsstoff belegt. Gemessen wurden Nachhallzeiten und Impulsantworten an diversen vergleichbaren Positionen. Die Ergebnisse dieser Messungen werden hier vorgestellt wie auch der praktische Einsatz, die Eigenschaften und die Eignung des Absorptionsmateriales aus Polyester, das hier als Publikumssimulation dient.
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Amsterdam Music Hall - Design of and validation measurements in a great pop music hall [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
K.-H. Lorenz, R. Metkemeijer and Y. Dekeyrel
[A]
''Heineken Music Hall - Design of and validation measurements in a great pop music hall''
Abstract
This lecture deals with an extraordinary hall: the Heineken Music Hall in Amsterdam.
This hall was designed for the main purpose of high-quality pop concerts for an audience of up to 5500 persons and its acoustic properties have become widely admired since its opening.
Because most of the events planned in the hall make use of PA systems, a low reverberation level and low reverberation time in all frequencies, even the lowest, was required as well as sufficient diffusion. The design used a certain philosophy: to create an acoustic environment close to free field conditions.
This requires extreme measures to control the absorption, diffusion and reverberation properties especially at low frequencies. Thus special absorption and diffusion elements for the walls and the ceiling had to be designed.
Measurements of the designed absorber construction were performed during the construction of the hall. After its completion impulse response and reverberation measurements were taken in the hall to evaluate the acoustic properties. It proves that the desi
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Objektive Erforschung der Podiumsakustik Europäischer Konzertsäle [DAGA 2005 (München)]
K.-H. Lorenz, R. Metkemeijer and S. Mercier
[A]
In diesem Vortrag werden objektive Messungen in diversen Europäischen Konzertsälen zur Erforschung ihrer Podiumsakustik behandelt.
Im Rahmen einer laufenden Dissertation zum Thema 'Sprachverständlichkeit und Hörsamkeit in europäischen Konzertsälen' konnten akustische Messungen auf den Podien zahlreicher europäischer Konzertsäle vorgenommen werden.
Darunter befinden sich u.a. Wiener Musikvereinssaal, Gewandhaus Leipzig, Stadtcasino Basel, Tonhalle Zürich, Concertgebouw Amsterdam, Royal Albert und Royal Festival Hall London.
In den Sälen wurden Impulsantworten mittels eines Maximalfolgenmesssystems an äquivalenten Quell- und Mikrophonorten auf den Podien gemessen.
Mit einem Auswertungsprogramm wurden die akustischen Parameter EDT, T30, TCenter, Cl80, D50, ST1, ST2, EEB sowie ALcons dieser Podiumsimpulsantworten berechnet und sollen hier präsentiert und verglichen werden.
Es soll versucht werden, zu klären, warum z.B. das Concertgebouw Amsterdam in dem Ruf steht, eine für die Musiker schwierige Podiumsakustik zu besitzen, wohingegen die Royal Festival Hall für den guten Kontakt der Ausführenden zueinander bekannt ist.
Lorenz-Kierakiewitz, K.-H.
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Vom Klopfgeist zu einer hervorragenden Akustik (1)- Die neue Tonhalle Düsseldorf: Kreatives Raumakustik-Design einer Konzertsaal-Totalsanierung [DAGA 2006 (Braunschweig)]
M. Vercammen, K.-H. Lorenz-Kierakiewitz and S. Mercier
[A]
Wegen einer Brandschutzsanierung wurde die Tonhalle Düsseldorf renoviert - eine eine ideale Gelegenheit, die lange bekannten Probleme der Akustik zu lösen. Das wichtigste Problem war der berüchtigte Klopfgeist - ein starkes Echo, verursacht durch die Kuppelform des Saales. Gerade diese Form macht den Saalcharakter so außerordentlich anziehend. Die Frage war, wie das Echoproblem die Architektur respektierend zu lösen sei. Wir schlugen einen kreativen Ansatz vor, der auf die frühere Nutzung der Tonhalle als Planetarium zurückgreift:
Die Lösungsidee bestand aus einer visuell geschlossenen, akustisch jedoch transparenten Innenkuppel, hinter der Schallumlenkkörper verhindern, dass der Schall sich wie in Brennpunkt eines Hohlspiegels im Parkett sammelt. So erreicht der Schall gleichmäßig im Raum verteilt das Publikum - das Echo wird vermindert und der Klang verbessert.
Es wurden umfangreiche Untersuchungen an einem akustischen Maßstabsmodell durchgeführt, um die richtige Form der Umlenkkörper zu bestimmen (siehe auch Vortrag ''Die akustische Quadratur des Kreises''). Verbesserungen der Akustik auf dem Podium wurden realisiert, und die erneuerte Bestuhlung akustisch optimiert, so dass sich gemeinsam mit der Volumenvergrößerung eine längere Nachhallzeit ergibt. Der akustische Entwurf wurde gemeinsam mit den Architekten von HPP und anderen beteiligten Fachplanern umgesetzt, wobei die ebenfalls erneuerten technischen Einrichtungen in eine sehr komplexe Geometrie integriert werden mussten.
Das Ergebnis ist nicht eine architektonische Bereicherung und Erneuerung , sondern auch in akustischer Hinsicht besonders gut gelungen: Neben der Austreibung des Klopfgeistes gelang die Realisation einer merklichen Verbesserung der Akustik, durch die die Tonhalle Düsseldorf sich mit anderen Konzertsälen mit hervorragender Akustik messen kann.
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Vom Klopfgeist zu einer hervorragenden Akustik (2)- Die neue Tonhalle Düsseldorf: Die akustische Quadratur des Kreises [DAGA 2006 (Braunschweig)]
K.-H. Lorenz-Kierakiewitz, M. Vercammen and S. Mercier
[A]
Im Rahmen der Totalsanierung der Tonhalle Düsseldorf ergab sich eine ideale Gelegenheit, zu versuchen, die lange bekannten Probleme der Akustik des großen Saales zu lösen. Da es sich um einen Kuppelsaal handelt, war das wichtigste, wenngleich nicht einzige Problem der berüchtigte Klopfgeist - ein starkes Kollektivecho von allen Teilen der beinahe Halbkugelförmigen Kuppel.
Der kreative Ansatz zur Lösung des Echoproblems beestand aus einer visuell geschlossenen, akustisch jedoch transparenten Innenkuppel, hinter der Schallumlenkkörper angebracht sind, die brechen und verhindern sollen, dass der Schall wie in Brennpunkt eines Hohlspiegels im Parkett gesammelt wird, sondern oberhalb des Publikums ein 2-dimensionales Horizontalfeld bildet. Hierzu wurden umfangreiche Untersuchungen (insgesamt 182 Varianten von 3 Basisgeometrien!) an einem akustischen Maßstabsmodell der Tonhalle im Maßstab 1:12 durchgeführt, um die richtige - das Echo am stärksten vermindernde - Form der Umlenkkörper zu bestimmen. Hierbei mussten auch die vielen, ebenfalls erneuerten technischen Einrichtungen und Installation in eine sehr komplexe Geometrie integriert werden.
Gleichzeitig war es notwendig, messtechnisch ein geeignetes visuell geschlossenes Wandmaterial für die Innenkuppel zu bestimmen, welches über eine ausreichende akustische Transparenz verfügt.
Neben der Austreibung des Klopfgeistes gelang so die Realisation einer merklichen Erhöhung der Nachhhallzeit, Verbesserung der allgemeinen und der Podiums-Akustik im besonderen, was hier messtechnisch gezeigt werden soll.
