Autorenverzeichnis

Zacharias, M.

• Ultraschallgewebecharakterisierung - Methoden zur system- und operatorunabhängigen Bestimmung quantitativer Parameter [DAGA 2003 (Aachen)]
  K.-V. Jenderka, S. Brand, L. Köthe, M. Zacharias and H. Heynemann
[A]

Biologisches Gewebe stellt sich in der Sonographie als eine Kombination aus zufällig und quasi regelmäßig angeordneten akustischen Streuern dar. Neben der Beurteilung der Morphologie sind die Änderungen der akustischen Eigenschaften des Gewebes durch pathologische Veränderungen des Gewebezustandes Grundlage der sonographischen Diagnostik. In vielen Fällen kann die Verschiebung der akustischen Eigenschaften nicht oder nur sehr schwer im konventionellen B-Bild visualisiert werden. Durch Ausnutzung der im B-Bild nicht verfügbaren frequenzabhängigen Signalkomponenten, können zusätzliche Informationen zur Unterstützung der Diagnostik extrahiert werden. Voraussetzung ist in jedem Fall der Zugang zu den hochfrequenten Ultraschallechosignalen einschließlich der exakten Charakteristik der laufzeitabhängigen Verstärkung und die Korrektur der Schallfeldcharakteristik. Unter den genannten Bedingungen sind mit Einschränkungen auch Roh-Daten zur Parameterschätzung geeignet. Anhand von Phantommessungen sowie in vitro und in vivo Untersuchungen werden die Methoden zur Korrektur von Systemeigenschaften und zur Bestimmung der quantitativen Gewebeparameter gezeigt. Aufgrund der hohen Empfindlichkeit gegenüber Störungen in der Schallfeldgeometrie und der notwenigen Bandbreite (Frequenzen größer 7 MHz) sind in naher Zukunft klinische Anwendungen vor allem an sonographisch gut zugänglichen Organen wie Hoden, Prostata (TRUS), Schilddrüse und Parotis, sowie bei intraoperativen Applikationen und für in vitro Experimente zu erwarten.

Zagyva, N.

• Einfluss von Winddruckänderungen auf den Klang von Orgelpfeifen [DAGA 2002 (Bochum)]
  J. Angster, S. Pitsch, N. Zagyva and A. Miklós
[A]

Bei Pfeifenorgeln treten oft klangliche Probleme auf, die durch statische oder dynamische Druckänderungen im Windsystem verursacht werden. Diese Probleme wurden systematisch im Rahmen eines durch die Europäische Kommission unterstützten Forschungsprojekts untersucht. Es wird über statische und dynamische Messungen zum Einfluß von Winddruck-änderungen auf den Klang der Lippenorgelpfeifen berichtet.

Zaitsev, V.

• Luxemburg-Gorky Effect in a Granular Medium: Probing Perturbations of the Material State via Cross-Modulation of Elastic Waves [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
  V. Zaitsev, V. Nazarov, V. Tournat, V. Gusev and B. Castagnède
[A]

The nonlinear effect of amplitude modulation of a weaker sinusoidal seismo-acoustic wave under the action of another stronger step-wise modulated wave was reported in [1] for a sandy soil. Recently a related effect of transfer of the modulation spectrum from an intensive elastic wave to a probe one with different carrier frequency was observed in resonant-type experiments in solid samples containing cracks [2]. This nonlinear effect is a close elastic-wave analog of the similar phenomenon known as the Luxemburg-Gorky effect for cross-modulation of radio-waves in ionosphere. We report here observations of acoustic effects (self-action and cross-modulation) in a granular medium, which demonstrates the universality of the phenomena. Amplitude dependencies for the fundumental and induced modulation sidelobes of the probe wave have been studied. Furthermore, we observed complementary variability of the sidelobes and the probe wave amplitude at the fundamental frequency under the action on the medium of short ''seismic events'' produced by an additional shaker. The resultant transient variations in the amplitude of the modulation sidelobes exceeded normally by an order of magnitude the complementary variations in the signal amplitude at the fundamental frequency (the latter variations being often hardly noticeable). The revealed high sensitivity of the cross-modulation sidelobes to slight variations in the stress state of the material opens possibilities for efficient diagnostic applications of the effect in laboratory and in field conditions. 1. A.L. Bagmet, V.E. Nazarov, et al., Doklady Earth Sciences, 346 (1996) 135. 2. V. Zaitsev, V. Gusev, B.Castagnede, Phys. Rev. Lett., 89 (2002), 105502.

Zakharia, M.

• In situ Characterisation of materials using parametric sonar [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
  M. Hibral and M. Zakharia
[A]

Parametric sonar techniques have been intensively used in underwater acoustics since the early sixties for bottom observation: both qualitative (geometrical structure of the sub-bottom) and quantitative (impedance estimation) measurements. Nevertheless, the application to airborne acoustics was envisaged more recently (in the eighties). The principle consists in transmitting two primary high frequency signals at high power in order to generate a low frequency directive source. An airborne sonar system has been developed in order to characterise acoustics material in situ. As characterizing insulation panels in a factory (in the presence of noise and multipaths) is similar to the characterisation of sea sediment in situ, similar sonar approaches have been used. In particular, the parametric array principle has been used to generate low frequency chirps and gain in signal to noise by pulse compression. Several results will be presented using an airborne parametric sonar for the characterisation of acoustic foam (insulation panels) in both transmission and reflection modes. The data obtained with this equipment will be compared to the results obtained with conventional methods (in a reverberation room) for a wide band of frequency in a noisy room of a few square metres. The final objective is the in situ characterization of installed materials in order to validate the installation, to detect defective panels and/or to study the aging effect. This work was supported by the European Commission in the framework of the ISCAP project (G6RD-CT-2000-00040).

Zakrzewski, J.

• Interpretation of the piezo-PAS spectra of AII-BVI compounds with a modified Jackson-Amer equation [DAGA 2002 (Bochum)]
  M. Malinski, J. Zakrzewski and H. Meczynska
[A]

Piezo PAS spectra are difficult for interpretation because they depend on many physical and experimental factors. One of the essential factors is the temperature distribution in the sample and the other is the correct equation describing the piezo PAS signal being among others the function of the above mentioned General Temperature Distribution Equation (GTDE). This paper presents the example characteristics of piezo-PAS spectra of the series of AII-BVI compounds and obtained fitting of the theoretical characteristics to the experimental results. The theoretical characteristics were computed with the general temperature distribution equation and modified Jackson-Amer equation. The presented results comprise the following AII-BVI compounds: CdSe,CdZnMgSe,ZnTe,ZnSe,ZnMgSe,ZnBeSe. Both the experimental and theoretically obtained amplitude and phase spectra of these compounds are presented. In all cases the fitting parameters of the model are listed and the spectral distributions of the optical absorption coefficient of these compounds are presented and discussed. It is shown that for all experimental samples it was possible to extract all optical parameters necessary for description of the optical absorption spectra i.e. Eg, Ao,bo,g. The correlation of the experimental results and theoretical characteristics proves that the model of the piezo-effect presented in this paper is correct and is a useful tool for further applications in the field of investigations of other semiconductor materials of interest.

• 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)

• 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

Zaleski, O.

• Zur Anwendung akustischer Übertragungsfunktionen bei der Berechung von Schallfeldern mit der Boundary-Elemente-Methode [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
  O. Zaleski, L. Cremers and O. von Estorff
[A]

Bei der Entwicklung von technischen Systemen unter dynamischer Belastung kommt der rechnerischen Vorhersage des akustischen Abstrahlverhaltens eine besondere Bedeutung zu. Die für die Behandlung derartiger Fragestellungen prinzipiell gut geeigneten Berechnungsverfahren, wie z.B. die Boundary-Elemente-Methode (BEM), werden jedoch oft nicht eingesetzt, da deren Verbrauch an Ressourcen eine wirtschaftliche Untersuchung komplexer Systeme kaum zulässt. In zahlreichen Untersuchungen werden daher Anstrengungen unternommen, die konventionell formulierte BEM um neue Ansätze so zu ergänzen, dass der Arbeitsspeicher und die Berechnungszeit reduziert werden können. Eine interessante Möglichkeit, die Simulation zu beschleunigen, sind Akustische Trans-fervektoren (ATV). Hierbei handelt es sich um frequenzabhängige Übertragungsfunktio-nen, die einen Zusammenhang zwischen oberflächennormalen Verschiebungen (bzw. Geschwindigkeiten oder Beschleunigungen) einer schallabstrahlenden Struktur und dem Schalldruck in einem Feldpunkt darstellen. Unter Einhaltung der Form und der Eigenschaften des betrachteten Fluidgebietes in einem Modell mit gegebener Lage der Feldpunkte und konstanten akustischen Randbedingungen, erlauben einmal berechnete ATV, Schalldrücke für eine beliebige Verteilung der Oberflächenschnelle sehr effizient zu ermitteln. In diesem Beitrag wird die Formulierung der akustischen Transfervektoren vorgestellt und Möglichkeiten ihrer Anwendung anhand von praxisnahen numerischen Beispielen aufgezeigt. Es wird deutlich, dass mit Hilfe von ATV komplexe Sätze mit Eingangsdaten (z.B. Wasserfalldiagramme einzelner Motorkomponenten) wirtschaftlich verarbeitet werden können. Darüber hinaus wird auf den Einsatz der ATV bei der Gestaltoptimierung schallabstrahlender Strukturen näher eingegangen.

• Effiziente Schallabstrahlungsberechnung mit der BEM und interpolierten akustischen Transferfunktionen [DAGA 2003 (Aachen)]
  O. von Estorff and O. Zaleski
[A]

Bei der numerischen Untersuchung akustischer Fragestellungen kommt häufig die Boundary-Elemente-Methode (BEM) zum Einsatz. Sie zeichnet sich durch eine Reihe von Vorteilen aus, zu denen insbesondere die implizite Erfüllung der Sommerfeldschen Abstrahlbedingung und eine im Vergleich zu der akustischen FEM deutlich kleinere Anzahl erforderlicher Freiheitsgrade zählen. Die physikalischen Vorgänge innerhalb eines akustischen Gebietes werden bei der BEM nur durch die Größen auf dessen Berandung beschrieben, so dass die bei der FEM notwendige 3D-Diskretisierung des Gebietes selbst entfällt. Nachteilig in Bezug auf die Anwendung der BEM ist die Tatsache, dass die Matrizen der zu lösenden Gleichungssysteme vollbesetzt und in einigen Fällen auch nicht symmetrisch sind, was eine schnelle Berechnung der BEM-Modelle erheblich erschwert. Methoden zur Steigerung der Effektivität stehen daher bei vielen aktuellen BEM-Entwicklungen im Vordergrund. Ein viel versprechender neuer Ansatz zur Beschleunigung einer BEM-Simulation sind Akustische Transferfunktionen (ATF). Hierbei handelt es sich um frequenzabhängige Übertragungsfunktionen, die einen Zusammenhang zwischen der Oberflächenschnelle einer schallabstrahlenden Struktur und dem Schalldruck in einem Feldpunkt darstellen. Die Vorzüge ihrer Anwendung resultieren grundsätzlich daraus, dass in Modellen mit bekannten ATF die teure BEM-Berechnung für eine beliebige Verteilung der Oberflächenschnelle durch eine Multiplikation zweier Matrizen ersetzt werden kann. In dem gegenwärtigen Beitrag wird eine Vorgehensweise vorgestellt, mit der sich ATF/BEM-Berechnungen deutlich beschleunigen lassen. Sie beruht auf einer Kombination der indirekten BEM mit einer speziellen Formulierung der Quellsimulationstechnik. Das Ergebnis ist ein Interpolationsverfahren, mit dem vor allem die Berechnung größerer Frequenzbereiche deutlich effizienter durchgeführt werden kann. Die vorgeschlagene Vorgehensweise wird anhand von repräsentativen Beispielen erläutert.

• Sound Radiation of a Gear Box Using Acoustic Transfer Functions [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
  O. von Estorff, M. Markiewicz, R.J. May and O. Zaleski
[A]

Measurement techniques combined with numerical methods can be seen as an important step towards an acceleration of the development cycle of vehicles. In particular, by such combinations it is possible to investigate the future performance of a system and to cor-rect weaknesses in a very early design stage. This paper presents an example for the integrated usage of measurements and simulation techniques in order to improve the sound radiation of a gear box. Although the focus is placed on the numerical procedure, the essential input gained by related measurements will be discussed as well. An advanced BEM formulation, rapid re-meshing tools and newly developed Acoustic Transfer Functions (ATF) are used to improve the acoustic behavior of the gear box. It will be shown that the ATFs provide a very efficient way to compute the sound radiation behavior of a vibrating system when several design alternatives need to be investigated. Moreover, the ATF concept will be employed to access directly those parts of the gear box which are responsible for certain maxima of the sound pressure level.

• Hydrodynamic Pressure on Multiple Vertical Cylinders in a Compressible Fluid [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
  O. von Estorff, M. Markiewicz and O. Zaleski
[A]

The numerical study of the acoustic interaction among several obstacles in a compressible fluid is a challenging task, especially if the amount of interacting bodies is given by a two-digit number. Typical examples of such systems include the tube bundles in heat exchangers, underwater pipelines, arrays of cylinders in seabed offshore structures, and mega-float structures. Due to the complexity of these systems, the standard Finite Element or Boundary Element codes are practically inapplicable. The acoustic pressure and the associated forces on such structure assemblies can effectively be predicted by using the so-called ''exact algebraic method''. The methodology belongs to the group of numerical-analytical methods. The numerical part includes the computation of the so-called diffraction matrices for all members of the assembly and it can be accomplished by using any commercial FE or BE code. The kernel of the method is the solution of the interaction problem which is formulated analytically using an expansion of the wave fields radiated and scattered by each system member into elementary incoming wave components. The total incoming wave and the radiated wave by each member are then combined using diffraction matrices. This yields the final system of linear algebraic equations for the unknown expansion coefficients of the total interaction problem. After a general presentation of the method, some computational examples for the arrays of vertical cylinders in water of constant depth will be presented.

• Optimierung der Schallabstrahlung eines Pkw-Getriebes [DAGA 2006 (Braunschweig)]
  O. von Estorff, M. Markiewicz, R.J. May and O. Zaleski
[A]

Im Rahmen der Entwicklung von Antrieben spielen deren vibroakustische Eigenschaften eine wichtige Rolle und es kommen vermehrt Berechnungsverfahren zum Einsatz. Dabei wird in vielen Fällen zunächst nur die sich in Folge von Betriebsschwingungen ergebende Schallabstrahlung untersucht und es werden eventuell sinnvolle Änderungen erneut berechnet. In dem hier vorgestellten Beitrag geht es um eine Optimierung der Schallabstrahlung eines Getriebegehäuses. Es wird eine geometrische Form des Getriebegehäuses gesucht, mit der sich die abgestrahlte Schallleistung deutlich verringern lässt. Hierbei sind Ergebnisse vorangegangener Untersuchungen zu berücksichtigen, aus denen sich die kritischen Betriebszustände des zu untersuchenden Getriebes ergeben. Zudem lassen sich diejenigen Bereiche der Gehäuseoberfläche eingrenzen, die den größten Einfluss auf die Schallabstrahlung haben. Es wird ein effizientes Vorgehen vorgestellt, welches auf der Boundary-Elemente-Methode und Verfahren der multidisziplinären Optimierung basiert. Im vorliegenden Fall konnte eine deutliche Verringerung der Schallabstrahlung erreicht werden.

• Zur numerischen Vorhersage des Zuschlaggeräusches einer Fahrzeugtür [DAGA 2008 (Dresden)]
  O. von Estorff, M. Markiewicz, L. Miranda and O. Zaleski
[A]

Eine besondere Herausforderung im Hinblick auf die Simulation vibroakustischer Fragestellungen ist seit einiger Zeit die Erstellung von Modellen, die - neben der Ergebnissauswertung im Frequenz- und Zeitbereich - auch das Hörbarmachen des Berechnungsergebnisses in Form eines möglichst realitätsgetreuen Geräusches ermöglichen. Ein solches Modell ist dann besonders anspruchsvoll, wenn neben der impulsartigen Strukturanregung auch die akustischen Eigenschaften einer geschlossenen Kavität, z.B. eines Fahrzeuginnenraumes, zu berücksichtigen sind. Von Bedeutung ist auch das zum Einsatz kommende Berechnungsverfahren. Es muss die für die Schallentstehung und -übertragung wesentlichen Effekte ausreichend genau erfassen, eine effiziente Datenübertragung zwischen einzelnen Teilmodellen sicherstellen und den Einsatz von zum Teil messtechnisch ermittelten Modellparameter erlauben. Im gegenwärtigen Beitrag werden Berechnungsmodelle erläutert, die zur Berechnung und zwecks Hörbarmachen des Geräusches einer ins Schloss fallenden Fahrzeugtür zum Einsatz kommen können. Bei der vorgeschlagenen Modellierung werden eine Mehrkörpersimulation und eine Schallfeldberechung mit der FEM im Zeitbereich kombiniert. Erste Ergebnisse, die mittels LMS Virtual.Lab in Kombination mit speziell entwickelten Matlab-Routinen berechnet wurden, werden vorgestellt und diskutiert.

Zander, J.

• Mineralfaserakustikdecken in Unterrichtsräumen – Erfahrungen aus der Praxis [DAGA 2007 (Stuttgart)]
  J. Zander, F. Schnelle and R. Kurz
[A]

Unter Kostengesichtspunkten werden in Unterrichtsräumen häufig vollflächig schallabsorbierende Unterdecken aus Mineralfaserakustikplatten als alleinige raumakustische Maßnahme ausgeführt. Mit der Aktualisierung der DIN 18041 im Jahr 2004 wurden die Anforderungen an die Nachhallzeiten in Unterrichtsräumen verschärft. Vor diesem Hintergrund wird in jüngster Zeit verstärkt der Einsatz hochschallabsorbierender raumakustischer Unterdecken aus Mineralfaserakustikplatten propagiert. Für ein Sanierungsvorhaben von Schulen mit engem finanziellem Budget wurden vergleichende raumakustische Untersuchungen beim Einsatz unterschiedlicher Mineralfaserakustikplatten durchgeführt. Der raumakustische Erfolg hängt bei der Verwendung hochschallabsorbierender Deckenplatten stark von der Diffusität der Unterrichtsräume ab.

Zangers, J.

• Ray-Tracing in a 3-D Wind Field for Prediction Purposes of Shooting Noise: Part I [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
  K.-W. Hirsch and J. Zangers
[A]

For correlation purposes of annoyance due to shooting noise, specific prediction models are available that in particular consider the long-range propagation necessary to cover the whole range where such blasts are audible. They follow traditional concepts of noise prediction relying on long-term average levels, distinguishing only between downwind and up wind conditions. The wide distribution of measured receiver levels for shooting sounds at medium and large distances, however, indicates that the short-time variation in the atmosphere has a dominating influence on the propagation of sound. It is clear, that these models do not apply to short-time predictions. Two major applications need short-time predictions: Firstly, the daily noise management for shooting ranges and training facilities requires a prediction of receiver levels for specific, predicted weather conditions. Secondly, any optimisation of a design for a ''low noise'' range needs in advance information on the benefit of an improved layout with respect to the local geometry and to a variety of expected weather conditions. The paper reports on a trial to set up a model that considers the acoustical phenomena needed for both tasks. The model relies on 3-D ray propagation in a 3-D wind vector field. Therefore, it allows to study the effect of local changes in the wind field, for instance of a vertical air flow or of vortices generated over a corn field or by a wind turbine. Part I of the paper discusses the background, part II explains the basic physical and numerical ideas of the approach.

• Ray-Tracing in a 3-D Wind Field for Prediction Purposes of Shooting Noise: Part II [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
  J. Zangers and K.-W. Hirsch
[A]

Part I discusses the need of a short-time, long-range sound propagation model for the prediction of shooting noise. In order to develop a 3-D prediction model to describe the long-range propagation of shooting sounds, the implementation of a 3-D wind vector field is a pre-condition, because in a realistic lower atmosphere, vertical air flows and vortices on a medium scale are not an exception that proves the rule of a stratified atmosphere, it is often a typical state. Therefore, the approach relies on Pierce's concept of wave front ray tracing. As a basic idea, the model propagates hexahedrons as finite elements (looking like tents) to describe the transfer and the reception of acoustical energy from a directional spherical source to the receiver. The numerical implementation requires sophisticated procedures. (1) Due to the ill-conditioned non-linear differential equations, it is necessary to generate a mesh on the sphere that is fine enough to solve the equations on the propagating wave front accurately. (2) The step size increments used for integration are critical for accuracy and computation time. (3) In order to maintain spatial resolution for long-range propagation, a splitting process is required to divide rays into a collection of sub-rays. (4) The reflection at the ground needs complex numerical concepts to describe the geometry of the elements close to the ground. 3-D wind vector and temperature fields are natural features of this model. The paper discusses the physical and numerical challenge of this approach and highlights the steps to follow.

