Tagungsband

Sitzungsleitung:

S.C. Langer, TU Braunschweig, Institut für Akustik J. Peissig, Leibniz Universität Hannover, Institut für Kommunikationstechnik

10:30

Symbiose von Computersimulation und Experiment bei der Entwicklung akustischer Systeme Reinhard Lerch [Abstract] Die Entwicklung von (elektro-)akustischen Komponenten und Systemen, z. B. elektroakustischen Wandlern, basiert heute zunehmend auf Computersimulationen. Diesen Computersimulationen liegen zum Teil sehr ausgereifte Modellierungs- und numerische Berechnungs-Verfahren zugrunde, z. B. dedizierte Finite-Elemente-Analysen, die mittlerweile eine sehr präzise Vorhersage des akustischen Verhaltens selbst auch von komplexen Szenarien erlauben. Nachdem im Entwicklungs- und Optimierungs-Prozess von (elektro-)akustischen Komponenten in den letzten beiden Jahrzehnten das Virtual Prototyping Einzug gehalten hat, stellt sich die Frage nach den heutigen und künftigen Grenzen dieser Methodik. Im Vortrag wird daher exemplarisch über eine Reihe von repräsentativen Projekten berichtet, bei denen die rein auf Computersimulation abgestellte Entwicklung zum Scheitern verurteilt war und vielmehr erst das Hinzuziehen von Experimenten zum Erfolg führte. Anhand dieser Projektbeispiele soll der künftige Weg einer solchen hybriden Methodik (Computersimulation und Experiment) bei der Lösung von Problemstellungen aus dem Bereich der Technischen Akustik aufgezeigt werden. In diesem Zusammenhang wird auch der jeweilige Aufwand an Ressourcen bezüglich Hard- und Software sowie Personal für Simulation einerseits und Experiment andererseits diskutiert. Auch die Minimierung des Gesamtaufwands im Hinblick auf industrielle Entwicklungen wird erörtert.

11:15

Die Farbe macht die Musik: Akustische und perzeptuelle Merkmale der Klangfarbenwahrnehmung Kai Siedenburg [Abstract] Die bemerkenswerten Fähigkeiten einem Musikinstrument in einem Ensembleklang zu folgen, den Charakter eines Klangs zu beurteilen (z.B. als ”schrill”, ”hell”, ”metallisch”, etc.) oder eine Person anhand ihrer Stimme zu erkennen, basieren zu einem großen Teil auf der perzeptuellen Verarbeitung von Klangfarben. Formal meist definiert als Überbleibsel von Tonhöhe und Lautheit, sammeln sich unter dem Begriff der Klangfarbe (Timbre) elementare Aspekte des Hörens. Für die Klangfarbe relevante akustische Merkmale werden insbesondere in der Form der spektrotemporalen Einhüllenden von Signalen verortet. Durch Entwicklungen in der Klangsynthese, Musikkomposition und Produktion sowie im Sounddesign ist Klangfarbe zu einem zentralen Steuerungsparameter in der Akustik geworden. Dieser Vortrag fasst neueste Forschung zu den akustischen und perzeptuellen Merkmalen der Klangfarbenwahrnehmung zusammen. Die problematische Definition von Klangfarbe wird diskutiert und präzisere begriffliche Unterscheidungen werden vorgestellt. Klassische und neue Arbeiten zur Ähnlichkeitswahrnehmung von Klängen westlicher Orchesterinstrumente werden präsentiert und die zugrundeliegenden akustischen Merkmale untersucht. Ein besonderes Augenmerk wird auf den Aspekt der sogenannten auditorischen Helligkeit als eine der wichtigsten Komponenten der Klangfarbe gelegt. Es wird gezeigt, dass die klassische Shepard-Illusion (unendlich an/absteigende Folge von Tonhöhen) und deren Kontextabhängigkeit auf den Bereich der Helligkeitswahrnehmung von Klängen erweitert werden kann, was interessante Fragen zum Verhältnis von Tonhöhe und Klangfarbe aufwirft.

17:40

Musik hören als konstruktive neuronale Modellierung Eckart Altenmüller [Abstract] Klänge und Musik hören und emotional erleben ist ein aktiver, Bedeutung konstruierender Vorgang. Musik wahrnehmen ist daher immer auch Gehörbildung und auditives Lernen, das von neuroplastischen Veränderungen der Hirnfunktion und -Struktur begleitet ist und als neuronale Modellbildung mit Erzeugung von Erwartungen und deren Befriedigung oder Täuschung verbunden ist. Dabei ist jede anspruchsvolle Klangwelt, - aus jedem Musikgenre -, zunächst fremd, komplex, und unerschöpflich. Im Prozess des Hörens erschließt sich non-verbal das Werk. Vertrautes taucht aus dem Nebel der Klangwolken auf, wandelt in Metamorphosen seine Gestalt (ein ”Thema” erscheint z.B. als ”Variation” in einem anderen ”Tongeschlecht”) ermutigt zum Ordnen, schafft nach und nach Sicherheit und gibt uns schließlich die befriedigende Gewissheit, etwas Neues erlernt zu haben. Die Überführung von Unsicherheit in Sicherheit, von Fremdem in Vertrautes kann uns in rauschähnliche Zustände, in Flow und Glück versetzen. In meinem Vortrag werde ich die Neurobiologie dieser Vorgänge erläutern, und insbesondere auf die Ergebnisse der neuen neuronalen Netzwerkanalysen und auf die Implikationen der Erkenntnisse für emotionale Wahrnehmung von Klängen und für ästhetische Konzepte eingehen.

11:40

Musikalische Akustik und Virtuelle Realität - wissenschaftliche Forschung an der mdw, der Universität für Musik und darstellende Kunst Wien Wilfried Kausel [Abstract] Die musikalische Akustik war immer schon ein multidisziplinäres Forschungsgebiet, das Vibroakustik, Aeroakustik, Raumakustik, Messtechnik, Signalverarbeitung, Klanganalyse, physiologische Akustik und Psychoakustik in sich vereint. Derzeit scheinen sich aber die Schwerpunkte von der physikalischen in die virtuelle Realität zu verschieben. Anfänglich ging es um das Verstehen der physikalischen Zusammenhänge, die mit der Klangentstehung in den verschiedenen Musikinstrumenten verknüpft sind. Später rückte die Qualität von Musikinstrumenten und von musikalischen Klängen ins Zentrum des Interesses und man begann, mit Hilfe von Computermodellen Klang- und Spieleigenschaften aus Bauplänen und Materialeigenschaften zu berechnen. Das ermöglichte die Computeroptimierung von Musikinstrumenten und eröffnete dem Instrumentenbau damit die Möglichkeit, gewünschte Eigenschaften ohne kosten- und zeitintensive Versuchsreihen zu erzielen. Auch die Rekonstruktion von Geometrie- und Materialparametern sowie die Klangsynthese virtueller Instrumente rückte in den Bereich der Möglichkeiten. Die Berechnung realistischer Schallfelder in der Virtuellen Realität erfordert schließlich Modelle für die räumliche Schallabstrahlung sowie die Adaptierung von raumakustischen Simulationsverfahren für leistungsfähige massiv parallele GPU Architekturen, um jene Echtzeitfähigkeit realistisch werden zu lassen, die der Besucher eines virtuellen Orchesterkonzertes benötigt oder die gemeinsames Musizieren an mehreren Orten der Welt möglich macht. Die Forschungsprojekte am Institut für musikalische Akustik der mdw während dessen 40-jährigen Bestehens spiegeln die Evolution dieses Fachgebietes sehr gut wider.

S.C. Langer, TU Braunschweig, Institut für Akustik S. Rothe, Technische Universität Braunschweig, Institut für Akustik

13:05	Design for Acoustics – Premises and Fields of Research David Inkermann, Tobias Huth, Thomas Vietor [Abstract] Design for X means to fit a product to certain life cycle phases or to focus upon certain properties like acoustics. Therefore, methods and tools to handle conflicting requirements are provided within DfX. The core of a DfX approaches in most cases is a set of principles, telling how to design the product in accordance with activities and systems in the product’s life. In order to originate a Design for Acoustics methodology we will analyse established DfX approaches like Design for Assembly to discuss requirements and fields of further research. Starting from a system perspective defining basic properties and classes of relations relevant for the acoustic behaviour, models and design activities affecting acoustics will be discussed. Aside from methodical and technical issues like computer support and the management of knowledge and information, requirements and skills to be addressed by engineers will be highlighted. Based on the analysis premises and fields for research towards a Design for Acoustics methodology and its integration into engineering design will be formulated.
13:30	Design for Acoustics – Entwickeln und Konstruieren in einem akustik-gerechten Produktentstehungsprozess Sabine C. Langer, Sebastian Rothe [Abstract] Dieser Beitrag zeigt auf, dass ein Paradigmenwechsel von der Lärmbekämpfung hin zum akustikgerechten Produktentstehungsprozess (Design for Acoustics) notwendig ist und wie dieser gelingen kann. Der von einem Produkt potentiell unerwünscht ausgehende Schall ist als Lärm eine unmittelbar wahrnehmbare Belastung der Umwelt und des Menschen. Möglichkeiten zur Vermeidung und Verminderung von Lärm wurden über Jahrzehnte in der Disziplin des Lärmarmen Konstruierens erforscht, gesammelt und erweitert. Die Regeln und die Vorgehensweisen sind hierbei zum Teil symptomatisch und greifen häufig erst spät, z.B. in der Entwurfsphase, ,,lärmbekämpfend” in die Produktentwicklung ein. Änderungen am Produkt bezüglich der häufig allenfalls als Nebenbedingung definierten akustischen Eigenschaften, haben hohe Änderungskosten zur Folge. Für ein intrinsisches akustisches Design eines Produktes muss hingegen bereits in der Produktplanung und anschließend fortlaufend in jeder Phase des Produktentstehungsprozesses akustikgerecht entwickelt und konstruiert werden. In diesem Beitrag wird gezeigt, wie ein solcher Paradigmenwechsel realisiert werden kann und welche Herausforderungen für einen solchen Wandel zu bewältigen sind. Hierzu werden verschiedene akustikgerechte Entwicklungs- und Konstruktionsschritte beschrieben, die einen akustikgerechten Produktentstehungsprozess – ein Design for Acoustics – möglich machen.
13:55	Beiträge der Maschinenakustik zu einem Design for Acoustics Christian Adams, Joachim Bös, Tobias Melz [Abstract] In der Maschinenakustik werden Methoden entwickelt, mit denen die Geräuschqualität von Maschinen sowohl auf der Komponenten- als auch auf der Systemebene verbessert werden soll. Zum einen müssen akustikrelevante Maschinenrichtlinien eingehalten werden. In der Maschinenakustik werden dazu bevorzugt primäre Schallminderungsmaßnahmen ergriffen, die den Schall bereits an der Quelle reduzieren. Zum anderen sollen die akustischen Eigenschaften von Produkten zunehmend gezielt ausgelegt werden (Design for Acoustics), wobei insbesondere in frühen Phasen der Produktentwicklung Entscheidungen über die akustische Auslegung getroffen werden sollen. Hierzu müssen Modelle entwickelt werden, die die akustischen Eigenschaften bereits in frühen Phasen der Produktentwicklung abbilden können. Gleichzeitig müssen solche Modelle effizient prognostizieren können, wie sich Parameteränderungen auf die akustischen Eigenschaften auswirken. So können Produkte in frühen Phasen der Produktentwicklung akustisch gestaltet werden. Dieser Beitrag zeigt aktuelle Forschungsarbeiten am Fachgebiet SAM der Technischen Universität Darmstadt, die zu einem Design for Acoustics beitragen, beispielsweise durch eine effiziente akustische Modellierung von Fahrzeugstrukturen, die Anwendung von Modellgesetzen oder den Einsatz von Maschinellem Lernen zur Modellierung schwingungsfähiger Systeme. Mehrere praxisnahe Beispiele zeigen, dass die in der Grundlagenforschung entwickelten Methoden auch in der industriellen Praxis angewendet werden können. Abschließend sollen Ideen für zukünftige Forschungsthemen im Kontext Design for Acoustics skizziert und gemeinsam mit dem Auditorium diskutiert werden.
14:35	Auralisation in der virtuellen Produktentwicklung als Werkzeug für 'Design for Acoustics' Christoph Sladeczek, Bernhard Fiedler, Sandra Brix, Joachim Bös [Abstract] In der industriellen Produktentwicklung werden akustische Produkteigenschaften heutzutage leider immer noch viel zu selten von Anfang an konsequent berücksichtigt und gezielt modelliert (”designt”). Dies liegt u. a. daran, dass es bislang nicht so einfach möglich ist, die Auswirkungen von Designänderungen auf die Geräuschentstehung unmittelbar hörbar und somit erlebbar zu machen. Hingegen kann man mithilfe gängiger CAD-Software relativ einfach sehr realistisch wirkende Visualisierungen, d. h. optische Darstellungen des künftigen Produkts, erzeugen. Hier setzt die sog. Auralisation, also die ”Hörbarmachung” akustischer Produkteigenschaften, an. Numerische Simulationsdaten werden hierbei nicht nur wie üblich durch Falschfarbendarstellungen visualisiert, vielmehr werden räumliche Tonwiedergabeverfahren verwendet, um diese Daten direkt hörbar zu machen. Dabei spielt nicht nur die Simulation des strukturdynamischen und vibroakustischen Produktverhaltens, also der eigentlichen Geräuschquelle, eine wichtige Rolle, sondern auch eine realitätsnahe Berücksichtigung der akustischen Raum- und Umgebungseigenschaften. So ist es möglich, das Produkt für den selben Betriebszustand in unterschiedlichen Umgebungen zu erleben, um die psychoakustische Rückwirkung auf den empfundenen Produktklang direkt evaluieren zu können. Der Beitrag beschreibt Anwendungsfälle, für die akustische Produkteigenschaften erfolgreich auralisiert werden konnten, und stellt die Herausforderungen dar, die einer breiten Anwendung dieses nützlichen Werkzeuges als Unterstützung beim ”Design for Acoustics” derzeit noch im Wege stehen.
15:00	Prognose von Knarzgeräuschen mit Hilfe der Methode der Harmonischen Balance Lukas Utzig, Arno Fuchs, Konrad Weisheit, Steffen Marburg [Abstract] Hörbare Geräusche im Fahrzeuginnenraum tragen wesentlich zum Qualitätsempfinden eines potenziellen PKW Käufers bei. In den letzten Jahren wurden insbesondere unerwünschte Antriebs-, Motor- und Windgeräusche stetig reduziert. Dadurch treten bei der Entwicklung des Fahrzeuginterieurs immer mehr Störgeräusche in den Vordergrund. Diese müssen abgestellt werden, um eine angemessene Produktqualität zu erreichen. Zur Prognose solcher Geräusche wurden bereits Simulationsverfahren auf Basis linearer Theorien entwickelt und sind Stand der Technik. Diese Berechnungen haben das Ziel, möglichst früh im Produktentwicklungsprozess Aussagen über das Störgeräuschrisiko zu treffen. Zur Prognose von Knarzgeräuschen im Speziellen liefern diese Methoden jedoch unzureichend genaue Ergebnisse, weshalb erste nichtlineare Verfahren unter Verwendung der Methode der Harmonischen Balance entwickelt wurden. Im Rahmen dieser Arbeit werden an einem Prüfstand Schwingungsmessungen an einer Türverkleidung durchgeführt. Parallel dazu wird ein 3d Finite-Elemente-Modell zur Vorhersage der vibroakustischen Eigenschaften aufgebaut und validiert. Dabei kommt die Methode der Harmonischen Balance zum Einsatz. Der Kontaktbereich wird mit Hilfe von Coulombscher Reibung beschrieben. Die physikalische Abbildung der Kontaktstelle ermöglicht es, die nichtlineare Systemantwort zu berechnen und damit eine Aussage bezüglich der abgestrahlten Schallleistung des Systems zu treffen. Somit kann das Auftreten von Knarzgeräuschen in frühen Phasen des Produktentwicklungszyklus bewertet werden.
15:25	Urban Sound Planning Wolfgang Kropp, Jens Forssén, Laura Estévez Mauriz [Abstract] In any development project we have a unique chance to do everything right from the very beginning. This also is true for the design of our acoustic environment in urban development projects. However, often we fail to take this very first chance due to different reasons. First, the complexity to handle the sound environment in our cities demands a transdisciplinary approach to master the planning process of an urban acoustic environment with all its related aspects. Second, a key issue for such holistic urban planning is the successful communication between all people involved in the process, whereby tools and methods for communication are needed beyond todays state of the art. Third, one rarely finds acoustic experts mastering the whole spectrum of knowledge and tools inside the field of acoustic sound planning needed for such a task. The paper presents experiences and results from SONORUS, a European Training Network for young researches. The paper demonstrates methodologies and tools that could help to reach a state where the acoustic environment is part of the urban planning from the very beginning.

J. Peissig, Leibniz Universität Hannover, Institut für Kommunikationstechnik W. Nogueira, Medizinische Hochschule Hannover

13:05	Towards Immersive Distributed Performances Robert Hupke, Marcel Nophut, Stephan Preihs, Jürgen Peissig [Abstract] Networked Music Performances (NMP) have been a frequent topic in the audio community for decades and are enjoying increasing interest due to the availability of new mobile communications and network technology. Within the project ”Live Interactive PMSE Services” (LIPS) the Institute of Communications Technology (IKT) investigates novel concepts for NMPs aiming at the immersive audiovisual linking of live events at different geographic locations. This talk presents previous research in the field of NMP and discusses new approaches extending distributed performances by techniques of virtual acoustics and spatial audio reproduction. Topics to be covered in this talk are musical synchronicity of musicians, spatial audio recording and playback, as well as multichannel acoustic echo cancellation within a NMP.
13:30	Impact of Reverberation and Head Movement on Externalization of 3D sound images Song Li, Roman Schlieper, Jürgen Peissig [Abstract] Many studies have investigated the relationship between the amount of reverberation and the degree of externalization. In our current study, we have investigated the role of reverberation at each ear on perceived externalization. For a frontal sound source, the reverberation heard by both ears is equally important for externalization. However, the relative Influence of reverberation at the contralateral versus ipsilateral ear on externalization changes as the source moves laterally. Head movement is a critical dynamic cue that has been studied over the years. Several recent studies have shown that large head movements have an influence on perceived externalization, especially for frontal sound sources. In contrast, small head movements do not affect externalization. Based on these studies, we further investigated how the influence of head movements on externalization changes with different amounts of reverberation and movement trajectories. In this presentation, the impact of reverberation and head movement on perceived externalization will be discussed in depth.
13:55	Soundscape Reproduction for Qualitative Assessment Jakob Bergner, Stephan Preihs, Jürgen Peissig [Abstract] The increasing availability of multi-channel microphone arrays, appropriate production tools as well as publishing platforms and formats simplifies the recording, production and reproduction of spatial sound fields and thus opens up novel fields of application for immersive audio. Besides the usage in music, arts and entertainment, immersive audio production is capable to contribute to many other application areas, for example to the conceptual field of soundscapes. A Soundscape is a construct of sound sources within an acoustic environment as well as an embedded context and including the human perception and thus combines physical, psychophysical and emotional components. It can exist as part of a situational and fugitive reality or as reproducible, technical representation of a real or virtual scenario, which can be utilized as reliable stimulus for perceptual assessment. Due to the multidimensional character of soundscapes, the recording, processing and reproduction is challenging in that way, that relevant perceptual properties have to be maintained during the whole processing chain. This lecture introduces the main concept of soundscapes with regard to the technical procedure of recording, processing and reproduction, including binaural reproduction via headphones and sound field reproduction with loudspeakers. It is embedded in general psychophysical considerations of situational sound perception and proposes current research strategies on this topic.
14:20	Headphone Characteristics and their Influence on the Externalization in Binaural Reproduction Roman Schlieper, Song Li, Stephan Preihs, Jürgen Peissig [Abstract] Three-dimensional (3D) audio reproduction via headphones is becoming increasingly popular due to the growing market for modern technologies such as Virtual Reality (VR) or Augmented Reality (AR). With the current trend towards new ”smart” products in the headphone segments equipped with Bluetooth, Active Noise Control and Hear-Through functionality, 3D audio is also making its way into the consumer market. This raises the question which characteristics of headphones are important for proper binaural synthesis and the associated externalization. To answer this question, we have measured and analyzed acoustical parameters of different types of headphones and stored them in a database. The analysis concentrates not only on the analysis of the absolute headphone transfer function (HpTF), but also on the inter- and intra-individual variability of the HpTF and the acoustic impedance. In addition, we conducted psychoacoustic experiments to investigate the influence of the acoustic impedance of the headphones on the subjective perception of the own voice. This presentation is intended to give an overview of our current work. The individual headphone parameters, their measurement configuration and analysis will be discussed.
15:00	Enhancement of Interaural Level Differences and Binaural Band Selection Improves Sound Localization in Bilateral Cochlear Implant Users Tom Gajecki, Waldo Nogueira [Abstract] Bilateral cochlear implant (BiCI) users have difficulties localizing sounds, mainly due to the distortion of interaural differences in level and in time (ILD and ITD). In this work, we aim at emphasizing ILD cues to improve sound source localization in BiCIs. In this work, an ILD enhancement method that emphasizes interaural differences in level to exploit the available electric dynamic range, and binaural band selection to keep coherent stimulating bands across ears are investigated to help BiCI listeners. Horizontal plane sound-source localization performance of five BiCI listeners was evaluated in a virtual sound field, under direct computer control of bilaterally synchronized stimulation. The results indicate that the participants were able to discriminate the direction of arrival more accurately for narrow azimuths when the ILD enhancement was applied, compared to the natural ILD and independently of binaural band selection. On the other hand, localization abilities improved for wider azimuths when using binaural band selection compared to independent band selection, regardless of whether ILD enhancement was applied or not. The outcomes of this work show that the proposed ILD enhancement method, besides binaural band selection, improves the localization of sound sources in the front horizontal plane.
15:25	Coding of Electrical Stimulation Patterns for Binaural Sound Coding Strategies for Cochlear Implants Reemt Hinrichs, Tom Gajecki, Jörn Ostermann, Waldo Nogueira [Abstract] Binaural sound coding strategies can improve speech intelligibility for cochlear implant (CI) users. These require a signal transmission between two CIs. As power consumption needs to be kept low in CIs, efficient coding or bit-rate reduction of the signals is necessary. In this work, it is proposed to code the electrical signals or excitation patterns (EP) of the CI instead of the audio signals captured by the microphones. For this purpose we designed a differential pulse code modulation based codec with zero algorithmic delay to code the EP of the advanced combination encoder (ACE) sound coding strategy for CIs. Our EP codec was compared to the G.722 64 kbit/s audio codec using the signal-to-noise ratio (SNR) as objective measure of quality. On two audio-sets the mean SNR was 0.5 to 13.9 dB higher when coding the EP with the proposed coding method while achieving a mean bit-rate between 34.1 and 40.3 kbit/s.
15:50	Interactive Rendering of Virtual Acoustic Environments and its Applications in Audiology Joanna Luberadzka, Giso Grimm, Volker Hohmann [Abstract] Communication in everyday life is not a linear process from a sender to a receiver, but rather a feedback loop, containing the conversation partners and their behavior as well as the hearing device and the device user’s behavior (”communication loop”).Traditional lab-based experiments do not reflect this communication loop, which limits their ecological validity, i.e., the degree to which data and findings reflect real-life hearing-related function. Therefore, new evaluation methods which recreate this loop need to be developed for the ecologically valid evaluation of state of the art and future hearing devices. The basis of such methods is the interactive low-delay rendering of virtual acoustics. In this presentation, underlying rendering approaches and methods in the Toolbox for Acoustic Scene Creation and Rendering (TASCAR) are explained, and applications of this toolbox in the field of audiology are discussed.
16:15	A Computational Model of Auditory Nerve Fiber Responses to Electric-Acoustic Stimulation Daniel Kipping, Waldo Nogueira [Abstract] Nowadays, it is often possible to preserve residual acoustic low-frequency hearing during the insertion of a cochlear implant (CI) in the same ear. Despite the benefits of the acoustic component, these CI users receiving combined electric-acoustic stimulation (EAS) also suffer from interactions between the two modalities. For instance, masking between electric and acoustic stimulation has been observed in auditory nerve fiber (ANF) spike trains in animals as well as in electrocochleography and psychophysical experiments in humans. To date, it remains unclear at which stage of the auditory pathway these masking effects arise (i.e. at the level of hair cells, the auditory nerve or more centrally). In this work we use a computational model to investigate the underlying interaction mechanisms in EAS users. Existing models simulate ANF spiking for sole acoustic or electric stimulation. We coupled a model of acoustically evoked spiking with a model of electrically induced spikes in order to simulate single-ANF responses to combined EAS. The results are largely consistent with experimental recordings from Miller et al. (2009) and Tillein et al. (2015).

E. Altenmüller, HMTMH Hannover

14:05

Zum Verwechseln ähnlich? - Simulationen von Instrumentenklängen Nina Düvel, Reinhard Kopiez [Abstract] Neben dem Erfinden von neuen Instrumenten mit originären Klängen wurde auch stets nach Möglichkeiten der Simulation ebendieser Klänge gesucht: Ob bei der Nachahmung des Klangs einer Stradivari-Violine durch einen Geigen-Neubau, bei der Aufnahme von Samples für die Reproduktion des Klanges eines Instruments am Computer, oder bei der Verwendung von Modeling-Amps, die die originalen Röhrenverstärker ersetzen sollten. Bei den Nachahmungen kommen jedoch verschiedene Techniken der Klangsynthese zum Einsatz. Stets stellen sich Fragen: Wie sehr ähnelt die Simulation dem Original? Lässt sich der Unterschied heraushören? Zwei empirische Studien aus unserer Arbeitsgruppe widmeten sich der Frage nach perzeptueller Unterscheidbarkeit: Kopiez et al. (2016) untersuchten, ob Hörer Live-Aufnahmen von Stravinskys Orchesterstück ”Le Sacre du Printemps” von Nachbildungen mittels der Vienna Symphonic Library unterscheiden konnten. Düvel et al. (2019) befassten sich mit den charakteristischen Klangeigenschaften von Gitarrenverstärkern und deren Simulationen durch den Kemper Profiling Amp. Hörer zeigten zwar eine richtige Tendenz bei den Zuordnungsaufgaben, waren jedoch weit von einer verlässlichen Unterscheidung zwischen Original und Simulation entfernt. Vor diesem Hintergrund ist die zunehmende Verbreitung klanglicher Simulationstechniken etwa bei Musicals oder Live-Konzerten der Rockmusik wahrscheinlich.