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Objektive und subjektive Erforschung der Hörsamkeit europäischer Konzertsäle: Ergebnisse [DAGA 2007 (Stuttgart)]
K.-H. Lorenz-Kierakiewitz
[A]
Im Rahmen einer Dissertation zum Thema ''Sprachverständlichkeit und Hörsamkeit in europäischen Konzertsälen'' konnten 2000-2006 in 26 europäischen Konzertsälen vergleichende Messungen mit identischem Equipment durchgeführt werden (darunter Wiener Musikvereinssaal, Concertgebouw Amsterdam, Tonhalle Zürich, Gewandhaus Leipzig, Stadtcasino Basel, Dvorák Hall im Rudolfinum Prag, Royal Albert und Royal Festival Hall London). In den Sälen wurden an äquivalenten Quell- und Mikrophonorten mit einem Maximalfolgenmesssystem binaurale Impulsantworten gemessen.
Mit einem speziell dafür geschriebenen Auswertungsprogramm wurden aus diesen binauralen Impulsanworten die akustischen Parameter EDT, T30, Tcenter, C80, D50 und ALcons berechnet und sollen hier verglichen werden. Mit Auralisationen dieser binauralen Impulsantworten und einem Stimulus aus nachhallfrei aufgenommener Musik wurden subjektive Vergleichshörtests durchgeführt: In Zusammenarbeit mit einer Zeitschrift wurde ein erster, auf 4 Säle konzentrierter Hörtest einem größeren Publikum vorgestellt. Die Ergebnisse der Auswertung dieses Hörtests sollen hier präsentiert werden und legen nahe, dass es mitnichten eine ideale oder optimale Hörsamkeit gibt - vielmehr scheinen mehrere Hörergruppen (und somit Geschmacksrichtungen) zu existieren. Daraufhin wurde ein weiterer Hörtest konzipiert, in welchem andere nachhallfrei aufgenommene Musik verwendet und ein weiterer Saal hinzugenommen wird. Basierend auf der Auswertung der Tests sollen die Urteile über die Hörsamkeit mit den gemessenen Parametern korreliert und die Ergebnisse interpretiert werden.
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Vergleich von Maßstabsmodell- und Computersimulationsmethode mit einem realen Konzertsaal bezüglich der akustischen Parameter C80 und D50 [DAGA 2007 (Stuttgart)]
M. Heine, K.-H. Lorenz-Kierakiewitz and M. Vercammen
[A]
Bei größeren Neu- oder Umbauten von Konzertsälen sollten Untersuchungen der Akustik an Maßstabsmodellen heute ganz selbstverständlich zu jeder Planung gehören. Seitdem die Rechenleistung von Computern dafür ausreicht, werden stattdessen zunehmend Computersimulationen eingesetzt, obwohl hierbei konkave Geometrien durch polygonal modellierte ersetzt werden müssen. Eine korrekte Simulation der für den Höreindruck wichtigen, nicht mehr mit der geometrischen Akustik erfassbaren tieffrequenten Schallfelder ist somit zumindest fraglich.
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Simulation von Auditorien mit CATT: Fallstudien und Erfahrungen
K.-H. Lorenz-Kierakiewitz, M. Vercammen and P. Mees
[A]
Die Simulation akustischer Schallfelder von Auditorien durch Computerprogramme wird als Planungs- und Vorhersagewerkzeug der raumakustischen Beratung mittlerweile häufig eingesetzt. In diesem Vortrag werden eine Reihe aktueller Fallstudien aus der Praxis vorgestellt, welche u.a. mithilfe von CATT-Simulationsmodellen beraten wurden, darunter z. B. großer und kleiner Saal der Tonhalle Düsseldorf und das flämische Parlament. In den betreffenden Auditorien wurden akustische Messungen, darunter auch Impulsantwortmessungen durchgeführt und für diese Messpfade in den Simulationsmodellen Impulsantworten berechnet. Die Ergebnisse der Computersimulationen sollen hier mit den Resultaten der Messungen in den realen Sälen verglichen werden.
Anhand des Beispiels CATT sollen aus der Praxis der Modellierung und Simulation sowie aus der Qualität der Übereinstimmung der Simulationsmodelle mit den messtechnischen Realitäten Schlussfolgerungen gezogen werden, welche Einsatzgebiete und Grenzen das Prognosewerkzeug Computersimulation bei der Simulation von Auditorien besitzen kann.
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Podienakustik und Sprachverständlichkeit in Konzertsälen [DAGA 2008 (Dresden)]
K.-H. Lorenz-Kierakiewitz and M. Vercammen
[A]
Die akustischen Bedingungen auf den Podien von Konzertsälen sind entscheidend dafür, ob Musiker (Solisten wie auch Ensemblemitglieder) dort geeignete Arbeitsbedingungen vorfinden. Auf der DAGA 2005 wurden neuere Forschungen vorgestellt, bei welchen im Rahmen einer laufenden Dissertation zum Thema ''Sprachverständlichkeit und Hörsamkeit in europäischen Konzertsälen'' Impulsantwortmessungen an äquivalenten Positionen auf den Podien von über 30 europäischen Konzertsälen vorgenommen werden konnten. Die aus zwei jeweils analog gewählten Messpfaden resultierenden akustischen Parameter wurden mit globalen Urteilen der dort regelmäßig spielenden Orchester korreliert, wobei sich als mit einer als gut beurteilten Qualität sehr gut korrelierter Parameter der Articulation Loss of Consonants (ALcons) herausstellte. Diese Tendenz legte nahe, dass die Aspekte einer guten Podienakustik, welche beschreiben, wie gut die Musiker sich selbst und die anderen Ensemblemitglieder bzw. -gruppen hören können, in einem engem Zusammenhang stehen könnte mit einer guten Sprachverständlichkeit dort, repräsentiert durch geringe ALcons-Werte. Diese These wurde nun anhand der Auswertung der übrigen Messpfade in allen gemessenen Sälen und die Korrelation von Einzelbefragungen mit Platz-für-Platz Messungen auf den Podien zweier der Konzertsäle ergänzend geprüft. Die Ergebnisse der Auswertung sollen hier präsentiert werden und zeigen, inwieweit von Musikern als gut beurteilte Podienakustiken mit guten Werten für Sprachverständlichkeitsindikatoren korrelieren.
Lorenzen, A.
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Road traffic noise reduction at the source – an overview [DAGA 2008 (Dresden)]
A. Lorenzen
[A]
Essential part of various research projects, e.g. DEUFRAKO, LEISTRA2, and other research activities is to find and develop measures to reduce road traffic noise. The most efficient and sustainable way is to reduce the noise at the source, which means to understand the noise generating processes at the interaction of vehicle tires and road surfaces. An overview is given about these activities, e.g. numerical codes were developed that by now enable tire engineer to understand the complex tire noise generating mechanisms much better, new road surfaces have been developed or their sound absorbing abilities were improved.
Lorenzi, C.
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Perception of the envelope beat rate of inharmonic, complex temporal envelopes
C. Füllgrabe and C. Lorenzi
[A]
Listeners can detect slow, sinusoidal variations in the depth of sinusoidally amplitude-modulated (SAM) stimuli. Here, the SAM stimulus of rate fm acts as a carrier (or '1st-order') SAM, and the slow variation in depth of rate fm' - referred to as '2nd-order' SAM - corresponds to a beat in the temporal envelope (Lorenzi et al., 2001). Recent studies have suggested that 2nd-order SAM detection is mediated by the detection of a modulation distortion product at fm'. This suggestion was tested by transposing to the temporal-envelope domain the paradigm used by Schouten et al. (1962) to study the perceived pitch of inharmonic SAM tones. In the present study, listeners were asked to estimate the 2nd-order rate evoked by a 2nd-order SAM white noise using an adjustment procedure. The 2nd-order rate fm' was fixed at 5 Hz. The 1st-order rate fm corresponded to 15, 20, 35, or 60 Hz (i.e. the 3rd, 4th, 7th, or 12th harmonic of fm'), or was shifted in frequency by df (ranging from -/+ 25-100 % of fm') relative to these frequencies, making the complex envelope inharmonic. The data indicate that the perceived 2nd-order rate is mainly shifted at the lowest 1st-order rates, contradicting the notion that listeners use only a distortion product when perceiving 2nd-order SAM rate. However, the observed shifts were smaller than what would be predicted if the perceived 2nd-order rate were entirely based on the 1st-order envelope periodicity. The results are discussed in light of the model developed by Ewert et al. (2002).