• Ray-Tracing in einem 3-D Wind-Vektor-Feld zur Vorhersage von Schießlärm [DAGA 2005 (München)]
  J. Zangers and K.-W. Hirsch
[A]

Auf der DAGA 2004 wurden die physikalischen und numerischen Grundlagen eines Schallausbreitungsmodells für Schießlärm vorgestellt, das auf dem Konzept von Pierce des ''Wellenfront Ray-Tracings'' basiert und Vorhersagen über große Entfernungen in Abhängigkeit vom Wetter gestattet. Für dieses Modell relevante Wettergrößen sind: Windgeschwindigkeitskomponenten in x- y- und z-Richtung, Temperatur und (relative) Feuchtigkeit. Diese Größen sind ortsabhängig, also Funktionen f(x,y,z). Inzwischen wurde das Modell in zwei Richtungen weiterentwickelt: (1) Berücksichtigung höhenabhängiger Messungen an verschiedenen Orten, (2) Reflexion an Aufbauten innerhalb eines Schießstandes. Zur Berücksichtigung realer Wetterdaten, die als höhenabhängige Messungen an verschiedenen Orten vorliegen, ist ein Verfahren zur räumlichen Mittelung dieser Messungen notwendig. Dieses Verfahren muss Funktionen f(x,y,z) so liefern, dass die Funktionen überall mindesten von der Ordnung C2 sind und die erste Ableitung in z-Richtung für z = 0 überall gleich 0 ist. Dabei soll der numerische Aufwand zur Berücksichtigung dieser Daten in den Formeln von Pierce im Hinblick auf die Rechenzeit möglichst gering bleiben. Dies gelingt mit Hilfe einer Kombination von interpolierenden kubischen Spline-Funktionen, Legendre Transformationen und 2-D interpolierenden Oberflächen-Splines. Zur Berücksichtigung der Reflexion an Aufbauten innerhalb eines Schießstandes werden die Aufbauten als konvexe Körper mit 6 Begrenzungsflächen modelliert. Innerhalb des Schießstandes wird ohne Wind gerechnet sowie Temperatur und Feuchtigkeit als konstant angenommen.

• Eine 3D-Ersatzschallquelle für komplexe Schießstände [DAGA 2007 (Stuttgart)]
  J. Zangers and K.-W. Hirsch
[A]

Schießanlagen für Handfeuerwaffen sind häufig durch viele, ausbreitungswirksame Aufbauten geprägt. Vielfachreflexionen vom Boden, den Sicherheitsblenden, den Seitenwällen, sowie von einem komplexen Geschossfang können entscheidend für die Lärmbelastung im Außenbereich sein. Um für empfindliche Gebiete in der Nachbarschaft spezifische bauliche Schallschutzmaßnahmen im Schießstand entwickeln zu können, ist es entscheidend, den 3D-Schallweg der Reflexionen zu kennen.

Bei der Berechnung der Schallausbreitung wird das auf der DAGA 2004/2005 vorgestellte Konzept der 3D-Propagation von ''Zelten'' als Träger der akustischen Energie angewandt. Da innerhalb eines Schießstandes die lokalen 3D-Wetterverhältnisse gewöhnlich nicht bekannt sind, wird von einer ruhenden, ortsunabhängigen Atmosphäre ausgegangen. Bei der Berechnung der Reflexionen werden die Aufbauten als räumlich ausgedehnte Körper mit flächenspezifischen akustischen Eigenschaften berücksichtigt.

Die Gesamtheit aller Zelte - mit Eigenzeit, Schallausbreitungsrichtung und Energiedichte - die eine Box um den Schießstand durchdringen, bildet die Ersatzschallquelle. Ausgehend von dieser Ersatzschallquelle kann die weitere Schallausbreitung in einer Atmosphäre mit ortsabhängigen Wetterparametern mittels des o.g. Ausbreitungsmodells berechnet werden.

Da eine Beugungsrechnung nach Maekawa - also nach ISO9613 - für den Nahbereich von Knallquellen nicht anwendbar ist, ist die Beugungsrechnung im 3D besonders kompliziert. In der aktuellen Version wird die Beugungsenergie bereits aufbauspezifisch errechnet und soll in einer weiteren Entwicklungsstufe als einfache Ersatzschallquelle hinzugefügt werden.

• Zur Berechnung des Geschossknalls von Flugkörpern auf ballistischen Flugbahnen [DAGA 2008 (Dresden)]
  J. Zangers and K.-W. Hirsch
[A]

Die EN ISO 17201-2 beschreibt ein energiebasiertes Verfahren (im Rahmen der Strahlenakustik), mit dem der Schallexpositionspegel von Geschossknallen kleinkalibriger ( 20 mm) Handfeuerwaffen abgeschätzt werden kann. Im wesentlichen gliedert sich dieses Verfahren in drei Schritte: (1) Bestimmung des Quellpunktes auf (dem überschalligen Teil) der Flugbahn bei gegebenen Immissionspunkt. (2) Berechnung des Energieverlustes des Geschosses auf dem Quellpunkt-Flugbahnsegment. (3) Berechnung der ''Streufläche'', in die diese Energie abgestrahlt wird. Dabei wird zunächst von geraden Flugbahnen ausgegangen, darüber hinaus aber festgestellt, dass dieses Verfahren auch für ballistische Kurven gültig ist, wenn sie durch eine Folge von Geradestücken angenähert werden können. Eine detaillierte Analyse der angegebenen Gleichungen ergibt folgende implizite Vereinfachungen: a) Die Erdanziehung wird vernachlässigt. b) Der Cw-Wert des Geschosses wird als konstant vorausgesetzt. c) Das Geschoss wird (im überschalligen Teil der Flugbahn) kontinuierlich verzögert.

Durch diese Annahmen ist die Anwendbarkeit des Verfahrens auf allgemeine ballistische Flugbahnen nur eingeschränkt möglich. Es wird ein Verfahren vorgestellt, das es erlaubt die Punkte (1) - (3), ohne die Einschränkungen a) - c) zu berechnen.

Zannin, P.H.T.

• 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.

• Occupational Noise in Urban Buses,a case study in Curitia, Brazil [DAGA 2006 (Braunschweig)]
  P.H.T. Zannin
[A]

Working conditions of bus drivers with respect to noise emission levels have been evaluated inside 60 urban buses from the city of Curitiba, Brazil. Buses evaluated were of the following types: 1) Biarticulated (20), 2) Speedbuses (20), and 3) Feeder buses (20). Equivalent sound levels Leq in dB(A) were measured according to ISO 1999. Normalized noise exposure levels LEX,8h were calculated from Leq. Noise exposure levels permitted the evaluation of the quality of the working environment, using the Occupational Health Standard NHO-01 and Standard for Ergonomics NR-17. Noise exposure levels of the drivers was ''acceptable'', according to NHO-01, in 56 of the buses evaluated, with LEX,8h 82 dB(A). In the 4 remaining buses, three entered the category of demanding the adoption of preventive measures, with 82 LEX,8h 84 dB(A). Only in one bus was LEX,8h 85 dB(A), this one requiring the adoption of preventive and corrective measures, aiming at the reduction of daily exposure levels. On the other hand, when NR-17 is used as the reference, all buses are labeled as uncomfortable, with LEX,8h 65 dB(A). The manufacture year and the location of the engine are two factors that highly contribute to the level of noise reaching the driver. Drivers of buses with a front engine are at higher risk of occupational hearing loss, with measured LEX, 8 h of 85 dB(A), or near this value.

Zarzalis, N.

• 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.

Zechel, G.

• Beamforming an bewegten Objekten im Zeitbereich [DAGA 2008 (Dresden)]
  G. Zechel, A. Zeibig and M. Beitelschmidt
[A]

In diesem Vortrag wird ein einfacher Algorithmus zum Beamforming im Zeitbereich vorgestellt, welcher die Ortung von Schallquellen an bewegten Objekten ermöglicht. Dabei wird die Korrektur des durch die bewegte Quelle verursachten Dopplereffekts und der Schalldruckamplituden unter Annahme der Ausbreitung von Kugelwellen berücksichtigt. Möglichkeiten zur Reduzierung der Rechenzeit und des Speicherbedarfs werden aufgezeigt. Die Funktionsweise wird anhand von Messergebnissen aus Laborversuchen und an realen Fahrzeugen demonstriert.

Zeibig, A.

• Strömungsakustische Untersuchungen im aeroakustischen Windkanal der TU Dresden [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
  N. Kalitzin and A. Zeibig
[A]

Am Institut für Akustik und Sprachkommunikation der TU Dresden steht für strömungsakustische Untersuchungen ein Niedergeschwindigkeitswindkanal zur Verfügung. Es handelt sich dabei um eine offene Meßstrecke, die durch einen Radialventilator angetrieben wird. Der Kanal ist durch eine Reihe bautechnischer Maßnahmen akustisch optimiert. Im Meßraum beträgt der Störschalldruckpegel bei einer Windgeschwindigkeit von 30 m/s: 54 dB(A). Der Kanal wird mit anderen aeroakustischen Windkanälen verglichen. Die strömungsmechanischen Messungen erfolgen mit der Hitzdrahttechnik. Diese ist mit einer Traversierein- richtung gekoppelt. Örtliche Positionierung und Meßwert- erfassung werden über einen Computer gesteuert. Mit der vorhandenen Software wird das Strömungsfeld an vorge- gebenen Punkten automatisch ausgemessen. Für die akustischen Untersuchungen steht konventionelle Messtechnik zur Verfügung. Im Rahmen des Projektes SWING (Simulation of Wing-flow Noise Generation) kam zusätz- lich ein Mikrofonarray des Institutes für Aerodynamik und Gasdynamik der Universität Stuttgart zum Einsatz. Der Aufbau eines instututseigenen Mikrofonarrays hat bereits begonnen. Der Kanal dient der Erforschung verschiedenster physikalischer Phänomene. So wurde z.B. die Auswirkung des Pseudoschalls an einem windumströmten Kunstkopf auf die Sprachverständlichkeit ermittelt (siehe STEGE in DAGA 1998, Zürich). Aktuell wird innerhalb des o.g. Projektes SWING die Geräuschentstehung an Hinterkanten umströmter Körper untersucht. Als Probekörper wird eine dünne ebene Platte verwendet. Mit der Hitzdrahtmeßtechnik wurden Geschwindigkeiten und Turbulenzgrade gemessen. Die Lokalisierung der Schall- quelle erfolgte mit dem Mikrofonarray der Universität Stuttgart. Diese Messungen dienen der Validierung numerischer Ergebnisse, die mit Hilfe von Programmen erzielt werden, die die Reynoldsgemittelten Navier- Stokes-Gleichungen zur Berechnung der mittleren Strömung lösen und die auf der Basis der Eulergleichungen die Schalldruckausbreitung simulieren.

• 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.

• Numerische und experimentelle Untersuchung aeroakustischer Quellgrößen (am Beispiel der turbulenten Umströmung einer ebenen, dünnen Platte) [DAGA 2002 (Bochum)]
  N. Kalitzin and A. Zeibig
[A]

Eine direkte numerische Berechnung der Schallerzeugung durch die Umströmung von kompliziert geformten Körpern ist derzeit nicht möglich bzw. sehr aufwendig. Deshalb wird in dieser Untersuchung ein etwas anderer, mehrstufiger Lösungsansatz verfolgt. In einem ersten Schritt liefert ein RANS - Löser des DLR Braunschweig die zeitgemittelte Strömung, gemittelte Turbulenzdaten wie die kinetische Turbulenzenergie und die Dissipationsrate der Turbulenz. Daraus wird in einem zweiten Rechenschritt entsprechend dem in Frankreich entwickelten stochastischen Lärmgenerierungs und -abstrahlungsmodell (SNGR) ein akustischer Quellterm für die linearisierten Eulergleichungen generiert. Dieser Quellterm modelliert die Schallerzeugung durch Turbulenz und setzt sich aus verschiedenen Summanden zusammen, wobei die wichtigsten den sogenannten Self-Noise, also die Wechselwirkung der Turbulenz mit sich selbst, und den Shear-Noise, also die Wechselwirkung der Turbulenz mit dem Gradienten der mittleren Strömung, beschreiben. Mittels eines hochpräzisen CAA - Codes des DLR Braunschweig werden dann die linearisierten Eulergleichungen gelöst. Da für eine exakte Berechnung der Schallabstrahlung die genaue Bestimmung der Strömungsdaten unerlässlich ist, erfolgt eine umfangreiche Validierung der mit dem RANS-Löser berechneten Daten im aeroakustischen Windkanal des IAS durch Hitzdrahtmessungen mit 1D und 3D-Hitzdrahttechnik.

• Mikrofonarraymessungen für aeroakustische Untersuchungen [DAGA 2003 (Aachen)]
  A. Zeibig, D. Richter and A. Witing
[A]

Im Rahmen des DFG-geförderten Forschungsprojektes SWING+ (Simulation of Wing-Flow Noise Generation) werden numerische Simulationen der Schallentstehung an überströmten Hinterkanten durchgeführt. Zur Validierung dieser Simulationen ist die Lokalisation der Schallquellen an einem realen Modell notwendig. Ein hervorragendes Messinstrument zur Ortung von Schallquellen stellt ein Mikrofonarray mit Beamformingtechnologie dar. Der Aufbau eines solchen Arrays ist stark von den jeweiligen Messobjekten und Anforderungen abhängig. Deshalb ist die Anschaffung eines auf die speziellen Messanforderungen abgestimmten kommerziellen Arrays nahezu unmöglich und es musste ein eigenes Array entwickelt werden. In diesem Vortrag werden zunächst die besonderen Anforderungen an aeroakustische Messungen mit Mikrofonarrays dargelegt. Aufbauend darauf wird die Konzeption des neu entwickelten Arrays vorgestellt. Es werden Übertragungsfunktionen und Ergebnisse der ersten Messungen mit dem neu entwickelten Array gezeigt. Dabei werden sowohl typische Schallstrahlermodelle (Punktmonopol, Punktdipol) als auch reale aeroakustische Modelle (Hinterkanten von dünner ebener Platte und NACA0012-Profil) vermessen.

• Validierung aerodynamischer und aeroakustischer Berechnungen durch Messungen im Windkanal [DAGA 2003 (Aachen)]
  M. Bauer and A. Zeibig
[A]

Zur Validierung der im Rahmen des Forschungsprojektes SWING+ (Simulation of Wing Flow Noise Generation) eingesetzten numerischen Verfahren, wurden umfangreiche strömungsmechanische sowie akustische Messungen durchgeführt. Erster Testfall für die numerischen Untersuchungen ist die dünne, ebene Platte. Die Strömungssimulationen (RANS, LES) werden mit den Ergebnissen der 1D- und 3D-Hitzdrahtmessungen verglichen. Dabei wird auch auf die Genauigkeit der verwendeten Hitzdrahtmesstechnik eingegangen. Die Validierung der Simulationen zur Schallausbreitung (CAA, mit Euler-Gleichungen) erfolgt durch Messung der Schalldruckpegel und der Frequenzspektren im nahen Fernfeld der Platte. Auch gemessene und berechnete Richtcharakteristiken der Schallabstrahlung werden miteinander verglichen. Der zweite Testfall ist die Untersuchung eines Profils NACA 0012. Auch für diesen Testfall werden Validierungen durchgeführt. Außerdem erfolgt eine Schallquellenlokalisation mit einem Mikrofonarray.

• Basic Investigations of Microphone Arrays [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
  C. Schulze, A. Zeibig and D. Richter
[A]

In order to localize and separate sound sources at structures in air flows a microphone array was developed. In advance basic investigations about the generation of directional characteristics of microphone arrays were carried out. The knowledge obtained during these investigations illustrated on the example of a line array will be the content of this presentation. A specifically developed computer simulation allowed the calculation of the transfer functions of different microphone distributions as well as examinations of the influences of array geometry, signal parameters and evaluation algorithms on the directional characteristic of the microphone array. On the basis of the simulation results an appropriate microphone array for the detection of the aeroacoustic sources mentioned before was found. The application of a frequency band filter algorithm corresponding to the transition from single-frequent to band limited sound source detection provided considerable improvements in the directional characteristic. The obtained simulation results are to be discussed and compared with practical measurements.

• Microphone array measurements for aeroacoustic investigations using a frequency band averaging method [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
  A. Zeibig, C. Schulze and J. Hübelt
[A]

Within the scope of the research project SWING+ (Simulation of WingFlow Noise Generation) it is necessary to develop a microphone array to localize sound sources on a generic wing profile. As a first approach a line array was constructed. Using this line array a lot of basic investigations with various array geometries and signal processing methods were carried out. As a result of these basic investigations the optimal configuration for a line array was found consisting of eight equal spaced microphones. This geometry can be used over a broad frequency range, if a spectral band filtering technique is applied. This way a narrow main lobe as well as a reasonable side lobe suppression can be reached. Reference measurements were carried out to prove the feasibility of this method. During the reference measurements acoustic model sources like monopole and dipole were localized and separated. Afterwards the use of this microphone array for the localization and separation of aeroacoustic sound sources on a generic wing profile and a cylinder in an air flow will be described. From these measurements useful experiences and knowledge for the design of a two-dimensional microphone array could be obtained.

• 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.

• Aeroakustische Validierungen am Beispiel einer generischen Fahrzeugstruktur [DAGA 2005 (München)]
  S. Achilles, A. Zeibig and A. Wilde
[A]

Im Rahmen des Forschungsverbundes ''Leiser Verkehr'' erfolgte die numerische Simulation der Schallerzeugung bei der Umströmung typischer Fahrzeugstrukturen. Zur Validierung der numerisch erzielten Ergebnisse war die experimentelle Bestimmung von Strömungs- und Schallfeldgrößen notwendig. An einer exemplarisch ausgewählten typischen Fahrzeugteilstruktur (Halbzylinder mit Nachlaufdreikant ''Strebe'') wurden dazu Hitzdrahtmessungen, Messungen der instationären Wanddruckfelder mittels Wanddruckmesstechnik sowie Schalldruckmessungen zur Ermittlung der Richtcharakteristik der Schallabstrahlung durchgeführt. Die dabei erzielten Messergebnisse werden präsentiert und mit den Ergebnissen numerischer Berechnungen verglichen. Zur Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Strömungs- und Schallfeldgrößen wurde die Korrelation zwischen hydrodynamischen Wanddruckschwankungen und Fernfeldschalldruck bestimmt. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen werden im Vortrag dargestellt und diskutiert.

• Elektroakustische Multipolmodellierungen in der Strömungsakustik am Beispiel des Hinterkantenlärms [DAGA 2005 (München)]
  P. Költzsch, M. Bauer, A. Witing, A. Zeibig and M. Kettlitz
[A]

Auf der Grundlage der LIGHTHILLschen Analogie können physikalische Mechanismen der Strömungsschallerzeugung durch akustische Multipole modelliert werden. Beispiele dafür sind die Quadrupolmechanismen des Strahllärms, die Dipol- und Monopolmechanismen des Rotorlärms von Propellern und Ventilatoren sowie die Elementarstrahlermodellierungen des Verbrennungslärms. Diese Modellierung wurde nunmehr messtechnisch für den Hinterkantenlärm realisiert. Im Zusammenhang mit numerischen Berechnungen des Strömungsschalls wurden die akustischen Richtcharakteristiken des Hinterkantenlärms von Platten und Profilen, die mit sehr unterschiedlichen Methoden ermittelt worden sind, miteinander verglichen. Dieser Vergleich bezog sich auf die Ergebnisse von numerischen Berechnungen, andererseits aber auch auf die Ergebnisse von analytischen Berechnungsverfahren. Schließlich wurde die Multipolmodellierung des Hinterkantenlärms mit einem einfachen akustischen Experiment validiert: eine Laut-sprecheranordnung an der Hinterkante einer endlichen Platte wurde als ideales Dipolmodell zur Ausmessung der Richtcharakteristik der Schallabstrahlung im reflexionsarmen Raum verwendet. In weiten Bereichen der HELMHOLTZ-Zahl stimmen die Ergebnisse für die Richtcharakteristiken aus den unterschiedlichen Verfahren befriedigend gut überein. Physikalisch gesehen zeigen sich für die verschiedenen Bereiche der HELMHOLTZ-Zahl gut interpretierbare Er-gebnisse: erstens der klassische Dipol als kompakte Quelle, zweitens die zunehmende ''Lappung'' der Richtcharakteristik als Ergebnis der Kantenstreuung und -beugung (Hinter- und Vorderkante), und drittens der extrem nichtkompakte Fall mit der halbunendlichen Platte, d. h. die kardioidförmige Richtcharakteristik. Das Messverfahren mit einer elektroakustischen Modellierung der Strömungsschallquelle wurde auch für weitere Tragflügelkonfigurationen (mit Landeklappe) angewandt.

• Einsatz eines Mikrofonarrays zur Trennung von Quellmechanismen [DAGA 2005 (München)]
  E. Sarradj, C. Schulze and A. Zeibig
[A]

Mikrofonarrays sind mit Hilfe der bekannten 'beamforming'-Algorithmen als elektronische Richtempfänger für eine Lokalisierung von Schallquellen mit guter örtlicher Auflösung geeignet. Das Ergebnis ist üblicherweise eine Abbildung der relativen Schalldruckbeiträge (akustische Fotografie). Aus der Abbildung kann jedoch keine Information entnommen werden, wie diese Schalldruckbeiträge einzelnen Quellmechanismen zuzuordnen sind. Darüber hinaus wird durch Rauschen und sogenannte 'ghost images' der Dynamikbereich der Abbildung der Schalldruckbeiträge eingeschränkt. Das führt dazu, dass lediglich die dominierenden Schallquellen abgebildet werden, während weniger starke Schallquellen durch das Rauschen der Abbildung überdeckt werden.

Bei einem praktisch interessierenden Untersuchungsobjekt ist das Schallfeld aus den Anteilen verschiedener Quellmechanismen zusammengesetzt. Jeder dieser Mechanismen kann zu mehreren Schallquellen führen. Sind die Mechanismen unkorreliert, so sind die zugehörigen Schalldrucksignale orthogonal. Auf dieser Überlegung aufbauend, kann der Beamforming-Algorithmus so modifiziert werden, dass partielle Abbildungen entstehen, in denen die zu einzelnen Quellmechanismen gehörenden Schallquellen abgebildet werden. Auf diese Art und Weise können auch die nicht dominierenden Schallquellen aufgespürt werden.