14:35

Elektroakustische Performance Marijana Janevska [Abstract] Komponieren ist wie Selbstfindung. Jedes Stück stellt sich selbst viele Fragen. Durch sorgfältiges und geduldiges Zuhören und Analysieren, wohin die Materialien wollen und wie sie sich entwickeln und miteinander interagieren, findet das Stück seinen eigenen Weg, lebt sein eigenes Leben, führt einen und antwortet die Fragen, die für jedes Stück sehr verschieden, persönlich und einzigartig sind. ”Purusha” ist ein Stück für Toneband, das in der Programmiersprache Csound geschrieben ist. Es besteht ausschließlich aus synthetischen Klängen und Klangsynthese und untersucht sehr subtile Änderungen der Klangfarben und texturen durch die Kombination von Sinuswellen, FM und granularer Synthese. ”Purusha” ist ein zentraler Begriff in der indischen Mythologie und Philosophie und wird übersetzt als Mensch, die aus der Dualität und der Wechselwirkung zwischen dem Materiellen und dem Geistigen oder dem Subtilen, zwischen dem Sichtbaren besteht und die unsichtbaren Kräfte, die uns zu einer organischen Einheit machen, zu einem Ganzen. Diese Kräfte und Energien zwischen zwei gegensätzlichen Materialien halten das Stück zusammen. ”Silence(d)” ist ein Stück für eine weibliche Stimme und Elektronik. Die Inspiration zu diesem Stück stammte aus einem früheren Projekt, in dem ich die Aufgabe hatte ein 30-Sekunden-Stück für Solostimme zum Thema Stille zu schreiben. Wie klingt die Stille der stummen Stimme?

Organisation:

F. Zotter, Institut für Elektronische Musik und Akustik, Graz

14:00	Multi-Perspective Scene Analysis from Tetrahedral Microphone Recordings with Particle Filters Matthias Blochberger, Franz Zotter [Abstract] This contribution provides details on a method of sound object detection and localization for multi-perspective recordings in a sound scene. A perspective denotes the sound scene received at a single position using a tetrahedral microphone array. To establish a new approach for 6DoF rendering of such recordings, an analysis calculates a directional histogram from the direction-of-arrival (DOA) information of each tetrahedral microphone, for each frequency of a short-term Fourier analysis. The combination of the directional histograms from every perspective into a 3-dimensional map yields an instantaneous estimate for every point in space of how probably it is populated by a sound object. Tracked sound objects are assigned to the peaks in the probability map by transition probabilities. Peaks of low transition probability yield the addition of a new instance of a tracked sound object, whereas sound objects to which no continuation is found are being removed. Each sound object is tracked by a particle filter that is fed by the probability map. The rendered result is compared with that of another algorithm in a listening experiment.
14:20	Wiedergabe von Schallfeldern: Analyse der interauralen Merkmale Matthieu Kuntz, Bernhard Seeber [Abstract] Für die Wiedergabe von Schallfeldern mit Ambisonics sollte idealerweise ein Lautsprecherarray mit regelmäßig verteilten Lautsprechern verwendet werden. Hier wurde die zweidimensionale Wiedergabe jedoch auf 9 Lautsprecher, die innerhalb ±40 ∘ in regelmäßigen Winkelabständen platziert waren (offenes Lautsprecherarray), beschränkt. Die zu wiedergebende Schallszene wurde mit einem 36-kanaligen zylindrischen Mikrofonarray aufgenommen. Generell werden bei Mikrofonarrays tiefe Frequenzen mit einer niedrigeren Richtungsauflösung aufgenommen. Dies führt zu einem Abspielen dieser Frequenzen aus allen Lautsprechern mit geringen Pegelunterschieden, wodurch im wiedergegebenen Schallfeld hörbare Kammfilter entstehen. Mit einem geschlossenen Lautsprecherarray können diese durch gegenphasiges Abspielen des Signals mit den gegenüberliegenden Lautsprechern reduziert werden. Dies ist bei einem offenen Lautsprecherarray nur bedingt möglich. Deshalb wurde für jede Frequenz die dominante Ordnung der Zerlegung in Kreisharmonische N ausgerechnet. Die Anzahl der aktiven Lautsprecher L wurde proportional der Ordnung angepasst, nach der Gleichung L=2N+1. Dieser Ansatz wurde mit dem Sampling-decoder verglichen. Die Lautsprechersignale wurden für ein zirkuläres, 36-kanaliges Lautsprecherarray ausgerechnet und räumlich gefenstert. Zur Evaluierung wurden auf einer Fläche von ungefähr 2 m x 2 m 31 Messpunkte verteilt und die Impulsantworten der einzelnen Lautsprecher gemessen. Erste Ergebnisse zeigen, dass der über alle Messpunkte gemittelte, breitbandige RMS-Fehler von 5.0 dB auf 3.9 dB reduziert werden konnte.
14:40	Listening experiment on the plausibility of acoustic modeling in virtual reality. Kajetan Enge, Matthias Frank, Robert Höldrich [Abstract] Dreidimensionaler Klang spielt bei der Plausibilität virtueller Umgebungen eine bedeutende Rolle, bereits aus dem Grund, dass realer Raum vom Menschen maßgeblich über seinen Klang charakterisiert wird. Im Rahmen dieses Beitrags wurde ein Hörversuch in virtueller Umgebung durchgeführt, mit dem Ziel verschiedene akustische Modellierungen auf deren Plausibilität zu untersuchen. Dazu wurde ein realer Studioraum virtualisiert, in dessen Mitte ein Lautsprecher zu sehen und zu hören war. Im Hörversuch wurden den Versuchspersonen verschiedene akustische Modellierungen über offene Kopfhörer und der echte Lautsprecher im Studioraum präsentiert, die sie auf einer Skala von 1 (= völlig unplausibel) bis 7 (= völlig plausibel) entsprechend ihrer Plausibilität in Kombination mit dem visuellen Eindruck bewerten sollten. Die akustischen Modellierungen verwendeten eine Kombination aus Spiegelquellenmodell für frühe Reflexionen und Rückkopplungsnetzwerk für späten Nachhall oder alternativ die gemessene binaurale Raumimpulsantwort des Studios. Der Direktschall wurde in 1., 3. oder 7. Ordnung Ambisonics wiedergegeben und die Richtcharakteristik des Lautsprechers wurde entweder berücksichtigt oder vernachlässigt. Der Hörversuch wurde sowohl mit der visuellen Studiovirtualisierung, als auch blind durchgeführt und die Freiheitsgrade der Bewegung der Versuchspersonen wurden variiert: (a) statisch, (b) nur Kopfdrehungen und (c) Translation im Raum.
15:00	6DoF Audio Rendering from B-format Impulse Responses at Multiple Perspectives Kaspar Müller, Franz Zotter [Abstract] It would offer an exciting alternative to build virtual acoustic environments purely from a spatially distributed grid of directional room impulse responses (DRIR), measured at multiple perspectives in a given room. While DRIRs in first-order Ambisonics (B-format) are not resolving the directions highly, they are still efficient for the early part of the DRIR. This is because most content of the early DRIRs can be expected to be well-localized directionally and well-separated temporally. The present contribution first discusses ways of directional resolution enhancement of the multiple B-format DRIR perspectives to higher order Ambisonic DRIRs. To moreover endow the virtual listener with the ability to move with six degrees of freedom (6DoF), our main approach is to interpolate between the multiple perspectives, i.e. variable-perspective audio rendering. In particular, our approach parametrically decomposes the B-format DRIRs to detect early DRIR segments of commonly localized source objects from several perspectives. We propose a position-dependent interpolation of the detected early DRIR segments together with linearly combined late DRIR parts to obtain a variable-perspective, highly resolved DRIR for convolution-based rendering. Finally, the proposed method is evaluated in a listening experiment using both measured and simulated RIR data sets, and different configurations.
15:20	Triplet-based variable-perspective (6DoF) audio rendering from simultaneous surround recordings taken at multiple perspectives Christian Schörkhuber, Robert Höldrich, Franz Zotter [Abstract] Recently, Six-Degrees-of-Freedom (6DoF) audio recording and rendering approaches have been recently proposed to enable a variable-perspective playback for a virtual listener. We assume that a distributed sound scene is simultaneously recorded by various main microphone arrays positioned at multiple perspectives. Variable-perspective rendering enables the virtual subject to freely move within and listen to the (virtual) sound scene. To avoid annoying artifacts that signal and position excraction of a complex recorded scene can entail, this contribution presents a simple, nearly signal-independent strategy. We assumes the presence of a single source and a diffuse sound field seen by any local triplet of recording perspectives. Our contribution reveals that weighted aerial coordinates provide a linear combination rule to mix neighboring recording perspectives in a way that provide consistent audio rendering for the virtual listener in terms of the sound power and intensity measures E and rE.

Organisation:

F. Zotter, Institut für Elektronische Musik und Akustik, Graz

15:40

Signal-independent approach to variable-perspective (6DoF) audio rendering from simultaneous surround recordings taken at multiple perspectives Franz Zotter, Matthias Frank, Christian Schörkhuber, Robert Höldrich [Abstract] Six-Degrees-of-Freedom audio recording and rendering approaches have been recently proposed to enable a variable- perspective playback for a virtual listener. We assume that a distributed sound scene is simultaneously recorded by various main microphone arrays positioned at multiple perspectives. Variable-perspective rendering enables the virtual subject to freely move within the sound scene. To avoid annoying artifacts that signal and position excraction of a complex recorded scene can entail, this contribution presents a simple and signal-independent strategy. For each recording perspective, playback is accomplished by several loudspeaker objects of a virtual surround setup whose center is collocated with the physical recording perspective. Each of the loudspeaker signals is rendered by directional placement relative to the listener and by weighting with 1/r of the relative distance. To avoid poor imaging, additional gains are applied on every virtual loudspeaker signal to suppress its signal whenever the virtual listener either gets too close, or stands far behind the virtual loudspeaker. To avoid boundary effects, consistent additional surround perspectives are simulated by the image source method, with regard to virtual room walls.

15:42

Effect of subject misalignment during HRTF measurements on spatial acoustic resonances Shaima'A Doma, Janina Fels [Abstract] Acoustical measurement setups for head-related transfer functions (HRTFs) are often evaluated by means of artificial heads or simple spherical shapes. Previously performed measurements or simulations on these geometrical objects, as well as the known analytical solution in case of the sphere, can be used for comparison, allowing the use of multiple distance metrics in the time, frequency and spatial domain. A new measurement object is analyzed, consisting of a sphere with cylindrical cavity resonator extensions. In contrast to the complex spectral and spatial variations in HRTFs, as well as to the comparatively flat spherical transfer functions (STFs), the newly designed shapes produce defined spectral features, that can be more easily traced over space. This promises better insight into the preservation of specific resonances by the HRTF measurement system and allows an investigation into the underlying distortion mechanisms, e.g. due to the subject’s misalignment with the target position, i.e. the center of the measurement setup.

Sitzungsleitung:

E. Reithmeier, Leibniz Universität Hannover, Inst. für Mess- und Regelungstechik

10:20	Lokale Dämpfung breitbandigen Lärms mittels adaptiver Mehrkanal-Steuerung Julian Schiller, Christian Pape, Eduard Reithmeier [Abstract] Die dämpfende Wirkung aktiver akustischer Systeme zur Reduktion störenden Lärms ist räumlich auf sogenannte Ruhezonen begrenzt, die sich lokal an den ortsfesten Fehlermikrofonen ausbilden. Um derartige Systeme am Menschen einsetzen zu können und eine wahrnehmbare Lärmreduktion zu gewährleisten, sind die Ruhezonen z.B. mittels virtueller Sensorik von den Fehlermikrofonen zu den Ohren zu verschieben. Im Rahmen dieses Beitrags wurde eine adaptive Mehrkanal-Steuerung auf Basis des konventionellen FxLMS-Algorithmus implementiert und durch die Remote-Microphone-Technique erweitert. Mittels des entwickelten Systems konnte an einem entsprechenden Prüfstand bei Lärm mit einer Bandbreite von bis zu 1 kHz eine 0,7 m breite Ruhezone um einen platzierten Kunstkopf erzeugt werden. Messungen in den künstlichen Gehörgängen zeigten, dass auch bei Kopfdrehungen ohne Anpassung der Steuerungsparameter stets Dämpfungen von bis zu 9 dBV gewährleistet werden konnten.
10:40	Movable Quiet Zones for Permanent Noise Reduction Sven Höber, Christian Pape, Eduard Reithmeier [Abstract] Active noise control (ANC) systems can by now be encountered in numerous applications such as headphones for the consumer but also the professional market. Particularly, at industrial workplaces or open-plan offices, where people are exposed to high and permanent noise levels, ANC could provide a substantial ear protection. However, most available solutions are either designed as devices to be carried or are tailored to specific environments and require costly arrangements. The present contribution introduces a compact and remote ANC system that aims to provide a permanent noise level reduction at a listener’s ears by creating an accurately placed quiet zone (the area of reduced sound pressure). Moreover, the quiet zone is tracked in respect of the target position using a stereo camera to ensure attenuation even when the listener is moving. To avoid the rearrangement of any sensors for this, virtual microphones are employed by using the remote microphone technique. As part of the validation, this contribution discusses the noise reduction and tracking performance by means of sound field measurements and continuous noise level evaluation at the target position.
11:00	Versuchsträger zur Experimentellen Aktiven Minderung der Schalleinstrahlung Zylindrischer Strukturen Bernd-Christian Hölscher, Stephan Algermissen, Christian Hesse, Michael Sinapius [Abstract] Aktive Systeme sind effektive Lösungen für tieffrequente Problemstellungen der Schwingungsdämpfung, sowohl zur Unterdrückung von Strukturschwingungen als auch für Probleme der Schallab- und -einstrahlung. Insbesondere für gekoppelte Systeme aus Struktur und Fluid, bei denen unter Verwendung struktureller Fehlersensoren eine globale Reduktion des Schallfeldes erreicht werden soll, ist die Implementierung derartiger Lösungen allerdings häufig sehr ineffizient. Bei der oft verwendeten Behandlung der Schallabstrahlung mittels Singulärwertzerlegung entstehen frequenzabhängige Schallstrahlungsmoden, die daraus resultierende hohe Modellordnung des benötigten Reglers ist durch heutige Signalverarbeitungssysteme kaum leistbar. Für Phänomene der Schalleinstrahlung in Innenräume erlauben die Fluidmoden jedoch die Formulierung frequenzunabhängiger Moden des gekoppelten Systems. Mit den frequenzabhängigen Schallstrahlungseffizienzen ermöglichen diese eine erhebliche Ordnungsreduktion des Reglers. Der Nachweis der Umsetzbarkeit eines solchen Ansatzes ist durch Vorarbeiten analytisch für generische Kavitätsgeometrien (Quader und Zylinder) erbracht. Für komplexere Geometrien muss dieser Nachweis numerisch und insbesondere experimentell erfolgen. In diesem Beitrag wird ein hierzu geeigneter Versuchsträger vorgestellt. Der Versuchsträger besteht aus einer zylindrischen CFK-Struktur, Randabschlüssen zum Abschluss des Innenraums sowie Vorrichtungen für vibroakustische Vermessung und Lagerung von Struktur und Randabschlüssen. Im Beitrag wird zum einen auf die konstruktiven Aspekte des Versuchsträgers eingegangen, zum anderen werden Ergebnisse der Messungen sowie ein Ausblick auf zukünftige Untersuchungen vorgestellt.
11:20	A Non-parametric Method for Online Secondary Path Estimation in Active Noise Control Systems Samira Mohamady, Yanrong Niu, Allahyar Montazeri [Abstract] Online secondary path estimation plays an important role in design of active noise control (ANC) systems and the final achievable performance for the overall system. However, due to cross coupling and the effect of nonlinearities in the system, the results are usually poor, and the problem requires specific attentions. In this study, we aim to investigate the impact of finite measured multi-sine data as an input excitation signal to find the best linear approximation for the secondary path estimation. The approach relies on robust local polynomial method as an advanced technique for non-parametric measurement of the room impulse responses. In this way, it is possible to quantify various sources of uncertainties such as measurement noise, leakage, and nonlinear distortions by deeper analysis of the results. The information can be used to understand the situation of ANC system and improve the online the secondary path estimation, subsequently.

11:40	Vibrationsdämpfung an Fensterscheiben von Arbeitsfahrzeugen zur Lärmreduzierung in der Fahrgastzelle Bernhard Heinemann, Sergej Jukkert, Delf Sachau [Abstract] Fahrgastkabinen von Arbeitsfahrzeugen sind zum Schutz des Fahrers vor Witterungseinflüssen in der Regel geschlossen. Im Gegensatz zu Personenkraftwagen spielt bei Arbeitsfahrzeugen der Luftwiderstand auf Grund der geringen Fahrtgeschwindigkeit eine untergeordnete Rolle. Daher und für eine gute Rundumsicht verfügen diese Fahrzeuge über große und oft flache Fensterscheiben. Vibrationen, z.B. des Antriebsstrangs oder verursacht durch das Abrollen über ein grobes Radstollenprofil, werden auf die Fahrgastkabine übertragen und regen dort nicht hinreichend entkoppelte Flächen zum Schwingen an. Die Fensterscheiben sind üblicherweise viskoelastisch in Gummidichtungen gelagert. Durch die Dichtung, die Lagerung und die großen Flächen neigen die Fenster zum Schwingen, wenn sie durch Vibrationen geeignet angeregt werden. Vibrierende Fenster erzeugen im Inneren der Fahrgastkabine unerwünschten Lärm, der gesundheitsschädliche Folgen haben kann. In diesem Beitrag wird von einem Verfahren zur Schwingungsreduktion der Fensterscheibe eines Arbeitsfahrzeugs berichtet. Durch Verwendung mehrerer, auf der Scheibe montierter, Inertialschwingerreger als hybride Tilger in Kombination mit Fehlermikrofon und adaptiver Regelung gelingt die Beruhigung der Scheibe und in Folge die Lärmreduktion im Innenraum der Fahrgastkabine. Im Unterschied zu Lösungsansätzen mit Piezoaktoren sind Inertialschwingerreger in der Lage durch größeren Hub und höhere Stellenergie akustischen Moden im tieferen Frequenzbereich unter 100 Hz entgegenzuwirken.
11:42	Analytical investigation of the minimization of the total radiated sound power from a vibrating plate Mehran Hajilou, Delf Sachau [Abstract] Active-Noise-Control (ANC) is a method for reducing unwanted so called primary sound by destructive interference with sound generated by so called secondary sources (loudspeaker). The latter are specifically designed to cancel the primary noise. The design requirements of ANC-systems are related to the theory of reducing the sound power of a primary source by monopole secondary sources. In this paper the primary source is a vibrating simply supported plate which is radiating sound into free-field. The secondary sources (loudspeakers) are placed in front of the plate. The optimal volume velocities of the secondary sources for global sound minimization are calculated by two different methods. The first method reduces only the sound intensity in front of the secondary sources. The second method minimizes the total radiated sound power by primary and secondary sources in the far field. This approach is used to verify the first method.
11:44	Aktive Körperschallreduktion mit Hilfe konventioneller, elektrischer Antriebe Dominik Schubert, Stefan Sentpali, Simon Hecker [Abstract] Um den akustischen Ansprüchen in modernen Kraftfahrzeugen gerecht zu werden, sollen bereits verbaute, elektrische Antriebe zur aktiven Körperschallreduktion eingesetzt werden. Diese Zusatzfunktion soll auch während des eigentlichen Betriebes des Antriebs ohne Einschränkung genutzt werden ohne diesen zu beeinflussen. Da die elektrischen Antriebe zum Teil ein nichtlineares akustisches Verhalten aufzeigen, wird hier ein adaptiver Regelalgorithmus präsentiert, mit welchem es möglich ist, harmonische Schwingungen trotz der vorhandenen Nichtlinearitäten deutlich zu reduzieren. Dazu wird das nichtlineare, dynamische Verhalten des Antriebs durch eine endliche Anzahl an linearen Übertragungsfunktionen approximiert, wobei diese im Allgemeinen vom Arbeitspunkt des Aktors abhängen. Mit Hilfe dieser Modellvorstellung ist es möglich, das nichtlineare System als mehrdimensionales System zu interpretieren und aufbauend auf dem bekannten Filtered-x-Least-Mean-Square (FxLMS) Algorithmus ein mehrdimensionales Regelkonzept zu entwickeln. Die Regelgröße entspricht dabei einer gewichteten Summe aus einer endlichen Anzahl an harmonischen Schwingungen. Der Wirksamkeitsnachweis erfolgt hier am Beispiel einer permanenterregten Synchronmaschine, wobei der adaptive Algorithmus auf einem Echtzeitsystem umgesetzt wird.

Organisation:

J. Hübelt, Hochschule Mittweida

13:20	Geräusche im antiken und im modernen Griechenland: Literarische Akustikszenen von Gerhart Hauptmann Björn Knöfel [Abstract] Gerhart Hauptmann, Schriftsteller und Nobelpreisträger von 1912, bereiste Anfang des 20. Jahrhunderts Griechenland. Auf seiner Reise zu den klassischen Stätten in Athen, Olympia oder Delphi beschreibt er seine Reiseeindrücke, die er eindrucksvoll mit seiner hohen Kenntnis der griechischen Mythologie verknüpft. Speziell die Geräusche, die Hauptmann auf seiner Reise erlebt, sollen das Thema des vorliegenden Beitrages sein. Von besonderem Interesse sind dabei die Verknüpfungen der von Hauptmann objektiv wahrgenommenen Geräusche des ”modernen Griechenlands” mit den Geräuschen, die im ”antiken Griechenland” zu hören gewesen sein könnten. Dabei werden längst vergessene Geräusche ebenso erwähnt wie noch heute aktuelle Lärmszenarien. Die Idee zu diesem Beitrag kam dem Autor auf der Euronoise 2018 in Kreta, mehr als 100 Jahre nach der Erstveröffentlichung von Hauptmanns ”Griechischem Frühling” sowie einem kürzlichen Besuch der klassischen Stätten in Athen.
13:40	Faszination sprechende Maschinen: Technologischer Wandel der Sprachsynthese über zwei Jahrhunderte Lars Engeln, Rainer Groh, Falk Gabriel, Peter Birkholz, Rainer Jäckel, Rüdiger Hoffmann, Judith Felten, Regina Bergmann, Joachim Scharloth, Lisa Lüneburg, Jens Krzywinski, Jörg Neumann, Peter Plaßmeyer [Abstract] Über die historische akustisch-phonetische Sammlung (HAPS) der TU Dresden ist auf den historischen Sitzungen der DAGA regelmäßig berichtet worden. Im Jahre 2019 konnte ihr 20. Gründungsjubiläum begangen werden. Nach einer Generalsanierung des Gebäudes wird sie in einer weitgehend neu gestalteten Ausstellung präsentiert. Im gleichen Jahr konnte das BMBF-Projekt mit dem in der Überschrift angegebenen Thema (Kurztitel ”Sprechmaschine”) abgeschlossen werden, über das in diesem Beitrag berichtet wird. In einem Verbund aus sechs Einrichtungen der TU Dresden und dem Mathematisch-Physikalischen Salon der Staatlichen Kunstsammlungen Dresden wurde nicht nur an der weiteren Erschließung der Sammlung gearbeitet, sondern es wurde anhand des konkreten Beispiels der Frage nachgegangen, auf welche Weise historische Universitätssammlungen Beiträge für die aktuelle Forschung und Lehre leisten können. Dabei wurde neben einer multi-kontextuellen virtuellen Ausstellung zur Entwicklung der Sprachsynthese im Verlauf von mehr als zwei Jahrhunderten auch ein moderner artikulatorischer Sprechapparat als Forschungsplattform erforscht und entwickelt.
14:00	E. Zwicker, L. Cremer, E. Meyer, W. Reichardt - große deutsche Akustiker im 20. Jahrhundert Peter Költzsch [Abstract] Der Vortrag nimmt Bezug auf die Hefte 10 und 11 der DEGA-Schriftenreihe zur Geschichte der Akustik. Darin werden auf knapp 500 Seiten mit 120 Abbildungen vier bedeutende Zentren der Akustik in Deutschland im 20. Jahrhundert vorgestellt: Eberhard Zwicker hat (mit Ernst Terhardt und Hugo Fastl) ”das Münchener Institut für Elektroakustik zu Weltruhm geführt und einen starken Einfluss auf die Entwicklung der Psychoakustik in Deutschland und weltweit ausgeübt (...)” [B. Kollmeier 2000]. In Berlin schuf ”Lothar Cremer von seiner Berufung 1954 bis zu seiner Emeritierung im Jahre 1973 aus dem Nichts das weltweit bekannte Institut für Technische Akustik der TU Berlin.” [H. A. Müller 1991], fortgeführt von Manfred Heckl. Erwin Meyer, ein Schwingungsphysiker par excellence, wurde 1947 an die Universität Göttingen berufen. ”Er verstand es, diesem Institut in wenigen Jahren Weltgeltung zu verschaffen.” [Schroeder 1999]. An der TH/TU Dresden hat sich die Akustik im Schwachstrominstitut von Heinrich Barkhausen entwickelt (”Phonometer”). Durch Walter Reichardt erfolgte nach 1950 der stürmische Aufstieg der Elektro-, Raum- und Bauakustik, der Lärmbekämpfung und der Hörakustik. ”Walter Reichardt organisierte Assistenten-Austausche der Dresdner mit den Akustikschulen in Berlin, Göttingen und Stuttgart. Die ”Familie der Akustiker” war ihm Herzensangelegenheit.” [Schirmer/Dietzel 2012]
14:20	Studierst Du noch oder lernst Du schon? Einflüsse der Digitalisierung auf die universitäre Aus- und Weiterbildung Otto Von Estorff [Abstract] Die digitale Disruption und Schlagworte, wie ”Industrie 4.0”, ”Smart Data”, ”Digitale Lebenswelten” oder ”Cloud Computing”, sind in aller Munde und verweisen eigentlich nur auf eine unumgängliche Tatsache: Die Digitalisierung wird das gesamte berufliche und private Leben der meisten Menschen in naher Zukunft völlig verändern. In allen Bereichen der Industrie wird fieberhaft nach Wegen gesucht, mögliche ”Bedrohungen” durch die Digitalisierung, aber auch die sich mit ihr ergebenden neuen Möglichkeiten, rechtzeitig zu erkennen und zum Vorteil von z.B. Produktionsprozessen, Kommunikationsvorgängen oder Geschäftsabläufen einzusetzen. Doch was bedeutet das für die Menschen, die zukünftig in der digitalen Arbeitswelt ihren Platz finden wollen? Was müssen sie in ihrer universitären Ausbildung lernen, um zukünftig erfolgreich zu sein? Der gegenwärtige Beitrag nimmt sich dieser Frage an, wobei die Ausführungen nicht nur für die Akustikausbildung gelten, sondern für nahezu alle Fachbereiche. Zukünftig allgemein geforderte Fähigkeiten werden dabei ebenso angesprochen, wie neue Formen der Lehre. Sind Vorlesungen im herkömmlichen Stil noch zeitgemäß?
14:40	Praxisnahe Ausbildung - Studentische Projekte im Curriculum Detlef Schulz, Jörn Hübelt [Abstract] Mit dem im Wintersemester 2013 gestarteten ingenieurmäßig ausgerichteten Studiengang ”Media and Acoustical Engineering” sollte die Tradition der praxisnahen Ausbildung von Akustikingenieuren in Mittweida fortgesetzt werden. Dieser Philosophie folgend wurde neben einem eigenständigen Praxissemester und diversen Laborpraktika im vierten und fünften Semester jeweils eine Lehrveranstaltung ”Akustikprojekt” mit 10 Stunden je Woche (Lehrveranstaltungen + Selbststudium) in das Curriculum integriert. Im Projekt werden in Gruppen von 2 - 5 Studenten unter Anleitung eines Betreuers kleine wissenschaftliche Aufgaben selbständig bearbeitet. Dabei ist es besonders wichtig, die Studierenden an die Methodik der Bearbeitung von Projekten heranzuführen. Diese Form der Ausbildung hilft auch, die Studierenden besser darauf vorzubereiten, Handlungsanforderungen in einer sich schnell wandelnden beruflichen Praxis erfolgreich bewältigen zu können. Es wird über Erfahrungen und Probleme bei der Organisation, Durchführung und Bewertung berichtet.