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Short-term memory for temporal envelopes
C. Moroni, L. Demany and C. Lorenzi
[A]
Short-term memory for the modulation frequency and intensity of sinusoidally amplitude-modulated (SAM) white noises was investigated in forced-choice discrimination experiments conducted with 4 listeners. The two stimuli presented on each trial lasted about 1.25 s and were separated by a variable delay D. Modulation frequency discrimination was assessed for an average frequency value of 8 Hz, with a fixed modulation depth of either 12 % or 100 %. Intensity discrimination was assessed for an average level of 75 dB SPL, using a modulation frequency of 8 Hz and a 100-% depth. In each case, a roving procedure was employed in order to minimize the influence of context coding. Initially, frequency and intensity discrimination thresholds [P(C)=0.75] were measured while D was fixed at 0.25 s. The corresponding physical differences (in % or dB) were then constantly presented at 6 values of D: 0.25, 0.5, 1, 2, 4, or 8 s. For both intensity and frequency discrimination, the decline of sensitivity (d') as a function of D was quite slow. For frequency discrimination, decreasing depth from 100 to 12 % did not have a marked effect on the decline of d' as a function of D, although this degraded the initial discrimination threshold by a factor of about 2. Taken together, these results suggest that there is little information loss in the short-term memory representation of simple temporal envelopes. Moreover, the data concerning frequency discrimination appear to be inconsistent with the model of perceptual memory proposed by Kinchla & Smyzer (1967).
Loro, C.
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Acoustics of Classrooms in brazilian public Schools – A Case Study [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
C. Loro, P.H.T. Zannin, D. Queiroz de Sant' Ana and F.B. Diniz
[A]
The acoustic quality of a standard classroom (Standard 23) of the public school system in the city of Curitiba has been evaluated. This standard is so defined: it has a central circulation aisle, with two classrooms in each side, a total of four classrooms per edification. Each room has windows to the outside, and to the internal aisle. Additionally, the aisle has a 6-m high zenithal skylight, together composing the building's main lighting and ventilation system. The planning of STANDARD 23 has considered lighting and ventilation, but has forgotten the acoustic quality of the classrooms. In order to assay the acoustic quality of the classrooms, measurements have been performed under several conditions, using the Building Acoustics System of Brüel & Kjaer. The measured reverberation time (RT) of the 4 classrooms for a frequency of 500 Hz was: 1.65s (classroom empty), 1.15s (20 students in the room), and 0.76s (40 students). According to WHO recommendations, the ideal RT in classrooms should be around 0.6 s. DIN 18041 establishes a RT between 0.8 and 1.0 s, to allow for adequate inteligibility. Background noise in an empty room was 63.3 dB(A), a value above the limit established by the brazilian standard of acoustic confort: 40 dB(A). The reaction of students and teachers has indicated that the main source of acoustic disconfort is the noise generated by the neighboring classrooms.
Lott, F.
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Mindestanforderungen an das Hörvermögen von angehenden Mediengestaltern Bild und Ton [DAGA 2008 (Dresden)]
F. Völk, H. Fastl, F. Lott, B. Hasford and A. Glink
[A]
Die Eignung des Gehörs von Kandidaten für den Beruf des Tonmeisters / Mediengestalters Bild und Ton wird unter anderem anhand einer Messung des Hörverlustes festgestellt. Allerdings existiert bislang keine Referenzkurve mit Toleranzangaben für maximal zulässige Hörverluste. Die Entscheidung für oder gegen Kandidatinnen oder Kandidaten wird vorwiegend anhand der Erfahrung des Untersuchers und durch Vergleich mit einer überschaubaren Anzahl bekannter Messungen getroffen.
Im vorliegenden Beitrag wird eine, mit statistischen Verfahren anhand einer großen Anzahl von Messergebnissen innerhalb der Zielgruppe, entwickelte Referenzkurve vorgestellt, die Minimalanforderung an das Hörvermögen angehender Tonmeister / Mediengestalter Bild und Ton festlegt. Um diese Referenzkurve wird ein Toleranzschlauch gelegt. Zunächst ist anzustreben, dass alle Messwerte innerhalb des Toleranzschlauches liegen. Bei Vorliegen von ''Ausreißern'' wird das endgültige Urteil durch fachkundiges Personal in Würdigung eventueller spezieller Gegebenheiten getroffen.
Lotton, P.
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Modeling the Transient Behaviour of a Thermoacoustic Refrigerator [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
G. Poignand, P. Lotton, M. Mironov, M. Bruneau, V. Gusev and P. Blanc-Benon
[A]
Nowadays, the expression of the temperature difference across the stack of a thermoacoustic refrigerator can easily be obtained in steady states, but models for analysing the transient process are still in progress. More precisely, previous models used to describe the behaviour of thermoacoustic devices usually assume several approximations preventing us from describing the transient behaviour of the temperature field. Particularly, heating due to viscous effects at the interfaces between the walls and the fluid in the thermoacoustic stack and thermal losses are usually neglected. Therefore, the parameters which govern the transient response, its shape and its characteristic stabilisation time are not fully identified.
Thus, the aim of the present work is to investigate more deeply, analytically, the transient behaviour of the thermoacoustic refrigerator, using a revisited description for the temperature variations in the stack due to thermoacoustic process, by introducing new features as heat losses through the thermoacoustic system and viscous heating in the boundary layers near the walls.
The phenomena has been modelled in terms of a system of a coupled differential equations, including both a non-homogeneous linear second order partial derivative equation reduced to an equation with constant coefficients and a set of differential equations, derived from the given physical situation, corresponding to initial and boundary conditions.
Apart from numerical methods which can provide the behaviour of the transient to interpret the experimental results recently available, the goal is to obtain approximate analytical solution to interpret the physical phenomena which underlie the viscous and thermal phenomena coupled together.
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Transient nonlinear processes in annular thermoacoustic engines [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
G. Penelet, V. Gusev, P. Lotton and M. Bruneau
[A]
An annular thermoacoustic prime-mover transform thermal energy into acoustical energy using the thermoacoustic interaction between an inhomogeneously heated stack of solid plates (placed in an annular waveguide) and resonant gas oscillations.
In such a device, the saturation of the acoustic wave amplitude leading to the stationnary regime is linked not only to classical nonlinear phenomena such as cascade process of higher harmonic generation and minor losses, but also to nonlinear processes influencing the temperature distribution in the inhomogeously heated parts of the system such as acoustically enhanced thermal conductivity and acoustic streaming. The present study aims at describing the own contribution of each one of those nonlinear processes by means of experimental observation and analytical description of the transient regime.
Experimental observations of the transient regime are briefly reported. The obtained results show various regimes, demonstrating the possibility for the engine to turn on and off spontaneously and periodically, the possibility for an overshoot of the acoustic wave amplitude before its final stabilization, or the possibility for a double-threshold process during the amplification regime. A simplified theoretical model is then presented, where the one-dimensional heat transfer equation is coupled to the acoustic problem by taking into account the forced convection due to acoustic streaming and the acoustically induced thermal conductivity. Thermoacoustic amplification depends in its turn on the temperature distribution along the stack and the waveguide. The obtained results notably provide a qualitative explanation for the double-threshold phenomenon.