Die Vorgehensweise dazu wird erklärt und anhand praktischer Beispiele von Windkanal-Messungen sowie Messungen an einem Staubsauger demonstriert.

• Unterschiedliche Mikrofonanordnungen bei praktischen Arraymessungen [DAGA 2005 (München)]
  C. Schulze, E. Sarradj and A. Zeibig
[A]

Der Einsatz eines Mikrofonarrays mit nachgeschalteter Signalverarbeitung ist ein wirksames Werkzeug zur Ortung von Schallquellen an Objekten. Das Lokalisationsergebnis hängt neben der Signalverarbeitung besonders von der Richtwirkungseigenschaft des Mikrofonarrays ab, die durch das Arraypattern beschrieben werden kann. Die das Arraypattern beeinflussenden Parameter werden weitestgehend durch den spezifischen Anwendungsfall der Schallquellenlokalisation und die verwendete Hardware bestimmt. Die Mikrofonanordnung kann als verbleibende Einflussgröße frei gewählt und optimiert werden. Dabei erlaubt die Bestimmung von Qualitätskriterien die Bewertung der Mikrofonanordnungen. Der Vortrag beinhaltet den Vergleich von drei optimierten Mikrofonanordnungen deren Leistungsfähigkeit anhand einer Vielzahl von Ergebnissen praktischer Messungen demonstriert werden soll. Die untersuchten Quellanordnungen an umströmten Strukturen im aeroakustischen Windkanal sowie einem Staubsauger weisen verschiedene spektrale Charakteristiken und Schallentstehungsmechanismen auf. Im Vergleich der Mikrofonanordnungen wird insbesondere auf die Qualitätsparameter der simulierten Arraypattern und der Lokalisationsergebnisse einer einzelnen Schallquelle eingegangen.

• Messtechnische Untersuchung der Schallentstehung an überströmten Strebenmodellen [DAGA 2006 (Braunschweig)]
  A. Zeibig, T. Windisch and M. Beitelschmidt
[A]

Im Rahmen des Projektes Akusim erfolgte die Entwicklung von Methoden zur numerischen Simulation von überströmten Fahrzeugstrukturen. Für den Vergleich der verschiedenen numerischen Algorithmen und auch zur Validierung mit messtechnischen Untersuchungen wurden verschiedene Referenzobjekte festgelegt, u. a. eine überströmte Strebenstruktur, welche aus einem Halbzylinder mit angesetztem Heckdreikant bestand. Durch die Variation der Heckdreikantlänge konnten verschiedene Fälle der Umströmung und auch der Schallabstrahlung untersucht werden. In den numerischen Simulationen wurden zusätzlich zu den erwarteten strömungsmechanischen Mechanismen der KARMANschen Wirbelstrasse und der turbulenten Überströmung auch strömungsmechanisch-akustische Rückkopplungsphänomene prognostiziert. Diese Rückkopplung war besonders ausgeprägt für den Fall der auf den Zylinderdurchmesser normierten Heckdreikantlänge von l/d=4 und wurde auf einen Mechanismus zurückgeführt, der erstmals von ROSSITER am überströmten Hohlraum beschrieben wurde. Die Ergebnisse der messtechnischen Untersuchungen, welche in diesem Vortrag vorgestellt werden, bestätigten diesen Zusammenhang: Für den Fall l/d=4 konnte in den Spektren von Wanddruckschwankungen und Schalldruck zusätzlich zur Komponente der KARMANschen Wirbelstraße auch eine zweite Schwingungsform gefunden werden, welche mit der analytisch nach ROSSITER berechneten Schwingfrequenz korrespondiert. Das Auftreten der beiden verschiedenen spektralen Maxima ist stark abhängig vom Tripping der Grenzschicht und damit von der Anregung zusätzlicher Turbulenz. Anhand der Messergebnisse von Wanddruckschwankungen und Fernfeldschalldruck sollen diese Phänomene dargestellt und erläutert werden. Auch die Ergebnisse von Korrelationsuntersuchungen, welche in diesem Vortrag präsentiert werden, bestätigen die Existenz zweier parallel ablaufender Quellmechanismen. Zur Bestimmung der Lage der Quellgebiete wurden Arraymessungen eingesetzt.

• Beamforming an bewegten Objekten im Zeitbereich [DAGA 2008 (Dresden)]
  G. Zechel, A. Zeibig and M. Beitelschmidt
[A]

In diesem Vortrag wird ein einfacher Algorithmus zum Beamforming im Zeitbereich vorgestellt, welcher die Ortung von Schallquellen an bewegten Objekten ermöglicht. Dabei wird die Korrektur des durch die bewegte Quelle verursachten Dopplereffekts und der Schalldruckamplituden unter Annahme der Ausbreitung von Kugelwellen berücksichtigt. Möglichkeiten zur Reduzierung der Rechenzeit und des Speicherbedarfs werden aufgezeigt. Die Funktionsweise wird anhand von Messergebnissen aus Laborversuchen und an realen Fahrzeugen demonstriert.

Zeichart, K.

• Lästigkeit von Hochgeschwindigkeitszügen [DAGA 2000 (Oldenburg)]
  W. Herrmann, K. Zeichart and H. Kilcher
[A]

Im Zusammenhang mit der Planung neuer ICE-Strecken werden immer wieder Befürchtungen geäußert, die Hochgeschwindigkeitszüge könnten eine neue Geräuschqualität und besondere Belästigungen für die Anwohner mit sich bringen. Mit dieser Begründung wird gelegentlich auch die Anwendbarkeit des Schienenbonus auf den Hochgeschwindigkeits-verkehr in Frage gestellt. Tatsächlich unterscheidet sich die Schallcharakteristik von ICE-Zügen aufgrund der hohen Fahrgeschwindigkeiten sowohl im zeitlichen Verlauf als auch vom Spektrum her vom herkömmlichen Schienenverkehr. Bekannt ist auch, dass aerodynamische Effekte bei voller Geschwindigkeit bereits eine Rolle spielen. Andererseits kann die persönliche Einstellung Betroffener zum ICE starke Auswirkungen auf das Ausmaß der Beeinträchtigungen haben. In einer Feldstudie wurde untersucht, ob Besonderheiten des modernen Hochgeschwindig-keitsverkehrs zu speziellen Beeinträchtigungen der betroffenen Einwohner führen. Dabei wurden insgesamt 315 Personen an der Neubaustrecke Hannover-Würzburg befragt. Die Untersuchung wurden sowohl in reinen Neubaustreckenbereichen als auch an Abschnitten durchgeführt, die gebündelt mit der bereits lange bestehenden Hauptstrecke verlaufen. Die Studie ergab, dass sich in den untersuchten Belastungssituationen die Bahnanwohner mit großer Wahrscheinlichkeit nicht stärker durch die Vorbeifahrtender ICE-Züge gestört fühlen als es aus bisherigen Untersuchungen zu den Auswirkungen des Bahnlärms auf betroffene Anwohner bekannt ist.

Zeitler, A.

• Untersuchungen zur psychophysischen Skalierung der Angenehmheit von Umweltgeräuschen [DAGA 2000 (Oldenburg)]
  A. Zeitler and J. Hellbrück
[A]

Die Gestaltung und Optimierung von Produktgeräuschen hat im Rahmen des Sound Engi-neering stark an Bedeutung gewonnen. Elementare psychoakustische Größen wie Lautheit, Rauhigkeit oder Schärfe lassen sich heute mit entsprechenden Analysesystemen zufriedenstellend berechnen. Dagegen kommt die ganzheitliche Geräuschqualität durch das Zusammenwirken verschiedener Schallattribute zustande, beinhaltet kognitive und emo-tionale Aspekte, und kann somit nur in zusätzlichen Hörversuchen angemessen bewertet werden. Damit stehen Akustiker häufig vor dem Problem der Auswahl geeigneter psy-chometrischer Methoden. Im ersten Teil der experimentellen Studie werden verschiedene Verfahren der direkten Skalierung (unipolare und bipolare Kategorienskala, Verfahren der Größenschätzung) mit einer nach Thurstone aus Dominanzpaarvergleichsurteilen berech-neten Skala verglichen. Bei den verwendeten Schallen handelte es sich um Geräuschab-schnitte aus verschiedenen Alltagsbereichen (Fahrzeuge, Haushaltsgeräte, Elektrowerk-zeuge, Musikinstrumente u.a.) mit einer Dauer von etwa 5 Sekunden. Es zeigt sich eine hohe Übereinstimmung zwischen direkter und indirekter Skalierung sowie auch zwischen Kategorienskalierung und Größenschätzung. Ferner deuten die Ergebnisse die besondere Eignung der Kategorienskalierung an, sofern die Schalle hinsichtlich ihrer Angenehmheit weit streuen. Bei der Kategorienskalierung verdient die Kontextabhängigkeit der Urteile besondere Beachtung. Im einem weiteren Experiment wurde daher der experimentelle Kontext durch Veränderung der Bandbreite der Stimuli auf der Angenehmheitsdimension variiert. Die daraus resultierenden Effekte werden vor dem Hintergrund von Bezugssy-stemtheorien diskutiert.

• Einfluss der Bedeutung auf die Lautstärkebeurteilung von Umweltgeräuschen [DAGA 2003 (Aachen)]
  A. Zeitler, H. Fastl and J. Hellbrück
[A]

Im Bereich des Sound Quality Engineering kommt dem Lautstärkeeindruck eine besondere Bedeutung zu. So kann insbesondere bei Geräuschen mit hohen Intensitäten bereits durch eine Reduzierung des Lautstärkepegels oftmals eine deutliche Verbesserung der Geräuschqualität und somit der Akzeptanz eines Produktes erreicht werden. Zur gehörrichtigen Bestimmung der Lautstärke empfiehlt sich die Lautheitsberechnung nach Zwicker (DIN 45631 bzw. ISO 532 B), die heute Bestandteil vieler kommerziell erhältlicher Schallanalyseprogramme ist. Von psychologischer Seite stellt sich die Frage, inwieweit die instrumentelle Lautheitsbestimmung mit dem tatsächlichen Wahrnehmungseindruck übereinstimmt, insbesondere wenn man davon ausgeht, dass die Bedeutung eines Schallereignisses für eine Person einen Einfluss auf deren Lautstärkeurteil haben kann. Um diese Frage empirisch zu untersuchen, wurde im Hörversuch die Lautstärke eine Serie von 25 Umweltgeräuschen verschiedenster Herkunft von zwei unabhängigen Versuchspersonenstichproben zum einen im Original und zum anderen in einer ''bedeutungsneutralen'' Version mittels Kategorienunterteilungs-Verfahren skaliert. Dafür wurde auf die Originalgeräusche eine kürzlich an der Technischen Universität München entwickelte Methode angewendet, bei der die Lautheits-Zeitfunktionen gleich bleiben, jedoch die Schallquellen infolge einer speziellen FTT-Prozedur (Fastl, 2001) nicht mehr identifiziert werden können. Die varianzanalytische Auswertung der Lautstärkeurteile erbrachte bei der überwiegenden Mehrzahl der Geräusche keinen signifikanten Effekt dieser Manipulation, bei den vier unterschiedlich bewerteten Geräuschen wurden jeweils die Originalversionen lauter beurteilt. Ferner zeigt sich erwartungsgemäß ein hoher korrelativer Zusammenhang zwischen den mittleren Lautstärkeurteilen und den berechneten Lautheitswerten.

• Significance of Meaning in Sound Quality Evaluation [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
  A. Zeitler, W. Ellermeier and H. Fastl
[A]

There is wide agreement that perceptually-adequate sound evaluation has to encompass not only the sensory domain but also cognitive and emotional aspects of the auditory event. In particular, the meaning of a sound has been identified as an important factor in sound quality evaluation. The current investigation inquires into the significance of this factor for sound-quality judgements of various environmental and product sounds using a new signal-processing method which reduces the identifiability of sound sources substantially while preserving the loudness-time function [H. Fastl, ICA, Rome, 2001]. In contrast to a previous investigation [A. Zeitler, J. Hellbrueck & H. Fastl, DAGA 2003] that focussed on the effect of this type of signal processing on perceived loudness, the present study investigated the issue for perceived annoyance as well. In the first part of the experiment, four independent groups of subjects (N=25 each) responded on category-subdivision scales of loudness or annoyance to either the original or processed version of the signals. In the second part, subjects provided ratings of the stimuli on a concept-specific Semantic Differential. Results include analyses of the impact of source identifiability on loudness and annoyance judgements as well as an investigation of these effects in terms of differences in the semantic profiles elicited by the sounds.

• Kognitive Faktoren bei der Skalierung von Höreindrücken [DAGA 2007 (Stuttgart)]
  A. Zeitler
[A]

Kognitive Faktoren bei der Skalierung von Höreindrücken

Zeitler, B.

• A journey of Sound Radiation, from the Baffled Plate to the Infinitely Long Cylinder [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
  B. Zeitler and M. Möser
[A]

The characteristics of sound radiation of the baffled plate bearing modal velocity distribution will be introduced shortly. Following, the analytically derived radiation characteristics of an infinitely long cylinder possessing the same modal velocity will be presented. It was chosen as a stepping-stone between the baffled plate, and the infinitely long cylinder segment; with infinite radius it possess the same radiation characteristics as the baffled plate. By shortening the radius the influence of curvature and diffraction arises, which also occurs for the case of the infinitely long cylinder segment, which was solved with semi-analytical methods. Finally, the radiation characteristics of all cases will be compared, whereby some of the results are presented by particle animations.

Zenner, H.P.

• Gehörschäden durch Freizeitlärm [DAGA 2003 (Aachen)]
  H.P. Zenner
[A]

Lärm gefährdet die Gesundheit. Heute muss festgestellt werden, dass eine erhebliche Gefährdung durch Freizeitlärm, insbesondere bei Kindern, Jugendlichen und jungen Erwachsenen, besteht. Epidemiologische Untersuchungen an Jugendlichen, die noch keiner beruflichen Lärmbelastung ausgesetzt waren, lassen steigende Zahlen mit nachweisbaren, irreversiblen Innenohrschäden erkennen. Als wesentliche Ursachen werden die weite Verbreitung sehr lauter Kinderspielzeuge (Pistolen, Knackfrosch), Feuerwerkskörper sowie die heute ubiquitäre Verfügbarkeit elektroakustischer Verstärkung für Musik, z.B. mittels tragbarer Abspielgeräte, in Diskotheken oder in Musik-Großveranstaltungen angesehen. Der Schutz vor einer medizinisch unheilbaren Gehörschädigung durch Freizeitlärm ist daher eine wichtige Aufgabe der Präventivmedizin. Durch Aufklärungsmaßnahmen sollte auf die Gefahren der Gehörgefährdung durch laute Freizeitbeschäftigungen aufmerksam gemacht werden. Zum Schutz von Kindern und Jugendlichen, aber auch von Erwachsenen ist der Gesetzgeber gefordert, Möglichkeiten von Schallpegelbegrenzungen für Diskotheken, Konzerte und Musikabspielgeräte zu prüfen und entsprechende Richtwerte in Normen oder Richtlinien zu verankern.

Zerbs, C.

• Modell zur Berechnung der subjektiven Rauhigkeit von drehzahlabhängigen Geräuschen [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
  C. Zerbs, O. Martner, U. Fey and R. Kragl
[A]

Zur Berechnung der psychoakustischen Rauhigkeit von Geräuschen liefern existierende Modelle für viele synthetische und technische Schalle gute Vorhersagen für die subjektiv empfundene Rauhigkeit. Bei der Anwendung auf Fahrzeuginnengeräusche weisen die Vorhersagen jedoch nur geringe Übereinstimmung mit subjektiven Hörempfindungen auf. Basierend auf umfangreichen Hörversuchen sowohl mit ''`Experten''' als auch mit ''`Laien''' wurde eine neues Modell zur Berechnung der Motorrauhigkeit implementiert, das erheblich verbesserte Vorhersagen der Rauhigkeit ermöglicht. Das Modell berücksichtigt zum einem die Ordnungsstruktur der Geräusche von Verbrennungsmotoren. Das akustische Signal wird nicht mehr mit einer Filterbank aus Filtern fester Mittenfrequenz zerlegt, sondern die Mittenfrequenzen werden dynamisch aus der Motordrehzahl berechnet. Dadurch können die im Signal enthaltenen und für die Rauhigkeitsempfindung wichtigen Amplitudenmodulationen vollständig ausgewertet und für die Berechnung der Gesamtrauhigkeit verwendet werden. Zum anderen ist diese auditorische spektrale Zerlegung im Zeitbereich implementiert und nicht, wie für herkömmliche Rauhigkeitsmodelle, FFT-basierend. Im Beitrag wird die Modellstruktur beschrieben und die Ergebnisse aus Hörversuchen und Berechnungen werden miteinander verglichen.

• Spektrale Selektivität und frequenzgruppenübergreifende Verarbeitung beim binauralen Hören [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
  J.L. Verhey and C. Zerbs
[A]

Die Lautheit von einem Geräusch hängt nicht nur vom seinem Pegel sondern auch von seiner Dauer und seinem spektralen Gehalt ab. Lautheitsmodelle zur Beschreibung dieser zeitlichen und spektralen Effekte gehen im Allgemeinen von einer instantanen nichtlinearen spektralen Integration aus, während die Dauerabhängigkeit durch eine nachgeschaltete einfache Integrationsstufe beschrieben wird. Die spektrale und zeitliche Integration wird als unabhängig angenommen. Eigene auf der DAGA 98 vorgestellte Messungen zeigen jedoch, dass die spektrale Lautheitssummation von der Signaldauer abhängt. Es wurden die Lautheitsvergleichsmessungen mit Referenzstimuli gleicher Leistung (und gleichem spektralen Gehalt) für verschiedene Signaldauern durchgeführt. In diesem Beitrag werden neue Messergebnisse vorgestellt, bei denen die spektrale Lautheitssummation für kurze und lange Signale sowohl bei gleichem Pegel als auch bei gleicher Lautheit verglichen wird. Es zeigt sich, dass der Effekt der Signaldauer auf die spektrale Lautheitssummation für den betrachteten (mittleren) Pegelbereich pegelunabhängig ist, sofern man die Daten bei gleicher Leistung des Referenzsignals vergleicht. Bei gleicher Lautheit nimmt jedoch der Unterschied zwischen der spektralen Lautheitssummation für kurze und langen Signale mit zunehmender Lautheit ab. Die Ergebnisse werden im Rahmen neuer Literaturdaten zur zeitlichen Lautheitssummation für schmalbandige und breitbandige Stimuli diskutiert.

• Aktive Störgeräuschbefreiung für Freisprecheinrichtungen in Kfz [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
  G. Feneberg, R. Schirmacher and C. Zerbs
[A]

Vom deutschen Gesetzgeber wird für Fahrer von Kraftfahrzeugen ein Verbot des Betriebs von Mobiltelefonen ''am Ohr'' während der Fahrt angestrebt. Allerdings ist die Sprachverständlichkeit beim Einsatz von Freisprecheinrichtungen oft nicht zufriedenstellend. In diesem Beitrag wird ein Verfahren zur Störgeräuschunterdrückung und damit zur Verbesserung der Sprachverständlichkeit bei motordominierten Fahrzeuginnengeräuschen vorgestellt. Das Schallfeld im Fahrzeuginnenraum besitzt bis zu einer Frequenz von etwa 1 kHz eine ausgeprägte Modenstruktur. Das Innengeräusch wird hier typisch von ganz- und halbzahligen Motorordnungen dominiert. Da kein statistisches Schallfeld vorliegt, ist für diesen Frequenzbereich eine korrelationsbasierende Störgeräuschunterdrückung nicht möglich. Einen Ausweg bietet die aktive Kompensation drehzahlabhängiger Störgeräuschkomponenten mit Verfahren, wie sie bereits zur aktiven Störgeräuschbefreiung im Fahrzeuginnenraum eingesetzt werden. Im Vergleich zur akustischen Störgeräuschbefreiung, die ja möglichst global im gesamten Innenraum wirksam sein soll, ist die hier zu lösende Aufgabe jedoch wesentlich einfacher. Es treten keine elektroakustischen Übertragungsstrecken auf und es sind nur einzelne Mikrofonsignale zu bearbeiten. Damit sind echtzeitfähige Lösungen geringer numerischer Komplexität bis in den kHz-Bereich realisierbar. Weiterhin zielt das vorgestellte Verfahren ausschließlich auf drehzahlabhängige Störgeräusche und ist daher mit beliebigen anderen Verfahren wie z.B. mehrkanaligen, korrelationsbasierenden Ansätzen für höhere Frequenzen kombinierbar. Im Beitrag werden das Verfahren zur drehzahlgesteuerten Störgeräuschbefreiung vorgestellt und der verwendete Algorithmus skizziert. Verschiedene Anwendungen werden aufgezeigt und durch Ergebnisse und Beispiele ergänzt.

• Application of a psychoacoustic model for the determination of the psychoacoustic roughness of interior car sounds [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
  C. Zerbs and O. Martner
[A]

Besides the design and the optical appearance of a car also the interior sound is important for its perceived character. In order to quantify and to characterize the different factors contributing to the sound perception of a car and to explore the differences in the perceived image between listeners originating from a different origin, a hearing test was designed and carried out in Central Europe and North America.

Test sounds from three driving modes had to be compared according to 12 different attributes within a paired tournament test. Altogether, 71 test subjects took part in the test. Test results were checked for concordance and interindividual reliability. A factor analysis (PCA) was performed on the average scale values within one driving condition.

A comparison of subjective judgements and objective psychoacoustic parameters showed that the correlation between subjective roughness and the objective roughness was quite poor. A recently presented model (DAGA 2001), which considers the order structure of car sound, was employed to improve the correlation between subjective and objective psychoacoustic roughness.