Organisation:

T.P. Ring, TU Braunschweig, Institut für Akustik C. Kling, Physikalisch-Technische Bundesanstalt

11:40	Vergleich verschiedener Verfahren zur Erfassung einer Lautsprechermembranbewegung Kai Simanowski, Delf Sachau [Abstract] Ein Lautsprecher wandelt elektrische Signale in messbare mechanische, bzw. akustische Schwingungen um. Für die flächige Bewegungsmessung einer schwingenden Lautsprechermembran werden die Ver-fahren Laser-Scanning-Vibrometrie und Optische Bewegungsanalyse mit Hochgeschwindigkeitskamera verwendet und gegenübergestellt. Die Ergebnisse werden verglichen mit Finite-Element-Berechnungen und Messungen mit Akustischer Nahfeldholografie.
11:42	Verwendung eines akustischen Verfahrens zur Messung der Verdunstung freier Wasserflächen Armin Raabe, Peter Holstein, Jose Carlos De Araujo [Abstract] Aktuell besteht ein bestimmtes Interesse, die Verdunstung von Gewässeroberflächen in das Management der Wasserversorgung einzubeziehen, vor allem dort, wo zu bestimmten Jahreszeiten wenig Niederschlag fällt und die Versorgung dann mit Wasser vollständig über Wasserreservoire erfolgt. Ziel ist eine Optimierung der Verdunstungsverluste durch geeignete Maßnahmen. Voraussetzung ist die genaue Bestimmung des Verdunstungsanteils. Es wird eine Messmethode und deren technische Umsetzung vorgestellt, die für das Bestimmen der Verdunstung von Ausschnitten von Wasserflächen geeignet ist. Eine direkte Messung der Verdunstung von einer Seeoberfläche wurde in der Vergangenheit u.a. mit Verdunstungsbehältern durchgeführt, die auf Flößen installiert waren. Die Bestimmung der Verdunstungsmengen erfolgte dabei früher durch Beobachter per Hand u.a. unter Verwendung von mechanischen Mikrometer-Messgeräten. Ziel dabei die Ermittlung der Verdunstung pro Tag. Derzeit dienen z.B. hochempfindliche Differenzdrucksensoren dazu, um die Messungen kontinuierlich und automatisch durchführen zu können, um so auch Aussagen über tageszeitrelevante Verdunstungsanteile zu erfassen. Hier wird ein Messverfahren vorgestellt, das aus der akustischen Laufzeit- und Füllstandsüberwachung und stammt und das nach dem Echolotprinzip funktioniert. Die Empfindlichkeit der Messanordnung reicht für den Nachweis von Verdunstungshöhen von 0,1mm aus, was empfindlich genug ist, um den Tagesgang der Verdunstung direkt für eine Wasserfläche zu bestimmen.
11:44	Probleme und Lösungsstrategien bei der Verwendung von Messungen zur Algorithmus-Evaluation am Beispiel von Beugung an Schirmen Stefan Weigand [Abstract] Zur Validierung von Algorithmen oder analytischen bzw. physikalischen Modellen ist der Abgleich mit Messungen nötig oder erwünscht. Oft sind zwar bereits geeignete Messungen in der Literatur vorhanden, deren Verwendung als Referenz aber dennoch nicht möglich, da eine ausreichend detaillierte bzw. vollständige Beschreibung des Versuchsaufbaus, -auswertung oder der Rahmenbedingungen nicht (mehr) verfügbar ist. Auch Ergebnisse sind nur als Graphen bzw. nur eine Auswahl derer in den Publikationen abgebildet. Dies erschwert den Abgleich oder macht ihn unmöglich. Dieses Problem hat seine Ursache in den üblichen Grenzen von Print-Publikationen der Wissenschaft. Seit einiger Zeit gibt es verschiedenen Bemühungen die Publikationen derart zu ändern bzw. online zu ergänzen, dass auch Versuchsaufbauten und Ergebnisse -auch in numerischer Form- ausreichend detailliert verfügbar gemacht werden können. Der vorliegende Beitrag schildert diese Problematik am Beispiel der Evaluation von Beugungsalgorithmen am Schirm und zeigt Lösungsmöglichkeiten zur geeigneten Verfügbarmachung von Messdaten auf. Hierfür wurden nach intensiver Literaturrecherche letztlich eigene Messungen an diversen Schirmaufbauten durchgeführt und veröffentlicht. Außerdem werden Strategien diskutiert, wie solche Datenarchive, die derzeit mehrfach entstehen, für einen hinreichend langen Zeitraum verfügbar gehalten und evtl. auch homogenisiert werden können. Bei geeigneter Ausführung können solche Archive einen wichtigen Beitrag zur Wissenschaft und der Qualitätssicherung von Software leisten.
11:46	SpectAcoular! An extension for Acoular Adam Kujawski, Gert Herold, Simon Jekosch, Ennes Sarradj [Abstract] Acoular is an open source software package written in Python programming language for processing and analysis of microphone array data. With its object-oriented design, it allows to build complex script-based processing pipelines. SpectAcoular is built on top of Acoular and offers additional modules to further simplify the handling of Acoular. It implements interactive controls (widgets) for building individual graphical user interfaces with the visualization library Bokeh. Bokeh uses web browsers for visualization, whereby rendering and event handling is performed by a high-level JavaScript library. This allows to create real-time applications and to use the capabilities of Acoular independently from the operating system. In addition, building client-server applications is supported, which makes it possible to interactively control microphone array data processing in a distributed scenario. Examples of SpectAcoular use for acquisition and analysis of microphone array data with a low cost sensor array are given. The talk will be held in german language.
11:48	Systementwicklung und -evaluation für die Kalibrierung von Kondensator- Messmikrofonen mit der Substitutionsmethode im Vergleich zu Messungen im Halbfreifeldraum Judith Falkhofen [Abstract] Für die Erfassung des richtigen absoluten Schalldruckpegels mit Kondensator- Messmikrofonen werden die Abweichungen von ihren ideal linearen Übertragungsfunktionen und ihre Sensitivitäten benötigt. Die Messmikrofone werden frequenzabhängig in jährlichen Intervallen mit der Substitutionsmethode kalibriert. Als Alternative zu der Kalibrierung im Halbfreifeldraum wird ein kostengünstiger Aufbau eines Rohrs mit eingebautem Lautsprecher, einer Endstufe und einer Mikrofonhalterung untersucht (mobile Kalibrierbox). Auf der dem Lautsprecher gegenüberliegenden Seite können nacheinander Referenz- und Prüfmikrofon eingesetzt werden. Für die Kalibrierbox werden zwei Softwaresysteme zur Bestimmung der Pegeldifferenzen von Übertragungsfunktionen verglichen, eines auf Basis der Entfaltung eines exponentiellen Sinus- Sweeps und eines über die Übertragungsfunktionsschätzung mit rosa Rauschen. Zusätzlich werden diese abhängig von Umgebungsbedingungen wie Temperatur und Luftfeuchte getestet. Auch das Aufheizen des Lautsprechers, die Position des Mikrofons und der Pegel mitsamt möglicher Nichtlinearitäten werden untersucht. Zudem werden die Ergebnisse der Langzeitmessungen vorgestellt, um etwaige Messunsicherheiten der Kalibrierbox im normalen Betrieb aufzuzeigen. Weiterhin werden verschiedene Algorithmen für die Bestimmung des Übertragungskoeffizienten eingesetzt. Die Arbeit evaluiert somit Kalibrierungen im Halbfreifeldraum und deren Problemstellungen im Vergleich zu einer neu entwickelten Kalibrierbox. Die größten Vorteile sind dabei eine bessere Reproduzierbarkeit und ein zeitsparender Messaufbau.

Sitzungsleitung:

A. Gerlach, Bosch, Forschungscampus

13:20	Empirische Verifikation des Einflusses biaxialer mechanischer Spannung auf geführte Wellen Michael Ponschab, Daniel A. Kiefer, Stefan J. Rupitsch [Abstract] Geführte elastische Wellen werden in plattenförmigen Strukturen zunehmend zur zerstörungsfreien Strukturüberwachung sowie in der Sensorik und Aktorik eingesetzt. Sowohl die Reflexion der Wellenpakete an Fehlstellen in plattenförmigen Strukturen als auch die Änderung der Wellenausbreitung aufgrund externer Einflüsse lassen sich sehr gut für die eingriffsfreie Überwachung systemkritischer Elemente beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Kernkraft heranziehen. Beispielsweise beeinflussen statische äußere mechanische Belastungen und Eigenspannungen die Wellenausbreitung, welche durch materialspezifische Dispersionscharakteristiken beschrieben wird. Der Einfluss mechanischer Vorspannungen auf die elastische Wellenausbreitung wird als Akustoelastizität bezeichnet. In diesem Tagungsbeitrag wird der Einfluss der Akustoelastizität auf die Wellenausbreitung anhand der Ergebnisse numerischer Modelle diskutiert und mit dem empirisch beobachteten Messeffekt verglichen. Da die Auswirkung der mechanischen Spannungen nur zu sehr kleinen Änderungen der Ausbreitungsgeschwindigkeit führt, werden in den Messungen keine absoluten, sondern nur relative Laufzeitänderungen betrachtet. Die Experimente bestätigen das Auftreten des akustoelastischen Effekts, zeigen aber auch, dass die Kenntnis der Materialparameter höherer Ordnung für eine realitätsnahe Modellierung zwingend erforderlich ist.
13:40	Composing absorption coefficients of sandwiched materials using measured four pole transfer matrices Rene Boonen [Abstract] A transmission tube has been developed to measure the four pole matrix of a sample of absorbing material based on the ISO 10534-2 transfer function method. The electrical analogy of a sample in a transmission tube can be considered as a T-equivalent circuit of three impedances, two in series and one in parallel. As consequence, three measurements with three different closing impedances needs to be carried out. From these measurements, a set of equations will result from which the three impedances of the T-equivalent circuit can be determined in real and imaginary parts in terms of frequency. Once these impedances are known, the transfer matrix of the sample can be set up. These transfer matrices can be kept in a library. For a sandwich material, the sandwich transfer matrix will be determined by multiplication of the transfer matrices of each component in the appearing sequence. Then, the absorption coefficient is determined from the sandwich transfer matrix. Benchmark absorption measurements have been carried out on sandwiched materials in the impedance tube. A good agreement has been established between transmission tube and impedance tube measurements in a range of 40Hz-4kHz.
14:00	Abhängigkeit des Absorptions- und des Transmissionsgrades von Schäumen vom Einbauwinkel im Impedanzrohr Jana Tietz, Martin Radestock, Michael Sinapius [Abstract] Leichtbau sowie akustischer Komfort sind im Bereich der Mobilität wesentliche Entwicklungsfaktoren. Der Einsatz von Dämmmaterialien aus porösem Kunststoff vereint diese beiden Aspekte. Zwei Größen zur Charakterisierung des Dämmvermögens dieser Werkstoffe sind Schallabsorptions- und Schalltransmissionsgrad. Grebel et al. stellten bei der Vermessung von Schaumstoffen im Impedanzrohr fest, dass sich der Absorptionsgrad unter Variation des Drehwinkels einer Probe um die Rohrachse wesentlich ändert, sodass in bestimmten Frequenzbereichen keine verlässlichen Werte ermittelt werden können [Grebel et al. 2017]. In diesem Artikel soll die Abhängigkeit zwischen Einbauwinkel und Absorptions- sowie Transmissionsgrad im Frequenzbereich zwischen 230 und 2000 Hertz untersucht werden. Die untersuchten Materialien sind Polyurethanschaum, Polyethylenschaum, Melaminschaum sowie zwei Polyesterwollen unterschiedlicher Dichte. Aus den Ergebnissen wird eine Vorgehensweise zur Analyse von Dämmmaterialien im Impedanzrohr zur Erzielung reproduzierbarer Ergebnisse abgeleitet. Für Polyurethan und Polyethylen ergeben sich direkte Abhängigkeiten des Absorptions- bzw. Transmissionsgrades vom Einbauwinkel. Die anderen Materialien weisen zwar Unterschiede bei Variation des Einbauwinkels auf, jedoch ist keine direkte Abhängigkeit zum Absorptions- oder Transmissionsgrad erkennbar. Diese Abweichungen führen zu der Annahme, dass im Impedanzrohr für bestimmte Schäume kein eindimensionales Wellenfeld mehr vorliegt. Demzufolge wären die zugrundeliegende Theorie zur Berechnung der akustischen Größen sowie die Anwendung des Impedanzrohres selbst zur Ermittlung dieser in Frage zu stellen.
14:20	Aufbau eines Messrohrs für die Messung von akustischen Impedanzen mit MEMS Mikrofonen Roman Schlieper, Thure Gnadeberg, Stephan Preihs, Jürgen Peissig [Abstract] Für die Bestimmung des Reflexionsfaktors, des Absorptionsgrades oder der akustischen Impedanz von Materialien gibt es verschiedene Ansätze. Ein Standardwerkzeug für diese Aufgabe ist das Impedanzmessrohr, bei dem der Schalldruck an verschiedenen Orten entlang einer ebenen Wellenfront gemessen wird. Üblicherweise werden für die Messung hochklassige Messmikrofone verwendet um den Messfehler möglichst gering zu halten. Bei der Entwicklung eines solchen Messrohrs gilt es stets zwischen der Messgenauigkeit, der Kontinuität der Rohroberfläche, dem Dynamikbereich und dem Preis abzuwägen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Messrohr entwickelt, dass mit insgesamt 16 MEMS Mikrofonen bestückt ist und einen Arbeitsfrequenzbereich von 60 Hz bis 20 kHz abdeckt. Um die Genauigkeit des Aufbaus zu überprüfen werden die Messergebnisse von Standardprüflingen mit den Ergebnissen eines konventionellen Messrohrs mit gleichem Innendurchmesser und 1/8” Messmikrofon verglichen.
14:40	Charakterisierung frequenzabhängiger Eigenschaften poröser Materialien, Teil 1: Akustische Parameter Kurt Jürgen Mick, Meike Faulhaber, Claudia Bardt, Simon Kersten [Abstract] Bei der Entwicklung von Audiowiedergabesystemen wie Lautsprecher oder Kopfhörer werden diverse Arten von porösen Materialien eingesetzt. Sehr beliebt sind unter anderem Polymerschäume, welche zum Beispiel im Kopfhörerohrpolster verwendet werden. Um in der Designphase eines Produktes möglichst hohe Übereinstimmung des Simulationsmodells mit dem realen Aufbau zu erreichen, ist es notwendig die Materialeigenschaften der eingesetzten Werkstoffe exakt zu charakterisieren. Wird die akustische Charakterisierung poröser Materialien beabsichtigt, so steht eine große Anzahl an empirischen Materialmodellen zur Verfügung. Diese Modelle unterscheiden sich in der Anzahl ihrer Parameter sowie in der Tatsache, dass jedes Modell nur für einen bestimmten Polymerschaumtyp optimal anwendbar ist. Nichtsdestotrotz sind für die Parametrisierung der Mehrheit dieser Modelle nur die komplexe Wellenzahl und die spezifische Impedanz relevant. Zunächst werden verschiedene Messmethoden zur Ermittlung der komplexen Wellenzahl und der spezifischen Impedanz erläutert und verglichen. Die ausgewählten Methoden unterscheiden sich im Aufwand der Implementierung sowie in der Schnelligkeit und Genauigkeit der Messung. Die Methoden basieren entweder auf dem Messprinzip eines Transmissionsrohres (ASTM E2611-09) oder auf dem eines Impedanzrohres (DIN EN ISO 10534-2). Anschließend werden die Messemethoden auf eine repräsentative Auswahl von Polymerschäumen angewendet. Aus den Ergebnissen kann eine Empfehlung gegeben werden, welche der Messmethoden sich am besten eignet, um die Polymerschäume zu charakterisieren.

Sitzungsleitung:

T.P. Ring, TU Braunschweig, Institut für Akustik C. Kling, Physikalisch-Technische Bundesanstalt

9:00	Charakterisierung frequenzabhängiger Eigenschaften poröser Materialien, Teil 2: Mechanische Parameter Meike Faulhaber, Claudia Bardt, Kurt Jürgen Mick [Abstract] Während in Teil 1 dieses Vortrages der Fokus auf einer akustischen Charakterisierung von Polymerschäumen gelegt wird, behandelt der zweite Teil die Ermittlung ihrer mechanischen Parameter. Neben den akustischen Größen, wie z.B. spezifische Impedanz oder komplexe Wellenzahl, werden E-Modul, Verlustfaktor und Querdehnzahl zur vibro-mechanischen Beschreibung dieser Materialien benötigt. Diese Parameter können stark frequenzabhängig sein. Zu ihrer Ermittlung existiert eine Vielzahl von Methoden, aber kein etablierter Standard. Ein Round-Robin Test [1] zeigte erst kürzlich die enorme Varianz der Messergebnisse und die Abhängigkeit der Genauigkeit von Probengröße und Messaufbau. In eigenen Studien mit einer ausgewählten Resonanzmethode konnten ebenfalls inkonsistente Ergebnisse bezüglich des Formfaktors beobachtet werden. In diesem Beitrag wird daher auf Basis von Finite-Elemente Simulationen der Gültigkeitsbereich der Resonanzmethode erörtert. Es folgt die Vorstellung eines erweiterten Verfahrens zur Ermittlung der mechanischen Parameter mittels FEM. [1] Bonfiglio, P. How reproducible are methods to measure the dynamic viscoelastic properties of poroelastic media? Journal of Sound and Vibration. 428. 26-43. (2018)
9:20	Coherence based Reflection Coefficient Estimation Armin Goudarzi [Abstract] A new method to measure the reflection coefficient of surfaces is presented. It only relies on a single noise source and a single microphone. The method is robust to inaccuracies in the experimental setup and does not require high end measurement equipment. It is derived from the blind source separation problem where the direct and reflected sound are reconstructed from their mixed signal. To do so, an analytical solution to the mixing matrix is presented. It is based on a short window Welch coherence estimation of the measured signal and a by the reflection time shifted version of the signal. The method is validated with simulated and real experimental data.
9:40	Untersuchungen zu einer möglichen Qualifikation von Freifeldumgebungen mit Hilfe von Impulsmethoden Daniel Sgrieß, Kevin Picker, Volker Wittstock [Abstract] Freifeldumgebungen werden aktuell nach DIN EN ISO 26101 und DIN EN ISO 3745 Anhang A qualifiziert. Dieses Verfahren beruht auf der 1/r-Gesetzmäßigkeit. Im Idealfall fällt danach der Schalldruckpegel um 6 dB pro Verdopplung des Abstands von einer Punktschallquelle. In realen Freifeldräumen entstehen Abweichungen von diesem Idealfall durch verbleibende Reflexionen von den Raumbegrenzungsflächen oder Einbauten. Um die Reflexionen bei hohen Frequenzen zu detektieren, muss der Schalldruckpegel mit hoher räumlicher Auflösung gemessen werden, wodurch ein großer apparativer Aufwand bei der Überprüfung von Freifeldbedingungen entsteht. An der PTB wurde deshalb untersucht, ob Impulsmethoden für die Qualifikation von Freifeldräumen verwendet werden können. Aufgrund der verschiedenen Laufzeiten von Direktschall und Reflexionen konnten beide Komponenten getrennt und energetisch ins Verhältnis gesetzt werden. Verglichen wurden die so erzielten Werte mit Ergebnissen der herkömmlichen Qualifizierungsmethode. Im Beitrag wird auf die an der PTB durchgeführten Messungen, die verwendeten Schallquellen sowie auf die Auswertealgorithmen eingegangen.
10:20	Correlation of transmission loss of simple representative sidewall to full scale fuselage demonstrator Pankaj Joshi, Felix Bootsveld, Patrick Cordes, Patrick Naujoks, Kay Kochan [Abstract] Recent developments in advanced material technology such as acoustic metamaterials seem to have potential to replace the traditional glass wool technology for thermal and acoustic insulation in aerospace vehicles. However, due to inherent challenges to derive material properties of metamaterials, small scale measurements to predict vibroacoustic response of material sample are favorable and cost effective. This paper discusses such small scale vibroacoustic measurements to predict transmission loss using p-u probe. A test bench to represent the double wall cavity as seen in a typical aircraft is developed and sound transmission tests are performed using p-u probe inhouse and a p-p probe at acoustic lab of Hamburg University of Applied Sciences. A measurement methodology is being developed to first corelate p-u measurement in alpha chamber and p-p measurement in a full-scale test facility. Subsequently, the goal of this work is to develop correlation between simple transmission loss (or insertion loss) test using p-u probe to full scale A320 fuselage located in acoustic flight lab of ZAL. Furthermore, numerical simulation using finite element method in Actran will be performed to complement the efforts to develop the correlation methodology between small scale and large-scale measurements.
10:40	Some aspects for a future revision of ISO 9614 Spyros Brezas, Fabian Heisterkamp, Volker Wittstock [Abstract] Sound power can be either determined by sound pressure or sound intensity measurements. For the latter, the ISO 9614 series applies, describing sound intensity measurements at discrete points or by scanning. The German National Metrology Institute (PTB) and the Federal Institute for Occupational Safety and Health (BAuA) will undertake a project for the improvement and simplification of sound power determination using sound intensity measurements. The project is part of a bundle of BAuA research activities intended to improve noise emission declarations of machines according to the Machinery Directive 2006/42/EC by simplifying noise emission measurement procedures. Sound intensity measurements can be simplified by using common formulas in the entire ISO 9614-series of standards. Merging the two scanning method standards into a single one is to be studied. The extension of the upper frequency limit will be investigated along with the phase error compensation based on a single spacer. Another part will be the estimation of the related uncertainty with an effort for reduction. A final project result will be a new work item proposal for the revision of the current ISO 9614 series. The contribution presents the project to the acoustical community and to stakeholders, for information and constructive commentary.
11:00	Zur Berücksichtigung des Strömungswiderstands bei der Messung der dynamischen Steifigkeit von Fußbodenunterlagen Martin Schmelzer, Volker Wittstock [Abstract] Die Norm DIN EN 29052-1 (1992) beschreibt die Messung der dynamischen Steifigkeit einer Unterlage unter schwimmendem Estrich. Sie nutzt einen gegenüber dem realen Fall verkleinerten Messaufbau von 20 cm Kantenlänge. Dieser Messaufbau wird vereinfachend als Feder-Masse-System betrachtet. Die dynamische Steifigkeit wird aus der Lage der Resonanzfrequenz berechnet. Die interessierende Steifigkeit setzt sich zusammen aus der Gefügesteifigkeit und der Steifigkeit der Luft im Inneren dieses Gefüges. Dabei ist der Einfluss der Luftströmung innerhalb dieses Gefüges zu berücksichtigen und das Ergebnis darum entsprechend zu korrigieren. Die deutsche Version der Norm verwendet andere Wertebereiche des Strömungswiderstands für diese Korrektur. Kraak hatte dies System 1959 berechnet und so die physikalischen Grundlagen obiger Norm gelegt. Dieser Vortrag erweitert das Modell von Kraak um die Verformbarkeit der Deckplatte und stellt die Rechenergebnisse für verschiedene Systemparameter gegenüber.
11:20	Verbesserung der Reproduzierbarkeit von akustischen Messungen bei In-Concha Ohrhörern in realitätsnaher Messumgebung Claudia Bardt, Meike Faulhaber, Kurt Jürgen Mick [Abstract] Concha-eingeführte Ohrhörer erfreuen sich immer größerer Beliebtheit. Ein möglicher Grund dafür ist der nicht abdichtende Sitz, welcher einen guten Tragekomfort über viele Stunden verspricht. Diese Art Ohrhörer besteht aus einem festen Gehäuse und werden ohne Silikonaufsatz locker in das Cavum Conchae (den Eingang des Gehörgangs) gehängt. Für eine Messung der akustischen Eigenschaften bietet es sich an, eine künstliche Pinna in Verbindung mit einem Ohr-Simulator nach IEC 60318-4 zu verwenden. Hierdurch wird eine realitätsnahe Messumgebung erreicht. Der Nachteil dieser Methode ist die geringe Messwiederholbarkeit, da das Einsetzen des Hörers in das Cavum Conchae nicht exakt reproduziert werden kann. Um dieses Problem zu umgehen, wurde eine Methode entwickelt, welche sowohl die Unsicherheit durch den Einsetzvorgang als auch den Einfluss unterschiedlicher Bediener minimiert. Für einen definierten Referenzhörer wird ein Adapter vorgestellt, der anstelle der künstlichen Pinna direkt an den Ohr-Simulator angeschlossen werden kann. Um eine realitätsnahe Messung zu gewährleisten, ist dieser mit einer definierten Undichtigkeit (z.B. eine bedämpfte Öffnung) ausgeführt. Diese Undichtigkeit im Adapter wurde so abgestimmt, dass die Messung des Referenzhörers dem Mittelwert aller Messungen desselben Hörers in der künstlichen Pinna entspricht. Auf diese Weise lassen sich nicht nur akustische Messungen besser reproduzieren, sondern auch verschiedene Kopfhörer ähnlicher Geometrie leichter miteinander vergleichen.