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Thermoacoustic Refrigeration : Optimal Particle Velocity Vs Acoustic Pressure [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
B. Lihoreau, P. Lotton, E. Gaviot, M. Bruneau and V. Gusev
[A]
Classical thermoacoustic refrigerators mainly consist of a thermoacoustic core (a stack of plates with heat exchangers at both ends) strategically located in an acoustic standing wave resonator (half- or quarter-wavelength). In this resonator, the acoustic pressure p and the particle velocity v are not independent, and their relative phase phi is equal to pi/2 (for pure standing wave). Practically, for a given acoustic excitation, the acoustic field (p, v, phi) used for the thermoacoustic process is essentially governed by the geometry of the device and then does not necessarily optimises the thermodynamic properties.
The aim of this work is to study the theoretical behaviour of a thermoacoustic device in which p, v and phi are considered as independent and adjustable (using adapted shapes for example). The expressions of the thermoacoustic quantities of interest (namely the temperature difference between the ends of the stack, the thermoacoustic energy flux and the coefficient of performance) are written and discussed in order to reach the optimum of the quantities of interest for the application considered.
A comparison with the case of a classical standing wave refrigerator is done. It is shown that the standing wave device operates with a velocity which is closed to the theoretical optimal one only for a high drive ratio. At lower level, the parameters which permit an optimisation are discussed. Moreover, it is shown as well that the optimal value of the relative phase between pressure and velocity is never equal to pi/2.
Lotze, J.
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Holographische Modalanalyse mit skalierbarem Kugelarray [DAGA 2007 (Stuttgart)]
A. Schlesinger, G. Del Galdo, B. Albrecht, S. Husung, J. Lotze, H.-P. Schade and M. Haardt
[A]
Das Problem der Modalanalyse in der raumakustischen Praxis ist der geringe Informationsgehalt aus punktuell vorgenommenen Messungen der Raumimpulsantwort. Grund dafür ist die orts- und quellenabhängig hohe Varianz der zu erfassenden Schallfeldgrößen.
Die richtungsbezogene raumakustische Untersuchung wird möglich durch ein skalierbares Ein-Mikrophon-Array. Dieses tastet durch Mehrfachmessung eine Kugeloberfläche ab und bildet so ein ''virtuelles'' Kugelarray.
Dieses Analyseverfahren bietet Vorteile gegenüber den heute verbreiteten und standardisierten Messmethoden, welche den Raum nur an einzelnen Positionen aufmessen und nach Mittelung der Messergebnisse oftmals nur allgemeine Beurteilung der Raumakustik ermöglichen.
Mit Hilfe von Oberflächen-Arrays kann das Eigentonnetz im modalen Frequenzbereich sichtbar gemacht und quantifiziert werden. Bestimmt durch die obere Grenzfrequenz des modal charakterisierten Schallfeldes, allgemein als Schröderfrequenz bekannt, werden die Messpositionen skaliert und eine Kugeloberfläche räumlich abgetastet. Die Extrapolation des Schallfeldes im Gültigkeitsbereich der Array-Anordnung wird durch Reihenzerlegung des Schallfeldes in Sphärische Harmonische und Multiplikation mit Sphärischen Besselfunktionen im zugehörigen Fourierraum erreicht. Auf Grundlage des extrapolierten Schalldrucks wird eine holographische Bildgebung des Schallfeldes vorgenommen.
Die akustische Planung und Analyse kritischer Räume, vor allem im tieffrequenten Bereich, ist mit dem vorgestellten Ansatz über ein Raumvolumen exakt quantifizierbar.
Erste Simulationen und experimentelle Messungen haben die theoretischen Annahmen und die praktische Anwendbarkeit des vorgestellten Messverfahrens nachweisen können.
Louni, R.
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Caractérisation de Cibles et Défauts dans les Matériaux par la T.G.D. [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
R. Louni and A. Benchaala
[A]
La détection, la caractérisation et l'identification d'objets cibles ou la localisation de défauts d'homogénéité dans les matériaux ou dans les pièces usinées en industrie, occupent une place fondamentale dans les applications des techniques ultrasonores. L'utilisation de la Théorie Géométrique de la Diffraction (T.G.D.) dans ce domaine est une idée relativement récente. Cette théorie, alliée aux techniques de la spectroscopie ultrasonore, nous a permis de caractériser les dimensions et l'orientation de cibles ou de défauts de différentes formes géométriques, usinés ou insérés dans des matrices d'aluminium.
Les résultats obtenus dans notre travail sont encourageants et montrent tout l'intérêt que peut susciter cette technique de mesure. D'autant plus qu'elle est relativement facile à mettre en uvre et avec des moyens à usage courant.
Loyau, V.
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Radiation resistance of a transducer: application to transducer calibration [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
V. Loyau and G. Feuillard
[A]
Functional characterisation of electro-acoustic transducer is generally carried by the measurements of the pulse echo response, 50 Ohm loop sensitivity, electrical input impedance and when necessary radiation pattern. Little attention was paid to experimental measurements of the acoustical radiation resistance. However this property appears very appropriate for the determination of the noise factor or the efficiency of a piezo-electric transducer. This concept is also suitable to easily make an absolute self-calibration of hydrophone or contact transducer in pulse echo mode.
Thanks to energy consideration and to thermal noise analysis in piezoelectric transducer, theoretical formulas are calculated that show that the radiation resistance can be experimentally determined on the basis of pulse-echo and electrical input impedance measurements.
Experimental measurements are reported in the case of immersion and contact transducer in the mega Herzt range. They allow to deduce the noise factor, the efficiency and the absolute sensitivity of transducers. These results of the experimental self calibration are compared to absolute displacements measured by a laser interferometer. Furthermore, several methods including direct current or impedance analyser measurements are compared. The precision of each method is discussed.
Finally, the approach based on the radiation resistance where few calculations are need, can be generalised to the other kind of acoustical transduction phenomenon such as capacitive transduction, because only universal physical variables are used in the calculations.
Luber, K.
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Zur Akustik im Schlüterhof des deutschen historischen Museums in Berlin [DAGA 2003 (Aachen)]
W. Moll and K. Luber
[A]
Der Schlüterhof des Deutschen Historischen Museums, dem ehemalige Zeughaus Berlin, ist kürzlich mit einer modernen Glaskonstruktion des Chinesisch-Amerikanischen Architekten I.M. Pei überdacht worden. Durch die konkave Wölbung des Daches und das nunmehr vorhandene Volumen von 30.000 m; ist aus dem offenen Hof ein Raum entstanden, dessen katastrophale Akustik vorhersehbar war und vor der der Verfasser und seine Mitarbeiter rechtzeitig aber erfolglos gewarnt haben. Nach Fertigstellung des Daches zeigte sich, wie erwartet, ein ständig durch die Mitte wanderndes ca. 30 s lang zu hörendes Echo, eine in dieser Ausgeprägtheit sicher sehr seltene Erscheinung. Abgesehen von der ohnehin zu langen Nachhallzeit ist der überdachte Schlüterhof dadurch für keine denkbare Veranstaltung nutzbar. Er ist auch ein Paradebeispiel für die Hörbarkeit des Unterschiedes zwischen geometrischer und statistischer Raumakustik. Vorgeführt werden Tonaufnahmen, Messergebnisse, Videos und Fotos. Die Vorschläge zur Beseitigung der Echos und zur Senkung der Nachhallzeit werden vorgestellt und erläutert.
Lubert, K.