• 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.

• Beurteilung und Klangbeeinflussung von Dieselgeräuschen [DAGA 2005 (München)]
  C. Zerbs, O. Martner and K. Mick
[A]

Untersuchungen zu Geräuschen von Dieselfahrzeugen zeigen, dass die klassischen psychoakustischen Parameter keine hinreichend gute Beschreibung der Dieselcharakters ermöglichen. Durch die Parameter werden die impulshaltigen Signalanteile, die den dieselhaftigen Klangcharakter hervorrufen, nur unzureichend beschrieben.

Die Anwendung von signalanalytischen Kenngrößen, die zur Beschreibung der Spitzenhaltigkeit von Signalen geeignet sind, verspricht unter Berücksichtigung des Frequenzbereichs, in dem die Signalspitzen auftreten, eine wesentlich bessere objektive Charakterisierung.

In diesem Beitrag wird ein Ansatz zur objektiven Beschreibung von Dieselgeräuschen vorgestellt, der anhand von Hörversuchung validiert wurde. Verwendet wurden Originalaufnahmen von Dieselgeräuschen sowie Dieselgeräusche, deren Klangcharakter durch Manipulation des Zeitverlaufs gezielt verändert wurde.

• Akustisches Monitoringsystem und Wasserschallprognose für Schiffe [DAGA 2005 (München)]
  C. Zerbs and I. Pascher
[A]

Neben der Zustandsüberwachung von Maschinen gewinnt bei Schiffen die akustische Überwachung, d. h. die Kontrolle der Schallabstrahlung ins umgebende Wasser, zunehmend an Bedeutung. Einerseits ist dies eine Frage zunehmend steigenden Umweltbewusstseins, zum anderen sind Forschungsschiffe mit geringer Schallabstrahlung für Fischerei- und Meeresforschung eine notwendige experimentelle Basis.

Im Beitrag wird eine automatisch arbeitende Überwachungsanlage vorgestellt, welche die zusammenhängenden Aufgaben Maschinenüberwachung und akustisches Monitoring zu einer leistungsfähigen Einheit verbindet. Neben relevanten Maschinen werden gleichzeitig die Übertragungswege über die Lagerung überwacht, da auch in diesem Bereich Fehler mit gravierenden akustischen Folgen auftreten können.

Weiterhin wird durch einen signalanalytischen Ansatz (PCA) die Schallabstrahlung ins Wasser abgeschätzt. Dies erfordert massiven numerischen Einsatz, der mit den erforderlichen Echtzeiteigenschaften erst durch die neuesten Rechner- und Messsystemtechnologien möglich wurde.

Zhang, F.

• Numerical investigations of the noise sources generated in a swirl stabilized flame [DAGA 2008 (Dresden)]
  F. Zhang, P. Habisreuther, M. Hettel and H. Bockhorn
[A]

The investigations shown in the present work cover the compressible simulations of a premixed swirled flame using a double concentric swirl burner, which is typically used for industrial application. The numerical tool used to solve the turbulent flow field is called Large Eddy Simulation (LES) which calculates the unsteady Navier-Stokes equations using the compressible formulation. Furthermore, to add chemical reaction into the flow, we represented the Turbulent Flame Speed Closure Model (TFC). Within this combustion model the turbulence-chemistry interaction was modeled by the turbulent burning speed . In our simulation methane-air mixture was used as fuel.

Spectral analysis of the pressure fluctuations on several monitor points within the flame has been made to get the preferential frequencies. These have been further identified. These mechanisms may interact with the flame and cause unsteady heat release which serve as main sources of the noise emission in the flame. Moreover, to give an overview of the acoustic source distributions, we have evaluated the two major source terms in the Lighthill's acoustic analogy:


(1)

where and represent the sources caused by turbulent flow and by unsteady heat release.

Zhang, G.

• Energy Finite Element Analysis of the NASA Aluminium Test-Bed Cylinder
  K. de Langhe, N. Vlahopoulos and G. Zhang
[A]

A formulation was developed in the Energy Finite Element Analysis (EFEA) for modeling the vibration of cylindrical structures with periodic axial and circumferential stiffeners. Appropriate power transfer coefficients are computed from the values of the propagation constants. The joint matrices of the EFEA formulation are computed based on the power transfer coefficients derived from periodic structure theory. EFEA analyses are performed for the NASA aluminum test-bed cylinder and simulations are compared to experiments. Excitation is applied on the test-bed cylinder by four shakers and the vibration is measured at forty bays formed by axial and circumferential stiffeners. The EFEA results are compared successfully to test data between the 1/3 octave bands of 315Hz to 6,300Hz. [Work sponsored by NASA Langley Structural Acoustics Branch]

• Combining an EBEA with an EFEA for Computing Airborne Noise Inside a Flexible Structure due to an Exterior Acoustic Source
  K. de Langhe, N. Vlahopoulos and G. Zhang
[A]

The Energy Boundary Element Analysis (EBEA) has been utilized in the past for computing the exterior acoustic field at high frequencies (above 400Hz) around vehicle structures and numerical results have been compared successfully to test data [Wang, et. al. Journal of Sound and Vibration, Vol. 278, 2004; Wang, et. al. Internoise 2002]. The EFEA has been developed for computing the structural vibration of complex structures at high frequencies and validation has been presented [Zhang, et. al., Journal of Sound and Vibration, Vol. 282, April 22 2005; Zhang, et. al., Finite Elements in Analysis and Design, v 41, n 11-12, June, 2005; Wang, et. al., SAE Paper No. 2005-01-2372]. In this presentation the EBEA is utilized for computing the acoustic field around a complex structure from an external acoustic noise source. The computed exterior acoustic field comprises the excitation for the EFEA analysis. The structural vibration and the interior noise levels are computed, demonstrating how the EBEA and the EFEA can be combined in airborne noise applications for performing a complete vibro-acoustic analysis. [Work supported by ONR Code 334, SBIR program, TPOC: Dr. Luise Couchman]

Zhang, J.

• On the Acoustics of Lateral Open Cavities [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
  J. Prager, J. Zhang and B.A.T. Petersson
[A]

Most of the sound fields in realistic build-up systems can be seen as sound fields in partially open enclosures. Due to these partially open sides of the cavity and the resulting complex wall impedances, the analytic description of the sound field becomes difficult in particular the determination of the eigenvalues. However, the influence of an irregular cavity shape on the sound field becomes weaker duo to the high apparent absorption. In this contribution, a simple and alternative method is proposed to describe the sound field in a laterally open, rectangular cavity adopting a cylindrical model to avoid the complex eigenvalue problem. The approach is applied to simulate the sound field in an underneath car cavity. The theoretical results will be compared with those of experiments.

Zhang, T.

• 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.

• Interferenz von breitbandigen Geräuschen bei der akustischen Abnahme von Freifeldräumen [DAGA 2007 (Stuttgart)]
  X. Zhou, G. Babuke, R. Wack and T. Zhang
[A]

Die unvermindert hohe Bedeutung akustischer Produkteigenschaften hat in den letzten Jahren zur Errichtung zahlreicher Freifeld- und Halbfreifeldräume für akustische Messungen geführt. Vorbeifahrt-, Rollen- und Motorprüfstände gehören dazu genauso wie Messräume für Kühlschränke, Waschmaschinen und Computer. Zur Feststellung der Eignung solcher Räume wird messtechnisch geprüft, inwieweit die Schallpegel von den idealen Werten des Entfernungsgesetzes abweichen. Entsprechend den Anforderungen an den Raum werden dabei als Prüfsignale entweder Terzrauschen oder Einzeltöne verwendet. Die gemessenen Abweichungen vom Entfernungsgesetz sind jedoch von der Art des Prüfsignals abhängig. Anhand von Beispielen wird ein Rechenmodell vorgestellt, mit dem die Überlagerung zweier breitbandiger Signale abschätzt werden kann. Daran lassen sich die Auswirkungen der Wahl des Prüfsignals auf die Abnahmemessungen erkennen.

Zhang, V.

• 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.

Zhang, X.

• Piezoelektret-Mikrofone mit Fluorpolymerfolien und verbesserter Temperaturstabilität [DAGA 2007 (Stuttgart)]
  J. Hillenbrand, X. Zhang and G. Sessler
[A]

Trotz ihres einfachen Aufbaus zeichnen sich Piezoelektret-Mikrofone durch sehr kleine Klirrfaktoren, hohe Grenzfrequenzen und wegen der Verwendung von Folienstapeln auch durch hohe Empfindlichkeiten aus. Der Nachteil aller bisherigen Mikrofone ist die relativ schlechte Temperaturstabilität, die auf die verwendeten zellularen Piezoelektret-Folien aus Polypropylen (PP) zurückzuführen ist. Bekanntermaßen sind die beiden Fluorpolymere Polytetrafluorethylen (PTFE) und (Fluorethylenpropylen) FEP wesentlich temperaturstabilere Elektretmaterialien als PP. Allerdings ist es bis heute nicht gelungen, bei der Herstellung von Piezoelektret-Folien das Polypropylen durch eines der genannten Fluorpolymere zu ersetzen, ansonsten eine analoge Vorgehensweise zu verwenden und damit zellulare Fluorpolymerfolien mit statistisch verteilten Hohlräumen zu erhalten. Kürzlich konnten aber aus abwechselnd übereinander gestapelten FEP- und PTFE-Folien durch einen Pressvorgang bei hohen Temperaturen mit Hilfe eines Metallgitters zellulare Verbund-Folien mit einer regelmäßigen Anordnung der Hohlräume hergestellt werden. Nach Koronaaufladung zeigten diese Folien Piezokonstanten von einigen 100 pC/N im Audiobereich. Nach einem Temperprozess nimmt die Piezokonstante der Folien bei 90C nur noch um 3% pro Tag ab. Mit den Folien wurden Mikrofone gebaut und akustische Freifeld-Messungen durchgeführt. Es ergaben sich bei Einfolien-Mikrofonen Empfindlichkeiten von bis zu 3 mV/Pa bei 1 kHz.

Zhang, Y.

• Simulation eines neuen Verfahrens zur aktiven Unterdrückung höherer Schallmoden in Strömungskanälen von Turbomaschinen [DAGA 2000 (Oldenburg)]
  U. Tapken, L. Enghardt, Y. Zhang and W. Neise
[A]

Die passive Dämpfung tonaler Schallanteile in den Strömungskanälen von Turbomaschinen, wie Ventilatoren und Flugzeugtriebwerken, ist auf dem begrenzten, zur Verfügung stehenden Raum mittels akustischer Auskleidungen meist nicht ausreichend möglich. Aus diesem Grund werden zur Zeit verschiedene zusätzliche aktive Geräuschminderungsverfahren untersucht. Bei Verwendung großer adaptiver Systeme wächst mit zunehmender Komplexität des modalen Schallfelds der numerische Aufwand schnell, und es können numerische Instabilitäten auftreten. Es bietet sich daher ein eher physikalisch orientierter Ansatz an, bei dem lediglich die dominanten Moden bekämpft werden. Auf dem Forum Acusticum 1999 ist dazu von Zhang das Konzept der indirekten Radialmodenunterdrückung vorgestellt worden: Die gleichzeitige Reduktion der Amplitude einer Umfangsmode an mehreren Axialpositionen führt implizit zur Verminderung ihrer radialen Komponenten, ohne daß deren Amplituden experimentell bestimmt werden müssen. Die Anwendbarkeit des Verfahrens wird durch Simulationsrechnungen demonstriert. Dazu wurde für eine einzelne Umfangsmode ein mehrkanaliger adaptiver Algorithmus im Frequenzbereich implementiert, bei dem jede zu vermindernde Radialkomponente einen Regelkanal darstellt. Als Alternative zu einer experimentellen Bestimmung der Übertragungsfunktionen zwischen den Lautsprecher- und Fehlermikrofonorten ist dabei ein analytischer Ansatz verfolgt worden. Die Simulationsergebnisse führen zu Erkenntnissen bezüglich der Anforderungen bei der praktischen Umsetzung des Konzepts, wie z.B. an die optimale Positionierung der Fehlermikrofone.

• Influence of wall construction on the acoustical behaviour of ETHICS [DAGA 2002 (Bochum)]
  L. Weber, Y. Zhang and D. Brandstetter
[A]

External thermal insulation composite systems (ETHICS) are used to improve the heat insulation of the outer walls of buildings. They consist of a heat insulating layer (mostly mineral fibre or polystyrene) which is fixed to the surface of the wall and covered by a plaster coat. Besides the enhancement of heat insulation ETHICS also change the acoustical properties of the supporting wall. Depending on construction (thickness and stiffness of the insulating layer, mass of the plaster coat) the sound insulation of the wall can be either increased or reduced. According to the usual calculation model, which is based on a simple mass-spring-mass system, the acoustical behaviour of ETHICS is almost independent from the supporting wall. This is due to the simplified approach of the model, which only uses the mass of the wall and doesn't consider other important properties, such as thickness, stiffness, perforation and damping. Practical experience, however, shows, that this in some cases is not correct. Because of the interaction with the wall the acoustical values of ETHICS can not be simply transfered from one wall to another, at least if the structure of the walls is different. To investigate this problem we collected and evaluated measuring data for several different combinations of ETHICS and walls. We give a short survey of the main results and present first explanations and conclusions for the observed effects.

Zhou, X.

• A simple method of determining the sound absorption coefficient at oblique incidence [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
  X. Zhou and Z. Xueqin
[A]

This paper proposes a simple method for estimating the sound absorption coef-ficient at oblique incidence in an anechoic environment. The frequency de-pendent sound pressure (direct sound) is first measured at one microphone po-sition without any reflecting plane. In a second step a reflecting/absorbing ma-terial is inserted and the sound pressure measured again. The direct sound and the reflected sound cause interference at the microphone position. The pattern of interference depends on the absorption characteristics of the material to be tested. By analysing the interference pattern the absorption coefficient of the test object at oblique incidence can be calculated. This method can do without any complicated instruments and calculation procedures. More specifically, it yields a fast and precise estimate of the absorption ability of larger acoustic modules and linings.

• Computerised planning aid for the design of anechoic chambers [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
  X. Zhou, Z. Xueqin and G. Babuke
[A]

A computer program using image sources was developed to aid the design of anechoic rooms. The phase shifting caused by different distances of all image and higher-order image sources and by reflection on each boundary surface are taken into consideration. The calculated sound pressure compares well with ''draw-away'' measurements. Several parameters which influence the quality of an anechoic room can be investigated by means of this simulation programme. It shows, that the absorption coefficient of the wall linings is by no means the only qualification requirement for an anechoic room. Besides the absorption, the geometry of the room, location and size of the source, the orientation and length of a prescribed measuring path and the respective test signal all affect the acoustical quality of an anechoic room for a given purpose.

• Room acoustics for 4 uses – Großes Haus Staatstheater Mainz [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
  Z. Xueqin, H.V. Fuchs, H. Drotleff and X. Zhou
[A]

Since different uses of auditoria, such as concert, opera, theatre and ballet, need a distinctive room acoustic environment, high-quality auditoria normally serve only one or, at most, two uses, e.g. concert and opera. On the other hand, the management of a cultural site usually desires a multi-purpose thea-tre, in order to react flexibly to customers demands. Acousticians are some-times tempted to design fairly cost-intensive and sometimes almost impractica-ble ''variable acoustics''. The ''Großes Haus'' of the Staatstheater in Mainz has been redeveloped from ground. This opportunity was taken and the ''house'' was given a new room acoustic design which serves four uses in one. This was based on smoothing the room response over the whole frequency range in the auditorium and the coupled stage. By an enlargement of the volume of the auditorium and the invisible installation of novel sound absorbers, which effec-tively work at low frequencies only, this goal has been achieved. The useful acoustic energy from the stage and the orchestra pit is directed onto the audi-ence by means of reflectors. Detrimental reflections are focussed away from the spectators. The feedback from spectators, musicians and conductor regard-ing the acoustics for all uses is positive.

• New room acoustic design concept for rehearsal rooms [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
  H. Drotleff, Z. Xueqin, H.V. Fuchs and X. Zhou
[A]

The philosophy about the acoustics in rehearsal rooms has changed. As work places for musicians and singers, they should not be built or restored to simu-late a specific auditorium for opera or concert performances, not only because of the totally different spatial conditions but also of the completely different act-ing environments. The room acoustic environment should ensure that musi-cians are able to hear, assess and control their own playing or singing while listening and differentiating the sounds of all other members of an ensemble. An often encountered situation is the masking of the sound produced by strings due to the dominant brass and percussion instruments. It must also enable an undisturbed communication and interaction between the various instruments and the conductor. This may be achieved by a novel concept incorporating in-novative absorber and reflector modules which damp the low frequency re-sponse of the room, take care of an even distribution of the sounds of the dif-ferent instrument groups and, most importantly, improve the transmission to the conductor. A proper room acoustic design may also help to reduce high aver-age sound pressure levels, which is the inevitable result of poor music intelligi-bility within an ensemble.

• 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.

• Messung von Regengeräuschen nach DIN EN ISO 140-18 [DAGA 2006 (Braunschweig)]
  L. Weber, J. Seidel, D. Rotaru and X. Zhou
[A]

Seit April 2005 liegt mit DIN EN ISO 140-18 (Entwurf) erstmals eine Norm über die Messung des durch Regenfall auf Bauteile verursachten Schalls im Prüfstand vor. Im Fraunhofer-Institut für Bauphysik wurde ein Prüfstand für Regengeräusche nach dieser Norm errichtet. Die bislang durchgeführten Arbeiten zeigen, dass die praktische Umsetzung der Normvorgaben nicht immer einfach ist. Es wird über die durchgeführten Vorversuche und die praktischen Erfahrungen beim Umgang mit der Norm berichtet. Dies betrifft insbesondere die Erzeugung künstlicher Regentropfen (Niederschlagsmenge, Tropfengröße, etc.) sowie den Einfluss der Niederschlagsmenge auf den Geräuschpegel. Ein weiteres Thema ist der Vergleich der durch natürlichen und künstlichen Regen hervorgerufenen Geräusche. Dies wurde beispielhaft im Rahmen eines Forschungsvorhabens an Folienkonstruktionen untersucht, wobei sowohl Messungen nach DIN EN ISO 140-18 als auch Messungen mit natürlichem Regen erfolgten.

• Reflexionsarme Messräume - Dimensionierung nach Anforderung [DAGA 2007 (Stuttgart)]
  G. Babuke, P. Brandstätt, W. Schneider and X. Zhou
[A]

Die Güte eines Schallmessraumes wird maßgeblich durch die Art der reflexionsarmen Schallauskleidung bestimmt. Zu den Anforderungen der Norm ergeben sich aus den unterschiedlichen Messanforderungen der Nutzer wiederum unterschiedliche Anforderungen bezüglich des Freifeldes und der erwünschten unteren Grenzfrequenz. Daher wird vorab jeder Prüfraum seiner jeweiligen Nutzung entsprechend ausgelegt. Nach 10 Jahren Erfahrung mit alternativen Raumauskleidungen zeigt der Beitrag an ausgewählten Beispielen den Weg von den spezifischen Anforderungen, der Auslegung und Simulation von den geometrischen Raumdaten und den akustischen Kennwerten des Materials, der Absorberaufbauten bis hin zur Abnahmemessung. Es werden die bei der Abnahmemessung ermittelten Freifeldeigenschaften des Messraumes denen der Auslegung gegenüber gestellt und diskutiert.

• 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.

• Interferenz von breitbandigen Geräuschen bei der akustischen Abnahme von Freifeldräumen [DAGA 2007 (Stuttgart)]
  X. Zhou, G. Babuke, R. Wack and T. Zhang
[A]

Die unvermindert hohe Bedeutung akustischer Produkteigenschaften hat in den letzten Jahren zur Errichtung zahlreicher Freifeld- und Halbfreifeldräume für akustische Messungen geführt. Vorbeifahrt-, Rollen- und Motorprüfstände gehören dazu genauso wie Messräume für Kühlschränke, Waschmaschinen und Computer. Zur Feststellung der Eignung solcher Räume wird messtechnisch geprüft, inwieweit die Schallpegel von den idealen Werten des Entfernungsgesetzes abweichen. Entsprechend den Anforderungen an den Raum werden dabei als Prüfsignale entweder Terzrauschen oder Einzeltöne verwendet. Die gemessenen Abweichungen vom Entfernungsgesetz sind jedoch von der Art des Prüfsignals abhängig. Anhand von Beispielen wird ein Rechenmodell vorgestellt, mit dem die Überlagerung zweier breitbandiger Signale abschätzt werden kann. Daran lassen sich die Auswirkungen der Wahl des Prüfsignals auf die Abnahmemessungen erkennen.

Zhykhar, A.

• Einsatz von Mikrofonarrays zur Schallfeldanalyse in Fahrzeugen [DAGA 2008 (Dresden)]
  M. Strauß, A. Zhykhar and S. Heeg
[A]

Zur Planung von elektro- oder raumakustischen Maßnahmen in Räumen ist die Verwendung von entsprechenden Simulationsprogrammen gebräuchlich. Für die Überprüfung oder zur Analyse der Schallausbreitungsvorgänge in der Realität sind geeignete Mess- und Bewertungsmethoden vorhanden. Diese Messungen werden meist an einigen wenigen Positionen eines Raumes durchgeführt.