Organisation:

J. Fels, RWTH Aachen, ITA, Medical Acoustics S. Van De Par, CvO Universität Oldenburg, Acoustics Group and Cluster of Excellence Hearing4all S. Schlittmeier, RWTH Aachen, Institut für Psychologie, Auditive Kognition A. Raake, TU Ilmenau, Fachgebiet Audiovisuelle Technik

15:40	Child-appropriate experiment on auditory selective attention in a virtual acoustic environment Karin Loh, Christoph Hoog Antink, Leon Mayer, Janina Fels [Abstract] Auditory selective attention enables the extraction of relevant sound sources from distracting sounds or background noise. In the context of primary and preschool life, children are typically exposed to noisy and complex acoustic scenes. To ensure a proper development of children’s communicative and cognitive skills, their perception of the acoustic environments need to be addressed and understood. Hence, it is important to understand to what extent children’s auditory selective attention is developed and affected under the influence of noise or disturbing acoustic features. This work introduces a child-appropriate paradigm on auditory selective attention, in which the categorization task was subsequently extended from a ”two choices task” to a ”four choices task”. This extension provides both more information on the inhibition of irrelevant information and the possibility to include room acoustic effects. This work presents the paradigm and an implementation in a virtual acoustic environment to show its practical feasibility. Then, the results of a pilot-study are presented and discussed.
15:42	Discrimination of Distances Travelled by Moving Sound Sources in Virtual Free-Field and Reverberant Environments Michael Schutte, Stephan D. Ewert, Lutz Wiegrebe [Abstract] The human auditory system has a well-known bias towards sounds which increase in level at the ear. Sounds with increasing level are perceived as louder overall and result in a larger change of perceived distance than sounds which decrease in level at the same rate. This can be explained by an evolutionary benefit of caution towards threatening animals and objects that approach the listener. Studies of this phenomenon have so far focused on sounds in the free field, where distance is altogether difficult to assess from auditory information. We are interested in how reverberation interacts with this bias. We presented listeners with pairs of either approaching or receding sounds in a virtual environment, where both sounds were rendered either anechoically (free field) or with simulated room acoustics (reverberation time of 0.4 s). The listeners had to decide which virtual sound source (approaching or receding) travelled a larger distance. We hypothesise that the task is more difficult for receding than for approaching sounds. Moreover, we expect that it will be either easier (due to the availability of additional spatial cues) or harder (due to reduced sound level dynamics) in a reverberant condition than in an anechoic one.
15:44	Extraction of Auditory Health Parameters from Simultaneous Compound action potentials and Evoked Otoacoustic Emissions Philipp Aichinger [Abstract] The distinction between different types of hearing loss and characterization thereof is important for the clinical care of impaired hearing. For example, the decision whether to use a hearing aid or a cochlear implant is crucial, because implantation cannot be reversed without harm to residual hearing. Types of hearing loss include cochlear gain loss (CGL) due to damage of outer hair cells, and cochlear synaptopathy (CS) due to damage of synapses between inner hair cells and the auditory nerve. CGL is characterized by the hearing threshold, which is a function of frequency. CS is characterized by the number of functional synapses with respect to their spontaneous rates. Synthetic click-evoked otoacoustic emissions (OAEs) and auditory brainstem responses (ABRs) are obtained using an available computational model [Verhulst et al. 2018]. As a model of measurement noise, random walk cumulated white Gaussian noise is added. Model fitting based analysis of OAEs and ABRs is used to (i) predict types of hearing loss (flat or sloping CGL, selective or severe CS), and (ii) estimate flat and sloping components of CGL in dB, as well as numbers of functional synapses respective their spontaneous rate. Accuracy is shown to decrease with increases of measurement noise level.
15:46	Sensorimotor Coupling in Virtual Audio: Psychoacoustic Studies on the Minimum Audible Angle with 6 DoF Movement Olli S. Rummukainen, Emanuël A. P. Habets [Abstract] Virtual reality systems with 6-degrees-of-freedom tracking enable sensory information to be rendered in real time in response to the listener’s motor actions. The minimum audible angle (MAA) has been studied with a stationary listener and a stationary or a moving sound source. The studies at hand focus on a scenario where the angle is induced by listener self-translation in relation to a stationary sound source. First, the classic stationary listener minimum audible angle experiment is replicated using a headphone-based reproduction system. This experiment confirms that the reproduction system is able to produce a localization cue resolution comparable to loudspeaker reproduction. Next, the self-translation minimum audible angle (ST-MAA) is shown to be 3.3∘ in the horizontal plane in front of the listener. Furthermore, in contrast to stationary listener MAA, the ST-MAA is shown to be unaffected by an additional visual cue.
15:48	Spatial cue isolation impairs initial sensory cortical processing during selective attention Yuqi Deng, Inyong Choi, Barbara Shinn-Cunningham, Robert Baumgartner [Abstract] Spatial selective attention enables listeners to process a signal of interest in natural settings. However, most past studies on auditory spatial attention used impoverished spatial cues: presenting competing sounds to different ears, using only interaural differences in time (ITDs) and/or intensity (IIDs), or using non-individualized head-related transfer functions (HRTFs). Here we demonstrate that impoverished spatial cues impair spatial auditory attention by only weakly engaging relevant cortical networks. To this end, eighteen normal-hearing listeners were monitored with electroencephalography while reporting the content of one of two competing syllable streams simulated at roughly +30∘ and -30∘ azimuth. Spatialization was based on natural spatial cues (individualized HRTFs) or isolated cues (individualized IIDs or generic ITDs). Behaviorally, subjects recalled target streams most accurately with natural cues. Neurally, spatial attention significantly modulated early evoked sensory response magnitudes only for natural cues, not in isolated-cue conditions. Concordantly, parietal alpha power showed significantly less attentional modulation with isolated spatial cues than with natural cues. These results not only suggest that studies using unnatural spatial cues underestimate the neural effects of spatial auditory attention, they also illustrate the importance of preserving natural spatial cues in assistive listening devices to support robust attentional control.

Organisation:

J. Fels, RWTH Aachen, ITA, Medical Acoustics S. Van De Par, CvO Universität Oldenburg, Acoustics Group and Cluster of Excellence Hearing4all S. Schlittmeier, RWTH Aachen, Institut für Psychologie, Auditive Kognition T. Kuhlen, RWTH Aachen

13:40	Development of a Method for Measuring, Displaying, and Evaluating Behavior in a Position-dynamic Binaural Synthesis Application Karlheinz Brandenburg, Dominik Zapf, Stephan Fremerey, Stephan Werner, Alexander Raake [Abstract] As binaural sound reproduction systems find more and more applications, understanding user behavior can be critical to the success of these applications providing a plausible sound reproduction. Such sound rendering enables interactive virtual (or augmented) environments. In this work here, we track the position of test subjects in an augmented audio environment. Six degrees of freedom for the position and head orientation of a listener are recorded. 23 persons participated in five different test scenarios, for an exploration time of approximately three minutes. For the first four scenarios, the listeners were asked to find a specific audio object, allowing for different degrees of freedom (head rotation, lateral motion). The last scenario consisted of a piece of music with free movement of the listener. Lateral motion was enabled in an area of 4 m x 4 m, with a spatial grid of binaural filters of 0.25 m steps and 5∘ head rotation. Several features are extracted from the data: Yaw angle, inclination angle, yaw angle speed, xyz position, walking speed, path and area walked, time for localization and reaction time. It turns out that most people behave similarly, especially in simpler scenarios. The explored area and detailed exploration behavior, however, differ.
14:00	Benefit of visual cues to sustained auditory attention in realistic environments Bojana Mirkovic, Mareike Daeglau, Giso Grimm, Stefan Debener, Volker Hohmann [Abstract] Brain entrainment to attended speech is positively influenced by visual cues, such as facial expressions and lip movement, thus enhancing our ability to comprehend speakers in every-day life. This mechanism may have a significant impact on the amount of fatigue caused by casual listening, particularly in hearing-impaired individuals. In a controlled laboratory environment, we investigated neural bases of audiovisual benefit when listening to running speech. We recorded electroencephalogram (EEG) from 40 participants while they were listening to speech with and without a video of speaker’s face. Participants were instructed to press a button when target word was presented. We found that target word detection significantly increased when video of the speaker was shown. On neural level, using attention tracking models, we observed enhancement of speech entrainment with additional visual cues. The amount of enhancement was correlated with subjective ratings of listening effort. These results speak for undisputable importance of visual cues in running speech perception. We will next focus on investigating neural underpinnings of audiovisual benefit in more realistic, ecologically valid situations using virtual environment and completely mobile, transparent EEG devices. Impact of specific visual cues on auditory attention will be addressed, shedding light on speech comprehension in real-life.
14:20	Audiovisuelles Sprachverstehen in dynamischen Cocktailparty-Situationen bei jüngeren und älteren Erwachsenen Alexandra Begau, Stephan Getzmann [Abstract] Sprachverstehen in Gegenwart konkurrierender Schallreize stellt eine große Herausforderung für das auditive System dar. Vor allem ältere Menschen haben Schwierigkeiten einem Sprecher zu folgen und Störreize zu unterdrücken. Bisherige Befunde zur auditiven Szenenanalyse in Cocktailparty-Situationen basieren jedoch zum größten Teil auf Studien mit unimodal auditiven Sprachreizen. Dabei kommt es in realen komplexen Hörsituationen häufig zu einer vermehrten Nutzung visueller Sprachinformation, durch die altersbedingte Defizite im Hören zum Teil kompensiert werden können. Wir berichten Ergebnisse einer aktuellen Studie, die untersucht, inwieweit audio-visuelle Sprachinformation gegenüber rein auditiver Sprache in dynamischen Cocktailparty-Situationen überlegen ist. Dabei werden jüngeren und älteren Teilnehmern aus drei unterschiedlichen Raumrichtungen kurze audio-visuelle Sprachreize präsentiert, die aus Zielwörtern und konkurrierenden Wörtern bestehen. Dargeboten werden Videosequenzen realer Sprecher, wobei die Menge an visueller Information experimentell variiert wird. Die Ergebnisse deuten auf einen Vorteil audio-visueller Sprache gegenüber rein visueller Sprache sowie unspezifischer visueller Information bei statischer Zielreizposition. Bei rasch wechselnder Zielreizposition stellt sich audio-visuelle Sprachinformation jedoch als nachteilig heraus. Die Analyse der ereigniskorrelierten Hirnpotenziale deutet auf altersspezifische Unterschiede in der Verarbeitung der audio-visuellen Sprachreize hin. In zukünftigen Studien sollten die vorliegenden Befunde in Hinblick auf noch natürlichere Sprechszenarien überprüft werden, beispielsweise mit längeren Sprachsequenzen oder innerhalb von VR-Umgebungen.
14:40	Examining Different Cue Types in a Listening Test on Auditory Selective Attention Josefa Oberem, Iring Koch, Janina Fels [Abstract] To attract a participant’s attention to an up-coming event, visual and acoustical cues can be used. These cues can be exogenous or endogenous and therefore require different degrees of abstraction to draw attention to a certain direction in space. Using a well-established binaural-listening paradigm, the ability to intentionally switch auditory selective attention was examined investigating exogenous vs. endogenous and visual vs. acoustical cues. In this paradigm two speakers simultaneously present spoken word pairs from two of four azimuth positions. Hence, the cue was used to indicating the position of the target speaker prior to actual stimulus onset. The stimuli were word pairs that consisted of a single number word (i.e., 1 to 9) followed by either the German direction ”UP” or ”DOWN”. Young, normal-hearing participants were asked to identify whether the target number was numerically smaller or greater than five and to categorize the direction of the second word. Switch costs (i.e. reaction time differences between a position switch of the target relative to a position repetition) and error rates were analyzed with regard to the type of cue.
15:00	The effect of self-orienting on speech perception in an acoustically complex audiovisual scene Lubos Hladek, Bernhard Seeber [Abstract] In real life, people often move during conversations, which affects speech intelligibility, but the established speech measures do not reflect the natural behavior. Here were present a listening experiment in which people were standing and could orient to speech sounds coming from different directions indicated by a virtual visual character of life-like size. The acoustic simulation interactively adapted according to the current orientation of the participant at the beginning of each trial. Besides having to report the words understood, participants received no instructions to reduce possible effects on behavior. The target speech material was taken from the standard OLSA test, convolved with a simulated room impulse response generated for one of four possible directions: front, two at the side, and the back. The interfering sound, six female co-located talkers asynchronously speaking OSLA sentences, came from the front. The results showed that participants oriented towards the targets during the target presentation. This put them in an acoustically more favorable condition at the end of the test sentence but this has not been reflected to the possible extent in the increase of speech intelligibility. The performance is discussed with respect to predictions of a speech intelligibility model (Jelfs et al., 2011).
15:20	Brain Signatures of Auditory Attention in Real-Life Listening Scenarios Malte Wöstmann, Lorenz Fiedler, Martin Orf, Jonas Obleser [Abstract] Selective attention to relevant acoustic stimuli is critical for scene analysis and communication. In the laboratory, two oscillatory brain processes index auditory attention. First, slow neural oscillations (∼4 Hz) reveal the brain’s tracking of relevant acoustic stimuli. Second, the power of alpha oscillations (∼10 Hz) indexes attention deployment to overcome listening challenges. In recent years, we found that investigation of these brain processes in more real-life listening scenarios significantly advances auditory attention research. Portable Electroencephalography (EEG), recorded inside the ear canal, reveals which sound source a listener attends to and is thus relevant for development of future hearing aids. Furthermore, EEG recordings differentiate a listener’s attentional suppression of stationary versus moving distractor sounds in a 360∘ loudspeaker array. While previous spatial attention studies often used rather unrealistic dichotic listening setups with competing sounds on the left versus right ear, we have recently shown that hemispheric lateralization of alpha power differentially signifies auditory target selection versus distractor suppression in case one sound source is presented in the free field in front of the listener, while another sound source systematically varies between left and right. Our findings enrich the development of realistic scenarios, such as virtual reality (VR), to study auditory attention.

Organisation:

J. Fels, RWTH Aachen, ITA, Medical Acoustics S. Van De Par, CvO Universität Oldenburg, Acoustics Group and Cluster of Excellence Hearing4all A. Raake, TU Ilmenau, Fachgebiet Audiovisuelle Technik S. Schlittmeier, RWTH Aachen, Institut für Psychologie, Auditive Kognition

16:40	Real-time sound insulation auralization framework for virtual environments for indoor and outdoor sources Anne Heimes, Imran Muhammad, Michael Vorländer [Abstract] In last decades, the introduction of new building technologies and new powerful sound sources in and outside the dwellings have contributed to an increased awareness of noise. Along the progress in modelling methods, the development of sound insulation auralization can contribute to studies of noise effects. Important parts of this development are the technical descriptions and solutions to various auralization methods for simulating sound insulation between adjacent rooms and for facades in virtual reality (VR) environments. In this context, a real-time building acoustic auralization framework in 3D audio-visual technology is developed which introduces more realism and contextual features into psychoacoustic experiments. The framework relies on up-to-date implementation of building acoustic prediction models and enables a perceptually plausible airborne sound insulation auralization in virtual environments. All features are evaluated by investigating both, the overall accuracy of the building acoustics flters and the computational performance of implemented algorithms.
17:00	Perceptual Localization in Virtual Reality Environments of Pass-by Outdoor Sources under Sound Insulation Conditions Imran Muhammad, Michael Vorländer [Abstract] This study describes the effects of outdoor pass by noise sources, i.e. moving vehicle, on work performance under different sound insulation conditions of virtual built up building structures. The performance of buildings concerning protection against noise exposure is evaluated from technical and human-centred perspectives. The technical-oriented evaluation is based on the standard measurement and sound insulation prediction techniques. Whereas, the human-centred approach, based on dynamic auralization of virtual reality (VR) scenes, is adopted to explore the potential of audio-visual VR to evaluate outdoor noise by building characteristics. Different background intermittent noise conditions, convolved with sound insulation filters of facade of an office room, were presented in a VR office environment and the effects on working performances and subjective ratings were measured and presented.
17:20	Requirements for the spatial resolution of late reverberation in virtual acoustic environments Christoph Kirsch, Josef Poppitz, Steven Van De Par, Stephan D. Ewert [Abstract] The room acoustics simulator RAZR [Wendt et al., J. Audio Eng. Soc., 62, 11 (2014)] has been developed to generate perceptually plausible Room Impulse Responses (RIR) in a computationally efficient manner. In a hybrid approach, the early part of the RIR is simulated by an image source model. Statistical assumptions allow for computing the later part of the RIR with a Feedback Delay Network (FDN). The number of FDN channels and associated with it, the number of fixed discrete directions to represent the spatially distributed late reverberant field, is directly linked to the computational effort. Here the minimum number of channels required to achieve simulations that are both perceptually plausible and suitable for the technical evaluation of multi-microphone signal processing algorithms is assessed. The spatial rendering used an 86-channel spherical loudspeaker array in an anechoic chamber. The spatial resolution of the late reverb was systematically reduced by using subsets of the speakers. It was tested whether listeners can distinguish lower spatial resolutions from the highest spatial resolution in different simulated rooms. For the technical evaluation of hearing aid signal processing, the performance of a binaural Minimum Variance Distortionless Response Beamformer was assessed for different spatial resolutions.
17:40	Ein kombiniertes audio-visuelles System zur Untersuchung der Wahrnehmung und des Verhaltens in dynamischen Verkehrssituationen Daniel Oberfeld-Twistel, Sören Wenzel, Stefan Leinen, Björn Reuper, Joachim Bös, Giso Grimm [Abstract] Auch wenn in der Forschung zur auditiven Wahrnehmung und Kognition der Fokus häufig auf der Sprachkommunikation liegt, sind akustische Informationen von hoher Bedeutung für eine weitere entscheidende kognitive Leistung: unsere Navigation durch die Umwelt. So detektieren wir auditiv ein Fahrzeug, das sich uns von hinten nähert und sich somit außerhalb unseres Blickfelds befindet. In diesem Beitrag wird ein audio-visuelles Simulationssystem für Studien zur Nutzung auditiver Information in Verkehrssituationen vorgestellt. Da für die Simulation von Reifen-, Motor- und Antriebsstranggeräuschen in dynamischen Fahrsituationen mit wechselnder Geschwindigkeit, Beschleunigung und Lastzustand derzeit noch keine überzeugenden Ansätze existieren, basieren die verwendeten Stimuli auf akustischen Aufnahmen von realen Fahrzeugen auf einer Teststrecke. Die Signale von an verschiedenen Positionen am Fahrzeug positionierten Mikrofonen werden in einer akustischen Simulationssoftware (https://github.com/gisogrimm/tascar) als Schallquellen verwendet und anhand auf der Teststrecke aufgezeichneter hochpräziser GPS-Positionsdaten animiert, so dass das dynamische räumliche Schallfeld nachgebildet wird. Die resultierenden Simulationen werden mittels higher-order Ambisonics auralisiert und mit stereoskopisch dargebotenen interaktiven visuellen Simulationen (HTC Vive Pro) kombiniert. Die mit diesem System erzeugten detailgetreuen und plausiblen interaktiv-dynamischen audio-visuellen virtual-reality-Simulationen können unter anderem für die Untersuchung von time-to-collision-Schätzungen und von Straßenüberquerungsentscheidungen aus der Sicht von Fußgängern verwendet werden. Einige Daten aus entsprechenden Experimenten werden diskutiert.
18:00	Localization Performance in the Absence of Visual Cues for Binaural Renderings generated with a Virtual Artificial Head Mina Fallahi, Martin Hansen, Steven Van De Par, Simon Doclo, Dirk Püschel, Matthias Blau [Abstract] The ability to quickly and reliably detect sources in realistic environments is believed to play a key role in many applications of interactive virtual environments, e.g. in the psychotherapy of social anxiety. One way of creating convincing virtual acoustic environments is to record actual scenes using the Virtual Artificial Head (VAH) technology [Rasumow et al. JAES 2017]. Previously, the VAH was evaluated as perceptually convincing in a dynamic (head-tracked) binaural scenario and in direct comparison to the real sound source in the room with respect to different aspects including the source position [Fallahi et al. ICA 2019]. Since the listeners were able to see the sound source in those experiments, the presence of visual cues could have promoted the localization ratings. In the present study, the VAH was evaluated in a subjective listening test in which the subjects had to localize actual (loudspeaker) and virtual sources, without supplying them with any visual information about the source position. The virtual sources were dynamically rendered using the VAH technology with individual and KEMAR HRTFs in the same way as the previous experiment. The listening test results allowed to evaluate the impact of missing visual cues on localization accuracy.

Sitzungsleitung:

C. Koch, Physikalisch-Technische Bundesanstalt

14:00	Clustering in an array of nonlinear and active oscillators as a model of spontaneous otoacoustic emissions Liv Moretto Sørensen, Peter Leer Bysted, Bastian Epp [Abstract] Spontaneous otoacoustic emissions (SOAEs) are the phenomenon of sound emitted by the inner ear in the absence of external stimulation. One potential explanation is that coupled, nonlinear oscillators tend to organize into discrete clusters, oscillating with the same period. While the presence of clusters has been verified in various models, the definition did not consider the phase within a cluster but solely the oscillation period. This study quantifies the phase relations of oscillators within a cluster relative to each other. The model was built of an array of van-der-Pol oscillators with a linear gradient in the oscillation period and scaling to result in an identical phase portrait. The simulations show different sizes of clusters, depending on the type of coupling (reactive/dissipative), the coupling strength and the absence and presence of stochastic variations in the parameters of the array. The oscillation periods of each element in the array were more stable in the presence of an external tone compared to the absence of an external tone. The phase showed a systematic gradient along the length of the array. Linking these results to corresponding information in SOAEs will provide information about the coupling, and ultimately about the mechanics in the inner ear.
14:20	Speech intelligibility and loudness perception with the trueLOUDNESS fitting rule Florian Kramer, Marc René Schädler, Volker Hohmann, Dirk Oetting, Anna Warzybok [Abstract] Bei der Anpassung von Hörgeräten werden üblicherweise monaurale Reintonhörschwellen zur Bestimmung der Verstärkungswerte betrachtet. Diese schwellenbasierten Verfahren haben sich hinsichtlich der Verbesserung des Sprachverstehens bewährt, jedoch ist eine unzureichende Lautheitswahrnehmung im Alltag eine der häufigsten Gründe des Nichttragens von Hörgeräten. Diese Problematik wird bei dem trueLOUDNESS-Anpassverfahren (Oetting et al., 2018) berücksichtigt, indem die Verstärkung aufgrund der binaural breitbandigen Lautheitswahrnehmung bestimmt wird. Diese Studie untersucht das versorgte Sprachverstehen und die Lautheitswahrnehmung von erfahrenen Hörgeräteträgern in realistischen Szenen mit trueLOUDNESS im Vergleich zur schwellenbasierten Anpassformel NAL-NL2. Sprachverständlichkeitsschwellen wurden mit dem Oldenburger Satztest in reflexionsfreien und realistischen Testbedingungen ermittelt. Die reflexionsfreien Testbedingungen umfassen ein stationäres und fluktuierendes Störgeräusch (ICRA5-250) bei 45 dB SPL und 70 dB SPL. Die realistischen Testbedingungen wurden mit der Toolbox for Acoustic Scene Creation and Rendering (TASCAR, Grimm et al., 2019) realisiert und umfassen eine ”Natur”-Szene bei ca. 50 dB SPL und eine Cafeteria-Umgebung bei ca. 75 dB SPL. Zusätzlich wurden Lautheitsmessungen mit Alltagsgeräuschen und Teilen der realistischen Szenen durchgeführt. Für die 13 schwerhörende Probanden ergeben sich für trueLOUDNESS signifikant niedrigere (bessere) Sprachverständlichkeitsschwellen im stationären Störgeräusch bei 45 dB SPL (p<0,05). Die Ergebnisse der Lautheitsmessungen zeigen eine Wiederherstellung von normaler Lautheitswahrnehmung mit trueLOUDNESS, jedoch nicht mit NAL-NL2.
14:40	Einfluss angeglichener Prozessierungszeiten auf die Schalllokalisationsfähigkeit bei bimodalen CI/HG-Trägern Julian Angermeier, Werner Hemmert, Stefan Zirn [Abstract] Durch Angleichung der Prozessierungszeiten von Cochlea-Implantat (CI) und Hörgerät (HG) bei bimodalen CI/HG-Trägern konnte eine signifikante Verbesserung der Schalllokalisationsfähigkeit erzielt werden [1]. In einer Folgestudie wurde untersucht, ob die Verbesserung der Schalllokalisation bei zeitlich angeglichenen Signalpfaden instantan stattfindet, oder ob eine einstündige Angewöhnung zu weiteren Verbesserungen führt. Um Lerneffekte zu minimieren wurde ein A-B-B-A Messparadigma zur Messung der Lokalisationsfähigkeit eingesetzt. Nach einem initialen Test ohne zeitliche Angleichung (A) wurde das CI der Probanden entsprechend der HG-Laufzeit verzögert und eine erneute Messung durchgeführt(B). Nachdem sich die Probanden eine Stunde lang an die Angleichung anpassen konnten, wurde erneut eine Messung durchgeführt (B). Anschließend wurde die Verzögerung des CIs wieder auf null gestellt und erneut gemessen (A). Bisherige Tests offenbarten eine instantane Reduktion des absoluten Winkelfehlers. Die systematische Verschiebung der empfundenen Lage der Schallsignale auf eine Seite wurde durch den Angleich der Prozessierungszeiten stark verringert. Der Trainingseffekt durch die 1h Anpassungsdauer war vergleichsweise gering. Nach Zurücknahme der Angleichung verschlechterten sich die gemessenen Werte wieder auf das Niveau des Initialtests. [1] S. Zirn, J. Angermeier, S. Arndt, A. Aschendorff, and T. Wesarg, ”Reducing the Device Delay Mismatch Can Improve Sound Localization in Bimodal Cochlear Implant/Hearing-Aid Users,” Trends in Hearing, vol. 23, p. 233121651984387, 2019
15:00	Irrelevant Sound Effect bei Cochlea-Implantat-Nutzern Tobias Weißgerber, Uwe Baumann [Abstract] Das verbale Kurzzeitgedächtnis wird durch bestimmte Hintergrundgeräusche gestört (Irrelevant Sound Effect, ISE). Ziel dieser Studie war die Untersuchung des ISE bei Nutzern von Cochlea-Implantaten (CIs). An der Studie nahmen 12 Probanden mit bilateralen CIs und eine Kontrollgruppe von 19 Normalhörenden (NH) teil. Die Arbeitsgedächtnisleistung wurde in einer visuell präsentierten ”Serial-Recall Aufgabe” bestimmt. Das Hintergrundgeräusch wurde bei 65 dB SPL im Freifeld präsentiert. Die Testkonditionen waren Ruhe, kontinuierliches Rauschen, das ”international speech test signal” (ISTS) und ein japanischer Sprecher (JS). In der NH-Gruppe betrug der mittlere Fehler (MF) in Ruhe 24,6 %. Diese Gruppe zeigte keinen ISE im Rauschen, der ISE im ISTS betrug 13,1 % und bei dem JS 6,7 %. In der CI-Gruppe betrug der MF in Ruhe 34,8 %. CI-Nutzer zeigten ebenfalls keinen ISE im Rauschen, jedoch bei ISTS (15,6 %) und JS (8,7 %). Selbst in Ruhe war der MF der CI-Nutzer um 10,2 Prozentpunkte höher als in der NH-Gruppe. Es konnte ein ISE bei CI-Nutzern ausgelöst werden. Der ISE bei CI-Nutzern lag im Bereich der Normalhörenden. In der CI-Gruppe wurde jedoch bereits in Ruhe die Arbeitsgedächtnisleistung bei einer visuellen Aufgabe stark beeinträchtigt. Dieses Projekt wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) unter der Förderkennzahl 337436298 gefördert.
15:40	ITD coding in bilateral cochlear implants for complex listening situations Bernhard Seeber, Aswin Wijetillake [Abstract] Interaural time differences (ITDs) help normal hearing listeners perceive, locate and understand sounds in noisy and reverberant conditions, but their benefit is limited with bilateral cochlear implants. Monaghan & Seeber (2016) presented a temporal enhancement algorithm that sharpens and deepens modulations at onsets of selected peaks in the signal envelope and showed improved ITD sensitivity with tone-vocoded speech. Based on the short-term direct-to-reverberant ratio the algorithm selects peaks that are dominated by the direct sound rather than reflections, and applies enhancements at times derived from the timings of envelope peaks. However, extensive analysis revealed that envelope peak timings do not robustly convey the ITD of a source in reverberant rooms. We present an updated version of the algorithm that estimates the short-term ITD from the signal’s temporal fine structure and adjusts the enhancement timings to encode that ITD. Furthermore, the new algorithm enhances envelope peaks based on the short-term interaural coherence. Results from the ongoing evaluation using acute testing of CI users show that the new algorithm improves ITD-based lateralization relative to the old algorithm and the unenhanced case. Unlike in previous vocoder testing with normal hearing listeners, in the acute test some CI users showed slightly degraded speech understanding.
16:00	Funktionelle Bildgebung in der Audiologie Stefan Uppenkamp [Abstract] Bildgebende Verfahren der medizinischen Diagnostik sind im Klinikalltag weit verbreitet, z.B. zur Erkennung und genauen Lokalisation von Tumorerkrankungen, oder zur Abklärung anderer Läsionen im zentralen Nervensystem. Neben diesen klassischen Anwendungen ermöglichen sowohl die Positronen-Emissionstomographie (PET) als auch die Magnetresonanztomographie (MRT) jedoch unter speziellen Messbedingungen auch die Erfassung von funktionellen Prozessen im menschlichen Gehirn. In den vergangen 20 Jahren wurden insbesondere auf dem Gebiet der funktionellen MRT die Messtechnik und die Analyseverfahren soweit verfeinert, dass gezielt neurophysiologische Korrelate von verschiedenen psychoakustischen Effekten untersucht werden können. Dazu gehören psychoakustische Grundgrößen wie Tonhöhen- und Lautheitswahrnehmung, aber auch Experimente mit komplexeren Stimuli, wie Sprache oder virtuelle akustische Umgebungen. Eine wichtige Frage dabei ist, ab welcher Verarbeitungsstufe der Hörbahn die sensorische Kodierung von Stimulusmerkmalen in eine universelle und kontext-abhängige Repräsentation übergeht. In einem Literaturüberblick und an Hand aktueller Ergebnisse aus der eigenen Forschungsarbeit werden die Möglichkeiten und Grenzen für die funktionelle Bildgebung in der Audiologie diskutiert. Der überwiegende Teil der bislang veröffentlichten Arbeiten bezieht sich auf normalhörende und meist junge Probanden. Die bisherigen Erkenntnisse legen jedoch nahe, dass die Methoden der funktionellen Bildgebung, ggf. ergänzt um Vielkanal-EEG- und MEG-Daten, ein großes Potential für ein besseres Verständnis der Grundlagen und der Auswirkungen von Hörstörungen bieten.
16:20	Psychoacoustically estimated cochlear compression based on a forward masking paradigm - quantification at the level of the auditory nerve using signal detection theory Jens Thuren Lindahl, Gerard Encina-Llamas, Bastian Epp [Abstract] The healthy human auditory system is sensitive to a large dynamic range of incoming sounds. An ”active mechanism”, presumably due to electromotility of outer hair cells (OHC) in the cochlea, leads to a level-dependent amplification of basilar membrane (BM) vibration and a compressive BM input/output (I/O) function. Different methods to estimate this compressive function based on a psychoacoustical forward-masking paradigm have been suggested. These methods assume that cochlear processing can be isolated from the response of the overall system and that sensitivity is dominated by the tonotopic place of the probe. In the present study, a computational model of the auditory nerve (AN) in combination with signal detection theory (SDT) was used to test these assumptions. The simulated AN response was quantified in terms of rate and synchrony for different types of nerve fibers. The analysis allowed to localize tonotopic contributions to the overall sensitivity to the stimuli. Results show that the model can account for the behavioral data and that local activity at the probe frequency is the dominant contributor when simulating a normal hearing cochlea. The results also show that the spontaneous activity of the different nerve fibers is an important factor to consider when evaluating sensitivity.