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PPB-Level Organic Gas Detection with Surface Acoustic Wave Based Sensor Systems [DAGA 2003 (Aachen)]
M. Rapp, K. Lubert, F. Bender and A. Voigt
[A]
A very powerful new analytical sensor system (electronic nose) based on polymer coated surface acoustic wave (SAW) sensors for the detection of even trace levels of organic gases in ambient air has been developed. The system involves an especially developed ultra fast enrichment unit allowing very short sample cycles, typically between 2 and 4 minutes. It increases the sensitivity of the instrument by factors of 1.000-10.000 with respect to the type of analyte and sorbent resin. The sensor system itself is based on a micro array of eight SAW sensors directly integrated into its electronic setup. This leads to low manufacturing costs, small sampling volumes (50l) and to a high time resolution of the chemical responses.
Lubniewski, Z.
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Seafloor echo waveform modelling using acoustic pressure impulse response of fractal surface [DAGA 2002 (Bochum)]
Z. Lubniewski
[A]
Acoustic methods of seabed characterisation, which are non-invasive, more cost effective and more versatile than direct methods, are still the subject of extensive research. The promising method with use of the backscattered echo envelope fractal dimension was developed recently. Along with empirical verification of this method, the theoretical modelling was performed to evaluate the relationship between fractal dimension of seabed surface, measuring its shape complexity, and fractal dimension of scattered signal envelope. The paper presents the simulations of narrow band signals backscattering on artificially generated fractal seabed surfaces. The pressure waveforms for simulated echoes were derived from pressure impulse response of surface. The impulse responses for bottom surfaces of different fractal dimension were calculated under assumption that the Kirchhoff approximation constrains were satisfied. The influence of bottom surface complexity on irregularity and other features of backscattered signals and their envelopes was investigated, with respect also to echosounder parameters, e.g. frequency, pulse duration, beamwidth etc. The obtained results allowed to evaluate the conditions for transferring the seabed surface fractal structure onto the backscattered echo, and subsequently, the possibility of application of fractal dimension method in seabed characterisation and classification. The comparison of the results with those obtained previously for calculations of echo intensity due to incoherent scattering on fractal surface, is also presented.
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Modelling of acoustic wave backscattering on rough seabed - comparison of different approaches [DAGA 2003 (Aachen)]
Z. Lubniewski and E. Pouliquen
[A]
The underwater acoustic methods of seafloor characterisation have achieved special attention during last decades due to being more simple, fast, versatile and cost effective in comparison with alternative methods, e.g. using geological cores or video cameras. For development of reliable and efficient acoustic methods of seabed identification and classification, the theoretical modelling of acoustic scattering on water-bottom interface and within insonified sediment volume is necessary. It allows prediction which features of bottom echo and in what manner should be used to characterise the seabed properties with best potential generalisation abilities and sufficient level of accuracy. The paper presents the results of modelling of echosounder signal backscattering on rough seabed surface. Two different approaches were used, viz. the direct acoustic echo pressure modelling and concurrently, the incoherent signal intensity modelling. Also, the different statistical descriptions of seabed roughness were applied, e.g. Gaussian form or power law form of the surface spatial power spectrum. The comparison of several cases was made and the dependence of the simulation results on different initial parameters, describing both the environment properties and used underwater acoustic system settings, was also investigated. The obtained results allowed for better understanding and describing of the process of acoustic wave scattering on seabed. The comparison of these results with the real data acquired in sites of known bottom properties may constitute the foundations for more reliable seafloor characterisation methods.
Luchterhand, S.
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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.
Ludwig, D.
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Automatische Klassifizierung der Motorisierung von vorbeifahrenden Kraftfahrzeugen [DAGA 2006 (Braunschweig)]
H. Rainer, F. Graf, D. Ludwig, P. Ummenhofer and J. Köstinger
[A]
Im vorliegenden Projekt wurden die Grundlagen für ein System zur automatischen Klassifikation der Motorisierung von vorbeifahrenden Kraftfahrzeugen erarbeitet. Durch die Kenntnis der Motorisierung kann in Verbindung mit einer entsprechenden Datenbank auf die vom Kraftfahrzeug emittierten Schadstoffe geschlossen werden.
Die Klassifikation erfolgt dabei über die Auswertung des Vorbeifahrtsgeräusches, das neben Strömungs- und Reifenabrollgeräuschen sehr stark vom Motorgeräusch dominiert wird. Das abgestrahlte Motorgeräusch kann als Informationsquelle angesehen werden, dessen Charakteristik einerseits vom verwendeten Kraftstoff und andererseits von der Anzahl der Zylinder und weiteren motorspezifischen Parametern geprägt wird. Dadurch erhält man für jeden Motor-Typ einen so genannten ''Fingerprint'', der in Folge mit Hilfe einer Datenbank ausgewertet werden kann.
Der von den Kraftfahrzeugen abgestrahlte Schall wird dabei mit speziellen Messmikrofonen detektiert, die auf bereits bestehenden Überkopfbrücken montiert werden können. Die so erfassten Schallsignale werden einer weiterführenden Analyse unterzogen, um in einem hierarchisch aufgebauten Klassifikationssystem den genauen Motortyp zu identifizieren.
Ludwig, S.
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Sprengungen - Abschätzung einer Gefährdung für Meeressäuger [DAGA 2008 (Dresden)]
E. Schmidtke and S. Ludwig
[A]
Meeresbewohner werden fast alle in der einen oder anderen Weise
durch Unterwasserschall beeinflusst. Leise und ungewohnte Geräusche
können neugierige Meeressäuger anlocken, laute Geräusche können sie
erschrecken oder vertreiben, Schockwellen können die Tiere verletzen.
Die Einsatzgruppenversorger (EGV) der Deutschen Marine sind zum
Eigenschutz mit mittelkalibrigen Rohrwaffen (27 mm) ausgerüstet,
die auch Sprengmunition verschießen können.
Detoniert diese Munition beim Auftreffen auf die Wasseroberfläche,
sendet die durch die Explosion enstehende Gasblase eine Schockwelle
unter Wasser aus. In diesem Beitrag werden Experimente vorgestellt,
mit denen diese Schockwelle untersucht wurde. Ziel der Untersuchungen
ist, die Gefährdung der Meeressäuger beim Einsatz von Sprengmunition
und auch von nicht sprengender Munition abschätzen zu können.
Auch für die Abschätzung von Sicherheitsabständen bei den möglichen
Sprengungen von Munitionsaltlasten vor der deutschen Ostseeküste
(Sprengladungen von mehreren zehn Kilogramm) sind die Erkenntnisse
aus den durchgeführten Experimenten von enormem Wert.
Ludwig, T.
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Speech quality evaluation in telephone networks [DAGA 2002 (Bochum)]
T. Ludwig
[A]
In-service, Non-intrusive Measurement Devices (INMD) estimate the perceived quality of a telephone link by extracting quality-defining criteria from the digital PCM-coded telephone signals. Typical quality-defining parameters are echo attenuation, echo delay, active speech level and noise level. But these parameters are not sufficient to give a good estimate of the perceived quality. This paper proposes approaches to measure additional characteristics of telephone links, e.g. comfort noise in DTX-systems or mobile communications. If the comfort noise is not matched to the real background noise in will be disturbing. The algorithm presented here samples frequency points of the background-noise spectrum throughout the duration of speech utterances, by making use of minimum statistics in frequency-tracks. These frequency points are compared to the noise in speech pauses in a statistical manner to evaluate differences and decide about the occurence of comfort noise or fast changing background noise.