Werden die Raumdimensionen kleiner, verändern sich auch die Eigenschaften des Schallfeldes schneller bzw. kann im akustisch zu untersuchenden Raumbereich die örtliche Veränderung der Schallfeldgrößen ausgeprägter sein. Dann kann eine flächendeckende Erfassung von Schallfeldgrößen sinnvoll werden und wesentlich zur Aussagekraft der Analyse des Schallfeldes beitragen. Unter Berücksichtigung von räumlicher Unterabtastung ist ein, dem zu untersuchenden Frequenzbereich genügend feines, Raster an Messpunkten zu erstellen. Damit gelingt unter anderem eine Darstellung der Ausbreitung und Reflexion des Schalls oder auch die flächenhafte Berechnung verschiedener raumakustischer Parameter. Ein anderes Beispiel für die Notwendigkeit einer räumlich feiner aufgelösten Erfassung ist z.B. die Analyse der Rekonstruktionsqualität von Wellenfronten bei Anwendungen der Wellenfeldsynthese.

Ein praxiserprobter Ansatz zur Durchführung solcher Messaufgaben wurde für die Anwendung in Fahrzeuginnenräumen überarbeitet. Mit Hilfe dieser Methode wurden über den gesamten Innenraum verteilt Impulsantworten für verschiedene Versuchsanordnungen ermittelt. Die Messdaten wurden mit vorhandenen Ergebnissen aus der Schallfeldsimulation verglichen, und zur Abschätzung des Gültigkeitsbereichs der Simulation herangezogen.

Zickmantel, F.

• Relevance and treatment of the low frequency domain in room acoustics [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
  H.V. Fuchs and F. Zickmantel
[A]

Noise in schools, open-plan offices and other communication areas is predomi-nantly self-generated by the respective users. The lack of sound absorption in traditionally furnished classrooms or modern office environments forces all oc-cupants to raise their voices, as soon as the necessary communications among them and on the phone sets in. Conventional damping at mid- and high-frequencies by absorptive ceilings, carpets, curtains, claddings, sails and furni-ture may reduce the detrimental effect of the room on speech intelligibility and the resulting noise amplification. Current research and consultant activities at IBP have revealed, however, that novel low-frequency and broadband absorber modules can tackle the problem more efficiently at its roots. Examples show surprising improvements of acoustic comfort in rooms where mid- and high-frequency absorption measures had failed or were impracticable for one reason or another.

• Large-scale Impedance tubes [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
  W. Schneider, M. Leistner, F. Zickmantel and R. Tippkemper
[A]

The development of structured and resonance type absorbers requires new test methods to assess their acoustic properties such as the absorption coefficient. This has been accomplished by new impedance tubes of a size from 200 x 200 mm up to 1600 x 1200 mm cross-section for the installation of large specimens. The poster presents the design and implementation of the tubes together with the measurement equipment employing a multi-microphone technique and FFT-analysis of the sound signals.

Ziegenhals, G.

• Beurteilung objektiver Merkmale von Musikinstrumenten [DAGA 2000 (Oldenburg)]
  G. Ziegenhals
[A]

Die traditionellen Musikinstrumente sind in ihrer heutigen Form das Ergebnis einer evolutionären Entwicklung. Aufbauend auf anerkannt guten Bauformen, Materialien und sonstigen Eigenschaften erfolgte die Entwicklung in kleinen Schritten der Veränderung bekannter Größen. Für den Schüler ist das Vorbild der Lehrmeister, dessen ''Ist-Stand'' er zunächst zu erreichen versucht, und nach einer gewissen Zeit (falls der Schüler zu den kreativen seiner Zunft gehört) strebt er danach den sicher beherrschten Stand zu erweitern. Die Veränderung geschieht auf der Basis Versuch und Irrtum. Auch die industriellen Hersteller verfahren durchaus auf diese Weise. Neben Auffassungs- und Kenntnisunterschieden kommen hier noch Serienfertigungsprobleme hinzu. Diese historisch gewachsene Entwicklungsmethodik ist auch heute noch die Hauptform im Innovationsprozeß der Musikinstrumentenhersteller, zumindest was die eigentliche klangbestimmende Bauform der Instrumente betrifft. Ingenieur- und Naturwissenschaft greifen nur sehr sporadisch in den Prozeß ein. Aus diesen Gründen kann man davon ausgehen, daß auf jeweils bestimmten Entwicklungsständen für gleiche Typen von Instrumenten die meßtechnisch erfaßten Merkmale normal verteilt sind. Die Normalverteilung wird nur in Etappen extremer Innovation verlassen. Diesen Gedanken wollen wir zur Bewertung ausnutzen. Aus der Normalverteilung wird unter Berücksichtigung des Meßfehlers eine fünfstufige Bewertungsskala abgeleitet.

• Ein Kontrabass mit flacher Zarge – Ist er akustisch brauchbar? [DAGA 2001 (Hamburg-Harburg)]
  G. Ziegenhals
[A]

Der Beitrag berichtet über Untersuchungen an Kontrabässen mit flacher Zarge, die eine Weiterführung zu den im November 2000 auf dem Musikinstrumentenbau - Symposium in Michaelstein vorgetragenen Ergebnissen darstellen. Die Frequenzkurven von Kontrabässen mit gegenüber normalen Bässen deutlich kleinerer Zargenhöhe von 70 mm sonst aber vergleichbaren Abmessungen zeigen (wie zu erwarten) im unteren Frequenzbereich nach oben verschobene Peaks. Für den Frequenzbereich ab ca. 150 Hz sind die Frequenzkurven vergleichbar jedoch mit leicht verbessertem Übertragungsverhalten der Flachbässe. Es ergibt sich ein Abfall des Klanges im unteren Spielbereich. Betroffen ist interessanterweise jedoch nur der Grundtonbereich der großen Oktave. Die Kontraoktave ist als gleichwertig anzusehen und der Bereich oberhalb der großen Oktave wird vom Flachbass, wie oben bereits erwähnt sogar besser übertragen. Da der gestrichene Klang sehr Obertonreich ist, kann der schwächere Grundtonbereich der großen Oktave durchaus mit kräftigen Obertönen aufgebaut werden. Die musikalische Brauchbarkeit auch im ursprünglich bei der Entwicklung gar nicht anvisierten klassischen Bereich wurde in Musikertests bestätigt und wird anhand von Hörbeispielen demonstriert. Die an der Abstrahlung der einzelnen Frequenzbereiche beteiligten Moden des Instrumentes werden mittels der Ergebnisse von Modalanalysen veranschaulicht.

• Zur objektiven Beurteilung von Klavieren [DAGA 2002 (Bochum)]
  G. Ziegenhals
[A]

In einem dem Vortrag zugrunde liegenden Projekt wurden 12 Klaviere anhand von 27 aus Messungen abgeleiteten Merkmalen bewertet. Die Mehrzahl der Merkmale bewertet den im Ergebnis definierter, mechanischer Anspiele abgestrahlten Schall von Einzeltönen. Die Auf- nahme der Messwerte erfolgte während der Anspiele bzw. anhand von DAT-Aufzeichnun- gen. Fünf Merkmale bewerten die spieltechnischen Parameter Tastenniederdruckkraft und Repetitionsfähigkeit. Der Vortrag beschreibt die Merkmale und diskutiert sie anhand eines Vergleiches mit den Ergebnissen subjektiver Tests, Hörtest (57 Testpersonen) und Spieltest (29 Testpersonen), die an der gleichen Instrumentenstichprobe vorgenommen wurden.

• Zur objektiven Beurteilung von Musikinstrumenten (Teil 1) [DAGA 2003 (Aachen)]
  G. Ziegenhals
[A]

Praktisch alle Aufgaben der Akustik in Zusammenhang mit Musikinstrumenten beinhalten die Problematik der objektiven Qualitätsbeurteilung. Dabei geht es darum, die akustische Qualität der Instrumente anhand messtechnisch erfassbarer Merkmale so zu beschreiben, dass ein ableitbares Qualitätsurteil hinreichend die Einschätzung der relevanten Gruppe von Musikern widerspiegelt. Andererseits sind die Merkmale so zu wählen, dass ein möglichst einfacher und in seiner Tendenz eindeutiger Zusammenhang zu konstruktiven, materialtechnischen und technologischen Details des jeweiligen Instrumentes besteht bzw. hergeleitet werden kann. Die meisten Verfahren beruhen auf der Auswertung der Antwort des Instrumentes auf eine definierte Erregung, die i.a. nicht dem realen Spiel entspricht. Der Vortrag gibt eine Übersicht über wichtige Verfahren und diskutiert Möglichkeiten und Grenzen.

• Characterisation of Musical Sounds by Means of Psychoacoustical Methods [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
  G. Ziegenhals
[A]

The properties pitch and response of musical instruments are described well by means of known methods of measurement and evaluation. In the case of sound evaluation we don?t find such results. Often indirect sizes like frequency response or mode shapes are measured and the sound properties are deduced from this sizes. But there are aurally-related signal analysis methods like loudness or sharpness since more then fifteen years. We could not find many papers about the application of these methods to musical sounds. One meaning is that the known aurally related methods only operate in cases of technical noises. The paper describe some examples of application and compare to the results of traditionally acoustical measurements.

• Akustische Untersuchungen an Blasinstrumenten aus der Begräbniskapelle des Freiberger Doms [DAGA 2005 (München)]
  G. Ziegenhals
[A]

In den Jahren zwischen 1585 und 1594 erfolgte die Umgestaltung des Chorraumes im Freiberger Dom zur Begräbnisstätte der wettinischen Fürsten. Im Rahmen dieser Arbeiten gab man den Putten (Engelsfiguren) auf einem Sims unter dem Gewölbe 30 Musikinstrumente in die Hände. 2002 begann eine umfassende Rekonstruktion der Kapelle. Dabei wurden die Instrumente abgenommen und konnten erstmals von einem interdisziplinären Team einer umfassenden Untersuchung unterzogen werden. Die visuelle Begutachtung der Instrumente ließ vermuten, dass es sich bei einem Teil der Instrumente offensichtlich um spielfähige Musikinstrumente der damaligen Zeit handelt. Während die Zupf- und Streichinstrumente einen Zustand aufweisen, der keine sinnvollen Messungen zulässt, waren diese an den Blasinstrumenten durchaus möglich. Im IfM wurden zwei Zinken und drei Schalmeien aus dem Freiberger Dom akustisch untersucht. Die Ergebnisse führen zu dem Ergebnis, das es sich tatsächlich um spielfähige, ausgestimmte Instrumente handelt. Der Vortrag berichtet über die vorgenommenen akustischen Messungen.

• Wandschwingungen von Metallblasinstrumenten [DAGA 2006 (Braunschweig)]
  G. Ziegenhals
[A]

Die Wand (der Korpus) der Metallblasinstrumente wird beim Spielen über die im Inneren schwingende Luftsäule zu eigenen Schwingungen angeregt. Die beschriebenen Forschungsarbeiten führten zu dem Ergebnis, dass für das Aufrechterhalten der unter normalen Spielbedingungen festgestellten Betriebsschwingungen der Korpora zwischen 1% und im Extremfall 20% der Leistung benötigt wird, die im abgestrahlten Schall steckt. Diese Leistung geht entweder dem Ton verloren oder muss vom Spieler zusätzlich aufgebracht werden. Es ist eine Größenordnung, die vom Spieler über den Tastsinn wahrgenommen wird, im abgestrahlten Schall aber nicht eindeutig hörbar ist, da die Pegeländerungen 0,5dB ausfallen. Man kann diese Verlustleistung durch Minimierung der Schwingwege vermindern. Dies realisieren offensichtlich steifer gebaute Instrumente, die aber nur von einem Teil der Musiker bevorzugt werden. Es ist wahrscheinlich, dass der Musiker als Reaktion auf unterschiedliche Energieaufnahme der Wand seinen Ansatz und damit die Klangfarbe des Instrumentes verändert, also ein indirekter Wandeinfluss auf den Klang vorliegt.

• Zur Tragfähigkeit von Musikinstrumenten [DAGA 2007 (Stuttgart)]
  G. Ziegenhals
[A]

Die Zielstellung der im Vortrag beschriebenen Arbeiten bestand in der Objektivierung der Eigenschaft ''Tragfähigkeit'' von Musikinstrumenten. Es wird auf drei wesentliche Aspekte eingegangen: Die Definition der Tragfähigkeit im Ergebnis von Musikerbefragungen, reine Schallleistungsbetrachtungen von Solist und Ensemble, die Analyse von 20 eigenen Solokonzertaufnahmen unter definierten Bedingungen. Aufgrund der vom Musiker im normalen Spielbereich erzeugbaren Schallleistungen und unter Beachtung der durch die Spielposition eines Solisten entstehenden Schallausbreitungsvorteile gegenüber dem Orchester ist es mit allen gängigen Orchesterinstrumenten möglich sich über das Orchester zu erheben, wenn das Orchester zwei Dynamikstufen unter dem Solisten spielt. Die typische Kombination ist dabei Orchester im piano, Solist im forte. Diese Kombination findet sich auch in den allermeisten Passagen der von uns betrachteten Partituren. Die Metallblasinstrumente können das auch bei nur einer Dynamikstufe Unterschied erreichen. Die Konzertaufnahmen fanden unter gleichzeitiger Verwendung von zwei Kunstköpfen in der Regel während der Hauptproben statt. Verglichen werden Passagen: Orchester allein, Solist allein und beide gemeinsam. Alle Soloinstrumente markieren sich im Zusammenspiel durch ihre typischen Formanten, wobei einzig die Violine einen wirklich das Orchester überstrahlenden Formanten aufweist. Insgesamt muss man feststellen, dass sich die Solisten, im Gegensatz zur verbreiteten Meinung von Musikern, ohne die Hilfe von Komposition, Arrangement und Dirigat nicht durchsetzen könnten, was sich in der Regel bereits in der stark reduzierten Besetzung bei Solokonzerten widerspiegelt.

• Analyse von Musikinstrumentenschallen mittels psychoakustischem Merkmalssatz [DAGA 2008 (Dresden)]
  G. Ziegenhals
[A]

In der täglichen Praxis des Instrumentenbaus sind Instrumententests sei es im Rahmen der Produktionskontrolle oder zum Vergleich verschiedener Produkte an der Tagesordnung. Diese Tests finden jedoch in der Regel nicht unter Laborbedingungen sondern in Form von (vergleichenden) Anspielen durch Musiker statt. Die Beurteilung der Produkte nimmt dabei teilweise der anspielende Musiker selbst oder eine mehr oder weniger große Anzahl von Zuhörern vor. Nicht wenige Firmen, insbesondere im Bereich des Holzblasinstrumentenbaus, haben Berufsmusiker unter Vertrag, die zum Teil die gesamte Produktion zu Testzwecken anspielen. Der Analyse der bei realem Anspiel von Musikinstrumenten ausgesandten Schalle muss deshalb wieder verstärkte Aufmerksamkeit gewidmet werden. Ziel einer praktisch verwertbaren Klanganalyse muss immer die Beschreibung anhand eines verständlichen (möglichst orthogonalen) Merkmalssatzes sein. Die beschriebenen Untersuchungen verwenden einen erweiterten und modifizierten Satz der bekannten psychoakustischen Größen. Die eigentlichen Merkmale sind die Mittelwerte der Größen über ca. 30 s Anspiele der Instrumente. Variiert wurden für die Untersuchungen Instrument, Musiker, Stück und Raum. Untersuchungen mit Gitarren, Geigen, Trompeten und Klarinetten zeigten, dass den Instrumenten selbst der geringste Einfluss (innerhalb der Exemplare eines Typs!) auf das klangliche Ergebnis zuzuschreiben ist.

• Untersuchungen zur Wahrnehmung von psychoakustischer Rauhigkeit und Diffusität in realen Instrumentenanspielen [DAGA 2008 (Dresden)]
  G. Ziegenhals and U. Figula
[A]

Ziel des Projektes ''Psychoakustik-Messsystem'', das vom Institut für Musikinstrumentenbau (IfM) Zwota und der Sinus Messtechnik GmbH bearbeitet wird, ist die Entwicklung eines Messsystems, das es dem Anwender ermöglicht, verschiedene Schalle zu beurteilen. Modelle zur Berechnung psychoakustischer Größen sollen die Beurteilung verschiedener Schallsignale, so auch solcher mit transientem Anteil, möglich machen. In Zusammenhang mit diesem Projekt wurden vorhandene Instrumentenaufnahmen mithilfe von Hörtests auf die wahrgenommene psychoakustische Rauhigkeit untersucht. Das Institut geht von einer Unterteilung der Rauhigkeit in zwei Teilaspekte aus. Einer dieser Teilaspekte wurde mit Diffusität bezeichnet und mit einer stärkeren ''Durchmischung'' im Signal beschrieben. Weitere Hörtests sollten Aufschluss geben, ob diese Diffusität in realen Instrumentenanspielen und in synthetischen Signalen wahrnehmbar ist und ob eine Abhängigkeit dieses Merkmals von der Rauhigkeit vorliegt. Die durchgeführten Hörversuche sollten eine Datenbasis schaffen, um ein im IfM entwickeltes Berechnungsmodell zur Bestimmung der Diffusität überprüfen zu können.

Ziemann, A.

• Ein Verfahren der akustischen Laufzeittomographie zur Sondierung meteorologischer Größen in der bodennahen Atmosphäre [DAGA 2002 (Bochum)]
  A. Raabe, A. Ziemann and K. Arnold
[A]

Meteorologische Verfahren zur Erfassung meteorologischer Größen wie Windgeschwindigkeit, Temperatur und Luftfeuchtigkeit und die dran geknüpften Flüsse von Impuls, fühlbarer und latenter Wärme greifen auf Gerätetechniken zurück, die diese Größen als Zeitreihe an einem festen Ort ermitteln. Solche Techniken ermöglichen demnach keine Übertragung der ortsfesten Beobachtungen auf größere Flächen, ohne dass bestimmte Verfahren nachgeschaltet werden, die diese Punktmessungen als flächenbezogene Daten aufbereiten. Von Interesse wäre hier ein Messverfahren, dass die an Punkten erhobenen Daten in Beziehung zu ihrer Umgebung setzt, um so eine Bewertung deren Repräsentativität für größere Flächen zu ermöglichen. Das am Institut für Meteorologie der Universität Leipzig entwickelte Verfahren der akustischen Laufzeittomographie, kann aus Schallgeschwindigkeits-messungen die horizontale Variabilität des bodennahen Windfeldes und Lufttemperaturfeldes darstellen. Typischer Weise überspannt die Messtechnik eine Fläche von einigen 100 m * 100 m in deren Zentrum sich z.B. konventionelle meteorologische Messstationen befinden. Die tomographische Technik liefert eine Unterteilung der Gesamtfläche in Einzelflächen von 50m*50m so dass über den Beobachtungszeitraum hinweg im Abstand von einer halben Minute innerhalb der Gesamtfläche die ortsbezogene Variabilität von Windgeschwindigkeit bzw. Lufttemperatur darstellbar ist. Für diese Teilflächen lassen sich dann statistische Parameter sowie spektrale Charakteristiken darstellen, deren örtliche Variabilität in Beziehung zu den konventionell ermittelten Parametern gesetzt werden kann. Die Ergebnisse eines solchen Tomographieexperimentes wird vorgestellt. Es werden die Randbedingungen aufgezeigt, unter denen es möglich ist mit dem eingesetzten Verfahren der akustische Laufzeittomographie flächenbezogene Mittelwerte der Lufttemperatur bzw. der Windgeschwindigkeit mit einer Genauigkeit von +-0,5K bzw. +-0,5m/s zu ermitteln.

• An operationally applicable tool for sound immission evaluation including the atmospheric excess attenuation of sound [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
  A. Ziemann, K. Balogh, A. Pittelkau, K. Arnold and A. Raabe
[A]

An important task of the environmental protection is the control and forecast of sound immission near inhabited areas. Here an operationally applicable method to estimate the sound immission outgoing from one sound source and including the atmospheric effects is presented. This method is used to evaluate the actual ''sonic weather'' in comparison to a ''sonic climatology'' lasting over several years. For these purposes a sound propagation model based on the geometric acoustics is applied. This sound-ray model calculates the excess attenuation due to the refraction of sound rays according to a given thermal stratification and wind vector profile in the atmosphere. The needed input data especially for the sound propagation forecast can be provided by atmospheric models with a highly temporal and spatial availability. Measured data, e.g. from radiosonde measurements, are especially qualified for sonic-climatological investigations. To provide such a sonic climatology it is necessary to study the different atmospheric situations separately by the sound-ray model and to average the resulting meteorological sound attenuation maps afterwards. To evaluate the actual sonic weather in comparison to the averaged sound propagation situation an operationally applicable tool was developed. A data base of atmospheric excess attenuation maps in a range of 15 km around the sound source was calculated with the sound propagation model outgoing from 1551 characteristic atmospheric structures with different temperature and wind profiles. The influence of the refracting atmosphere on the sound immission can be evaluated with the visualization software MetaVIS.

• Validation of Acoustic Travel Time Tomography in comparison with conventional in situ measurements [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
  D. Daniel, K. Arnold, A. Ziemann, A. Raabe, M. Barth and K. Balogh
[A]

The method of sounding tomography uses acoustical signals from several external source (transmitter) which are detected with umpteen receivers. By inverting a number of single measurements were get information about the spatial distribution of the investigated measurands, whose quality depends on the uncertainties at determination of input parameters (travel time, distance) and on the recoverable resolution. In contrast to travel time tomography ascertaining wind velocities, the air temperatures deviate systematically from the conventional in situ measurements (e.g. Ultra Sonic Anemometer, Pt100- probes). These deviations are significant in particular during more intense short wave radiation and at high wind velocities. The reasons for this are either systematically deviations at the calculation of the meteorological parameters from the travel time and/or deficiencies in the conventional in situ measurements. The intention is by means of systematique experimental inquiries to investigate the reasons of these varieties in the air temperature. In this context, by comparing measurement at a field of view ranging 140 x 160 m2 in a period of four weeks were researched, how different wind direction and wind velocities have an effect on the resulting air temperature and how large the differences in observed temperature between measuring system depending on change of the meteorological conditions are, especially during short wave radiation. Furthermore it is set up to resolve if during the determination of the air temperature from the acoustic virtual temperature the value of the specific heat has to be adjusted.