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G. Behler, RWTH Aachen, Institute of Technical Acoustics

9:00	Professional Audio Production in 5G? Jan Dürre [Abstract] The upcoming fifth generation (5G) of cellular technology is promising a significant performance increase in many key performance indicators (KPI) that will enable new applications in future mobile networks. One set of 5G KPIs known as ultra-reliable low latency communication (URLLC) aims among other things for a wireless transmission latency of under 1 ms. Similar low transfer delays can be seen in today’s professional digital wireless audio devices based on proprietary radio technology. The reason for the low transmission latency is a very strict requirement of many artists for a round-trip time from wireless microphone to mixing console and back to a wireless in-ear-monitor. Thus, 5G could be a feasible technology to implement professional audio applications. Moreover, the potential integration of professional audio production networks into cellular networks could even create new possibilities for artists and producers. This talk will give an overview of the upcoming 5G technology from a perspective of professional audio applications. The current status of 5G will be evaluated and remaining challenges will be discussed.
9:20	Wi-Fi IEM – In-Ear Monitoring über WLAN Sven Thielen, Dieter Leckschat, Christian Epe [Abstract] Durch WLAN sind drahtlose Netzwerkverbindungen keine Seltenheit mehr. In der professionellen Audiodomäne, insbesondere im Niedriglatenzbereich (bspw. In-Ear Monitoring) findet es hingegen kaum Anwendung. Konventionelle Systeme für In-Ear Monitoring sind meist teuer und daher bei Künstler*innen mit geringem Budget weniger verbreitet. Wi-Fi IEM ist der Prototyp eines kostengünstigen WLAN In-Ear Monitoring Systems auf Basis von Raspberry Pi Einplatinencomputern und Freier Software. Eine große Herausforderung stellt die unterbrechungsfreie Audioübertragung bei minimaler Latenz dar. Das System arbeitet bereits im Bereich von 8 ms und wird fortlaufend in der Übertragungsqualität optimiert.
9:40	Entwicklung von adaptiven Flachlautsprechern für die Flugzeugkabine Patrick Naujoks, Farid Quaium, Pankaj Joshi, Patrick Cordes, Kay Kochan [Abstract] Die Beschallungsanlagen in Flugzeugen sind eine für die Zertifizierung des Flugzeugs relevante Komponente. Folgend benötigen Passagierflugzeuge ein gut durchdachtes Passagieradresssystem (PA), um die Verständlichkeit relevanter Ansagen für die Passagiersicherheit zu gewährleisten. Dies konkretisiert sich in den Mindestanforderungen für die objektive Messung der Sprachverständlichkeit (z.B. STI, RASTI). Zum Einsatz kommen dabei häufig verteilte passive Tauchspulenlautsprecher, jedoch bieten elektrodynamische Flachlautsprecher weitreichende Vorteile für die Beschallung von Flugzeugkabinen: unsichtbare Montagemöglichkeiten, bessere Klänge und durch die geschlossene Form sind sie ebenfalls reinigungsärmer. Der ZAL GmbH hat hierbei ein ”Smart Exciter Module” entwickelt, welches zur Beschallung der Flugzeugkabine ein zur Schwingung angeregtes flächiges Kabinenbauteil nutzt. Zur Realisierung des Flachlautsprechers wird ein elektrodynamischer Exciter auf die Rückseite einer bereits in der Kabine vorhandenen Oberfläche aufgebracht. Das akustische Design von Flachlautsprechern erfolgt gegenwärtig häufig nach der Methode Versuch und Irrtum (eng. ”Trial and Error”). Dies erfordert das zeitaufwändige Produzieren und Testen vieler Varianten. Der innovative Kern der präsentierten Produktentwicklung ist dabei die selbstständige Adaption des Schwingungserregers an die vibro-akustischen Eigenschaften der Kabinenbauteile. Hierdurch wird der Einsatz des adaptiven Schwingungserregers auf beliebigen Kabinenbauteilen ermöglicht und eine aufwendige konstruktive Anpassung der Kabinenbauteile entfällt.
10:00	T-PAPER - Rollengedrucktes Lautsprecherpapier Georg C. Schmidt, Xunlin Qiu, Pramul Panicker, Ricardo Soler, Aravindan Benjamin, Arved C. Hübler [Abstract] Das Forschungsgebiet Gedruckte Elektronik entwickelt sich mehr und mehr von der reinen Grundlagenforschung hin zu anwendungsorientierten Produktentwicklungen mit einer Vielzahl von verschiedenen gedruckten Funktionalitäten. Ein Spezialgebiet dabei stellt die massendrucktechnische Herstellung von flexiblen, ultra-dünnen, leichten und farbig bedruckbaren Lautsprechern dar, deren Entwicklung das Institut für Print- und Medientechnik der TU Chemnitz in den Jahren massiv vorangetrieben hat. Im Rahmen des BMBF VIP+ Projektes T-PAPER (dabei steht ”T” für ”Tone”, also ”Klang-Papier”) konnte nun erstmals eine Technologie zur Herstellung von quasi unendlich langem, Rolle-zu-Rolle gedrucktem piezoelektrischen Lautsprecherpapier entwickelt werden. Die Veröffentlichung stellt die Herstellungstechnologie, die elektro-akustischen Eigenschaften von T-PAPER sowie neuartige Anwendungsszenarien für diese neue Lautsprecherform wie z.B. das T-Book, ein Buch mit sprechenden Papierseiten, vor.
10:20	Baggally Verstärker-Topologie besser als Current-Dumping? Drazenko Sukalo [Abstract] Wie wir wissen, sind in einem Feedback-Verstärker mit globaler Rückkopplung die Möglichkeiten zur Erreichung minimaler nichtlinearer Verzerrungen bereits bei einer maximalen Gegenkopplungsstärke=1 voll und ganz ausgereizt. Gibt es jedoch eine solche global gekoppelte Verstärker-Topologie, die bei jeder eingestellten Zielverstärkung diese maximale Gegenkopplungsstärke aufweist? Im Beitrag wurde diese neue ”State-of-the-Art”-Feedback-Topologie als eine Modifikation des Designs von Baggally vorgestellt. Baggally Design ist etwas in Vergessenheit geraten, obwohl es zum Zeitpunkt seiner Veröffentlichung beachtenswert war und es auch noch heute ist. Denn als Baggally im Jahr 1933 seinen weltweit ersten verzerrungsfreien Feedback-Verstärker im Journal ”Wireless Engineer and Experimental Wireless” vorstellte, lag die Technik der Gegenkopplung topologisch gesehen praktisch noch in der Wiege.

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G. Behler, RWTH Aachen, Institute of Technical Acoustics

10:40	Using Uniform Microphone Arrays to Design Sparse Microphone Arrays with Frequency-Independent Beam Pattern Le Son Phan [Abstract] Using uniform arrays to obtain frequency invariant beam patterns is a powerful method but it requires a large number of microphones. Alternately, sparse arrays could be used to reduce the number of microphones and still ensure frequency invariant beam pattern constraints. However, finding good microphone locations in the sparse array is not easy in general. Many studies focus on optimization methods to find both the locations and weights of microphones. This paper presents an alternative method to find the locations of microphones. Starting from the weight spectrum of a uniform array designed for a frequency invariant beam pattern, some techniques are used like Principle Component Analysis to reduce the dimension of the weight matrix, analyzing the energy density of weight spectrum to find the important microphones and K-means cluster algorithm to group the remain microphones and find the representative microphone for each group. After microphone locations are specified, we apply an optimization method to find the microphones’ weights for the sparse array: minimization of White Noise Gain with subject to side-lobe, main-lobe and distortion-less constraints. The provided method achieves good results for frequency invariant beam patterns and the computational complexity is reduced significantly compared to other optimization methods.
10:42	Time-Frequency analysis for neural synthesis of audio Andres Marafioti, Nicki Holighaus, Piotr Majdak, Nathanaël Perraudin [Abstract] Zeit-Frequenz Darstellungen (TF) bieten leistungsstarke und intuitive Funktionen für die Analyse von Audiosignalen. Dennoch ist die Synthese von Audiosignalen auf der Basis von TF Koeffizienten eine subtile Angelegenheit. Speziell in jenem Bereich des maschinellen Lernens, in dem TF Koeffizienten von neuronalen Netzen generiert werden, ist es schwierig die Audiosynthese mit zufriedenstellender Qualität zu garantieren. Folglich beruht die neuronale Audiosynthese weitgehend auf der direkten Modellierung der Wellenform. In diesem Vortrag, werden diverse Herausforderungen der Audiosynthese auf der Basis von TF Koeffizienten erörtert. Wir werden die Problematik der invertierbaren TF Koeffizienten erörtern und Regeln zu Lösung dieser Problematik präsentieren. Wir werden das Potenzial der generativen TF Modellierung anhand eines sogenannten Generative Adversarial Networks (GAN) demonstrieren. Wir werden zeigen, dass durch die Anwendung der vorgeschlagenen Regeln, die Qualität eines GAN-generierten Audiosignals, im Vergleich zu einem ähnlichen Netzwerk mit direkter Wellenformsynthese, dem neuesten Stand der Technik entsprechen kann.
10:44	Assistive Listening over WiFi - Campuswide Audio. Challenges and Solutions Jakub Kolacz [Abstract] Abstract tbd. - wird asap nachgereicht. Vorläufig: Personalized accessibility for students and audiences MobileConnect is Sennheiser’s WiFi-based system for accessible hearing. It is optimized for the use in universities where it serves best the demand of students for state-of-the-art audio technology that is easy to use.With MobileConnect, the innovative assistive listening system, lectures are transmitted over WiFi in real-time and in high quality to mobile devices and smartphones. To access a live stream, students simply need to download and install the free MobileConnect app (available for iOS and Android) and connect to their university’s WiFi network with their own device.
10:46	In-situ Amplitude-Phase Measurements with a Mobile Hearing Aid Prototype for the Mitigation of Comb Filter Effects by Manipulation of the Gain Table Simon Jacobsen, Mareike Buhl, Marc René Schädler [Abstract] The superposition of direct and processed sound with a hearing aid can lead to comb filtering. Especially for tonal non-speech sources like, e.g., music, the spectral perception can be altered. Depending on the time delay and level differences of direct and processed sound, certain frequencies may be amplified by up to 6 dB or alternatively cancel out completely, which may also be different for individual listeners. An in-situ psychoacoustic measurement was developed to assess the individual amplitude-phase relation at the eardrum of a listener. The method was implemented in a mobile hearing aid prototype and evaluated with ten listeners with normal hearing. The task consisted in finding the amplitude-phase combination which results in the cancellation of the direct sound. Unexpectedly, the measured values showed high conformity across listeners, which indicates that a universal mitigation scheme might be feasible. Based on this data, a manipulation of the gain table of the hearing aid prototype was proposed to mitigate the effect of the comb filter. The mitigation approach could improve music perception for listeners or musicians with mildly impaired hearing. By aiming to preserve the natural sound, e.g., of musical instruments, it might also find application in a so-called ”smart hearing protection”.

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S. Weinzierl, TU Berlin, Fachgebiet Audiokommunikation J. Peissig, Leibniz Universität Hannover, Institut für Kommunikationstechnik

10:40	Directivity pattern measurement of a grand piano for augmented acoustic reality Manuel Brandner, Nils Meyer-Kahlen, Matthias Frank [Abstract] In augmented reality the plausible and authentic reproduction of sound sources is key to achieve a high level of acceptance by the user. The research interest in sound source and receiver directivity characteristics has increased over the last decades as the availability of equipment and software applications for virtual and augmented audio reproduction in contrast to its price rises. A representation of the directivity characteristics on a full sphere represented as impulse responses in the spherical harmonics domain is beneficial for real-time rendering in augmented reality. To this moment no such directivity data for a grand piano is freely available. Therefore, we present a practical directivity measurement setup for measuring a grand piano under non-anechoic conditions. We use a measurement array consisting of 22 microphones plus a reference microphone. The microphone positions are optimized to be set up easily in practice while providing numerical stability for the conversion into the spherical harmonics domain. The lower measurement points are arranged on the floor and compensated in level in accordance to acoustic theory. As the directivity data is used for augmented acoustic reality the impulse response calculation is investigated on its applicability in regard to low latency and high accuracy.
10:42	Use of auditory augmented reality in the museum context - Technical realization Stephan Werner, Florian Klein, Stefan Dietrich, Matthias Fritz Melzer, Georg Stolz [Abstract] With the help of existing audio systems it is possible to create the illusion of a real and/or virtual spatial listening environment. By using position-dynamic binaural synthesis systems, the listener is able to perceive sound signals as it would be in a real scene and environment. This allows personalized acoustic simulations of real, virtual or combinations of real and virtual listening environments named as ”virtual” and ”augmented reality”. For example, it is possible to provide real exhibition objects of a museum with a virtual audio object fused with the real visual object and the real listening room. This contribution presents the technical aspects of an examplary installation which was conducted recently. The conceptual implementation, the generation of the required BRIRs and the interaction possibilities of the listener will be discussed. Finally, an insight into the intended use as a research demonstrator in the field of perception research and learning research is given.
10:44	FPGA basierte Plattform zur akustischen Zeitumkehrfokussierung Falco Edner, Michael Tornow, Ulrike Steinmann [Abstract] Die hochaufgelöste örtliche und zeitliche Fokussierung elastischer Wellen, bspw. zur Erzeugung eines haptischen Feedbacks auf dünnen Plattenstrukturen, kann mittels Zeitumkehrakustik realisiert werden. Dafür ist die synchrone Anregung mittels der im Randbereich der Platte angebrachten Wandler mit zeitinvertierten, auf den jeweiligen Fokuspunkt kalibrierten Signalen erforderlich. Im Beitrag wird die technologische Umsetzung zur Anregung und Fokussierung transienter elastischer Körperschallwellen auf einer ebenen Platte (720x920x3 mm3, PMMA) mit Hilfe einer eigenentwickelten FPGA-basierten Plattform vorgestellt. Diese ist hinsichtlich der Kanalanzahl (bis zu 32), der maximalen Verstärkung und Samplingrate (bis 2 MS/s) konfigurierbar. Die Güte der Fokussierung des fühlbaren Feedbacks wird im Hinblick auf eine hohe Auflösung und Dynamik sowie ein hohes Kontrastverhältnis der Refokussierung vergleichend zu einem kommerziellen Gerät (National Instruments, 8-kanalig) bewertet. Anhand beider Systeme soll weiterhin die Generierung simultaner Feedbacks (≥ 2) und die Entstehung unerwünschter Störimpulse außerhalb der Fokuspunkte analysiert werden. Zur weiteren Charakterisierung der transienten Schwingungen am/ im Bereich des Fokus wird ein Scanning Laser Doppler Vibrometer (Polytec PSV 500) verwendet.
10:46	Virtual Reality-Systeme für Soundwalks in virtuellen Umgebungen Margareta Urbaniak, Sabrina Skoda, Jörg Becker-Schweitzer [Abstract] Will man innerstädtische Umgebungen bzgl. ihrer Akustik optimieren oder gar eine Voraussage über die akustische Umgebungsqualität bei noch nicht erstellten Straßenzügen oder Stadtteilen erreichen, scheint es unerlässlich alltägliche Geräuschkulissen für Versuchszwecke realitätsnah im Labor abzubilden. Um die Lebenssituationen in Hinblick auf Ihre komplexe Geräuschqualität unter labortechnischen Bedingungen optimal bewerten zu können, werden diese mit Hilfe von interaktiven Soundwalks in einer virtuellen Umgebung nahezu realitätsgetreu in eine 3D basierte (akustische) Welt projiziert. Ein für diese Zwecke eigens entwickelter Segway-Simulator sowie Equipment in Form einer VR-Brille ermöglichen es unter Zuhilfenahme von 360∘- Aufnahmetechnik authentische Situationen zur Umgebungswahrnehmung von Schall- und Bildereignissen zu erstellen. Der Proband wird dabei in ein Real-Life Szenario versetzt, in dem er sich scheinbar frei bewegen kann. Durch den Aspekt einer simulierten Form von motorischer Bewegung auf einem Segway-Simulator und durch die Software basierte Einbindung von Ton und Bild kann letztendlich eine innovative Art von Interaktion zwischen Hörer/Proband und seiner akustischen (und visuellen) Umgebung hergestellt werden. Laborversuche zur Untersuchung von Wahrnehmungsorientierten Reizen können durch die Überführung von realen akustischen in virtuell akustische Szenarien optimiert und ein Fokus vornehmlich auf die eigentlichen Wahrnehmungsprozesse und ihre Auswertung gelegt werden.
10:48	Absolute Category Rating based Multiple-Attribute Test for Virtual and Augmented Reality Audio Ulrike Sloma, Nils Merten, Thomas Sporer, Karlheinz Brandenburg [Abstract] In testing virtual and/or augmented audio reproduction systems, test subjects are exploring their surroundings in a virtual or real world. Such scenarios are challenging because of the multitude of parameters which influence the immersion or auditory illusion. Well known test methods like MUSHRA or other direct comparison methods have been developed to evaluate the overall audio quality or quality differences but do not show results for multiple attributes of the audio quality. In addition, switching between different conditions will lead to a breakdown of the immersive illusion. Regarding the dimensions for audio quality of auralized audio content, beyond overall audio quality externalization and plausibility of the reproduced audio signals are most important. This contribution discusses an Absolute Category Rating (ACR) based multiple-attribute test method. Preliminary results from a pilot test conducted in March 2020 using different methods will be presented.

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S. Weinzierl, TU Berlin, Fachgebiet Audiokommunikation J. Peissig, Leibniz Universität Hannover, Institut für Kommunikationstechnik

8:40	Vorhersagemodell für Schallquellenexternalisierung in VR/AR- Systemen Robert Baumgartner, Piotr Majdak [Abstract] Virtuelle Realität (VR), erweiterte Realität (augmented reality, AR), Kopfhörerwiedergabe mit oder ohne Hear-Through-Option: all diese Systeme verfolgen das Ziel Schallquellen möglichst realistisch wieder zu geben. Während in natürlichen Hörsituationen Schallquellen üblicherweise externalisiert werden, d.h. einer räumlichen Position außerhalb des Kopfes zugeordnet werden können, resultiert Kopfhörerwiedergabe oft in einer Im-Kopf-Lokalisation. Eine umfangreiche Evaluierung obiger Wiedergabesysteme gestaltet sich besonders aufwändig, wenn Hörversuche erforderlich werden. Vorhersagemodelle können hier den Entwicklungsprozess sehr effizient unterstützen. In diesem Vortrag präsentieren wir ein phänomenologisches Modell zur Externalisierung von statischen Schallquellen. Es wird der Beitrag verschiedener akustischer Merkmale zur Externalisierung diskutiert und die Übereinstimmung der Modellvorhersagen mit Daten aus früheren Verhaltensexperimenten verglichen. Die Anwendung des Modells auf beliebige binaurale Signale wird diskutiert.
9:00	Perception of Speaker Directivity in Virtual Rooms Henning Steffens, Steven Van De Par, Stephan D. Ewert [Abstract] Sound sources, like a human speaker or musical instruments, radiate with a certain spatial directivity. This directivity contributes to the perception of the sound source and the sound field in rooms, affecting the spatial energy distribution of early reflections and late diffuse reverberation. For convincing acoustics simulation applicable in interactive virtual environments and (mobile) acoustically augmented reality, sound directivity has to be considered. While source directivity appears relevant for early reflections, it is unclear to what extent perceptual effects average out and how spectral and spatial cues interact for source directivity perception for later reflections. Based on the perception of directivity, the acoustics simulation could be simplified. Here we assess to what extent directivity of a human speaker should be simulated regarding early reflections and diffuse reverberation. The computationally efficient hybrid approach to simulate and auralize binaural room impulse responses [Wendt et al., JAES, 62, 11 (2014)], combining an image source model with a feedback delay network, was extended to simulate source directivity. Two psychoacoustic experiments assessed the listeners’ ability to distinguish between different virtual source orientations when the effect of source directivity was approximated by an average source directivity filtering for different higher reflection orders.
9:20	Listener behaviour in an audio-visual scene analysis task Axel Ahrens, Kasper Duemose Lund, Torsten Dau [Abstract] Normal-hearing listeners are able to localize and identify sound sources in complex multi-talker environments. Such an auditory environment can be simulated in the laboratory using a loudspeaker-based virtual sound environment and visual information can be reproduced using a virtual reality headset. However, it remains unclear how listeners behave in such virtual audio-visual multi-talker scenarios when performing a realistic task. In the current study, we investigated the ability of normal-hearing listeners to localize a single speech sources out of a mixture of simultaneously presented talkers. At the same time, the reaction time as well as the head- and eye-movement behaviour of the listeners were measured using the virtual reality headset. Preliminary results showed that the reaction time to identify and localize a target talker increased with increasing numbers of simultaneous talkers. Furthermore, the analysis of the head- and eye-movements was also found to increase.
9:40	Mixed Reality based mobile 3D HRTF measurement system Song Li, Aly Tobbala, Jürgen Peissig [Abstract] Head-related transfer functions (HRTFs) are essential for headphone-based 3D audio reproduction, which are highly dependent on individual anatomies and therefore have to be determined individually. There are already a variety of measurement methods available for accurately determining individual HRTFs, but most of them are exhausting for subjects and require extensive hardware setups, such as multi-loudspeaker systems, turntables, etc. To simplify the measurement process, Virtual Reality (VR) based HRTF measurement systems with a single loudspeaker have recently been proposed to rapidly estimate HRTFs with arbitrary head movements. However, these systems are usually limited to estimate 2D HRTFs with a fixed distance between loudspeaker and listener. In this paper, a Mixed Reality (MR) based mobile measurement system is proposed for the fast estimation of distance-dependent 3D HRTFs. The passive and active normalized-least-mean-square algorithm (PA-NLMS) is used to estimate the HRTFs in real-time by evaluating the recorded ear signals. With this system, subjects are not only able to perform arbitrary head movements, but also to walk away or approach the real loudspeaker. In addition, the quality of the estimated HRTFs at each measurement point is calculated in real-time and displayed to subjects.
10:00	Acoustic transparency of commercial hearables and research hearing devices Florian Denk, Henning Schepker, Simon Doclo, Birger Kollmeier [Abstract] Acoustic transparency, i.e., an unaltered perception of external sounds when wearing a hearing device, is a prerequisite for a good sound quality in many applications. It is especially crucial for the acceptance of hear-through headsets for augmented reality applications, or assistive devices targeted at (near-to) normal-hearing listeners. In this study, the acoustic transparency of seven commercial hearables as well as two research hearing devices developed at the University of Oldenburg was evaluated by assessing the deviation between the open-ear and the hear-through case with a neutral setting. To this end, directionally resolved insertion gain measurements were made in a KEMAR, which allowed a technical evaluation of introduced artefacts. Furthermore, the sound quality was subjectively evaluated on the basis of binaural recordings with a KEMAR wearing the devices. The results reveal large differences between the devices, ranging from minor, almost imperceptible differences between hear-through and open-ear listening, to severe impairments of the listening quality resulting from a biased listening level, spectral distortions and destruction of binaural cues. Both research devices show a good performance that is comparable to the best commercial devices. Funded by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 352015383 - SFB 1330 A4 and C1.
10:20	Room Size and Geometry Classification based on Binaural Recordings using Artificial Neural Networks Florian Klein, Stephan Werner, Jonathan Häußler, Sascha Grollmisch [Abstract] The analysis of geometrical properties of a room by using binaural recordings is interesting for a wide variety of applications such as augmented auditory realities. Information from the real acoustic environment have to be included in the creation of such realities, but in most use cases measurements of Binaural Room Impulse Responses (BRIRs) is not possible. In this publication the usability of artificial neural networks for classifying room size and geometry was investigated. This information could be used to select BRIRs out of a database or to run an acoustical simulation. This publication gives an overview of concepts and developments in this research field. The design and creation of the data-set is explained in detail. Furthermore, the applied input representations of the audio signal as well as the investigated neural networks are explained. For the data-set, binaural recordings were conducted in 30 different rooms. Finally, the experiments and the suitability of different network architectures are discussed and the results are evaluated.