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Speech-Quality Evaluation in Telephone Networks [DAGA 2003 (Aachen)]
T. Ludwig, K. Scholz and U. Heute
[A]
The technical progress in the past 15 years resulting in new services and devices for telephone networks has formed a telecommunication infrastructure that is characterized by an almost infinite number of possible network configurations. Simulations of telephone networks in laboratories can model real effects in networks only to a limited extent. For the assessment of speech quality in real-life telephone networks other methods are necessary. One approach to investigate real-life telephone links are measurements in the telephone network by means of in-service, non-intrusive measurement devices (INMD). These devices can serve as a kind of network monitors that evaluate the quality-of-service parameters of the network under test. This paper gives an overview of signal-parameters that are useful for speech quality assessments with help of INMDs. Besides the well known parameters as speech-level, noise-level, and the detection of echos, other parameters as frame-loss, packet-loss, degradation by codecs, and insertion of comfort noise can have a strong impact on the speech quality. Some algorithms to measure these parameters are presented. By restriction of the speech signals under test to certain degradations it is possible to get quality estimations in terms of MOS which are highly correlated with results from auditory tests. Alternatively, measurement results of an INMD can be used as input parameters to network planning models, e.g. the E-model, to get estimations about the speech quality.
Luedecke, O.
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Realization of a Dynamic Equalizer for Audio Signals using Linear Phase IIR Digital Filters [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
D. Leckschat and O. Luedecke
[A]
Equalizers with signal-dependant filter characteristics have
a wide application
field in audio restauration, sound reinforcement, mastering,
sound design and
others. Moreover it is desirable for many applications that
the filters are
phase linear. In the literature a method has been introduced
to realize phase
linear digital filters of the IIR type using local time
reversal. We report on
two implementations of an algorithm which supports the
linear phase IIR method
and the real time morphing of filter coefficients in
dependance of the signal
level. One solution works as a native plug-in which can
easily be integrated in
most audio processing programs while the other one is a
48-Bit DSP software used
on dedicated signal processing cards. - Processing power and
memory
considerations will be discussed as well as performance aspects.
Luegmair, M.
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Randbedingungen der Körperschallausbreitung im Fahrzeug zur Crasherkennung [DAGA 2008 (Dresden)]
M. Luegmair
[A]
Als Erweiterung zur heute üblichen Crashsensorik wird als zusätzliche Information das Körperschallsignal der Fahrzeugkarosserie ausgewertet. Hierbei erfolgt die Messung innerhalb des Airbagsteuergerätes im Fahrzeuginnenraum. Entsprechend entscheidend ist das Übertragungsverhalten der Fahrzeugstruktur die als Signalleiter fungiert.
Die messtechnische Erfassung der Körperschallausbreitung ist erst möglich wenn reale Prototypen zur Verfügung stehen. Dies ist erst relativ spät im Fahrzeugentwicklungsprozess der Fall. Deshalb müssen Simulations- und Berechnungsverfahren bereitgestellt werden die eine Bewertung bzw. Vorhersage des Übertragungsverhaltens auch im rein virtuellen Prototypenstadium ermöglichen.
Zur Auswahl der geeigneten Simulations- bzw. Berechnungsverfahren ist es nötig die Randbedingungen während des Crashvorganges zu bestimmen. Da üblicherweise bei den Simulationsverfahren der Rechen- und Modellierungsaufwand stark steigt wenn Nicht-Linearitäten auftreten, ist es von besonderer Bedeutung jenen Teil der Fahrzeugstruktur zu identifizieren der mit linearen Modellen beschrieben werden kann.
Lüthi-Freuler, N.
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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.
Lütkenhöner, B.
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What do feature-specific neuromagnetic responses tell us about auditory processing?
K. Krumbholz, R.D. Patterson, A. Seither-Preisler and B. Lütkenhöner
[A]
Attempts to use the neuromagnetic N100m response to the onset of a tonal sound to study pitch processing are compromised by the fact that a large proportion of the N100m simply reflects the onset of sound energy. Recent findings suggest that it is possible to circumvent the energy-onset response and isolate the response associated with the processing of pitch by directly preceding a test sound that possesses pitch with a spectrally matched control sound that has no pitch. The transition from the control to the test sound elicits a prominent response, whose amplitude and latency has been shown to depend on the strength and the value of the pitch, suggesting that its neural generators are involved in pitch processing. In the current study, we show that the transition from one pitch value to another may also elicit a response, but the size of this pitch-change response is not related to the size of the pitch change, as one might have expected if pitch were coded by the spatial distribution of discharge in cortical neurons. At the same time, however, the pitch-onset response (POR) appears to exhibit stimulus-specific adaptation in that its amplitude can be reduced by closely preceding it with another POR, and the amplitude reduction is the larger the more similar the pitches that elicited the responses. These seemingly conflicting findings have implications on the interpretation of the POR, and indeed other feature-specific responses, in terms of the mechanisms by which auditory information is represented in cortex.
Lützen, M.
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Subjektive Einschätzung der Sprechstimme und der Hörumgebung in universitären Seminarräumen [DAGA 2005 (München)]
M. Meis, C. Hilge, C. Nocke, T. Bräcker, V. Lammers, M. Lützen, R. Machner, M. Mühlhan, A. Müller, B. Silge, W. Wempe, S. Wolter and A. Schick
[A]
Im Rahmen einer feldexperimentellen Studie wurden insgesamt N=311 Studenten zur Hörsamkeit von universitären Seminarräumen befragt. Basierend auf dem laborexperimentellen Ansatz von Meis & Nocke und Befunden einer kanadischen Feldstudie von Hodgson & Kennedy wurde ein Fragebogen entwickelt, der zum einen reiznahe Items zur Bewertung der Sprechstimme (z.B. ''hallig'' vs. ''trocken'', ''klirrend vs. gedämmt'') und zum anderen Skalen zur Bewertung der Hörumgebung enthielt (z.B. genereller Hörkomfort, Störgeräusche). Nach einem raumakustischen Screening wurde für ein varianzanalytisches Modell die Befragung in insgesamt sechs raumakustisch unterschiedlichen Seminarräumen durchgeführt.
Die Seminarräume unterschieden sich signifikant sowohl hinsichtlich der gemittelten Nachhallzeiten als auch hinsichtlich des Nachhallverlaufs. Beide Parameter schlugen sich in den subjektiven Bewertungen der befragten Personen nieder. So wurden Räume, die ein Maximum der Nachhallzeit im Frequenzbereich zwischen 500 Hz und 4 kHz aufwiesen, zwar klanglich als angenehmer bewertet als Räume, deren Maximum der Nachhallzeit unterhalb von 250 Hz lag, jedoch wurde die Geräuschkulisse durch Kommilitonen in den erstgenannten Räumen als störender empfunden. Implikationen für die angewandte Lehr-Lernforschung und die Möglichkeit einer Ferndiagnose durch psychometrisch geprüfte Befragungsinstrumente werden abschließend diskutiert.
Lugger, M.
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EMOsystem: Ein Demonstrationssystem zur Stimmcharakterisierung [DAGA 2007 (Stuttgart)]
M. Lugger and B. Yang
[A]
Die Klassifikation paralinguistischer Eigenschaften ist ein Forschungsthema, welches in den letzten Jahren immer mehr an Bedeutung gewinnt. Eine Kombination dieses paralinguistischen Kanals mit dem linguistischen Kanal könnte eine signifikante Verbesserung der Erkennungsrate der Spracherkennung oder der Natürlichkeit von synthetisierter Sprache versprechen. Die Detektion des emotionalen Zustands eines Sprechers ist jedoch an sich schon von großem Interesse und wird bereits in Callcentern oder in der Unterhaltungselektronik, aber noch in stark reduziertem Maße eingesetzt.
In der Forschung wird in diesem Bereich jedoch meist mit bestehenden, gut validierten Datenbanken gearbeitet. Es werden dann sowohl sprecherabhängige als auch sprecherunabhängige Klassifikationen durchgeführt. Im sprecherunabhängigen Fall kommt meist die so genannte ''cross-validation'' zum Einsatz.