• Spatial mapping of temperature and wind fields using sound propagation [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
  K. Arnold, A. Ziemann, A. Raabe and D. Daniel
[A]

The acoustic time tomography is presented as an experimental technique for remote monitoring of spatially averaged meteorological quantities, such as the air temperature and the horizontal wind speed. This ground-based remote sensing technique uses the nearly horizontal propagation of sound waves in the atmospheric surface layer. Here the acoustic travel time tomography was applied by measuring the elapsed time at defined propagation paths between several sound sources and receivers. The knowledge of the sound path length has enabled us to determine the acoustic velocity along the propagation path. Because each single measurement includes information on the properties of the atmospheric layer through which the sound propagates, a tomographic inversion algorithm is able to provide a spatial mapping of meteorological data derived from the measured acoustic parameters. One fundamental difficulty is the separation of the different influences on the measured sound velocity. Under the assumption of a constant humidity, the effects of the air temperature and wind vector on the acoustic velocity can be divided. Thereto several separation methods are tested and their advantages and limitations are discussed. Applying these techniques, a horizontal section through the atmospheric surface layer with an spatial extension of several hundred meters and a resolution of a couple of decametres for the air temperature and wind speed can be provided. Depending on the environmental conditions and the measuring set-up specificities of 0.3 K (temperature) and 0.3 m/s (wind speed) are attainable. Some applications of the acoustic tomography during meteorological field experiments are shown.

• Excess attenuation of sound due to the atmospheric influence on sound propagation [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
  K. Balogh, A. Ziemann, K. Arnold and A. Raabe
[A]

The attenuation of sound is not only based on the spherical divergence, but also on atmospheric influences, e.g. the spatio-temporally variable gradients of temperature and wind vector, and on the effects of the different ground surface properties. In the presented study the excess attenuation of sound due to the refraction of sound rays propagating trough a vertically stratified atmosphere was experimentally and numerically estimated to quantify the correlation between the acoustic and meteorological parameters. Thereby, the method of acoustic tomography was used to measure the travel time and the relative sound amplitude of sound signals propagating on distances between 90 and 300 m. With these measurements the attenuations for relative sound levels were calculated for different sound paths in different directions regarding the wind direction. To further investigate the detected correlation between the meteorological attenuation and the changing vertical gradients of temperature and wind vector the experimental results were compared with the output of a sound propagation model. The model traces sound rays through a moving stratified atmosphere. In contrast to the usual application of the refraction law to the normal of the wave, the presented model uses a refraction law directly developed for the sound ray propagation. It is able to estimate the excess attenuation due to the atmospheric refraction over a perfectly reflecting or absorbing ground surface. Furthermore the estimated meteorological attenuation was compared with the usually applied VDI-guideline 2714 to estimate its application range under different meteorological conditions.

• Simulation und Messung des meteorologischen Einflusses auf die Schallausbreitung [DAGA 2005 (München)]
  K. Balogh, A. Ziemann and A. Pittelkau
[A]

Es wird das Schallausbreitungsmodell SMART (Sound propagation model of the atmosphere using ray tracing) vorgestellt, welches auf den Methoden der geometrischen Akustik einschließlich des Einflusses von vertikalen Gradienten meteorologischer Größen auf die Schallausbreitung beruht. In einer vertikal geschichteten Atmosphäre werden die Schallstrahlen zum Boden hin oder von ihm weg gekrümmt. Vom Gesetzgeber anerkannte Berechnungsverfahren behandeln diesen meteorologischen Einfluss jedoch nur in der Form von einfachen Parametern, welche aber nicht alle Zustände in der Atmosphäre genügend beschreiben/erfassen. Lärmverstärkende Situationen, zum Beispiel bei einer mit der Höhe zunehmenden Temperatur im Mitwindbereich, werden im Boden-Meteorologie-Dämpfungsmaß der VDI-Richtlinie 2714 nicht ausreichend betrachtet. Eine Einteilung der meteorologischen Verhältnisse in verschiedene Klassen ermöglicht demgegenüber eine sehr gute Abschätzung des Einflusses von Wind- und Temperaturgradienten auf die Schallausbreitung. Durch den Vergleich der Ergebnisse der Schallausbreitungsmodellierung über einem schallharten und einem vollständig absorbierenden Boden ist eine Abschätzung des maximalen meteorologischen Einflusses auf die Schallausbreitung möglich. Die Ergebnisse für die verschiedenen Profilklassen sind in einer Datenbank gespeichert, auf welche ein plattformunabhängiges Anwendertool Zugriff hat. Aktuelle Wind- und Temperaturdaten können manuell oder automatisch eingefügt werden. Anhand der vertikalen Wind- und Temperaturgradienten wird die Klassenzugehörigeit der aktuellen Situation bestimmt. Dem Anwender wird es ermöglicht, eine Abschätzung des meteorologischen Einflusses auf die Schallausbreitung für aktuelle atmosphärische Bedingungen ohne großen Zeitaufwand vorzunehmen und in die Schallimmissionsprognose einzubeziehen. Zur Validierung der Ergebnisse fand im Herbst 2004 eine Messkampagne statt, wobei die gemessenen mit den modellierten Zusatzdämpfungen der Schallpegel verglichen wurden.

• Auswirkungen unterschiedlicher Schallstrahlenmodelle auf die Schallprognose [DAGA 2005 (München)]
  A. Ziemann and K. Balogh
[A]

Die Lärmbelastung an einem Ort ist neben den Eigenschaften der Lärmquelle von den Umgebungsbedingungen während der Schallübertragung abhängig. Zu diesen Bedingungen zählt der aktuelle Zustand der Atmosphäre, insbesondere das vertikale Temperatur- und Windprofil. Das Modell SMART (Sound propagation model of the atmosphere using ray-tracing) berücksichtigt einerseits diesen wichtigen Aspekt des Atmosphäreneinflusses auf die Schallausbreitung und ist andererseits auch operationell für die Beantwortung von Lärmschutzfragen einsetzbar. Ziel dieser Studie ist die Abschätzung der Auswirkungen der Schallstrahlenrefraktion infolge von Temperatur- und Windgradienten auf verschiedene Schallparameter, z.B. die Laufzeit akustischer Signale zwischen einer Schallquelle und einem Immissionsort sowie die Zusatzdämpfung des Schallpegels infolge des Boden-Atmosphäre-Einflusses. Anhand verschiedener Atmosphärenzustände werden die Einflüsse von Temperatur- und Windgradienten auf die Schalllaufzeit im Vergleich zu einer geradlinigen Schallausbreitung entlang der Verbindungslinie zwischen Sender und Empfänger erläutert. Für eine Vielzahl von Vertikalprofilen für Temperatur und Wind wurde außerdem die Zusatzdämpfung des Schallpegels in verschiedensten Abständen von einer Schallquelle bestimmt. Die Ergebnisse zeigen, dass der gekoppelte Einfluss von Temperatur- und Windprofil auf die Schallstrahlenrefraktion zum großen Teil keine pauschalen Bewertungen der Schallausbreitungssituation zulässt, vor allem dann, wenn eine weitreichende Schallausbreitung (horizontale Entfernung von der Schallquelle 1 km) betrachtet wird. Für die Simulationen wurden verschiedene Refraktionsgesetze genutzt. Einerseits wurde das Modell SMART mit einem modifizierten Refraktionsgesetzes für die Schallstrahlenberechnung betrieben, um den Einfluss des Windvektors physikalisch exakt zu erfassen. Andererseits wurde ein Refraktionsgesetz angewendet, dass den vektoriellen Windeinfluss nur annähernd erfasst. Die Analyse der Auswirkungen dieser veränderten Schallstrahlensimulationen auf die Schallprognose wird in der Studie vorgestellt.

• Einfluss des variablen Atmosphärenzustands auf die Schallausbreitung von höher liegenden Schallquellen [DAGA 2006 (Braunschweig)]
  A. Ziemann and K. Balogh
[A]

Die Schallausbreitungsrechnungen für die Gewährleistung eines umweltverträglichen Betriebs von Windenergieanlagen werden nach der DIN ISO 9613-2 vorgenommen, deren Anwendbarkeit jedoch nur für eine bodennahe Schallausbreitung gesichert ist. Es stellt sich daher die Frage, welchen Einfluss die in der atmosphärischen Grenzschicht unterschiedlichen Höhenabhängigkeiten von Windgeschwindigkeit, Windrichtung und Temperatur auf die Schallausbreitung und damit auf die Schallimmission hochliegender Quellen haben. Im Rahmen einer Studie wird deshalb die Schallausbreitung von höher gelegenen Schallquellen untersucht und die Schallimmission in einem Bereich bis zu 2 km Entfernung von der Schallquelle quantifiziert. Dazu wird das Schallstrahlenmodell SMART (Sound propagation model of the atmosphere using ray-tracing) angewendet, welches eine frequenzabhängige Zusatzdämpfung unter Beachtung der gekoppelten Wirkung von Atmosphären- und Bodeneinfluss berechnet. Einerseits sollen die Untersuchungen das Schallklima an einem für das deutsche Tiefland repräsentativen Ort beschreiben. Zu diesem Zweck wurden für Modellsimulationen Temperatur- und Winddaten des Jahres 2003 genutzt, die am Meteorologischen Observatorium Lindenberg an meteorologischen Messmasten und mit akustischen Fernmessverfahren SODAR/RASS um 0 UTC bzw. 12 UTC bestimmt wurden. Andererseits wurden mit einer großen Anzahl synthetischer Eingangsprofile, welche den Wertebereich meteorologischer Größen abdecken, Sensitivitätsstudien bezüglich einer unterschiedlichen Höhe der Schallquelle durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen werden auf der DAGA 2006 vorgestellt.

• Einfluss der vertikalen Struktur der atmosphärischen Grenzschicht auf die Schallausbreitung von Schallquellen in unterschiedlichen Höhen [DAGA 2008 (Dresden)]
  M. Wilsdorf and A. Ziemann
[A]

Die Eigenschaften der Ausbreitung von Schallwellen in der Atmosphäre hängen wesentlich von den meteorologischen Größen Temperatur und Windvektor ab. Vertikale Gradienten dieser Größen bewirken eine Brechung des Schalls und beeinflussen damit die entfernungsabhängige Dämpfung von Schallpegeln. Darüber hinaus hat die Höhe einer Schallquelle aufgrund der zum Teil beträchtlichen vertikalen Variabilität der meteorologischen Größen einen großen Einfluss auf die Schallimmission an einem Ort. Mit Hilfe des Schallstrahlenmodells SMART (Sound propagation Model of the Atmosphere using Ray-Tracing) werden Schallpegeldämpfungen berechnet, wobei in diesen Berechnungen die Auswirkungen der meteorologischen Verhältnisse auf die Schallausbreitung in der Atmosphäre berücksichtigt werden. Um frühere Untersuchungsergebnisse zu verallgemeinern, wird der Einfluss der tages- und jahreszeitlich variierenden vertikalen Struktur der atmosphärischen Grenzschicht auf die Schallausbreitung von Schallquellen in unterschiedlichen Höhen untersucht. Besonderer Wert wird dabei auf solche Situationen gelegt, welche zu einer verstärkten Schallimmission infolge von Schallstrahlenrefraktion führen können (z.B. Temperaturinversionen) und bei denen in größerer Höhe ( 65 m) Windgeschwindigkeiten von wenigstens 8 m/s vorliegen (interessant beispielsweise für den Immissionsschutz). Die den Ausbreitungsrechnungen zugrunde liegenden meteorologischen Eingangsdaten werden mit einem instationären numerischen Modell der atmosphärischen Grenzschicht simuliert.

Zierenberg, M.

• Einflüsse der Wandgestaltung auf den Klang von Prinzipalorgelpfeifen [DAGA 2002 (Bochum)]
  S. Bergweiler, T. Görne, D. Zscherpel and M. Zierenberg
[A]

Im historischen Orgelbau war das Ausdünnen der Wände des Rohrresonators von prinzipalen Orgelpfeifen eine weit verbreitete Technik zur Gestaltung des Klanges. Messungen an je 10 Orgelpfeifen, die sich nur in diesem Ausführungsmerkmal unterscheiden, liefern Ergebnisse mit einer guten statistischen Sicherheit. Die Messungen wurden einer Fourieranalyse zur Beschreibung von Unterschieden im eingeschwungenen Zustand unterzogen. Eine kontinuierlichen Waveletransformation des Messsignals liefert sehr fein aufgelöste Aussagen über Frequenz- und Zeitverläufe der Klangbestandteile während des Einschwingvorganges. Die aus diesen Signalbetrachtungen abgeleiteten Aussagen wurden mit psychoakustischen Hörtest auf ihre Bedeutung für den Hörer überprüft.

Zimmer, H.

• Wirksamkeit von Massnahmen zur Rollgeräuschreduktion am Fahrweg [DAGA 2006 (Braunschweig)]
  A. Gross-Thebing, H. Zimmer, F. Fischer and C. Feiss
[A]

Maßnahmen zur Rollgeräuschreduktion (Schienenstegbedämpfung, diskret an der Schiene befestigte Schwingungsabsorber, kontinuierlich an der Schiene befestigte Schwingungsabsorber) werden mit dem rechnergestützten Prognoseverfahren SFE AKUSRAIL bewertet. Die Wirkungsmechanismen aller Maßnahmen und die Randbedingungen für einen wirksamen Einsatz werden aufgezeigt und das Potential zur Rollgeräuschminderung anhand einer Parametervariation überprüft.

Die Bewertungsgröße ist die Minderung des A-bewerteten Schalldruckpegels in 7.5 m und 1,2 m Höhe über SO. Die Minderung berücksichtigt dabei die Ergebnisverbesserung gegenüber einem Referenzzustand, in dem alle Parameter bis auf dem Einsatz der Maßnahme identisch sind.

Um die Prognosefähigkeit zu gewährleisten, werden die Minderungsmaßnahmen sehr detailliert in einem FE-Modell abgebildet, so dass die dynamischen Auswirkungen der Maßnahmen physikalisch zum Tragen kommen. Weiterhin werden durch Messungen validierte Referenzmodelle des Schotteroberbaus und der Betriebszustände aus dem BMBF-Projekt ''Entwicklung SIMTool-Rollgeräusche für Schienenfahrzeuge und Fahrwege und seine meßtechnische Validierung'' verwendet.

Die Minderungsmaßnahmen werden in einem Schotteroberbau mit unterschiedlich hohen Zwischenlagensteifigkeiten eingesetzt, auf dem Güterzüge mit Rädern verschiedener Bauarten verkehren.

Die Rollgeräuschminderung einer Maßnahme hängt stark von dem auf dem Gleis verkehrenden Betrieb ab, der wesentlich durch die Bauart des Rades und die Radrauheit definiert wird. Der kontinuierlich auf der Schiene einwirkende Tilger zeigte sich dabei für die meisten Betriebszustände am wirksamsten.

Zimmermann, S.

• 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.

Zimpfer-Jost, V.

• Are electromagnetic Receivers suitable for ANR Earplugs? [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
  K. Buck, V. Zimpfer-Jost, A. Dancer, P. Hamery and P. Herzog
[A]

Crew members working close to modern fighter aircraft are exposed to very high level continuous noise in the mid-frequency range. Presently available hearing protectors cannot cope with such high levels. A possible improvement would be an ANR earplug with an effective bandwidth extended to frequencies exceeding 1 kHz. Taking into account the dimensions that are involved, and the bandwidth of the transducers, this goal should not be impossible to obtain. However, measurements of electro-acoustical transfer functions of configurations using electro-magnetic (hearing-aid type) receivers seem to show a delay of about 20 s added to the ''minimal'' phase behaviour. Out of these 20 s, only a maximum of 6 s could be accounted for the distance between the receiver's membrane and the microphone. The paper presents different approaches that were used in order to determine the source of the unexplained 15 s. It also explains the difficulty to decide whether we are confronted to a delay or whether the effect is due to the phase shift of some ''hidden'' pole. It also presents the performance of ANR earplugs using digital filtering, and the difference in efficiency of an (close to ideal) ANR system when using two different transducer technologies: electro-magnetic (hearing aid type), or reversed condenser microphones (B&K 1/4'').

• Filter Bank Analyser Using Programmable IIR Filters [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
  G. Nini, V. Zimpfer-Jost and K. Buck
[A]

We have developed a programmable digital filter which is based on an enhanced IIR algorithm. This filter has a 80 dB dynamics. Its characteristics allow to use it to build a filter bank analyser. A filter bank analyser is made of contiguous band-pass filters which process the signal and give the level of each band corresponding to 1/3 octave. To analyse a signal in the band 20 Hz - 11 000 Hz we have used 27 pass-band filters. We have developed a board including 9 filters and I/O to interface the system with a control device. We have chosen and programmed a FPGA to do it. Each filter has been adjusted to the existing 1/3 octave standards.

Zindeluk, M.

• Dimensional analysis and concert hall acoustics – an application involving the reverberation time [DAGA 2002 (Bochum)]
  J.H. Guimaraes, F.L.L.B. Carneiro and M. Zindeluk
[A]

Dimensional Analysis (DA) is a powerful tool that helps physical modelling in many fields of science. Its methodology can be also useful in Acoustics. This work uses the abordage of DA in the investigation of room acoustics. For this purpose, dimensionless numbers involving an important acoustic parameter - the reverberation time - are obtained and used to plot data from various concert halls. The conditioning of the data in this way evidences a common behaviour of these halls in regard to this acoustical parameter. Dimensionally homogeneous formulas, similar to Wallace C. Sabine's expression for the reverberation time, are obtained for each frequency band. These formulas have the advantage of being based only in geometrical characteristics of the hall which can be obtained directly from their architectural drawings. Posterior comparison with measurements made in a Brazilian hall shows reasonable agreement.

Zineddin, W.

• Untersuchungen zum Einfluss der Harmonizität auf die Bindung von Frequenzkomponenten mit kohärenten Pegelschwankungen [DAGA 2008 (Dresden)]
  J.L. Verhey and W. Zineddin
[A]

Im akustischen Alltag sind wir häufig von einer Vielzahl von Schallquellen umgeben, der Spektren sich überlagern. Die Aufgabe des auditorischen Systems ist es in diesen Situationen, die Signale der Schallquellen zu trennen, um zum Beispiel einem Gespräch an einer belebten Straße zu folgen. Man geht heutzutage davon aus, dass hierzu häufige Eigenschaften natürlicher Signale wie die harmonische Relation oder kohärente Pegelschwankungen ihrer Frequenzkomponenten (Komodulation) genutzt werden. Während die Verarbeitungsmechanismen für nur eine der Eigenschaften (Komodulation oder Harmonizität) schon häufig untersucht wurden, ist wenig darüber bekannt, wie das auditorische System die Kombination der beiden Eigenschaften nutzt. Hierzu werden in diesem Beitrag eigene Messungen vorgestellt, bei denen die Stärke der Bindung von Einzelkomponenten in einer Mischung aus Schmalbandrauschen untersucht wird. Es zeigt sich, ähnlich zu Tonkomplexen, dass die Bindung auch bei Schmalbandrauschen am stärksten ist, wenn die Mittenfrequenzen der Rauschenbänder Teil einer harmonischen Reihe sind. Dieser Effekt ist besonders ausgeprägt, wenn alle Schmalbandrauschen die gleichen Pegelschwankungen aufweisen, also komoduliert sind. Aufbauend auf diesen Messungen wird bei Verdeckungsexperimente mit einer Mischung von Schmalbandrauschen untersucht, ob eine Kombination von Harmonizität und Komodulation auch Auswirkungen auf die Verdeckungsleistung hat.

Zinserling, B.

• 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.

Zipser, L.

• Akustische Analyse von Gasgemischen und Aerosolen [DAGA 2000 (Oldenburg)]
  L. Zipser
[A]

Die genaue Analyse technischer Gasgemischen und Aerosolen ist Voraussetzung für eine optimale Führung chemischer, biotechnischer und verfahrenstechnischer Prozesse, für die Sicherung hoher Produktqualität, für die Minimierung des Energie- und Rohstoffbedarfs und damit für einen wirksamen, an den Ursachen orientierten Umweltschutz. Sensoren für solche Analysen müssen empfindlich, selektiv und langzeitstabil sein. Konventionelle Gassensoren haben oft eine ungenügende Langzeitstbilität. Das gilt besonders dann, wenn rauhe Prozessbedingungen vorliegen. Akustische Gas- und Aerosolsensoren können dagegen auch unter extremen Prozessbedingungen eine hohe Langzeitstabilität erreichen. Im Beitrag werden Möglichkeiten und Grenzen fluidisch-akustischer und elektrisch-akustischer Sensoren zur industriellen Analyse von Gas- und 2-Phasen-Gemischen untersucht. Zunächst werden mehrere akustische Effekte vorgestellt, die sich für eine Messgrößenwandlung zur Analyse von Gas-und Aerosolgemischen eignen. Dabei werden die jeweils auftretenden Probleme der Selektivität, der Empfindlichkeit und der Störgroßenkorrektur erörtert. Es schließen sich Vorschläge zur Kombination mehrerer akutischer Effekte zur Erhöhung der Selektivität und zum Entwurf sowie zur technischen Realisierung akustischer Gas- und Aerosolsensoren an. An ausgeführten Beispielen wird gezeigt, welche technischen Parameter mit akustischen Gassensoren gegenwärtig erreicht werden, wie sie sich im industriellen Einsatz bewähren und welche potentiellen Entwicklungsmöglichkeiten noch bestehen.

• 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.

• 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.