Organisation:

S. Weinzierl, TU Berlin, Fachgebiet Audiokommunikation J. Peissig, Leibniz Universität Hannover, Institut für Kommunikationstechnik

14:00	Matching rooms perceptually - A review Annika Neidhardt, Florian Klein, Stephan Werner, Karlheinz Brandenburg [Abstract] For the realization of augmented auditory reality, the virtual acoustic objects have to be integrated into the real environment. One essential component is the creation of perceptually matching room acoustics. A noticeable mismatch can affect localization, externalization as well as plausibility. In this contribution we present a review of experiments investigating possible key elements of a successful adaptation of the room acoustics between binaural reproduction and the real environment. Not all elements have been understood in detail yet. One of the challenges in this process is the development of suitable psychoacoustic methods in order to consider the multimodal nature of room perception. An analysis of the observations reveals fundamental cognitive elements and defines the path for further research. In this paper we summarize, what is known so far and which open question remain to be studied in further research.
14:20	Augmented Practice-Room - augmented acoustics in music education Matthias Frank, Daniel Rudrich, Manuel Brandner [Abstract] The acoustic properties of rooms not only affect the way an instrument is played but also how it is perceived by the audience. In music education, playing in concert halls with suitable acoustics often comes too short and happens rather in a late stage of training. Students then have to quickly adapt to the unfamiliar acoustic properties of the concert hall. The project Augmented Practice-Room brings concert hall acoustics to the practice room. The augmented acoustic reality tool uses open headphones or loudspeakers to play back the virtual acoustics while maintaining the direct sound path of the instrument. It is interactive in terms of location and orientation of the musician within the virtual room and also incorporates the directivity of the instrument. The software implementation is optimized for efficient and true zero-latency processing on standard computers with usual audio equipment. The application is currently installed in six practice rooms of a musical school and has been used in teaching since autumn 2019. An educational study accompanies the musical training for one full year investigating the effects of augmented acoustics in music education.
14:40	Eigenschaften der Fernfeldnäherung als Modell für Schallquellendirektivität Jens Ahrens [Abstract] Repräsentationen von Schallquellendirektivitäten auf der Basis von Kugelflächenfunktionen (a.k.a. spherical harmonics) wurden in verschiedenen Anwendungsgebieten eingesetzt. Theoretisch deckt eine solche Repräsentation die gesamte abstandsabhängige Direktivität von der abstrahlenden Fläche bis hin zu beliebig weit entfernten Punkten im Freifeld ab. Die Messung der Direktivitäten von Schallquellen wie z.B. der menschliche Stimme, Musikinstrumenten oder Industrieanlagen weist grundlegende Einschränkungen bzgl. der erreichbaren Genauigkeit und räumlichen Auflösung auf. Die kugelflächenfunktionsbasierten Darstellungen sind daher in ihrer Flexibilität beschränkt. Sofern die betrachtete Schallquelle eine endliche Ausdehnung aufweist, kann ihre Direktivität im Fernfeld als Kugelwelle mit richtungsabhängiger komplexer Amplitude angenähert werden. Im vorliegenden Beitrag analysieren wir den Geltungsbereich dieser Darstellung und illustrieren deren Eigenschaften bzgl. Interpolation, Extrapolation sowie der Aufarbeitung von Messdaten. Wir stellen Anwendungsbeispiele im Bereich der wellenbasierten raumakustischen Simulation sowie der räumlichen Audiowiedergabe vor.
15:00	Realisierung eines Schallprojektors mit verbessertem Abstrahlverhalten im hohen Frequenzbereich Tom Wühle, Friedrich Beyer, Lukas Bulla, Sebastian Merchel, M. Ercan Altinsoy [Abstract] Durch die steigende Verfügbarkeit immersiver akustischer Szenen in Multimedia-, VR- oder AR-Anwendungen für Endverbraucher werden räumliche Audiowiedergabesysteme erforderlich, die effizient und einfach realisierbar sind. Insbesondere im VR- und AR-Bereich, sollten diese Wiedergabesysteme zudem die Umgebung des Hörers möglichst minimal beeinflussen. Eine Methode zur räumlichen Audiowiedergabe, die ohne die Platzierung verteilter Lautsprecher auskommt, ist die Projektion von Schall. Dabei wird Schall gebündelt in gezielte Raumreflexionspfade abgestrahlt um den Hörer aus Richtung dieser Reflexionen zu erreichen. Um auf diese Weise Hörereignisse in den zugehörigen Richtungen zu erzeugen, müssen Schallprojektoren jedoch möglichst wenig Direktschall abstrahlen. Konventionelle Schallprojektoren bestehen daher meist aus linienartig oder flächenmäßig angeordneten, stark richtenden, Lautsprecherarrays. In der Praxis ist die Bündelungsleistung von Lautsprecherarrays jedoch prinzipiell sowohl zu tiefen Frequenzen, als auch zu hohen Frequenzen beschränkt. Einen Lösungsansatz um das gewünschte Abstrahlverhalten möglichst weit zu hohen Frequenzen hin aufrechtzuerhalten, stellt die Verwendung einer großen Anzahl kleiner Lautsprecher dar. Die vorliegende Studie behandelt einen alternativen Lösungsansatz zur Verbesserung des Abstrahlverhaltens bei hohen Frequenzen. Dieser basiert vorranging auf der Nutzung von Schallbarrieren und der teilweise indirekten Platzierung von Lautsprechern am Schallprojektor. Es wird die Realisierung eines entsprechenden Schallprojektors vorgestellt. Seine Effektivität wird schließlich im Hinblick auf physikalische und psychoakustische Aspekte evaluiert.

Organisation:

M. Schneider, Hochschule für Technik Stuttgart S. Öhler, Fraunhofer-Institut für Bauphysik

11:40

Akustische Verfahren zur Ermittlung der Dichtheit an Gebäuden Nicki Bader, Peter Holstein, Hans-Joachim Münch, Steffen Moeck, Dirk Döbler, Alexander Jahnke [Abstract] Die bauliche Dichtheit von Fenstern, Türen, Dachbereichen, Luken, Kabeldurchführungen u. ä. kann mit akustischen Verfahren geprüft werden. Die Prüfbarkeit hängt dabei vom Verhältnis der konstruktiven Gegebenheiten und der Schallfeldeigenschaften ab. In vielen praktischen Anwendungen müssen geschlossene Volumina für die Dichtheitsprüfung vorliegen, um den erforderlichen Überdruck für die Prüfung entsprechender Räume, Gehäuse oder geschlossener Bauteile zu gewährleisten. Bei der im Beitrag dargestellten akustischen Methode ist dies nicht notwendig. Die zu prüfenden Flächen werden beschallt. Je nach Prüfsituation werden dabei verschiedene Wellenlängen und unterschiedlich komplexe Technik eingesetzt. Im Beitrag werden etablierte Ultraschallverfahren und die Anwendungsmöglichkeiten von akustischen Kameras verglichen. Demonstriert wird dies an einem denkmalgeschützten Gebäude im Kontext der Vermeidung von Wärmeverlusten.

Sitzungsleitung:

V. Wittstock, Physikalisch-Technische Bundesanstalt A. Meier, Müller-BBM GmbH

13:20	Wahrnehmbarkeit von Geräuschen in Innenräumen nach DIN 4109-5 Steffen Körper [Abstract] In Deutschland existieren verschiedene Regelwerke zum baulichen Schallschutz. Das wohl Wichtigste, ist die bauordnungsrechtlich in Bezug genommene DIN 4109 ”Schallschutz im Hochbau”. Der Teil 5 dieser Normreihe beinhaltet gegenüber den Mindestanforderungen erhöhte Anforderungen und wurde 2019 als Entwurf veröffentlicht. Der informative Anhang A der DIN 4109-5 enthält eine Wahrnehmbarkeitstabelle, die die Schallschutzqualität auch für Nicht-Akustiker verständlich machen soll. Die Wahrnehmbarkeitstabelle wird dabei mit einer ganzen Reihe von Einschränkungen dargestellt. Sie gilt für die Fälle üblicher Nachhallzeiten, Trennbauteilflächen und Raumvolumen und wurde für einen Hintergrundgeräuschpegel von 25 dB(A) ausgelegt. Wie genau kann eine allgemeine Wahrnehmbarkeitstabelle in einer Norm eine beliebige Bausituation beschreiben, vor allem, wenn der gesamte Schallschutznachweis auf bauteilbezogenen Kenngrößen basiert? Wie gut schützen das deutsche Mindestschallschutzniveau und das Schallschutzniveau des neuen Teils 5 ”erhöhte Anforderungen” wirklich vor Störgeräuschen aus den Nachbarwohnungen oder vor Geräuschen von draußen? Wo ist das Schallschutzniveau der DIN 4109-1 und der DIN 4109-5 sachgerecht und wo sollte ein anderes ggf. höheres Schallschutzniveau angestrebt werden? Im Beitrag werden diese Fragen behandelt und die der Wahrnehmbarkeitstabelle zugrundeliegenden Überlegungen erläutert sowie die damit verbundene bauakustische Qualität dargestellt.
13:40	Aktuelle Erkenntnisse zum Schallschutz gegen Außenlärm Andreas Meier [Abstract] Um die Zusammenhänge zum Schutz gegen Außenlärm besser zu verstehen wurden im Rahmen eines Forschungsprojektes Untersuchungen insbesondere für den Straßen- und Schienenverkehrslärm durchgeführt. Hierbei steht insbesondere im Vordergrund, wie aus den Einzahlangaben für den Schalldruckpegel in dB(A) und dem bewerteten Schalldämm-Maß möglicher Außenbauteile eine Prognose für den zu erwartenden Innenschalldruckpegel im Raum ermittelt werden kann. Die Ergebnisse sollen als Grundlage für einen neuen Regelungsvorschlag für DIN 4109 zum Schallschutz gegen Außenlärm herangezogen werden. Der Beitrag fasst die bislang vorliegenden Erkenntnisse zusammen.
14:00	Untersuchung der Regelwerke für passiven Schallschutz unter Berücksichtigung aktueller Verkehrslärmspektren Wilfried Wieland, Jan Weinzierl [Abstract] Die Grundlagen für die Berechnungen im passiven Schallschutz unterliegen derzeit aufgrund der Neufassung der DIN 4109 einem fachlichen Diskurs. Die Nachweisverfahren für den passiven Schallschutz, ob nach DIN 4109 oder VDI 2719, werden mittels Einzahlwerten für die Schalldämmung der Außenbauteile geführt. Gerade die Vorgehensweise mittels Einzahlwerten lässt jedoch die Frage offen, ob diese Vorgehensweise auch im Leichtbau ausreichend robuste Ergebnisse bezüglich des Schutzzieles, sprich des zu erwartenden Innenpegels, liefert. Der Vortrag beleuchtet die Ergebnisse der Innenpegelprognosen anhand der einschlägigen Regelwerke für den passiven Schallschutz unter Berücksichtigung aktueller Straßenverkehrslärmspektren. Hierbei wird das Augenmerk auf die spektrale Würdigung der Geräuschquelle, der Schalldämmung von Bauteilen und des resultierenden Innenpegels gelegt. Insbesondere die Unterschiede in Massiv- und Leichtbauweise sind Gegenstand der Betrachtung.
14:20	Schallschutz-Vergleichsmessungen in der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt im Jahr 2019 Sylvia Stange-Kölling, Volker Wittstock [Abstract] Im Jahr 2019 fanden turnusgemäß die Schallschutz-Vergleichsmessungen der anerkannten Stellen für die Erteilung allgemeiner bauaufsichtlicher Prüfzeugnisse in der Physikalisch-Technische Bundesanstalt statt. Für diese Prüfstellen ist die regelmäßige Teilnahme an den Vergleichsmessungen verpflichtend. Eine freiwillige Teilnahme weiterer Prüfstellen, bevorzugt mit eigenen Prüfständen, ist möglich. Die Vergleichs-messungen haben sich über einen weiten Zeitraum als wichtiger Baustein der Qualitätssicherung etabliert. Sie setzen sich zusammen aus drei Teilmessungen sowie der Überprüfung von Lautsprechern und Hammerwerken. Die Messergebnisse der Prüfstellen werden mit einem Referenzwert der PTB verglichen. Als Teilaufgaben waren in diesem Jahr die Luft- und Trittschalldämmung einer sanierten Holzbalkendecke zu messen. Als Zusatzaufgabe wurde der Absorptionsgrad einer Probe im schiefwinkligen Hallraum bestimmt. Bei diesen Messungen wurde für alle Teilnehmer dieselbe Probe eingesetzt. Bei einigen Terzen kam es dennoch zu unerwartet hohen Streuungen in den Ergebnissen, die weitere Untersuchungen notwendig machen. Die Ergebnisse der einzelnen Messungen werden in diesem Vortrag vorgestellt.
14:40	Untersuchungen zur Anwendbarkeit eines Referenzabsorbers für Absorptionsgradmessungen nach dem Hallraumverfahren Heinrich Bietz, Volker Wittstock [Abstract] Die Unsicherheit von Absorptionsgradmessungen nach dem Hallraumverfahren wird für viele Anwendungen als inakzeptabel hoch angesehen. Seit langem werden Möglichkeiten diskutiert, einen Referenzabsorber mit bekanntem oder bestimmbarem Absorptionsgrad einzusetzen, um die Vergleichbarkeit der Messergebnisse zu erhöhen. In jüngerer Zeit ist im Rahmen der Überarbeitung der Messnorm ISO 354 die Verwendung eines im aktuellen Normentwurf definierten Referenzabsorbers vorgeschlagen worden. Bei den in der PTB stattfindenden Schallschutz-Vergleichsmessungen wurden die Teilnehmer gebeten, als Zusatzaufgabe den Absorptionsgrad des Referenzabsorbers in einem Hallraum der PTB zu bestimmen, um Erfahrungen mit der praktischen Anwendbarkeit zu sammeln und Erkenntnisse über verschiedene Eigenschaften (Einbauwiederholbarkeit, zeitliche Konstanz, Klimaeinflüsse etc.) zu gewinnen. Bei der Auswertung der Ergebnisse wurde bei zwei Terzbändern eine außergewöhnlich hohe Streuung der Ergebnisse festgestellt, hierzu wurden einige zusätzliche Untersuchungen durchgeführt. Weiterhin wurden seitens der PTB verschiedene Konfigurationen von Absorbern, die einen weiten Bereich von Absorptionsgraden abdecken, in beiden Hallräumen der PTB gemessen. Es wurde untersucht, ob sich die Differenzen zwischen den gemessenen Absorptionsgraden durch die Verwendung des Referenzabsorbers signifikant verringern lassen. Im Beitrag werden die gewonnenen Erkenntnisse im Lichte der aktuellen Vorschläge zur Überarbeitung der ISO 354 diskutiert.
15:00	Einfluss der Einbausituation von Fenstern auf die Schalldämmung Martin Schäfers, Stefanie Traub, Martin Schneider, Berndt Zeitler [Abstract] Beim Schallschutz gegenüber Außenlärm spielt neben der Schalldämmung der Außenwandkonstruktion und der Fenster bei bestimmten Einbausituationen auch das Fugenschalldämm-Maß zwischen Außenwand und Fenster eine Rolle. Die neue Schallschutznorm DIN 4109 fordert für entsprechende Anschlussdetails einen rechnerischen Nachweis, bei dem das Fugenschalldämm-Maß explizit mit einfließt. Dieser Nachweis ist für einige marktübliche Außenwandkonstruktionen im Mauerwerksbau bisher nicht möglich, da keine Eingangswerte für die Fugenschalldämm-Maße vorhanden sind. An dieser Stelle setzt die an der Hochschule für Technik Stuttgart betreute Bachelorarbeit von Frau Stefanie Traub an. Mit Hilfe von Schallmessungen im Türen- und Fensterprüfstand der HfT sowie anhand von rechnerischen Untersuchungen wird der Einfluss der Anschlusssituation von Fenstern in typischen ein- und zweischaligen Kalksandstein-Außenwandkonstruktionen ermittelt und die entsprechenden Eingangswerte für den rechnerischen Nachweis bestimmt. Die Betrachtungen zeigen darüber hinaus, dass der Einfluss des Fugenschalldämm-Maßes erst ab einer gewissen Höhe der Schalldämmung des Fensters zu berücksichtigen ist und dass die in DIN 4109 vorgenommene pauschale Unterteilung in kritische und nicht kritische Einbausituationen nicht gerechtfertigt erscheint. Es wird ein überblick über die durchgeführten Untersuchungen gegeben und die wesentlichen Ergebnisse werden vorgestellt.

Sitzungsleitung:

M. Schneider, Hochschule für Technik Stuttgart S. Öhler, Fraunhofer-Institut für Bauphysik

9:00	Luftschalldämmung opaker Bauteile (Paneele) Bernd Saß [Abstract] In der bauakustischen Planung von Gebäuden werden Angaben zur Luftschalldämmung von Bauteilen benötigt. Für die Bauteilgruppe von Paneelen (sogenannte opake Bauteile) in Vorhangfassaden lassen sich solche Angaben nur anhand von Messungen im Labor nachweisen. Eine Möglichkeit zur Planung und Nachweisführung über ein Tabellenverfahren für solche Bauteile existiert derzeit nicht. In Ergänzung zu einen Forschungsprojekt mit dem Titel ”Erarbeitung eines Bauteilkataloges zur Ermittlung der Luftschalldämmung sowie Längsschalldämmung von Vorhangfassaden” wurde vom ift Rosenheim, Labor Bauakustik, ein Forschungsprojekt initiiert und durchgeführt, bei dem bestehende Messdaten von Paneelen unterschiedlicher Bauart analysiert wurden. Im Anschluss an diese Analyse wurden ergänzende Labormessungen durchgeführt, um Planungstabellen für opake Ausfachungen erstellen zu können. Ziel ist es auch hier, diese Tabellen in die Bauteilkataloge u.a. der DIN 4109 zu integrieren. Der Beitrag berichtet über die Arbeiten zu diesem Projekt und stellt einen Vorschlag für einen Bauteilkatalog vor.
9:20	Untersuchung der akustischen Performance von Vakuumisolierglas (VIG) Christian Lux, Bernd Nusser, Peter Schober [Abstract] Eine stetige Verbesserung der thermischen und akustischen Isolation von Mehrscheiben-Isolierglas (MIG) wird aufgrund des bereits relativ hohen Standards immer schwerer. Das ist einer der Gründe warum die Entwicklung neuer Fensterkonstruktionen komplizierter zu realisieren ist. Bei Vakuumisolierglas (VIG) befindet sich im Vergleich zum MIG im Scheibenzwischenraum (SZR) kein Edelgas oder Luft, sondern Hochvakuum mit einem Restdruck im Bereich von 10-3 hPa, was die thermische Isolation im Vergleich zum MIG sehr deutlich verbessert. In diesem Beitrag wird die akustische Performance von verschiedenen VIG untersucht und dargestellt. Das übergeordnete Ziel der Untersuchungen ist die Entwicklung möglichst ”schlanker” Verglasungen, welche auch bei architektonisch neuen Fenstersystemen eingesetzt werden können. Alle untersuchten Verglasungen hatten die Normgröße von (1230 × 1480) mm2 und wurden im Fensterprüfstand des Akustik Center Austria gemäß EN ISO 10140-2 gemessen. Im ersten Schritt des Beitrags werden verschiedene VIG als Einzelsysteme betrachtet. Dabei wird der Aufbau der VIG-Systeme variiert. Die Ergebnisse werden mit vergleichbaren Einfachgläsern und Verbundglasscheiben verglichen. Im zweiten Schritt werden ausgewählte VIG-Systeme zu MIG veredelt und erneut gemessen. Diese modifizierten Aufbauten werden mit massen- und dimensionsäquivalenten MIG-Systemen verglichen, welche lediglich aus Einfach- und Verbundscheiben bestehen und in der Praxis verwendet werden.
9:40	Optimierung des Schallschutzes bei teilgeöffneten Fenstern Andreas Drechsler, Steffi Reinhold, Berndt Zeitler [Abstract] Im Rahmen eines Forschungsprojektes an der HFT Stuttgart wird ein intelligentes, motorisch angetriebenes Fenster für die natürliche Lüftung von Gebäuden entwickelt. Ein Teilziel des Projektes ist die Optimierung der Schalldämmeigenschaften. Bezug genommen wird dabei auf klassische Kastenfensterlösungen, die in den letzten Jahren als eine Variante der ”Hafencity-Fenster” hinsichtlich des Schallschutzes im teilgeöffneten Zustand bereits mehrfach untersucht und verbessert wurden. In dem Beitrag wird ein kurzer Überblick gegeben, welche Schalldämmungen derzeit bei teilgeöffneten Fenstern erreicht werden und eigene Untersuchungen an der HFT Stuttgart werden vorgestellt. Hauptaugenmerk bei den Untersuchungen liegt auf der Verbesserung der Schalldämmung bei tiefen Frequenzen.
10:00	Untersuchungen zur Schallleistung und -dämmung eines dezentralen Lüftungsgerätes Andreas Ruff, Andreas Drechsler, Berndt Zeitler [Abstract] Bei Gebäudesanierungen und auch Neubauten werden sehr häufig dezentrale Lüftungsgeräte zur Sicherstellung eines ausreichenden Luftwechsels in die Außenfassade eingebaut. Aufgrund der Durchdringung der Gebäudehülle kann dabei die Schalldämmung der Fassade deutlich vermindert werden. Neben dem Einfluss auf die Schalldämmung gibt es aber noch eine weitere wichtige Fragestellung: wie viel Schallleistung wird vom Gerät bei einem gewünschten oder notwendigen Luftdurchsatz in den Innenraum, z.B. ein Schlafzimmer, abgestrahlt. Im Rahmen eines Forschungsprojektes wurde in zwei verschiedenen Prüfständen die Schallleistung und die Schalldämmung eines dezentralen Lüftungsgerätes mit mehreren Leistungsstufen messtechnisch untersucht und der Einbau variiert. Aus den Messergebnissen sollen neue Ansätze zur schalltechnischen Optimierung des Lüftungsgerätes abgeleitet und, soweit konstruktiv umsetzbar, messtechnisch überprüft werden. Im Beitrag werden die bisherigen Ergebnisse vorgestellt und diskutiert.
10:40	Schwingverhalten von thermisch getrennten Balkonplatten Solitair Kluth, Jochen Scheck, Berndt Zeitler [Abstract] Zur Erfüllung der heutigen Energiestandards werden auskragende Balkonplatten meist durch ein tragendes Wärmeelement vom Gebäude thermisch getrennt. Teilweise empfinden Bewohner die Schwingungen auf der Balkonplatte als störend. Aus diesem Grund wurde das Schwingverhalten eines derartigen Balkons und die möglichen Auswirkungen bei Verwendung eines zusätzlichen Schwingungstilgers untersucht. Die experimentellen Untersuchungen ergaben, dass bei der 1. Resonanzfrequenz der Balkon von der Deckenplatte nahezu entkoppelt ist und eine Starrkörperschwingung durchführt. Durch Modalanalyse wurde festgestellt, dass bei den weiteren Schwingungsformen die Balkon- und Deckenplatte gemeinsam schwingen und die thermische Trennung an dieser Stelle als Feder fungiert. Daraus ergibt sich, dass das System der auskragenden Balkonplatte durch ein Ersatzsystem als Einmassenschwinger beschrieben werden kann. Ebenfalls ist die Auswirkung eines Schwingungstilgers auf das System, durch eine Prognose des Ersatzsystems als Zweimassenschwinger, zielführend und entspricht den Messungen.
11:00	Trittschalldämmung von thermisch getrennten Balkonplatten Lucas Heidemann, Jochen Scheck, Berndt Zeitler [Abstract] Für die thermische Trennung von Balkonen und Laubengängen sind tragende Isolationselemente Stand der Technik. Die schalltechnischen Eigenschaften dieser Elemente erfahren zunehmend an Bedeutung, um steigende Erwartungen an die Trittschalldämmung zu erfüllen. Die Dämmwirkung von diversen Entkopplungselementen wurde an realitätsnahen Aufbauten im Labor untersucht und der Einfluss konstruktiver Parameter auf die Trittschalldämmung beurteilt.
11:20	Bestimmung der Körperschallleistung und Prognoseberechnung von Installationsgeräuschen anhand von Daten aus Luftschallmessungen in einem Musterbau Sven Öhler, Lutz Weber, Bernd Kaltbeitzel [Abstract] Die Schallübertragung durch Sanitärinstallationen in Bauten lässt sich nach EN 12354-5 berechnen, wobei die Norm nur einen allgemeinen Rahmen aufspannt, der durch weitere Modelle (z.B. Schalldämmung und Abstrahlgrad der Bauteile in Abhängigkeit der Frequenz) ergänzt werden muss. Als Eingangsgröße benötigt man die charakteristische Körperschallleistung der Quelle, die in-situ (z.B. in einem Musterbauprüfstand) durch Anwendung des im normativen Anhang C der EN 15657 beschriebenen ”Verfahrens des Schallleistungsersatzes (Power substitution method)” messtechnisch bestimmt werden kann. Bislang sind jedoch nur wenige Daten verfügbar, so dass das Berechnungsverfahren nach EN 12354-5 noch keinen Eingang in die Praxis gefunden hat. Anstatt durch eine rechnerische Prognose erfolgt der Schallschutznachweis bei Sanitärinstallationen derzeit überwiegend durch Messungen in bauakustischen Installationsprüfständen. Gemessen wird hierbei der durch die geprüfte Installation im Empfangsraum hervorgerufene Luftschallpegel. Da der Installationsprüfstand im Fraunhofer-Institut für Bauphysik äußerst genaue und reproduzierbare akustische Messungen ermöglicht, liegt es nahe, den gemessenen Luftschallpegel zu nutzen, um daraus - in Anlehnung an das Verfahren des Schallleistungsersatzes in EN 15657 - die Körperschallleistung der geprüften Installation zu bestimmen. In dem Beitrag wird die Anwendbarkeit des entwickelten Verfahrens zur Bestimmung der KS-Leistung von realen Sanitärobjekten (Duschwannen) diskutiert. Weiter werden die Messwerte aus der Musterbauprüfung mit Ergebnissen von Prognoseberechnungen nach EN 12354-5 verglichen.