Wir versuchen allerdings neben der Arbeit mit bekannten Emotionsdatenbanken auch Live-Klassifikationen durchzuführen. Darunter verstehen wir die Analyse und Klassifikation neu aufgenommener Daten von für das System fremden Sprechern. Neben der Detektion des emotionalen Zustands des Sprechers werden auch das Geschlecht und die in der Äußerung verwendete Stimmqualität detektiert. Zur Charakterisierung der Stimme gehört ebenfalls die Ausgabe verschiedener Konturen und Kenngrößen.
Dazu wurde ein System in der Simulationsumgebung MATLAB entwickelt, welches sich über eine graphische Benutzeroberfläche steuern lässt. Hier können z.B. die Trainingsdaten, die Merkmale, die Klassifizierer gewählt oder deren Parameter gesetzt werden. Eine zweite graphische Benutzeroberfläche steht dem Benutzer zur Live-Klassifikation selbst aufgezeichneter Äußerungen zur Verfügung. Die hiermit aufgenommenen Sätze werden gleich geschnitten und mit den eingegebenen Metadaten gelabelt. So lassen sich auch relativ komfortabel neue Datenbanken erzeugen.
In diesem Beitrag möchten wir unser System zur Stimmcharakterisierung vorstellen, auf die Merkmale eingehen und einige mit dem System erarbeitete Ergebnisse zur Live-Klassifikation präsentieren.
Lukas, K.
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SNR-based Evaluation of Speech Recognition Products in Real-Life Car Environments [DAGA 2007 (Stuttgart)]
S. Hohenner and K. Lukas
[A]
The evaluation of speech recognition systems is an essential issue for the customer acceptance of a product. However, evaluation results of individual customer-specific tests are hardly comparable due to different test setups, while database tests often do not reflect the real-life environment for the final product.
Therefore, we will present a well-defined procedure for an independent evaluation of speech recognizer products in real-life car-environments, providing a comparable and comprehensive assessment of recognizer performances. The procedure has been exemplified and validated in comprehensive in-car tests by deploying the Siemens speech recognizer VSR Very Smart Recognizer. For our procedure, recordings are taken on a normalized roundtrip with typical traffic and road situations. For each utterance a specific signal-to-noise ratio is calculated to assign the utterance to an SNR-bin of the main car noise range. In a defined evaluation procedure, the SNR-bins are compiled into normalized SNR recognition curves. This SNR-based approach has the advantage of better comparability in opposition to conventional tests with fixed driving speed (e.g. 0/50/130 km/h), as environmental conditions like weather, tires or road type are implicitly considered. Furthermore an SNR-based approach takes the speaker loudness correctly into account.
Besides a detailed description of our procedure we will also recommend best practice procedures for a proper evaluation. As the proposed approach for an SNR-based evaluation of speech recognition products allows a comprehensive and objective assessment of the recognizer performance under real-life conditions, it may serve as a basis for future standardized evaluation procedures for automotive speech recognition products.
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Look to Talk: Embedded Face Localization for Activating Speech Recognition [DAGA 2007 (Stuttgart)]
X. Kong, J.F. Guitarte Perez and K. Lukas
[A]
In this paper we present a highly efficient solution to activate speech recognition and to enhance its performance by utilizing visual information. The idea of 'Look to Talk' employs a face localization algorithm which detects the face when the user is close enough to an appliance and looks at it. This substitute of the traditional 'Push to Talk' system makes the usage more convenient and user interface friendlier, as no manual interaction is required. After the face localization an embedded lip finding and tracking algorithm is applied, which detects the movement of the lips and activates the speech recognition. This solution improves the recognition results significantly and avoids interferences from the surrounding, especially in multi-user and acoustically noisy environments. The face localization algorithms are dedicated to low-resource platforms and can therefore be embedded in various appliances like ticket vending machines or household equipment.
Lukas, L.
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Embedded Lip Reading for Automotive Environments [DAGA 2005 (München)]
J.F. Guitarte Pérez, L. Lukas, F. Althoff, S. Hoch and E. Lleida Solano
[A]
In this article a complete audio-visual speech recognition system for mobile platforms is presented. It is well known that the use of visual cues improves the recognition results especially in scenarios with high level of acoustical noise. Thus automotive environment is a good example where multiple noise sources degrade the conventional speech recognition systems.
As visual feature extraction algorithm for the lip reading system, Discrete Cosine Transformation (DCT) has been discussed. The most significant DCT coefficients have been used for the visual recognition. The audio-visual information integration has also been designed by taking device limitations into account and uses multi-stream as integration strategy.
During the last years important improvements have been achieved by using acoustic noise reduction system, e.g. Wiener Filter and Spectral Subtraction. These kinds of techniques improve the results when noise is stationary but in a car environment there are many noises that are not at all stationary like accelerations, clicks, speech interferences. We wanted to compare the performance of lip reading and the conventional noise reduction systems in car environment, as well as the combination of both kinds of solutions. Important improvements are obtained especially for non-stationary background noises like car accelerations or indicators clicks. For this kind of noises lip reading outperforms the results obtained with conventional noise reduction technologies improving the WER by 29% relative for 5 dB SNR (obtained with the audiovisual CUAVE database). Further results with realistic automotive recordings will be presented to show the practicability of lip reading deployment.
Luks, N.
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The influence of nocturnal aircraft noise on humans – a new comprehensive approach [DAGA 2002 (Bochum)]
M. Basner, H. Buess, N. Luks, H. Maass, L. Mawet, E. Mueller, U. Mueller, C. Piehler, G. Plath, E. Rey, A. Samel, M. Schulze, M. Vejvoda and J. Wenzel
[A]
Aufgrund des stetig steigenden Luftverkehrsaufkommens nimmt die Nachtfluglärm-Problematik einen immer größeren Stellenwert ein. Das DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin untersucht seit 1999 den Einfluss von Nachtfluglärm auf den menschlichen Schlaf, die Leistungsfähigkeit und das Befinden. In vier repräsentativen Laborstudien werden insgesamt 128 Probanden über 13 aufeinanderfolgende Nächte im Schlaflabor untersucht. Neben den physiologischen Messgrößen Polysomnographie (EEG, EOG, EMG), Atmung, EKG, Fingerpulsamplitude und Aktometrie werden computergestützte Leistungstests durchgeführt, mit denen fluglärmbedingte Einflüsse auf die Merkfähigkeit, die Reaktionsgeschwindigkeit und die Hand-Auge-Koordination überprüft werden. Das subjektive Empfinden wird mit standardisierten Fragebögen erfasst. Zusätzliche werden die Stresshormone Adrenalin, Noradrenalin und Kortisol im nächtlichen Sammelurin bestimmt. Die Fluggeräusche wurden mit Klasse-1-Schallpegelmessern in den Schlafräumen von Flughafenanwohnern aufgezeichnet. Die korrekte Wiedergabe im Schlaflabor wird durch das individuelle akustische Einmessen jeder Schlafkabine garantiert. Die Versuchspersonen erhalten nach zwei Gewöhnungsnächten über neun aufeinander folgende Nächte in der Zeit von 23:00 bis 7:00 Uhr zwischen 4 und 128 Fluggeräusche pro Nacht mit Maximalpegeln zwischen 50 und 80 dB(A). Durch die gleichzeitige Ausgabe eines Triggersignals ist erstmals eine ereigniskorrelierte Auswertung mit einer zeitlichen Auflösung von bis zu 5 msec möglich. Die Ergebnisse aus den Laborstudien werden in zwei Feldstudien an 64 Versuchspersonen mit derselben Messtechnik, wie sie im Labor zum Einsatz kommt, validiert. Insgesamt werden über 2200 Probandennächte aufgezeichnet, anhand derer ein belastbarer Kriterienkatalog für die Beurteilung und Bewertung von Nachtfluglärmwirkungen auf den Menschen erstellt werden soll. Zwischenergebnisse der ersten beiden Laborstudien mit 64 Probanden (832 Nächte) liegen bereits vor und werden auszugsweise auf der Tagung präsentiert.