• 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.

• Fluidisch-akustische Sensoren [DAGA 2003 (Aachen)]
  L. Zipser
[A]

Fluidisch- akustische Sensoren Berichtet wird über den aktuellen Stand der Entwicklung fluidisch-akustischer Sensoren und deren industrielle Anwendungen. Einleitend wird auf die physikalischen und technischen Grundlagen fluidisch-akustischer Sensoren eingegangen, die ihre spezifischen Merkmale und Einsatzbereiche begründen. Dabei wird hauptsächlich auf das Sensordesign, auf Möglichkeiten der Kompensation von Stör- und Einflussgrößen sowie auf die Wandlung primärer akustischer Messsignale in elektrische Einheitssignale eingegangen. Schwerpunkt bilden dabei der Einsatz moderner Verfahren der interferometrischen Refraktoskopie, mit deren Hilfe komplexe fluidische und akustische Phänomene rückwirkungsfrei visualisiert werden können. Mit diesen Verfahren kann das Verständnis der Wirkprinzipe fluidisch-akustischer Sensoren entscheidend verbessert und gleichzeitig die Optimierung von Sensorparametern deutlich erleichtert werden. An ausgewählten Beispielen, wie Distanzsensoren für die Sicherheitstechnik, Durchflusssensoren und Gassensoren für die Verfahrenstechnik werden sowohl die Möglichkeiten und Grenzen des Einsatzes fluidisch-akustischer Sensoren als auch ihre Anpassungsfähigkeit an extreme Mess- und Prozessbedingungen demonstriert.

• Zum Einfluss der Anregung auf das Schwingverhalten akustischer Oszillatoren [DAGA 2008 (Dresden)]
  A. Peter, S. Vassileva and L. Zipser
[A]

Auf der Basis elektrisch-akustischer Oszillatoren können robuste industrietaugliche Sensoren für zahlreiche Messgrößen wie Temperatur, Gaszusammensetzung, Volumen, Abstand u.s.w. entwickelt werden. Bei diesen Sensoren werden Schallwellen in einem definierten Messraum elektrisch angeregt und erfasst. Zur Auswertung kommt beim frequenzanalogen Messverfahren die Oszillatorfreuquenz . Diese ist im Idealfall direkt bzw. indirekt linear über eine Oszillatorkonstante  mit der Messgröße  verknüpft ( bzw. ). Es zeigt sich jedoch, dass die Art der Anregung und Erfassung erheblichen Einfluss auf die gewünschte Messgrößenempfindlichkeit, die Dynamik, das Messfehlerverhalten und die zulässigen Umgebungsbedingungen hat.

Im Beitrag werden diese Zusammenhänge theoretisch und experimentell untersucht und dabei die Möglichkeiten und Grenzen der Entwicklung elektrisch-akustischer Sensoren aufgezeigt und diskutiert. Als Grundlage dafür dienen abstrakte Systemmodelle, Simulationen und Messungen an vereinfachten Labormustern.

• Refraktovibrometrie zur Messung und Visualisierung akustischer Pänomene in transparenten Medien [DAGA 2008 (Dresden)]
  L. Zipser
[A]

Vorgestellt wird die ''Refraktovibrometrie'' als ein neuartiges Verfahren zur Messung und Visualisierung zahlreicher, an sich unsichtbarer akustischer Phänomene, wie Schallwellen und Wirbel in Luft und Wasser oder Körperschall in transparenten Festkörpern. Dieses patentierte Verfahren, nutzt als Messeffekt dynamische Änderungen der optischen Brechzahl n, die durch akustische Phänomene verursacht werden. Mit einem Scanning Laser-Doppler Vibrometer (SLDV) lassen sich solche Änderungen rückwirkungsfrei erfassen und als bewegte Animationen anschaulich darstellen. Damit ermöglicht die Refraktovibrometrie eine authentische Darstellung bisher unsichtbarer physikalischer Vorgänge in transparenten Medien und erleichtert deren Verständnis. Im Beitrag werden die theoretischen Grundlagen sowie die erforderliche Gerätetechnik für die Refraktovibrometrie vorgestellt. Darüber hinaus werden zahlreiche informative Bilder/Videos refraktovibrometrischer Messungen in Gasen, Flüssigkeiten und Festkörpern im Audio- und Ultraschallbereich gezeigt.

Die Refraktovibrometrie ist, besonders in Kombination mit der klassischen Vibrometrie, nicht nur in der Grundlagenforschung sondern auch bei der ingenieurgemäßen Entwicklung und Optimierung akustischer Systeme sowie in der Lehre vorteilhaft einsetzbar.

Zobec, B.

• In-situ-Korrektur für Bauteile im Massivbau [DAGA 2000 (Oldenburg)]
  S. Blessing, H.-M. Fischer, M. Schneider, M. Späh and B. Zobec
[A]

Im Rahmen des europäischen Berechnungsmodells zur Vorhersage der Schalldämmung nach prEN 12354-1 wird eine sogenannte In-situ-Korrektur durchgeführt. Dabei wird beispielsweise das Labor-Schalldämm-Maß eines Bauteils durch den Bezug des Labor-Verlustfaktors auf den in-situ-Verlustfaktor korrigiert, um das sich in der konkreten Bausituation einstellende Schalldämm-Maß zu erhalten. Die Notwendigkeit dieser Korrektur beruht auf dem veränderten Gesamtverlustfaktor des Bauteils zwischen der Labor- und der Bausituation. Der Gesamtverlustfaktor wird dabei im Wesentlichen durch die Energieableitung über die Ränder der Bauteile bestimmt. Es werden verschiedenen Berechnungsmethoden zur Bestimmung des in-situ-Verlustfaktors bzw. der Körperschallnachhallzeit vorgestellt. Im Rahmen mehrerer Forschungsvorhaben na der FH Stuttgart - Hochschule für Technik wurden zahlreiche Messungen des Verlustfaktors in ausgeführten Bauten durchgeführt. Die berechneten Verlustfaktoren werden mit den Messergebnissen verglichen. Über die Ergebnisse dieser Untersuchung wird berichtet.

• Luftschalldämmung im Massivbau – Vergleich zwischen Berechnungen nach EN 12354 und Meßergebnissen [DAGA 2000 (Oldenburg)]
  B. Zobec, H.-M. Fischer, S. Blessing, M. Schneider and M. Späh
[A]

Die Schalldämmung von massiven Trennbauteilen hängt bekanntermaßen von ver-schiedenen Einflüssen (z.B. Masse-, Flächenverhältnisse der Bauteile, Einbaubedin-gungen Randanbindung etc.) ab. In verschiedenen Rechenmodellen werden diese Parameter mehr oder weniger detailiert berücksichtigt. Im Zuge der europäischen Normung (prEN 12354 ''Bauakustik - Berechnung der akustischen Eigenschaften von Gebäuden aus den Bauteileigenschaften) wurden zwei Berechnungsverfahren vorgestellt mit denen die physikalischen Verhältnisse der Luftschalldämmung erfaßt werden sollen. Mit Hilfe eines detailierten Berechnungsverfahrens, dem ''detailed model'' wird die Schalldämmung von Bauteilen frequenzabhängig berechnet. Hier werden u.a. die Direktschalldämmung R, die Stoßstellendämm-Maße Kij und die In-Situ-Korrektur der Bausituation berücksichtigt. Ein vereinfachtes Verfahren (''simplified model'') liefert das bewertete Schalldämm-Maß auf der Basis von Einzahlwerten. Im Rahmen mehrerer Forschungsvorhaben an der HFT Stuttgart wurden meßtechni-sche Untersuchungen an Gebäuden in Massivbauweise durchgeführt. Mit Hilfe der Meßergebnisse sollen die Rechenmodelle bzgl. ihrer Genauigkeit überprüft und op-timiert werden. Im Vortrag werden Ergebnisse dieser Untersuchungen vorgestellt

• Bestimmung des Stoßstellendämm-Maßes Kij in Gebäuden aus Massivbauweise als Eingangsgröße für EN 12354 [DAGA 2000 (Oldenburg)]
  M. Späh, H.-M. Fischer, S. Blessing, M. Schneider and B. Zobec
[A]

Die Qualität der Europäischen Berechnungsverfahren der prEN 12354 (''Bauakustik - Berechnung der akustischen Eigenschaften von Gebäuden aus den Bauteileigenschaften'') hängt wesentlich von der Qualität der Eingangsdaten ab. Eine wichtige Größe bei der Berechnung der Luftschalldämmung (prEN 12354-1) ist das Stoßstellendämm-Maß kij. Im Informativen Anhang E wird eine einfache Rechenmethode angegeben, mit der sich für starre Bauteilverbindungendas Stoßstellendämm-Maß als frequenzunabhängige Größe in Abhängigkeit von den flächenbezogenen Massen der beteiligten Bauteile berechnen läßt. Im Rahmen mehrerer Forschungsvorhaben an der HFT wurde in einer größeren Anzahl von ausgeführten Bauten eine Vielzahl von Stoßstellendämm-Maßen aus unterschiedlichsten massiven Baustoffen gemessen. Durch Mittelung der Meßwerte wird eine frequenzunabhängige Größe ermittelt, die mit dem Wert nach Anhang E verglichen wird. Durch einen modifizierten Ansatz für die Berechnung des Stoßstellendämm-Maßes wird versucht eine bessere Übereinstimmung von Messung und Rechnung zu erzielen.

Zöller, T.

• Perception Thresholds for Sinusoidal and Impulsive Vibration on the Brake Pedal [DAGA 2006 (Braunschweig)]
  T. Zöller and F. Attia
[A]

Antiblockiersysteme (ABS) im Kraftfahrzeug rufen Vibrationen am Bremspedal hervor, die das subjektive Komfortempfinden des Fahrers beeinflussen. Bestehende Veröffentlichungen beschäftigen sich hauptsächlich mit der Wahrnehmung von Ganzkörpervibrationen für sitzende Versuchspersonen. In unserer Studie wurden den Teilnehmern Vibrationen am Bremspedal in einem realistischen Fahrzeugsimulator zur Bewertung dargeboten, wobei sie eine fahrzeugtypische Sitzhaltung einnahmen und das Pedal mit unterschiedlichen Kräften betätigten. Die Wahrnehmungsschwellen für Bremspedalvibrationen wurden für sinusförmige und impulshaltige Stimuli gemessen. Die sinusförmigen Testsignale variieren im Frequenzbereich von 10 bis 500 Hz, während die impulsförmigen Stimuli analog zu realen durch ABS hervorgerufenen Vibrationen synthetisiert wurden. Die Messung der Wahrnehmungsschwellen wurde für verschiedene Pedalkräfte wiederholt, die den Bereich normaler Fahrbedingungen repräsentieren. In unserem Beitrag stellen wir Kurven für Wahrnehmungsschwellen für die erwähnten Stimuli vor, die eine Vorhersage darüber erlauben, ob eine Vibration am Bremspedal wahrnehmbar ist oder nicht und wie weit ein gegebener Vibrationspegel von diesem Limit entfernt ist. Unsere Ergebnisse können benutzt werden, um den minimalen Vibrationspegel zu bestimmen, der notwendig ist, um dem Fahrer Rückmeldung über die Aktivierung des ABS zu geben.

• Investigation into the human perception of separated and combined air- and structure-borne excitation of the ABS/ESP system [DAGA 2007 (Stuttgart)]
  T. Zöller and F. Attia
[A]

Antilock braking systems causes fluctuation of the hydraulic brake pressure and thereby excite vibrations on the brake pedal and noise inside the cabin. Such noise and vibrations affect the comfort of the driver, especially if they exceed certain limits. Existing publications mainly deal with human response to vertical whole-body vibration for standing or seated persons. In our investigation persons are exposed to brake noise and pedal vibrations while seating in a realistic vehicle simulator representing the particular posture and brake pedal forces during braking. This paper presents the results of our investigation into the human perception of modulated noise alone, modulated vibration alone and the combination of both signals simultaneously. The sound and vibration stimuli presented in the experiments are signals collected from on-road measurements with normal passenger cars. Based on these data, mutual effects between sound and vibration on the perception are investigated. The evaluation shows that both sound and vibration contribute to the overall annoyance of the driver. If a certain stimulus level is exceeded, one modality dominates the perceived annoyance. A comparison between the evaluations of brake system experts and non-experts showed no significant differences in their annoyance ratings. Our results can be used to predict the annoyance of modulated noise and brake pedal vibration. This would help to define the goals of the developments for such braking systems and therefore to achieve more comfort.

Zölzer, U.

• Analysis/Synthesis of transients in audio signals [DAGA 2006 (Braunschweig)]
  F.X. Nsabimana and U. Zölzer
[A]

Sinusoidal modeling (SM) is a technique, which represents an audio signal as a sum of sinusoids with time varying frequency, amplitude and phase. An extension of this spectral modeling takes into account that the signal is composed by a deterministic (the sinusoidal part of the signal) and a stochastic part. In this model the non-periodic components (stochastic part) will be obtained by filtering white noise with the spectral envelope of a residual signal (error signal). The Sinusoids + Transients + Noise model (STN) to be presented in this paper splits the stochastic part of the signal into noise and transients. This model proposed by T.Verma and T.H.Y.Meng uses the duality between time and frequency domain to track transients. Since transients are impulsive signals in the time domain, they will be mapped to sinusoidal signals in the frequency domain. Such a mapping will be provided by a discrete cosine transform (DCT). Although this model tracks most transients in the residual signal, it fails at tracking transients which occur near to the end of a DCT block. We improve the model by increasing the frequency resolution of the DCT domain signal and are thus able to detect and model transients in audio signals.

• Audio Effect Applets for Music Processing [DAGA 2006 (Braunschweig)]
  M. Guillemard, C. Ruwwe and U. Zölzer
[A]

Nowadays the increasing availability of inexpensive computer power allows the possibility to create new educational tools for music processing. In this report we investigate the development of a java-based learning platform for digital audio effects. The main purpose of this framework is to provide a software environment easy to use, and designed for a first insight into the perceptual experience with basic signal processing concepts.

Among the multiple technologies that can be used for implementing this tool, we look for the one that better fits the criteria of easiness in implementation, usage, and deployment. An important aspect we consider is to avoid platform dependencies, allowing to reach a maximum number of potential users. We explain the reasons for selecting a java-based solution, and how this option fulfills the special constraints we have for this framework.

In this report we will shortly explain two aspects of the implementation decisions. On the one hand, an important goal is to provide a simple to use graphical user interface, that presents nevertheless the main relevant parameters for a particular audio processing algorithm. On the other hand, we explain the acoustic aspects of the algorithmic implementations, focusing in particular on the well known fast convolution routine.

• Parametric Recursive Higher-Order Shelving Filters [DAGA 2006 (Braunschweig)]
  M. Holters and U. Zölzer
[A]

Recursive shelving and peak filters are commonly used in audio equalization. Their main characteristic is to amplify or attenuate a certain frequency band by a given gain, while leaving signal components outside the respective band unaltered. For parametric equalizers, it is desirable to have a filter structure that allows for easy and independent adjustment of the width and center frequency of the respective band, as well as of the gain in that band.

For a long time, such parametric structures where known only for first-order high and low shelving filters and second-order peak filters. Recently, Keiler proposed a structure that allowed independent control of gain for second-order high and low shelving and fourth-order peak filters.

In this paper, we present a filter design for arbitrary-order shelving filters, as well as a suitable parametric filter structure. The design is based on analog Butterworth low pass filters yielding low shelving filters, decomposed such that the gain can be easily adjusted. Transformation to the digital domain and denormalization of the cut-off frequency is performed, keeping gain and cut-off frequency independently controllable. Finally, from the resulting low shelving filter we obtain mid shelving (peak) filters and high shelving filters using a simple manipulation, providing the desired parametric filter structure.

• Transients detection and modelling in audio signals [DAGA 2007 (Stuttgart)]
  F.X. Nsabimana and U. Zölzer
[A]

In this paper, we present a time domain frame based approach for transient detection and modelling of audio signals. Most audio signals are mainly composed of two parts: a deterministic and a stochastic part. The deterministic part of an audio signal consists of sinusoids, while noise and transients represent the stochastic part. Although, the Spectral Modelling Synthesis approach proposed by Smith and Serra improves the originally Sinusoidal Modelling proposed by McAulay and Quatieri by taking into account the stochastic part, it does not make any differentiation between noise and transients. Since transients do not fit well into that noise model, they therefore need their own model. Our time domain frame based approach is using linear prediction to calculate the prediction error of an audio signal. Since sudden changes in audio signals, like transients, remain unpredictable, the prediction error will show transients more accentuated in transient parts of the audio signal. Based on that assumption, we build an adaptive threshold based on envelope detection of the obtained prediction error. The threshold function is kept constant in transient's areas and follows the signal elsewhere. It somehow works with the concept of a voice activity detector. If a complete transient or a beginning of transients is detected in one frame, it will automatically be separated. A three components model is built and transients are thus left to their own model. With that technique we succeed in detecting and separating several transients in different types of audio signals.

• Noise radiation optimization of a Landi Renzo Gas injector based on dynamic and acoustic simulation and experimental investigations
  U. Zölzer, P. Brizzi and P. Di Carlo
[A]

In this paper, it is explained how experimental investigations and CAE simulations are used to get better insight in the Noise sources and transfer paths of an Gas injector.

Experiments were performed in operational condition to measure piston displacement, internal forces and operational vibrations. Also FRF measurements were performed in order to identify the component resonance frequencies. These measurements were necessary to have the correct input forces to the CAE model and were used to correlate and validate the CAE model.

The CAE model consists of a multi-body model which takes the flexibility of all components into account and which is able to predict internal forces and component movement and vibration. The surface vibration of the injector housing serves as input to an acoustic calculation which predicts sound pressure levels around the injector.

This combined Multi-body/Acoustic model was correlated with the experiments and used then to get insight in the Source and Transfer mechanism of the noise radiated by the injector, and to optimize the design so that acoustic improvement has been obtained.

The design improvements developed based on CAE have also been experimentally validated to prove their effectiveness.

• A transients / sinusoids / residual approach for audio signal decomposition [DAGA 2008 (Dresden)]
  F.X. Nsabimana and U. Zölzer
[A]

In this paper, we propose an algorithm which splits an audio signal into transients, sinusoids and residual components. Our algorithm tracks first the transient components in each signal frame and leaves a first residual only composed of sinusoidal and residual components. To achieve this, a transient detection is performed based on the prediction error, its smoothed estimated Hilbert envelope and the first order statistical moments of the latter. Sinusoids detection is then started on the first residual signal using partial tracking taking advantage of psychoacoustics. In the second residual, obtained after subtracting the psychoacoustic relevant sinusoidal components from the first residual, a second partial tracking is started to remove the undesirable sinusoidal components. This ensures a final residual signal free of transients and sinusoidal components. This third residual signal is finally modelled with filtered white noise. Transients are represented with transform coding techniques, while sinusoidal components are modelled as sum of sinusoids with slowly vary amplitude and phase. The synthesized output signal is then obtained by summing transients, sinusoidal and residual components up. This approach has been successful tested with various audio signals. Objective and subjective listening tests of the application to different audio signals are also presented.

Zoghaib, L.

• A component study of the vibroacoustic damping of a non-baffled free plate partially covered with elastomer patches [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
  L. Zoghaib and P.-O. Mattei
[A]

This work deals with a vibroacoustic numerical and experimental study of a suspended free thin plate which has been partially covered with polymer patches. The aim of the investigation is to develop a model of the acoustical and mechanical damping components for an optimization of the patches location for noise reduction purposes. The patches are thin double-layer elastomer/aluminum laminae whose dissipative influence has been studied in different locations of the aluminum plate. The analysis is based on a viscoelastic incompressible 3D finite element formulation of the rubber layer together with a Kirchhoff-Love plate element model of the metal layers. The differential system of equations that governs both the displacement of the structure and the acoustic pressure is transformed into one single integro- differential equation of the displacement. The acoustic Green function of the spatial configuration is computed by a direct BEM using a double-layer potential. The solution is expressed as a series of the resonance modes. The resonance modes are computed using a perturbation expansion with respect to a small parameter associated to the light fluid approximation. The numerical model clearly distinguishes the viscoelastic damping from the damping associated to the fluid-structure coupling. In addition modal analysis with a non-contacting method is achieved by means of a loudspeaker and a laser-beam measurement apparatus. Comparisons between the numerical computations of the damping and the corresponding measured one show the efficiency of the method.

Zoia, G.

• Room Models and Object-Oriented Audio Coding: Advantages and Applications [DAGA 2003 (Aachen)]
  G. Zoia
[A]

Coding and transmission of high quality, flexible and interactive acoustic scenes are gaining a more and more relevant place not only in audio, but also in multimedia and in virtual reality modeling. A realistic and immersive sound experience is recognized as fundamental for a satisfactory perception of a virtual space. At the same time, a consistent representation of a three-dimensional audio scene still represents a challenge. In fact, the amount of information to be stored and/or transmitted, the useful size of the listening area, the number of enabled degrees of interaction, the overall computational complexity and quality of sound are often conflicting requirements. In an object-oriented coding approach, the several sources are represented separately instead of being mixed into a suitable number of channels; if the sources can be further associated to appropriate models of the room acoustics, some important benefits can be obtained. First, the representation of the audio content is independent from the loudspeaker configuration; moreover, it is possible to reduce the overall amount of information in comparison to multi-channel coding formats, in principle without loss of quality; last, the listener may be able to interact with the content in a more realistic and flexible way. The MPEG-4 Audio and Systems standards jointly allow, for the first time in a normative context, an object-oriented source coding with associated physical room description and perceptual features. Thanks to this hybrid coding scheme, quite innovative applications can be designed, which are haracterized by highly scalablequality and complexity. A European consortium is working on technology for such applications.