Sitzungsleitung:

B. Saß, ift Rosenheim GmbH H. Alphei, Akustikbüro Göttingen

13:40	Vorschlag für eine neue Messmethode zur Bestimmung von Abwassergeräuschen am Prüfstand Johanna Weinzierl, Fabian Schöpfer, Andreas Mayr, Ulrich Schanda [Abstract] Die DIN EN 14366:2005-02 beschreibt derzeit das Verfahren zur Messung der Geräusche von Abwasserinstallationen im Prüfstand. Der hierfür beschriebene Laborprüfstand besteht aus zwei Räumen, einem Senderaum zur Bestimmung des Luftschallanteils und einem Empfangsraum zur Bestimmung des Körperschallanteils. Das Abwasserrohr ist an der Trennwand zwischen den beiden Räumen senderaumseitig montiert. In diesem Beitrag wird die Anwendung einer neuen Messmethode untersucht, um die relevanten Größen direkt zu bestimmen. Das zu untersuchende Abwasserrohr wird hierfür an eine vertikale Empfangsplatte nach DIN EN 15657:2017-10 montiert. Somit kann der Körperschallanteil als Körperschallleistung mit dem sogenannten Empfangsplattenverfahren bestimmt werden. Diese Größe kann direkt als Eingangsgröße zur Prognose nach EN 12354 verwendet werden. Der Luftschallanteil wird ebenfalls als leistungsbasierte Größe mit dem Schallintensitätsmessverfahren bestimmt. Das vorgeschlagene Verfahren benötigt deshalb weder einen Sende- noch einen Empfangsraum. In diesem Beitrag werden messtechnische Untersuchungen zur Anwendung der vorgeschlagenen Methode vorgestellt. Dabei werden Zusammenhänge und ggf. Abweichungen zum bestehenden Messverfahren aufgezeigt und diskutiert.
14:00	Empfangsplattenmethode verknüpft mit Statistischer Energie Analyse – Eine Untersuchung an Sanitärinstallationen Joachim Förster, Alexander Felker, Samuel Pasteur, Oliver Wolff [Abstract] In der vorliegenden Studie wurden Körperschallausbreitungspfade stationärer und instationärer Quellen sanitärtechnischer Geräusche im Massivbau untersucht. Mit der Berechnungsnorm EN 12354-5 kann der Schallpegel in Gebäuden prognostiziert werden. Die Eingangsparameter für diese Berechnung liefert die Norm EN 15657 (Empfangsplattenprüfstand), mit der die Quellleistung von Schallquellen bestimmt werden kann. Als Erweiterung zum Normansatz der EN12354-5 wurde bei der Prognose zusätzlich die Statistische Energie Analyse (SEA) mit einbezogen. Die Idee hierbei ist, dass die Statistische Energie Analyse durch Betrachtung der Modendichte der Subsysteme gegebenenfalls eine präzisere Modellierung ermöglichen könnte. Ziel der Untersuchung war daher die Prognose des Schalldruckpegels von Sanitärinstallationen im Empfangsraum, dessen experimentelle Validierung, und die Abschätzung möglicher Fehlertoleranzen. Validierungsmessungen wurden an einer realen Bausituation im bauphysikalischen Labor von GEBERIT durchgeführt. Neben dem prognostizierten Gesamtpegel wurden auch gebäudecharakteristische Eigenschaften wie Kopplungsverhalten an Stossstellen sowie das Abstrahlverhalten untersucht. Die Prognose aus der Normrechnung nach EN 12354-5 und aus der SEA Simulation wurden mit den Messergebnissen verglichen. Die erhaltenen Ergebnisse und Erkenntnisse werden vorgestellt.
14:20	Erhöhung des E-Moduls und damit der Schalldämmung von KS-Mauerwerk durch Optimierung von Zuschlagsstoffen und des Herstellungsprozesses Martin Schneider, Berndt Zeitler, Martin Schäfers, Wolfgang Eden, Wiebke Grethe [Abstract] Die Schalldämmung von Mauerwerk wird in aller Regel aus der flächenbezogenen Masse des Bauteils berechnet. Allerdings zeigen sich aufgrund des Steinmaterials auch Unterschiede in der Schalldämmung bei gleicher flächenbezogener Masse. So sind in DIN 4109-32 für unterschiedliche Materialien (Kalksandstein, Leichtbeton, Porenbeton) unterschiedliche Massekurven festgelegt. Hintergrund hierfür ist die Abhängigkeit des Schalldämm-Maßes von der Biegesteifigkeit des Bauteils, die wiederum auch von der Materialeigenschaft E-Modul beeinflusst wird. In einem von der Forschungsvereinigung Kalk-Sand e. V. initiierten Forschungsvorhaben wird daran gearbeitet, durch die Wahl entsprechender Zuschlagsstoffe und deren Korngrößenverteilung sowie die Optimierung der Herstellparameter bei gleichbleibender Rohdichte einen möglichst hohen E-Modul des Steinmaterials zu erzielen. Im ersten Teil des Forschungsvorhabens wurden im Labor Proben hergestellt, an denen der E-Modul mittels akustischer Prüfung ermittelt wurde. Mit den daraus gewonnenen Erkenntnissen wurden dann in einem zweiten Schritt in verschiedenen Kalksandsteinwerken optimierte Steine hergestellt, deren Schalldämm-Maß im Wandprüfstand ermittelt wurde. Über die Durchführung und erste Ergebnisse dieser Untersuchungen wird berichtet.
14:40	Auswertung von Stoßstellendämm-Maßen mit monolithischem Ziegelmauerwerk Kai Naumann [Abstract] Für bauakustische Prognosen der Luftschalldämmung zwischen benachbarten Räumen in Gebäuden in massiver Bauweise sind die Stoßstellendämm-Maße zwischen trennendem Bauteil und den flankierenden Bauteilen wichtige Bemessungsparameter. Diese für homogene massive Bauteile normativ geregelten Werte gehen in das Bemessungsverfahren nach DIN 4109-2 ein, welches auf dem vereinfachten Verfahren nach EN ISO 12354-1 basiert. Für Gebäude, deren Außenwände aus monolithischem, hochwärmedämmendem Ziegelmauerwerk bestehen, werden die Stoßstellendämm-Maße zwischen Ziegelaußenwand und Trennbauteil durch aufwändige Messungen an Prüfkörpern gemäß DIN EN 10848 ermittelt. Eine Berechnung der Stoßstellendämm-Maße über die flächenbezogenen Massen lässt DIN 4109 nicht zu. Bereits in 2010 wurde das Verfahren zur bauakustischen Bemessung nach EN 12354-1 in die Zulassung Z-23.22-1787 übernommen. Es konnten seither umfassende Erfahrungen im Umgang der Rechenmethode für Gebäude in Ziegelbauweise gesammelt werden und eine hohe Prognosegenauigkeit bei Planung mit Prüfwerten von Stoßstellendämm-Maßen festgestellt werden. Mittlerweile existiert eine große Datenbasis an Prüfergebnissen von Stoßstellendämm-Maßen, die in der Bauakustik-Software der Ziegelindustrie ,Modul Schall 4.0’ zur Verfügung steht. Es werden Auswertungen der Prüfwerte vorgestellt und u. a. mit Rechenwerten nach Masse verglichen.
15:00	Dämmstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen in der Bauteilprognose mittels der Finiten-Elemente-Methode Anton Huber, Andreas Rabold, Simon Mecking [Abstract] Um die Anwendungsmöglichkeiten im Bauwesen für Rohstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen zu fördern, wurde von der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. ein Projekt initiiert. Im Bereich des Schallschutzes wurden hierzu vergleichende Bauteilprüfungen durchgeführt und Prüfverfahren für die Materialeigenschaften der Dämmstoffe festgelegt, die eine Erweiterung der jeweiligen Bauteilkataloge erlauben. Um den Einfluss des Dämmstofftyps auf die Schalldämmung von Bauteilen auch numerisch untersuchen zu können, wurden Berechnungsmodelle für Decken- und Wandbauteile auf Basis der Finiten-Elemente-Methode (FEM) weiterentwickelt. In diesem Beitrag wird ein FEM - Modell für die Berechnung der Luftschalldämmung von Massivholzwänden mit Wärmedämmverbundsystemen vorgestellt, das für den gesamten bauakustisch relevanten Frequenzbereich anwendbar ist. Die Eingangsdaten für die FEM-Berechnungen werden durch Messungen der Übertragungseigenschaften der Dämmstoffe ermittelt und können mit semi-empirischen Literaturmodellen auf Basis des Strömungswiderstandes verglichen werden. Schwerpunkt der numerischen Untersuchungen ist die Fragstellung, inwiefern die konventionellen Messgrößen (Strömungswiderstand, dynamische Steifigkeit und Rohdichte) für die Materialbeschreibung ausreichend sind und welche Toleranzbereiche der Materialwerte für gleichwertige Ergebnisse der Bauteil-Schalldämmung akzeptabel sind. Die im Vortrag vorgestellten numerischen Untersuchungen wurden an der Technischen Hochschule Rosenheim durchgeführt. Die Festlegung der Messverfahren und Durchführung der Messungen für die Übertragungseigenschaften der Dämmstoffe erfolgten an der PTB Braunschweig.
15:20	Prognoseverfahren zum Schall- und Schwingungsschutz für BIM-basierte Gebäudeplanung Camille Châteauvieux-Hellwig, Ekaterine Geladze, Andreas Mayr, Ulrich Schanda, Fabian Schöpfer [Abstract] Die Nachhaltigkeit der Holzbauweise ermutigt immer mehr Architekten und Planer diese Bauweise zu wählen. Im Gegensatz zur Mauerwerks- und Betonbauweise fehlen im Holzbau Software-Werkzeuge zum Nachweis des Schallschutzes und der Gebrauchstauglichkeit bezüglich Schwingungen. Der innovative Ansatz von Building Infromation Modelling (BIM) eröffnet die Möglichkeit, modellbasierte Berechnungsergebnisse für eine vollständige Schallschutzprognose sowie für die Einhaltung der Anforderungen an die Gebrauchstauglichkeit über BIM-kompatible Schnittstellen unmittelbar bereits in den Planungsprozess einfließen zu lassen. Vor diesem Hintergrund wurde an der Technischen Hochschule Rosenheim im Labor für Schallmesstechnik LaSM der Forschungsschwerpunkt ”Prognoseverfahren zum Schall- und Schwingungsschutz für BIM-basierte Gebäudeplanung” initiiert. Dieser beschäftigt sich mit der Einbindung der zu entwickelnden Prognose Werkzeuge in einen mit BIM gestützten Planungsprozess für den Holzbau. Dabei sollen die neu gewonnen Erkenntnisse der letzten Forschungsjahre bezüglich der Berechnungsmodelle, sowie erarbeitete schall- und schwingungstechnische Daten zu Bauteilen und Bauteilverbindungen eingesetzt werden. Die Bedeutung von BIM für den Holzbau hängt von der Formulierung der Datenschnittstellen ab. Ziel des Projekts ist die Entwicklung von Konzepten und Methoden zur Verbesserung des Planungsprozesses im Schall- und Schwingungsschutz im Holzbau.

Sitzungsleitung:

S. Li, Leibniz Universität Hannover, Institut für Kommunikationstechnik S. Preihs, Leibniz Universität Hannover, Institut für Kommunikationstechnik

16:40	Perceptual Evaluation of Differences in Anthropometric Parameters Hark Braren, Janina Fels [Abstract] Head-related transfer functions (HRTFs) are known to be highly subject-specific, due to vary-ing expressions of anthropometric features, such as the shape and size of head, pinna and tor-so geometries, between humans and especially between children and adults. Modern 3D-scanners capture the shape of these features with a high level of accuracy. Com-bined with well-established simulation methods, e.g. the boundary element method (BEM) it is possible to simulate their effect on the sound field as it is captured by the HRTF. In addi-tion, these 3D-shapes can be manipulated, in order to introduce systematically controlled an-thropometric differences to assess their effect on the HRTF and the resulting perceptual dif-ferences. In this study, the effect of controlled modifications to the head and pinna geometry of a known artificial head geometry on perceptual parameters is evaluated. Shape parameters of the outer ear are modified and the effect on the HRTF is evaluated in a listening test in order to be able to compare the perceptual effects to those exhibited by children, who are known to perceive the same sound field different compared to adults.
17:00	Automatic Approximation of Head-Related Transfer Functions Using Parametric IIR Filters Patrick Nowak, Véronique Zimpfer, Udo Zölzer [Abstract] Head-related transfer functions (HRTFs) are used in many applications for 3D spatial audio through headphones. Often, the HRTFs are stored as FIR filters. However, IIR filters give the opportunity to approximate the magnitude of these FIR filters with less coefficients. By using a cascade of parametric IIR filters such as shelving and peak filters, the amount of stored data can be reduced to three parameters (center frequency, gain and quality factor) per filter stage. In a first step, the low and high frequency shelving filters are adjusted. Secondly, peak filters are added consecutively until the error is inside the given tolerance. After including a new peak filter, the cascade of IIR filters is post-optimized in order to yield the best approximation for the current number of peak filters. In this work, the minimum number of peak filters needed to approximate HRTFs with a given error tolerance is evaluated for different directions.
17:20	Investigations on the Influence of a Dynamic Binaural Synthesis on Speech Intelligibility in Communication Applications Nils Poschadel, Mahdi Alyasin, Stephan Preihs, Jürgen Peissig [Abstract] Within the project VIA2mobiL, we developed signal processing algorithms and methods for a dynamic headphone based binaural synthesis, with a special focus on radio communication in mobile control centers. Our aim is to achieve a better speech intelligibility in radio communication through the binaural presentation of a conversation scene with several separately locatable interlocutors. In our investigations, a method for determining word recognition rates and 50% speech intelligibility thresholds was developed on the basis of the methodology of the Oldenburg sentence test (OLSA). By means of conducted listening experiments, we examined whether the application of a dynamic binaural synthesis results in a gain in speech intelligibility compared to monophonic or stereophonic reproduction. We present the study design and the results of the experiments. They show that up to 44 % and 9 % higher word recognition rates can be achieved with a binaural synthesis compared to a monophonic and stereophonic reproduction at the same level. A similar increase in speech intelligibility/word recognition rate can also be observed for TETRA-coded speech. The threshold, in terms of level, for a speech intelligibility of 50 % in noise is approx. 15 dB and 13 dB below the threshold of monophonic and stereophonic reproduction.
17:40	Vergleich unterschiedlicher Ton-Wiedergabesysteme von Virtual Reality-Brillen Jelena Kitanovic, Dieter Leckschat, Christian Epe [Abstract] Während die visuelle Qualität bei VR-Anwendungen in den letzten Jahren kontinuierlich gestiegen ist, wurde der Ton und dessen Wiedergabe als zweitrangig behandelt. Bei den meisten Head-Mounted-Displays sind Kopfhörer oder Lautsprecher verbaut, die für die Wiedergabe von 3D- Audio ungeeignet sind. In diesem Beitrag geht es um die Konzeption, Vorbereitung, Durchführung und Auswertung eines Hörversuchs, bei dem der Einfluss verschiedener Kopfhörer-Typen auf die Ortung virtueller Schallquellen in einer VR- Umgebung untersucht wurde. Zum Einsatz kamen dabei extraaurale Kopfhörer, sowie herkömmliche In-Ear-Hörer und circumaurale Kopfhörer.

Organisation:

L. Hladek, TU München, Audio Information Processing S.D. Ewert, CvO Universität Oldenburg, Mediz. Physik und Cluster of Excellence Hearing4all B. Seeber, TU München, Audio Information Processing

14:00	Description and implementation of audiovisual scenes for hearing research and beyond Stephan D. Ewert, Lubos Hladek, Felix Enghofer, Michael Schutte, Stefan Fichna, Bernhard Seeber [Abstract] Recent advances in virtual reality (VR) offer opportunities to combine realistic visual scenes with high-fidelity interactive spatial audio for audiovisual research. The industry standards for scene description formats target consumers, and technology is driven by the entertainment and video game industry. Acoustics and audio received less attention in this context. On the other hand, acoustic simulators built for hearing research, such as rtSOFE and RAZR, have precise control of the acoustics together with a high level of interactivity, but lack in the visual component. Here we demonstrate the use of a popular game engine in combination with our acoustic simulators for complete production of interactive audiovisual scenes. The idea is to utilize the built-in scripting tools, the graphical user interfaces and the native support for VR equipment offered by the game engine. The acoustic simulators are stand-alone applications controlled by the game engine and our goal is to define and develop open and versatile protocols and interfaces to allow synchronized real-time control of the acoustic simulations, multi-modal synchronization as well as using offline generated acoustic simulations. We show use cases from our labs where we integrate the game engine with rtSOFE and RAZR into a complex audiovisual workflow.
14:20	Description and rendering of audio-visual environments with the open source toolbox TASCAR Giso Grimm, Volker Hohmann [Abstract] The Toolbox for Acoustic Scene Creation and Rendering (TASCAR) [1] is an open source framework developed for applications in audiology and hearing research. In this presentation we show how virtual environments are defined and rendered using this toolbox. The environment is defined in XML text files. Visual components can be added by means of the Open Sound Control (OSC) network protocol and game engines supporting this standard. Experimental paradigms can be realized using Matlab scripts. Examples of real-time interaction with the virtual environments, e.g., rendering stimuli from adaptive measurement software, are given. The effect of low delay interaction on computational efficiency is discussed. [1] Grimm, G., Luberadzka, J., & Hohmann, V. (2019). A Toolbox for Rendering Virtual Acoustic Environments in the Context of Audiology. Acta Acustica United with Acustica, 105(3), 566-578. https://doi.org/10.3813/AAA.919337
14:40	Opportunities for interactivity and personalisation in object-based audio broadcast environments Michael Weitnauer, Benjamin Weiss [Abstract] The object-based audio technology started recently becoming adopted by the broadcast community as part of the so called ”Next Generation Audio” evolution. Several solutions, formats and standards have already been published for the production or distribution of object-based audio broadcast content, some of them tied to a commercial format and others being codec-agnostic. The Audio Definition Model (ADM) has been defined for a rich audio object representation and definition independently from any commercial solutions and is intended to be used during the production process. For the delivery, multiple codecs such as MPEG-H, AC-4 or DTS-UHD are available with a varying range of personalization and interactivity possibilities. This presentation will provide an overview of relevant standards and formats for the broadcast production and delivery of object-based audio and describe possibilities to personalize or interact with the audio scene from both a production and consumer perspective. Moreover, existing tools and libraries will be presented.
15:00	Ein Memorandum zur Durchführung und Dokumentation von Audio-Produktionen für wissenschaftliche Anwendungen Stefan Weinzierl, Franz Zotter, Dieter Leckschat, Malte Kob, Sascha Spors, Bernhard Seeber [Abstract] Bei der Veröffentlichung von Audioaufnahmen in einem künstlerischen Kontext besteht in der Regel keine Notwendigkeit, die akustischen Bedingungen wie den absoluten Schallpegel, die Positionen von Quelle und Empfänger oder den raumakustischen Anteil der Aufnahme umfassend und präzise zu dokumentieren. Für wissenschaftliche Anwendungen, etwa bei der Verwendung als Quellsignal für virtuelle akustische Szenen, als Stimulus für Hörversuche oder als Trainings- und Testsignal für das Music Information Retrieval, ist eine Kenntnis dieser Faktoren jedoch häufig unverzichtbar. Als gemeinsame Initiative der Fachausschüsse Virtuelle Akustik, Hörakustik und Musikalische Akustik wurde daher ein DEGA-Memorandum erarbeitet, das eine Art Pflichtenheft für die Durchfuöhrung und Dokumentation von Audio-Produktionen fuör wissenschaftliche Anwendungen enthält. Der Beitrag stellt die Empfehlungen des Memorandums vor, ebenso eine Datenbank nachhallarmer oder -freier Audioproduktionen, die im Rahmen eines DEGA-Projekts nach diesen Vorgaben produziert wurde und unter einer freien Lizenz für wissenschaftliche Zwecke verfügbar ist.
15:20	Towards encoding perceptually salient early reflections for parametric spatial audio rendering Fabian Brinkmann, Hannes Gamper, Nikunj Raghuvanshi, Ivan Tashev [Abstract] Parametric spatial audio rendering provides a cost efficient means for perceptually convincing 3-D audio playback that is playback system agnostic and enables aesthetic modifications of the simulated rooms. We propose an end-to-end pipeline for parametric spatial audio rendering that is tested with nine simulated rooms spanning a large range of sizes and reverberation times. A key component of the pipeline is a perceptually inspired model for determining a minimal set of salient early reflections to reduce computational complexity. The results suggest that rendering six early reflections is indiscernible from a fully-rendered reference for the tested speech content and frequency-independent room simulations. However, the proposed model requires further improvements with respect to detecting and selecting the right early reflections. The code is available from https://github.com/microsoft/Perceptual_saliency_of_early_reflections.