Lummer, M.
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Simulation von Hinterkantengeräusch mit dem CAA-Störungsverfahren PIANO des DLR [DAGA 2003 (Aachen)]
M. Lummer, T. Lauke and J. Delfs
[A]
Die Wechselwirkung von strömungsmechanischer Turbulenz mit Hinterkanten von Tragflügeln ist ein wichtiger Mechanismus der Schallerzeugung an Verkehrsflugzeugen. Eine Möglichkeit zur Berechnung dieser Schallfelder bietet die Aufteilung des Strömungsfeldes in mittlere Strömung und turbulente sowie akustische Schwankungen. Das mittlere Strömungsfeld kann dann mit den Reynolds-gemittelten Navier-Stokes Gleichungen (RANS) berechnet werden. Die turbulenten Schwankungen lassen sich durch ein statistisches Modell annähern und die akustischen Fluktuationen ergeben sich als Lösung von linearen oder nichtlinearen Störungsgleichungen. Der vorliegende Beitrag behandelt die Simulation des akustischen Feldes mittels der Lösung linearer und nichtlinearer Störungsgleichungen unter Verwendung eines mittleren RANS Strömungsfeldes. Da dies Problem nur schwach nichtlinear ist, werden die Details der turbulenten Grenzschicht vernachlässigt und nur die Wechselwirkung von Einzelwirbeln mit der Hinterkante von Tragflügeln untersucht. Es wird die Strömung um das Tragfügelprofil eines modernen Transportflugzeuges bei einem Anstellwinkel von 6 , Machzahlen zwischen 0:2 und 0:5 sowie Reynoldszahlen bis 1,6 x 10^ 6 betrachtet. Der Wirbel wird zu Beginn der Rechnung stromauf der Hinterkante eingesetzt und dann durch die mittlere Strömung über die Hinterkante konvektiert. In Nähe der Hinterkante wird durch die Wechselwirkung zwischen Wirbelstärke und geometrischer Inhomogenität ein Druckpuls erzeugt, der sich im mittleren Strömungsfeld ausbreitet. Die Auswertung des Drucksignales auf einem Kreis um die Hinterkante erlaubt dann die Berechnung der Richtungsabhängigkeit der Schallintensität. Für einen größeren Winkelbereich stromab der Hinterkante zeigte sich eine Abhängigkeit der Schallintensität von der vierten Potenz der Machzahl, was gut mit dem theoretisch erwarteten Verhalten übereinstimmt. Bei Berücksichtigung von nichtlinearen Termen ergaben sich unterschiedliche Schallintensitäten für positiv und negative rotierende Anfangswirbel.
Luther, S.
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Dynamik akustischer Blasenfelder [DAGA 2000 (Oldenburg)]
S. Luther, R. Mettin and W. Lauterborn
[A]
Die Hamiltonsche Formulierung inkompressibler Hydrodynamik hat sich als erfolgreicher Ansatz zur Modellierung von Kavitationsblasenfelder erwiesen. Wir beschreiben die Dynamik von N masselosen und sphaerischen Blasen in einer viskosen Potentialstroemung bei hohen Reynolds- und niedrigen Weberzahlen. Schwerpunkt der Untersuchung ist die Charakterisierung der hydro-akustischen Paarwechselwirkung der Blasen und ihrer Relevanz fuer die Entstehung und Stabilitaet kollektiver makroskopischer Strukturen (Filamente, Streamer). Fuer ausgewaehlte Trajektorien werden die Aussagen des Modells mit experimentellen Daten verglichen.
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Wie chaotisch ist akustische Kavitation? [DAGA 2000 (Oldenburg)]
S. Luther, U. Parlitz, M. Sushchik and W. Lauterborn
[A]
Am Beispiel eines periodisch akustisch angeregten Kavitationsblasenfeldes wird demonstriert, das aus einer niedrig-dimensionalen Delay-Rekonstruktion einer experimentellen Zeitreihe nicht notwendig auf ein physikalisches System mit niedrig-dimensionalem Attraktor geschlossen werden kann. Ursache f''ur dieses allgemeine Ph''anomen ist die auch im chaotischen Fall vorliegende Phasenkoh''arenz zwischen den nichtlinearen Oszillatoren und dem treibenden Signal. Zur Illustration werden die Ergebnisse numerischer Simulationen mit experimentellen Zeitreihen verglichen.
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Untersuchung akustischer Kavitationsblasenfeder mit 3D-PTV [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
S. Luther, D. Krefting and W. Lauterborn
[A]
Die raeumliche Bewegung von Einzelblasen in akustischen Fallen kann durch verschiedene Mechanismen verursacht werden. Oberflaecheninstabilitaeten fuehren zur Abspaltung von Mikroblasen, die mit ploetzlichen Lageaenderungen einhergehen. Ebenso kann durch Variation des Schallfeldes die Gleichgewichtslage der Blase moduliert werden. Diese Phaenomene werden mit Hochgeschwindigkeits-Kinematografie untersucht und theoretisch beschrieben.
Luts, H.
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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.
Luy, D.
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Gehörbelastung der Besucher von Freiluft-Musikfestivals [DAGA 2002 (Bochum)]
B.W. Hohmann, T. Billeter, D. Luy and V. Mercier
[A]
Seit 1996 begrenzt die Schall- und Laserverordnung in der Schweiz die Lautstärke von Musikveranstaltungen auf einen Mittelungspegel von 93 dB(A) ausserhalb der Tanzfläche. Die Behörden können einen Mittelungspegel von 100 dB(A) im ganzen Publikumsbereich bewilligen, doch muss der Veranstalter dann Gehörschutzmittel bereithalten und die Besucher über das Risiko informieren. Die Verordnung ist in Revision. Musikveranstalter drängen auf eine Erhöhung der Grenzwerte. Bisher fehlten Angaben zur typischen Gehörbelastung von Besuchern an einem Festival, das den höheren Grenzwert von 100 dB(A) bewilligt erhielt. Deshalb wurden am grossen 6tägigen Paléo-Festival in Nyon am Genfersee allabendlich 10 freiwillige Besucher mit Schalldosimetern Larson-Davis 705/805 (mit Speicherung des Mittelungs- und Maximalpegels pro Minute) ausgerüstet und führten ein Protokoll über die verschiedenen Situationen: Zeit, Ort (Bühne/Distanz), subjektive Beurteilung der Lautstärke und der Tonqualität, Verwendung von Gehörschutzmitteln. Jeder dieser Situationen konnte der entsprechende Schallpegel zugeordnet werden. Gleichzeitig nahm die zuständige Behörde Schallmessungen am stärkstexponierten Publikumsplatz und bei der Tonregie vor, und Beauftragte der Festivalorganisation überwachten die Schallpegel bei jeder Tonregie permanent. Für die Auswertung wurden folgende Schwerpunkte gesetzt: - Gesamtdosis der Besucher: Durchschnitt und Extremwerte - Anteil der Musikbelastung an der Gesamtdosis - Vergleich der Messwerte nach Schall- und Laserverordnung mit den Pegeln im Publikum - Anwendbarkeit einer Pegelkorrektur zwischen Publikumsbereich und Tonregie - Abhängigkeit des Lautstärkeurteils vom registrierten Schallpegel Die Ergebnisse sind eine wichtige Grundlage für die Festlegung von Schallgrenzwerten.
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