Zorebski, E.

• Ultraschalluntersuchungen ausgewählter Alkoholmischungen bei 298.15 K [DAGA 2002 (Bochum)]
  E. Zorebski
[A]

Es werden Untersuchungen der Ultraschallgeschwindigkeit und der Ultraschallabsorption (mit Hilfe in unserem Labor gebauten Meßanlagen) einer Auswahl von binären Alkoholmischungen bei 298.15 K präsentiert. Zur Messung der Ultraschallgeschwindigkeit bei der Frequenz von 2.15 MHz wurde die ''pulse-echo-overlap''-Methode angewendet. Der Ultraschallabsorptionskoeffizient wurde dagegen mit Hilfe des Impulsdurchschallungsverfahrens im Frequenzbereich 10-200 MHz ermittelt. Die Konzentrationsabhängigkeiten der Ultraschallgeschwindigkeit und des Ultraschallabsorptionskoeffizients erweisen einen monotonen Verlauf für alle untersuchten Mischungen. Die aus Meßwerten berechneten Exzesswerte und Abweichungen vom ''idealen'' Verhalten wurden als Funktion der Konzentration durch die Redlich-Kister Polynome beschrieben. Die Ergebnisse wurden auf der Basis von molekularen Wechselwirkungen und im Hinblick auf die Struktur der reinen Komponenten analysiert und diskutiert.

• Study of the acoustic and thermodynamic properties of 2-methyl-2,4-pentanediol by means of high-pressure speed of sound measurements [DAGA 2008 (Dresden)]
  M. Cempa, M. Dzida and E. Zorebski
[A]

The phase speed of an ultrasound wave depends on the elastic properties of the materials. Therefore, the acoustic method has found wide acceptance as a satisfactory and relatively simple tool of obtaining thermodynamic data for liquids. In the last decades, interest in the speed of sound measurements of compressed liquids has been constantly growing, nevertheless, reports are still rather scarce. Constant acoustic path methods have dominated the speed of sound measurements under elevated pressures. Also the measuring set constructed in our laboratory [M.Zorebski et al., DAGA'98, 532 (1998); A.Zak et al., Rev.Sci.Instrum., 71(4), 1756 (2000); M.Dzida et al. J.Phys.IV, 137, 203 (2006)] operate on this principle. The pulse echo overlap method with a single transducer and an acoustic reflector has been applied. In this work, the thermodynamic quantities such as isentropic and isothermal compressibilities as well as expansibility for 2-methyl-2,4-pentanediol at pressures up to 101 MPa and for temperatures from (293.15 to 318.15) K were calculated using the phase speed of sound measured under elevated pressures (together with the densities and heat capacities at atmospheric pressure). The effects of pressure and temperature on the thermodynamic quantities are discussed.

Zotter, F.

• Modeling a Spherical Loudspeaker System as Multipole Source [DAGA 2007 (Stuttgart)]
  F. Zotter, A. Sontacchi and R. Höldrich
[A]

Ein Teilgebiet unseres Projekts ,,Virtual Gamelan Graz`` (VGG) beschäftigt sich mit der Aufnahme und Wiedergabe akustischer Abstrahlungsverhalten ausgewählter Gamelan Instrumente. Wie in den Forschungsarbeiten von O. Warusfel (IRCAM, Paris, 1997, 2004) und P. Kassakian (CNMAT, Berkeley, 2004) beschrieben, eignen sich kugelförmige Lautsprechersysteme zur Wiedergabe von Abstrahlungsmustern. Diese Schallquellen bestehen aus einem festen, kugelförmigen Gehäuse oder einem regelmäßigen Polyeder, in welches einzelne, separat bespielbare Lautsprecher eingebaut werden. Dieser Artikel beschreibt ein mathematisches Modell dieser Art von Schallquellen.

Im Wesentlichen besteht unser Modell aus den Randbedingungen für die Schallschnelle auf einer festen Kugeloberfläche mit Radius und , auf welcher Lautsprechermembranen sitzen. Diese werden als rotationssymmetrische Kugelkappen mit vorgegebener Schallschnelle modelliert .

Wir zeigen, wie die Randbedingungen der Lautsprecher im Bereich der Kugelflächenfunktionen (Spherical Harmonics) gebildet und überlagert werden. Durch Inversion der Abstrahlungsgleichung lassen sich Steuerungsparameter für die Abstrahlungssynthese finden.

Abschließend wird gezeigt, wie durch eine Fehlerberechnung und die Vorgabe eines Dynamikbereichs die bespielbaren Frequenz- und Entfernungsbereiche des Laustprechersystems bestimmt werden können.

• Klangmodellierungsansätze und Ergebnisse für Gamelaninstrumente des lauten Stils [DAGA 2007 (Stuttgart)]
  A. Sontacchi, F. Zotter and R. Höldrich
[A]

Ein Teilgebiet unseres Projekts ''Virtual Gamelan Graz'' (VGG) beschäftigt sich mit der Klangmodellierung ausgewählter Gamelan Instrumente. Da am Ende eine echtzeitfähige interaktive Implementierung eines Gamelanorchersters steht, ist primär eine datenreduzierte Klangrepräsentation erforderlich, wobei eine originalgetreue Klangqualität angestrebt wird. Dieses Vorhaben ist an zwei Vorgaben geknüpft: die Steuerbarkeit der Stimmung und Klangfarbe, sowie die Zuordnung von Teiltönen zu unterschiedlichen Abstrahlungseigenschaften des Instrumentes.

Zur Klanganalyse werden folgende drei Techniken vorgeschlagen: Auto Regressive Moving Average Modell mit Frequency Zooming (FZ-ARMA), Warped Spectral Model (WSM) und Empirical Mode Decomposition (EMD).

Bei FZ-ARMA Modeling werden die Instrumente als lineare dynamische Systeme betrachtet. Dabei werden die Annahmen getroffen, dass der Klang einzelne Teiltöne mit fixer Frequenz (Moden) enthält, diese voneinander unabhängig sind und angeregt werden können. Da von Stabilität ausgegangen werden kann, klingen diese Teiltöne im homogenen Fall ab.

Bei WSM wird die Frequenzauflösung des menschlichen Gehörs bei der Nachbildung von Klängen herangezogen. Dadurch kann die Anzahl der erforderlichen Teiltöne drastisch gesenkt werden. Die Auswertung erfolgt in zwei Richtungen: Teiltonzerlegung und Verfolgung von Amplitude und Frequenz (deterministischer, schmalbandiger Anteil), sowie Auswertung des Restsignals (stochastischer, breitbandiger Anteil).

Die EMD Methode zerlegt das zu untersuchende Signal in so genannte Intrinsische Mode Funktionen (IMF). Für die Berechnung der tatsächlich vorhandenen Spektralkomponenten werden aus den reellen IMFs analytische Signale gebildet und durch Ableitung der Phase nach der Zeit die Momentanfrequenzen errechnet (Hilbert-Huang-Spektrum). Die Problematik der begrenzten Frequenzauflösung wird durch einen neuen Ansatz gelöst.

Als Ergebnis werden die jeweiligen Vor- und Nachteile der untersuchten Verfahren skizziert.

• Crosstalk Cancellation for Spherical Loudspeaker Arrays [DAGA 2008 (Dresden)]
  F. Zotter, A. Schmeder and M. Noisternig
[A]

Spherical loudspeaker arrays for directivity pattern synthesis of natural sound sources have been recently reconsidered in electro-acoustic research, again. Quite some time after the pioneering works in that field, multichannel hardware and computational resources are now easy to obtain, and the design and control issues receive increasing interest. Basically, the devices of concern consist of a set of loudspeakers mounted into one rigid spherical or polyhedral shell. For radiation pattern synthesis it is necessary though, to gain control over the acoustically coupled transducers. On one hand, isolation of the enclosure volume behind each loudspeaker can be considered to reduce acoustic coupling. On the other hand, a shared enclosure volume supports playback at low frequencies and is easier to construct. In order to gain control over the acoustically coupled loudspeaker velocities in that case, an expensive multiple-input-multiple-output cross-talk cancellation (MIMO-XTC) system has to be employed. This work discusses a spherical harmonics subspace approach for MIMO-XTC in rigid spherical/platonic loudspeaker arrays with common enclosure volume. It can be shown that within the spherical harmonics subspace, the MIMO-XTC task becomes sparse, and therefore easier to compute. This work provides a theoretical case study on the hereby newly introduced approximation errors.

• Messanordnung zur frequenzselektiven Beurteilung der richtungsbezogenen Bedämpfung der durch Verbrennungsmotoren angeregten Körperschallausbreitung mittels Active Noise Control [DAGA 2008 (Dresden)]
  M. Noisternig, M.-R. Telsnig, F. Zotter and R. Höldrich
[A]

Verbrennungsmotoren verursachen durch ihr Zünden Schwingungen, die sich als Körperschall über das Motorlagersystem und die Fahrzeug-Rahmenkonstruktion in die Fahrgastzelle ausbreiten, in der sie als Vibrationen oder als akustischer Schall wahrgenommen werden.

In diesem Artikel wird eine Methode zur Beurteilung des richtungsbezogenen Dämpfungsverhaltens der durch Verbrennungsmotoren angeregten Körperschallausbreitung mittels Active Noice Control (ANC) vorgestellt. Als Referenzsignal steht der Messanordnung die Motordrehzahl und daraus resultierend verschiedene Motorordnungen zur Verfügung. Bei einer Motorordnung handelt es sich um eine Sinusschwingung, deren Frequenz - bei konstanter Motordrehzahl - nur geringe Varianzen aufweist. Die Auslöschung des Körperschalls kann durch Ansteuerung eines an die Fahrzeug-Rahmenkonstruktion gekoppelten elektrodynamischen Schwingerregers (Shaker) durch ein Sinussignal mit entsprechender Frequenz, Phase und Amplitude erfolgen. Aufgrund der geringen Bandbreite der Signale ist es möglich den ANC Algorithmus mit sehr kurzen adaptiven Filtern zu realisieren, wodurch das Konvergenzverhalten der adaptiven Prozesse positiv beeinflusst wird.

Das vorgestellte Verfahren dient der Optimierung der Dämpfung störender Frequenzen in der Fahrgastzelle mittels ANC.

• Auditory Resonance Model of Percussive Sounds
  F. Zotter, A. Freed and A. Sontacchi
[A]

In many cases, resonance models offer a huge reduction of data describing sounds of percussive musical instruments. Nevertheless, the high resolution of the human auditory perception of sounds may require uncomfortably large computational and numerical efforts to obtain suitable results, which inevitably yields a quite large number of inaudible partials, too. The present work presents an approach that tries to utilize some properties of the auditory perception to comply with both issues. As a front-end of the algorithm, an outer- and middle-ear stage is used, followed by a Bark band analysis filter bank. In the sub-band signals, decimated linear predictive analysis of the resonances can be performed at very high order. Moreover, this kind of analysis provides information about the audibility of the partials, which is useful to select the most relevant components only by regarding the masking levels as well as the decay and attack times. Eventually, the analysis model also yields residual signals of the sounds that aren't whitened in a broad-band sense, but retain the perceivable auditory excitation pattern of the instrumental stroke. A practical analysis example concludes the work on the present analysis model.

Zourub, M.

• Residual Cross-talk and Noise Suppression for Convolutive Blind Source Separation [DAGA 2006 (Braunschweig)]
  R. Aichner, M. Zourub, H. Buchner and W. Kellermann
[A]

Convolutive blind source separation (BSS) aims at separating point sources from mixtures picked up by several sensors. In real-world environments, moving speakers, background noise, and reverberation are encountered which often degrade the performance of BSS algorithms. In such cases, the application of a post-filter can improve the output signal quality by suppression of residual cross-talk and of background noise. In this paper we propose a novel technique to estimate the necessary power spectral densities of the cross-talk components and present a robust system which allows to further suppress both, the remaining interference from point sources and the background noise. Experimental results show the benefit of this post-processing method applied to distant speech acquisition in car environments.

Zschernig, S.

• Einschwinggeräusche von Labialpfeifen analysiert mit der Wavelet-Transformation [DAGA 2005 (München)]
  S. Zschernig, S. Bergweiler, R. Gerhard-Multhaupt and M. Holschneider
[A]

Wir haben Unterschiede im Klang von labialen Orgelpfeifen analysiert. Die Pfeifen unterscheiden sich in der Stärke der Resonatorwände. Wir untersuchten Pfeifen mit konischem (bei konstantem Innendurchmesser der Pfeife(!) vom Labium bis zum offenen Ende dünner werdend) und mit gleichmäßigem Wandungsprofil. Ansonsten ist die Form der Pfeifen identisch und sie wurden gleichartig intoniert. Untersucht wurden 16 Pfeifen - acht von jeder Sorte. Somit konnte eine sinnvolle statistische Auswertung erfolgen.

Während Steffen Bergweiler u.a. auf der DAGA 2003 Ergebnisse bezüglich der Spektren des eingeschwungenen Pfeifenklanges vortrug, wird nun über die Analyse der Einschwingvorgänge berichtet. Aufnahmen von Einschwingvorgängen, die sich bei gleichen Druckverläufen in den Pfeifenfüßen ergaben, wurden analysiert und verglichen. Dabei erwies sich die Wavelet-Transformation als praktisches Werkzeug für die Zeit-Frequenz-Analyse nichtstationärer Schwingungen.

Zscherpel, D.

• Einflüsse der Wandgestaltung auf den Klang von Prinzipalorgelpfeifen [DAGA 2002 (Bochum)]
  S. Bergweiler, T. Görne, D. Zscherpel and M. Zierenberg
[A]

Im historischen Orgelbau war das Ausdünnen der Wände des Rohrresonators von prinzipalen Orgelpfeifen eine weit verbreitete Technik zur Gestaltung des Klanges. Messungen an je 10 Orgelpfeifen, die sich nur in diesem Ausführungsmerkmal unterscheiden, liefern Ergebnisse mit einer guten statistischen Sicherheit. Die Messungen wurden einer Fourieranalyse zur Beschreibung von Unterschieden im eingeschwungenen Zustand unterzogen. Eine kontinuierlichen Waveletransformation des Messsignals liefert sehr fein aufgelöste Aussagen über Frequenz- und Zeitverläufe der Klangbestandteile während des Einschwingvorganges. Die aus diesen Signalbetrachtungen abgeleiteten Aussagen wurden mit psychoakustischen Hörtest auf ihre Bedeutung für den Hörer überprüft.

• Synchronization of an organ pipe under the influence of an external sound pressure signal [DAGA 2007 (Stuttgart)]
  S. Bergweiler, M. Abel and D. Zscherpel
[A]

We have measured the characteristics of the sound produced and emitted by an organ pipe coupled to an external loudspeaker. We vary the frequency and amplitude of the loudspeaker. As a consequence, a synchronization or phase-locking of the pipe is observed with the signal of the loudspeaker. This synchronization depends on the amplitude and phase mismatch of the speaker. The louder the speaker the wider is the synchronization range; in the parameter plane amplitude vs. frequency mismatch, this is observed as the well-known 'Arnold-tongue'. By averaging over many periods one can observe a mean synchronization even for a signal of the speaker which is 50 dB, i.e., 300 times weaker than the signal of the pipe.

Zucchini, M.

• Application of Laser-Scanning Interferometry on Aeroacoustic Problems [CFA/DAGA 2004 (Strasbourg)]
  M. Fischer and M. Zucchini
[A]

Prediction of flow-induced noise is an object of intensive ongoing research. Statistical properties of pressure fluctuations of the unsteady fluid flow or of sound waves can be mapped by means of laser-scanning interferometry. External microphones or flow probes can serve as reference sensors. Animation of interesting turbulent flow events and of the generated and propagating sound waves leads to a deeper understanding of aeroacoustic sound generation. Besides this qualitative analysis the fluctuating pressures can be evaluated quantitatively in the case of symmetrical flow configurations. The experimental data sets obtained by means of laser-scanning interferometry are useful for comparison with numerically modelled sound fields based on CFD-data. In this way, CAE tools for the prediction of flow-induced sound can be calibrated. The application of this new method is shown for different elementary and technically relevant sound sources.

• Experimentelle und numerische Untersuchung der strömungsinduzierten Schallentstehung an 2D-Geometrien auf Oberflächen [DAGA 2005 (München)]
  M. Zucchini and M. Fischer
[A]

Die Schallemission bei der turbulenten Anströmung geneigter Oberflächen wird durch die Gegenwart von Objekten auf der Oberfläche verstärkt und verändert. So erhöht beispielsweise die Wechselwirkung des Scheibenwischers mit dem Fahrtwind an der Windschutzscheibe den Geräuschpegel im Inneren von Fahrzeugkabinen. Im vorliegenden Beitrag analysieren wir die Mechanismen der Schallentstehung mit experimentellen und numerischen Methoden anhand von vereinfachten 2D-Geometrien. Hierbei nutzen wir stationäre bzw. instationäre Strömungsberechnungen als Grundlage für verschiedene numerische Verfahren der Schallquellen-Modellierung (Expansion about Incompressible Flow, Stochastic Noise Generation and Radiation). Die Ergebnisse aus der numerischen Vorhersage stellen wir eigenen Messungen (Laser-Doppler-Interferometrie und Hitzdrahtanemometrie) im neuen aeroakustischen Windkanal von BOSCH gegenüber und diskutieren die Übereinstimmung zwischen Numerik und Experiment.

• Experimentelle und numerische Untersuchung der strömungsinduzierten Schallentstehung an 3D-Geometrien auf Oberflächen [DAGA 2006 (Braunschweig)]
  M. Zucchini and M. Fischer
[A]

Die Schallemission bei der turbulenten Anströmung geneigter Oberflächen wird durch die Gegenwart von Objekten auf der Oberfläche verstärkt und verändert. So erhöht beispielsweise die Wechselwirkung des Scheibenwischers mit dem Fahrtwind an der Windschutzscheibe den Geräuschpegel im Inneren von Fahrzeugkabinen. Zur Weiterführung der bei der DAGA 2005 gezeigten Ergebnisse werden hier strömungsakustische Berechnungen mit Lattice-Boltzmann Verfahren für einen 3D-Testfall mit vereinfachten Scheibengeometrien durchgeführt. Die Ergebnisse aus der numerischen Vorhersage stellen wir Messungen (Laser-Doppler-Interferometrie, Hitzdrahtanemometrie) im eigenen aeroakustischen Windkanal gegenüber und diskutieren die Übereinstimmung zwischen Numerik und Experiment.

Zukic, T.

• Low-delay frequency scaling based on fractional delay filters [DAGA 2006 (Braunschweig)]
  B. Hofer and T. Zukic
[A]

A time domain method for pitch modification using a chain of equal fractional delay filters (e.g. allpass filters) is proposed. The system preserves harmonic ratios and allows continuous alteration of the scaling factor. Low processing delay suits real-time audio applications. Time-scale modifications can be implemented with resampling procedure added.

The two traditional approaches for frequency scale modification: phase vocoder and PSOLA (followed by a resampler) have both limitations when used in real-time applications. Phase vocoders offers high quality, but have a certain delay due to long FFT sizes required. PSOLA methods with resampling can have low delay, but cannot handle polyphone sounds (e.g. music or multiple speakers).

We have combined the methodology found in frequency warping with OLA techniques, achieving low processing delays of about 10 ms, very good perceptual quality for polyphone sounds and a wide range for continuously tunable frequency factor - we provide examples for 1% alternation, as well as 100% (transpose about one octave).

Due to its low delay property the algorithm is appropriate for use in fixed point DSP-based hearing-aid-like devices. In particular, the algorithm is implemented to support the anti-stuttering training. In this application, a small pitch change of perceived own voice helps the trained person to correct stuttering.

Zwicker, D.

• Parker-Resonanzen als Ursache für tonale Störgeräusche an einem Lokomotivkühler [DAGA 2005 (München)]
  W. von Heesen, S. Heim, C. Kirschinger, U. Mauch and D. Zwicker
[A]

Bei der Inbetriebnahme eines neuen Lokomotiventyps trat an der Kühlanlage ein tonales Geräusch mit Schalldruckpegeln von 130 dB(A) in 1 m Abstand auf. In Vorversuchen wurde festgestellt, dass der Störton bei Erhöhung der Ventilatordrehzahl stufenweise zu höheren Frequenzen sprang, wobei die Störtonfrequenz über größere Drehzahlbereiche konstant blieb. Auffällig war, dass bei sämtlichen Störtonfrequenzen die Breite des Kühlers jeweils einem ganzzahligen Vielfachen der halben Wellenlänge entsprach. Durch Abtasten des Schallfeldes entlang der Kühlerfläche konnte die Existenz horizontaler stehender Wellen ent-lang der Kühlerfläche nachgewiesen werden. Als Ursache des Störtons wurde die periodische Wirbelablösung an den vertikal verlaufen-den Kühlwasserröhrchen vermutet. Die Wirbelablösungsfrequenz ist üblicherweise streng proportional zur Strömungsgeschwindigkeit. Wenn jedoch durch die Wirbelablösung eine Eigenmode des Systems angeregt wird, synchronisiert sich die örtliche Verteilung der Wir-belablösung auf die Eigenform, und die Wirbelablösefrequenz verharrt über einen weiten Bereich der Strömungsgeschwindigkeit bei der Systemeigenfrequenz. Dieses Phänomen ist in der Literatur unter dem Namen 'Parker-Resonanz' bekannt. Der Kühler besteht aus insgesamt 13 vertikal ausgerichteten und horizontal nebeneinander angeordneten Elementen. Durch den Austausch einzelner Kühlerelemente gegen solche mit anderer Geometrie der Kühlwasserröhrchen konnte der Störton vollständig beseitigt werden.