Sitzungsleitung:

D. Beer, Fraunhofer IDMT P. Balazs, Institut für Schallforschung, ÖAW

8:40	Einfluss der Materialdämpfung auf den Klang verschiedener DML-Membranen Analena Vater, Benjamin Zenker, Sebastian Merchel, M. Ercan Altinsoy [Abstract] Eine vielversprechende Alternative zu konventionellen Kolbenlautsprechern sind DML (Distributed Mode Loudspeaker), welche eine Variante der Biegewellenlautsprecher darstellen. Hierbei wird durch die gezielte Erregung von Eigenmoden Schall abgestrahlt. Membraneigenschaften wie die Biegesteifigkeit, die Flächendichte und die Dämpfung haben folglich einen starken Einfluss auf die Klangqualität des Lautsprechers. Die untere Grenzfrequenz der Schallabstrahlung, die Koinzidenzfrequenz und die Modendichte werden durch das Verhältnis von Flächendichte zu Biegesteifigkeit bestimmt. Wird dieses Verhältnis konstant gehalten, z.B. bei der Verwendung verschiedener Membranmaterialien, können dennoch deutliche Klangunterschiede wahrgenommen werden. Diese Unterschiede sind auf die Dämpfung und das damit verbundene zeitliche und spektrale Verhalten zurückzuführen. Dieser Beitrag präsentiert einen Hörversuch zur akustischen Bewertung verschiedener DML-Membranmaterialien. Dabei wurde die Dämpfung der Materialien entweder direkt oder durch zusätzliches Auftragen einer dämpfenden Beschichtung variiert. Das Ziel dieser Studie ist es, den Einfluss der Dämpfung auf die Klangqualität der Membran zu beurteilen. Zudem wird die Frage beantwortet, ob isotrope Materialien mit gleichem Verhältnis aus Flächendichte und Biegesteifigkeit sowie vergleichbarer Dämpfung signifikant unterschiedlich bewertet werden. Ist dies nicht der Fall, so können DML-Materialien bei gleichbleibendem Klang ersetzt werden.
9:00	Detailanalyse von DE-Rollenaktoren für Lautsprecherantriebe Petko Bakardjiev, Markus Franke, Uwe Marschner, Andreas Richter, M. Ercan Altinsoy [Abstract] In der vorliegenden Arbeit werden weiterführende Untersuchungen zur Entwicklung eines innovativen magnetfreien Lautsprecherantriebs vorgestellt. Dieser wurde bereits in Form eines Funktionsdemonstrators präsentiert (DAGA 2016) und basiert auf einem mehrlagigen, kernlosen zylindrischen Aktor aus dielektrischem Elastomer (DEA), welcher als Antrieb einer konventionellen Lautsprechermembran verwendet wird. Bereits im Frühstadium der Entwicklung ließen sich mögliche Vorzüge hinsichtlich Gewichts-, Bauraum- und Kostenreduktion im Vergleich zu herkömmlichen elektrodynamischen Antrieben erkennen. Anhand eines umfassenden computergestützten Entwurfsprozess auf Grundlage materialtechnischer, konstruktiver und funktioneller Randbedingungen konnten extensive Parameterstudien durchgeführt werden. Die dazu entwickelten Modelle sind durch Abgleich zahlreicher messtechnischer Analysen exemplarischer Aktoren weiterentwickelt und validiert worden. Unter anderem war dazu die Entwicklung einer speziellen Ansteuerschaltung notwendig, die es erlaubt die notwendige Bias- und Signalspannung im Hochspannungsbereich unabhängig einzustellen. Die Untersuchungen zeigten, dass die mechanischen Schnittstellen des Aktors einen kritischen Einfluss auf das dynamische und modale Verhalten des Aktors und somit auf das resultierende akustische Frequenzverhalten haben. Darüber hinaus ermöglichen die erarbeiteten Modelle sowohl eine gute allgemeine Abschätzung des technologischen Einsatz- und Leistungspotenzials, als auch die Selektion von Parametersätzen für Vorzugslösungen in Bezug auf konkrete Leistungsanforderungen.
9:20	Vergleich von numerischen Lautsprechermodellen zur Simulation der Richtcharakteristik von linearen Lautsprecherarrays Friedrich Beyer, Tom Wühle, Sebastian Merchel, M. Ercan Altinsoy [Abstract] In dieser Arbeit werden verschiedene numerische Modelle von Lautsprechern verglichen, die sich in ihrer Komplexität unterscheiden und die Richtwirkung realer Lautsprecher entsprechend unterschiedlich detailreich abbilden. Dazu werden Simulationen eines linearen Arrays durchgeführt und der Einfluss des Richtverhaltens realer Lautsprecher auf die Richtcharakteristik des Arrays untersucht. Schließlich werden Optimierungsansätze vorgestellt, um die Richtwirkung des Arrays auf Grundlage der Simulationsergebnisse zu verbessern. Zum einen wird dazu die Richtcharakteristik der Lautsprecher bei der Positionierung selbiger im Array bewusst ausgenutzt. Zum anderen wird ein Ansatz mit 3D-Druck-Reflektorelementen vorgestellt, um das Richtverhalten der Einzellautsprecher im Sinne der Anwendung zu optimieren. Beide Ansätze verbessern die Richtwirkung des Arrays gegenüber der ursprünglichen Variante. Der Einfluss auf das Gesamtrichtverhalten des Arrays ist jedoch im Vergleich zu geometrischen Faktoren, wie Lautsprecherabstand oder Arraylänge, weniger stark ausgeprägt.
10:00	Design and directivity measurement of variable-directivity loudspeaker Bokai Du, Gottfried Behler, Michael Kohnen, Michael Vorländer, Xiangyang Zeng [Abstract] Sound field reproduction is usually conducted by omnidirectional or fixed directivity loudspeaker arrays. Preceeding investigations show that better reproduction performance can be achieved in the listening area when variable-directivity loudspeakers are used, while at the same time the sound field outside of the array can be controlled. Therefore, this study presents the design of a variable directivity loudspeaker using a combination of a monopole and a dipole. Directivities of the dipole part, monopole part and the whole loudspeaker are measured independently in a hemi-anechoic room using a turntable. Directivity control settings were measured and compared against theoretical expectations. Furthermore, the performance of a 32 loudspeaker array is evaluated.
10:20	Optimized Radiation Pattern and Time Response of Flat Panel Loudspeakers due to the Specific Damping of the Boundary Conditions Benjamin Zenker, Sebastian Merchel, M. Ercan Altinsoy [Abstract] In der heutigen Zeit stellen Biegewellenlautsprecher bzw. DML (Distributed Mode Loudspeaker) eine vielversprechende Alternative zu konventionellen Lautsprechern dar. Vor allem die unsichtbare Integration, z. B. als Schrankfront, als Projektionsfläche oder als Modul in einer Wand, eröffnet neue Gestaltungsoptionen. So ist es möglich, sehr große abstrahlende Oberflächen und Volumina in Räume zu integrieren, ohne das architektonische Raumdesign zu stören. Jedoch werden DMLs zum Teil wegen ihres ggf. geringeren Wirkungsgrades, der geringen Direktheit bei hohen Frequenzen und dem schlechteren zeitlichen Verhalten kritisiert. Aus fertigungstechnischen Gründen wird die Membran, die schwingende Fläche des DMLs, üblicherweise fest auf einem Rahmen verklebt. An diesem Rand treten Reflexionen auf, die für Interferenzen auf der Membran sorgen. Die dadurch angeregten Moden erhöhen den abgestrahlten Pegel aber sorgen gleichzeitig für ein schlechteres zeitliches Verhalten. Das Ziel dieser Studie ist es, den Einfluss dieser Randbedingungen auf das akustische Verhalten zu analysieren und zu optimieren. Dazu kommen numerische Methoden und die Vermessung realer Prototypen zum Einsatz. Es werden die Ergebnisse einer Untersuchung von drei Prototypen mit verschiedenen Randbedingungen vorgestellt. Dabei wird der Einfluss auf das Abstrahlverhalten und das zeitliche Verhalten diskutiert. Durch Erhöhen der Randdämpfung kann sowohl eine Verbesserung der Direktheit als auch eine starke Reduktion des Ausschwingverhaltens festgestellt werden.
10:40	Die Evolution der Kunstkopfmikrophone für die binaurale Aufnahmetechnik Martin Schneider [Abstract] Binaurale Aufnahme- und Wiedergabetechnik gewinnt zunehmend an Bedeutung, unter anderem durch die Verbreitung von Kopfhörern, Games sowie 360∘ und 3D Audio/Video-Formaten. Die Aufnahme mit einem Kunstkopf, bei Wiedergabe über Kopfhörer, bleibt die einfachste und geradlinigste Methode, immersive Aufnahmen zu produzieren. Heutige Kunstköpfe gehen auf Versuche am HHI / Berlin in den späten 1960ern zurück. Ziel war die Bewertung von Raumakustik mittels Kunstkopfaufnahmen. Diese Prototypen führten zum KU 80 (1973), der insbesondere auch für Kunstkopf-Hörspiele verwendet wurde. In den späten 1970ern wurde am IRT die Forschung fortgeführt. In Versuchen am IKA / Bochum wurden anhand eines Prototyps (1980) besser geeignete Ohren bestimmt. Diffusfeldentzerrung der Kunstkopfmikrophone reduzierte die klanglichen Fehler von Kunstkopfaufnahmen auch bei Lautsprecherwiedergabe. Ein IRT-Patent sowie die modifizierte Konstruktion für die Serie führten zum KU 81 (1981). Im heutigen Modell KU 100 (1990) ist eine Kombination aus akustisch-mechanischer und elektrischer Diffusfeld-Entzerrung realisiert. Während die meisten Kunstkopfmikrophone für messtechnische und audiologische Anwendungen konzipiert sind, ist der KU 100 ein Standard für die binaurale Aufnahmetechnik. Sei es direkt, als Stereo-Aufnahmemikrophon, oder indirekt, über seine Außenohrübertragungsfunktionen (HRTF) im binauralen Rendering, wird der KU 100 in vielen Anwendungen verwendet. Die akustische Evolution der vier genannten Kunstkopfgenerationen sowie Aspekte der technischen Realisierung werden erläutert.
11:00	Zufällige zeitvariante Filter in der Audiosignalverarbeitung Shristi Rajbamshi, Georg Tauböck, Peter Balazs, Luis Daniel Abreu [Abstract] Zeitvariante Filter haben enorme Bedeutung in der Audiosignalverarbeitung. Aus einem mathematischen Blickwinkel gesehen entsprechen zeitvariante Filter sogenannten ”Frame Multipliern”. Hierbei wird das Audiosignal zuerst einer Transformation unterzogen, typischerweise einer Zeit-Frequenz-Transformation, anschließend werden die resultierenden Transformationskoeffizienten mit einem ”Symbol” multipliziert, und zum Schluss wird ein Audiosignal re-synthetisiert. Durch eine entsprechende Wahl des Symbols lassen sich z.B. bestimmte Audiokomponenten hervorheben und/oder andere unterdrücken. In unserem Beitrag betrachten wir ”Frame Multiplier”, bei denen das Symbol zufällig gewählt wird. Insbesondere zeigen wir, dass das resultierende zufällige Filter bemerkenswerte mathematische Eigenschaften hat. Diese Eigenschaften ermöglichen es unter anderem, dass das Filter in hochgradig effizienter Weise für die Signalkompression verwendet werden kann. Hintergrund unserer Analysen ist das rezente mathematische Forschungsgebiet ”Compressive Sensing”.
11:20	LTFAT - Die Zeit-Frequenz Toolbox Peter Balazs, Nicki Holighaus [Abstract] The Large Time Frequency Analysis Toolbox (LTFAT) is a modern Octave/Matlab toolbox for time-frequency analysis, synthesis, coefficient manipulation and visualization. It’s purpose is to serve as a tool for achieving new scientific signal-processing developments as well as an educational tool. We will present an overview of the main features of this open source toolbox, among them the basic Gabor transform, its generalization, wavelet modules and general filterbanks. We will talk about the routines for constructing windows (filter prototypes) and routines for manipulating coefficients. We will show the real-time block processing framework as well as the access to a bunch of demo scripts devoted either to demonstrating the main functions of the toolbox, or to exemplify their use in specific signal processing applications.

Organisation:

D. Beer, Fraunhofer IDMT

11:40	Acoustic Localization of Emergency Vehicle Sirens in Traffic Mattes Ohlenbusch, Christian Rollwage, Jörg Bitzer [Abstract] The presence of emergency vehicles poses a considerable challenge to assistive and autonomous systems developed to assist in traffic-related processes. In order to enable such systems to correctly recognize and categorize the appearance of high priority vehicles, knowledge of their siren signals’ position or direction of arrival can be a great advantage in handling cases of emergency. The field of digital array processing has access to several methods for acoustic source localization, some of which are evaluated in this work regarding their applicability for siren localization. For signal-specific pre- and postprocessing, a range of steps are considered. Localization methods are then directly compared in real noise scenarios, with selected pre- and postprocessing steps applied to them. Robustness against source distance is analyzed and an experiment regarding moving siren localization with emergency vehicles is concluded. Results show that multiple methods perform sufficiently robust within the considered scenarios.
11:42	Messverfahren für Zeilenlautsprecher mit optimalen Multitonsignalen und Schmalbandanalysen Alexander Potchinkov, Stephan Herzog [Abstract] Wegen der mittlerweile in beträchtlicher Anzahl angebotener und installierter Zeilenlautsprecher mit digitaler Signalverarbeitung zur Einstellung einer gewünschten Richtcharakteristik ist eine Messtechnik zur Erfassung der frequenzabhängigen Richtcharakteristik notwendig. Da auch Zeilen mit Längen mehrerer Meter gestapelt werden können, sind Nahfeldmessungen mit ernfeldextrapolation an auf dem Boden liegenden und nach oben abstrahlenden Lautsprechern naheliegend. Über der Zeile und nah am Lautsprecher werden schrittmotorgeführte Mikrophone längs der Zeile bewegt, was automatisierte Messabläufe erlaubt.So wird ein sehr gutes Signal-/Störverhältnis erreicht, da Direktschallpegel sich deutlich von Raumreflexionen abheben. Ein spezieller Messraum ist nicht notwendig. Es werden zwei Messverfahren vorgeschlagen, ein iteratives Verfahren mit schrittweiser Fortbewegung einer Mikrophonzeile und ein gleitendes Verfahren mit einem Einzelmikrophon. Die Messignale sind Multitonsignale mit wahlweiser Terz-/Oktav-Skala oder dekadischer Frequenzskala. Da diese Skalen exponentiell sind,müssen die Phasen der Töne für einen geringen Crestfaktors mit nichtlinearer Optimierung gewonnen werden. Zur Berechnung der Fourierkoeffizienten auf dem dichten Messraster werden zwei hochselektive Schmalbandanalysetechniken vorgeschlagen. Bei der iterativen Messung mit nichtparametrischer Analyse wird ein gleitendes Görtzelverfahren mit Resonatorbank und komplexen Steady-State-Detektoren verwendet. Beim gleitenden Verfahren mit parametrischer Analyse wird eine überlappende gleitende Zeitfenstertechnik, ein Sinus-Modell mit fixen Frequenzen und nichtlinearer Parameterschätzung verwendet.
11:44	Fourierbasierte eindimensionale akustische Holographie zur Berechnung des Schallfelds von Lautsprechern Stephan Herzog [Abstract] In diesem Artikel stellen wir die Anwendung der Fourier-basierten akustischen Holographie in der Berechnung des zweidimensionalen Schallfelds von Zeilenlautsprechern vor. Grundlage der Berechnung ist die Messung des komplexen Schalldrucks auf einer Linie vor dem Lautsprecher im Nahfeld. Eine Messung im Nahfeld bietet einen sehr guten Signal-/Störabstand und es kann in vielen Fällen auf spezielle akustische Umgebungen verzichtet werden. Die Messung erfolgt mit Hilfe eines motorisiert positionierbaren Mikrofons vor dem Zeilenlautsprecher während der Bewegung des Mikrofons. Räumliche Messpunkte werden durch zeitliche Integration über das Messsignal gebildet, was eine variable räumliche Auflösung und bei gleichzeitig schneller Messung erlaubt. Ausgehend vom komplexen Schalldruck in den Messpunkten wird nach einer Vorverarbeitung der Messdaten mittels eines Ansatzes der Fourier-basierten akustischen Holografie das zweidimensionale Schallfeld des Lautsprechers in einer Ebene vor dem Lautsprecher berechnet. Die Implementierung mittels der FFT macht die Berechnung sehr effizient, wodurch der Rechenaufwand und somit die Berechnungszeit der vorgestellten Methode gegenüber Methoden wie der Überlagerung von Punktquellen oder Ansätzen aus dem Gebiet der Wellenfeldsynthese deutlich reduziert wird.
11:46	Entwicklung einer Simulationsumgebung zur Bewertung automatischer Mikrofonmischer Natanael Nieland [Abstract] Zum automatischen Mischen von Mikrofonsignalen existiert eine Vielzahl unterschiedlicher Algorithmen, was sich auch in der Vielfalt der heute verfügbaren Geräte zeigt. Eine Methode zur objektiven Bewertung der Verfahren hat sich bisher jedoch nicht etabliert, sodass ein Verfahren häufig basierend auf individuellen Erfahrungen beurteilt wird. Im folgenden Beitrag wird deshalb ein Gütemaß definiert, das die Auswirkungen von Nicht- und Fehlaktivierungen auf die Qualität des Mischsignals erfasst. Die zur Berechnung des Gütemaßes erforderlichen Signale werden während des Betriebs eines Mischverfahrens gewonnen. Um den Betrieb unter realistischen Umgebungsbedingungen zu simulieren, wurde eine Simulationsumgebung entwickelt, die Einflüsse von Nachhall und Störquellen, sowie die Eigenschaften der Quellen und Mikrofone berücksichtigt. Die Simulationsumgebung kann dazu genutzt werden die gängigen Verfahren zu vergleichen, Parameterwerte der Algorithmen bezüglich des eingeführten Gütemaßes zu optimieren und die Performance neuer Ansätze für eine Vielzahl möglicher Szenarien einzuschätzen.
11:48	Höranlagen für Hörgeschädigte - Ein Überblick über den aktuellen Stand der Technik Matthias Scheffe [Abstract] Höranlagen werden seit der Erneuerung der Barrierefreiheits-Norm DIN 18040-1 für öffentliche Gebäude deutlich stärker nachgefragt. Hier gibt es einen Überblick über die verschiedenen möglichen Höranlagen, die am Markt erhältlich sind bzw. in der Raumakustik-Norm DIN 18041 (auf die in der DIN 18040-1 verwiesen wird) als mögliche Lösungen beschrieben werden. Thema ist natürlich auch deren Funktionsweise. Weiteres Thema sind die Anforderungen aus der Schwerhörigkeit, die für die Auswahl der Signalquellen und die Signalbearbeitung relevant sind.
11:50	Normgerechte induktive Vollversorgung von Hallen mit variablen Tribünen Klaus-Hendrik Lorenz-Kierakiewitz, Dick De Leeuw [Abstract] Gemäß DIN 18040-1:2010-10 sind öffentlich zugängliche Gebäude grundsätzlich barraierefrei zu gestalten. Für Menschen mit Beeinträchtigungen des Gehörsinns ist dabei eine gemäß DIN EN IEC 60118-4 geplante und errichtete Induktionsanlage mit einer derartigen Schleifenform, dass der Wirkungsbereich normgerecht versorgt wird, trotz neuer Eintwicklungen noch stets und auf absehbare Zeit das Mittel der Wahl, um das Hören und damit Teilhaben in öffentlich zugänglichen Auditorien zu unterstützen, zumal diese Weise der Unterstützung Schwerhöriger nicht stigmatisierend ist, da keine Geräte ausgegeben werden müssen, anhand derer Schwerhörige als solche erkennbar sind. Dies gilt auch für große Hallen wie z. B. öffentliche Sporthallen, sowohl für die Spielfläche, als auch für etwaige Tribünen. Bei diesen wiederum gibt es neben den baulich fixen auch solche, die je nach Nutzung eingeschoben (Nutzung einer vergrößerten Fläche) oder heausgezogen werden können (für Wettkämpfe etwa). In diesem Beitrag soll veranschaulicht werden, wie es zu bewerkstelligen ist, eine fest verlegbare Schleifenform zu planen, die in der Lage ist, beide Situationen vollflächig normgerecht induktiv zu versorgen, ohne die Notwendigkeit der Anwendung von Schleifenkabeln in den verschiebbaren Abschnitten der Tribüne, was in der Praxis schwierig und störanfällig ist. Wichtigstes Hilfsmittel dabei ist eine Möglichkeit der Simulation der elektromagnetischen Feldstärke von schief im Raum liegenden Empfangsflächen.
11:52	Akustische Einflüsse von Lautsprecherblenden: Eine subjektive Untersuchung mit Hörversuchen Benedikt Beckenbauer [Abstract] Lautsprecherblenden sind fester Teil der Audio-Verarbeitungskette im Fahrzeug. Ihren Einflüssen auf die Qualität der Wiedergabe von Audiosignalen wird meist wenig Aufmerksamkeit geschenkt, obwohl sie das Hörerlebnis im Fahrzeug teilweise stark einschränken können. Um diese Einflüsse sowohl mit subjektiven als auch objektiven Messwerten numerisch belegen zu können, wurde mithilfe von Hörversuchen und physikalischen Messungen die Wiedergabe mit unterschiedlichen Lautsprechblenden untersucht. Der Betrachtungsschwerpunkt lag dabei vor allem auf der Abhängigkeit der Qualitätsänderung von konstruktiven Blendenattributen und geometrischen Anordnungen der Blende. Lautsprecherblenden wurden hinsichtlich folgender konstruktiver Eigenschaften untersucht: - Dicke d der Lautsprecherblende - Lochflächenverhältnis ε der Lochstruktur - Abstand h der Blende zum Lautsprecher Bei der objektiven Untersuchung mit Messungen von frequenzabhängigen Schalldruckpegeln wurde vor allem der große Einfluss des Abstands h auf den Frequenzgang, sowie die hochfrequente Dämpfung durch große Dicken d und kleine Lochflächenverhältnisse ε deutlich. Die aus zwei Teilen bestehende subjektive Untersuchung mit Hörtests zeigte auf, dass vor allem der durch den Abstand der Blende zum Lautsprecher verursachte Unterschied der Wahrnehmung als störend betrachtet wird. Das Klangbild und die Klangfarbe wird teilweise als stark verändert bewertet und die wahrgenommene geometrische Anordnung der Audioquelle verändert sich.

Sitzungsleitung:

B. Philippen, HEAD acoustic GmbH

8:40	High Frequency Dynamic Stiffness Measurements of Elastomer Mounts Andreas Schilp, Vera Böhm [Abstract] With regard to electric powertrains the high frequency dynamic stiffness of bushes and mounts - especially in the range above 1 kHz - is of importance for the vehicle development process. For combustion engine mounts the typical frequency range of structural noise ends at 1kHz. Electric engines or gear tooth systems nevertheless produce disturbing noise at higher frequencies. Lightweight body structures with high dynamic stiffness additionally shift the sensitive range upwards to higher frequencies. Therefore the importance of structure-borne noise paths in the high frequency range strongly increases. A short overview of standard test benches in the frequency range of typically up to 1 kHz is provided. Additionally we present a test stand which makes it possible to measure the transfer stiffness in a range of up to 3 kHz, still under static preloads of up to 5kN. The testbench measurements are compared with direct force and stiffness measurements on system and full vehicle level.
9:00	Bestimmung des dynamischen Übertragungsverhaltens von Elastomerlagern im Frequenzbereich von 2 kHz bis 10 kHz Jan Troge, Welf-Guntram Drossel, Martin Burkhardt, Eric Hensel, Marco Gnauck [Abstract] Die voranschreitende Ablösung klassischer Verbrennungsmotoren durch alternative Antriebskonzepte im Automobilbau wie z.B. Elektroantrieb oder Hybridantrieb hat eine andere akustische Wahrnehmung zur Folge. Elektrische Fahrantriebe zeigen oft sehr hochfrequente Geräuschanteile im Vergleich zum Verbrennungsmotor, die meist einen sehr tonalen Charakter haben und deshalb selbst bei geringen Schalldruckpegeln sehr gut wahrnehmbar sind. Für die akustische Optimierung von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren hat sich die Transferpfadanalyse (TPA) in der Automobilindustrie etabliert. In einem durch die Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen (FVV) finanzierten Forschungsprojekt soll die Eignung der TPA für Fahrzeuge mit Elektromotoren untersucht werden. Damit verbunden sind insbesondere Herausforderungen hinsichtlich des relevanten Frequenzbereichs bei Elektromotoren von f > 5 kHz. Für die Beschreibung von Transferpfaden von elektrischen Antrieben im Fahrzeug ist die Kenntnis des dynamischen Übertragungsverhaltens der verwendeten Elastomerlager von großem Interesse. Aktuelle Lagerprüfstände können bauartbedingt nur einen Frequenzbereich bis maximal 3 kHz abdecken. Dieser Beitrag beschäftigt sich daher mit der Entwicklung eines Prüfverfahrens zur Bestimmung der dynamischen Steifigkeit von Elastomerlagern unter statischer Vorlast im Frequenzbereich von ca. 2-10 kHz. Aufgrund des hohen Frequenzbereichs ergeben sich besondere Anforderungen an die Konstruktion, die überkritische Entkopplung des Prüfaufbaus sowie den dynamischen Anregungsmechanismus. Mit Hilfe des Prüfaufbaus ist es möglich, die vollständige Steifigkeitsmatrix eines Elastomerlagers in Achsenrichtung zu bestimmen.
9:20	Eine Brückentechnologie zur Kombination von Versuch und Simulation mittels in-situ-TPA Matthias Wegerhoff, Roland Sottek, Haiko Brücher [Abstract] Zur Verkürzung von Entwicklungsprozessen und um entscheidende Produkteigenschaften möglichst frühzeitig absichern zu können, sind neue Methoden der Produktentwicklung gefragt. Diese müssen aus der Datenlage zum jeweiligen Entwicklungsschritt das Maximum an Informationen über das zukünftige Produkt generieren können. Der Bereich Computer-Aided Engineering (CAE) gewinnt daher zunehmend an Bedeutung. CAE ermöglicht es, zu einem frühen Zeitpunkt im Entwicklungsprozess Produkteigenschaften vorherzusagen und reale Prototypen zum Teil durch numerische Modelle (virtuelle Prototypen) zu ersetzen. Der Übergang von versuchsbasierten Methoden hin zu numerischen Ansätzen ist allerdings ein großer Schritt. Häufig ist eine rein numerische Betrachtung nur eingeschränkt angesichts folgender Gründe möglich: aufwändige Modellbildung, fehlende Daten bzw. Eingangsdaten mit großen Unsicherheiten, fehlende Expertise oder nicht an numerische Methoden angepasste Entwicklungsprozesse. Daher adressiert diese Arbeit eine ”Brückentechnologie”, die die Vorteile messtechnischer und numerischer Methoden kombiniert und eine optimale Prüfung der Eigenschaften des zu entwickelnden Produktes ermöglicht. Dafür wird ein anregendes Subsystem mit seiner Strukturdynamik, basierend auf gemessenen Beschleunigungen, mittels in-situ TPA durch äquivalente Kräfte (Equivalent Forces: EF) beschrieben. Im Allgemeinen sind die EF unabhängig von der Trägerstruktur (z. B. Prüfstand, Anwendungsumgebung) des Subsystems. Durch die Einkopplung der EF in ein strukturdynamisches Simulationsmodell wird die Abstrahlung der Empfängerstruktur prognostiziert und auralisiert.
10:00	Untersuchung des Einflusses von Randbedingungen auf die Vergleichbarkeit von numerischer und experimenteller Modalanalyse Fabian Duvigneau, Frederik Hähnlein, Christian Daniel, Peter Schrader, Elmar Woschke, Daniel Juhre [Abstract] Im Rahmen der Bewertung von Simulationsmodellen kommt der Validierung der dynamischen Systemeigenschaften mittels experimenteller Modalanalyse eine sehr große Bedeutung zu. Zentraler Punkt ist dabei der Abgleich der Eigenfrequenzen und der Eigenformen. Im Gegensatz dazu gestaltet sich eine zuverlässige Bestimmung der Dämpfung meist schwierig. Diese wird signifikant durch die Randbedingungen beeinflusst, die diesbezüglich häufig nur unzureichend charakterisiert sind. Im Rahmen dieses Beitrags wird der Einfluss unterschiedlicher Randbedingungen hinsichtlich der Vergleichbarkeit von numerischer und experimenteller Modalanalyse untersucht. Dafür werden verschiedene Randbedingungen, die aus mechanischer Modellsicht identisch sind, bezüglich der resultierenden Messergebnisse verglichen und hinsichtlich ihrer Eignung für Validierungszwecke bewertet. Als Probekörper dienen eine Rechteckplatte und eine Ölwanne aus Aluminiumguss. Letztere wird auch bezüglich realistischer Montagebedingungen an einem Zylinderkurbelgehäuse untersucht. Für die experimentelle Modalanalyse wird ein Laser-Scanning-Doppler-Vibrometer verwendet. Die numerischen Analysen werden mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM) durchgeführt. Es werden mögliche Fehlerquellen und weitere Einflussfaktoren auf das Ergebnis der experimentellen Modalanalyse sowie das Potential einer beliebigen Umlenkung diskutiert. Diese hat das Ziel, optisch nicht direkt zugängliche Oberflächenbereiche mit dem Laserstrahl zu erreichen und erfolgreich vermessen zu können.
10:20	Inside Matrix Inversion for TPA: How to prove if regularization is really needed! Serafima Anisovich, Roland Sottek [Abstract] Source characterization by means of a Matrix Inversion Method (MIM) is very often an ill-posed problem: the solution can be very sensitive to small perturbations in the measured data. In general, the condition number of the matrix (ratio of smallest and highest singular value) is taken as an indicator of how ill-posed the problem is: The solution is more sensitive for higher condition numbers. The range of the condition number is between one and infinity. There are no clear suggestions for a maximum condition number that should not be exceeded for a given matrix. The application of regularization techniques for the treatment of ill-conditioned matrices leads to smaller condition numbers. However, regularization is based on reducing the contributions to the solution from the smallest singular values. This can lead to a loss of physically important information. Therefore, the principle ”the smaller the better” does not work here straightforwardly. In this paper we present an extended analysis of the problem, taking into account the matrix itself and the physics of the given application example.
10:40	Simulation der Fahrzeugakustik mit energiebasierter Finite-Elemente- Methode und energiebasierter Randelemente Methode Henning Lohmann, Olgierd Zaleski, Otto Von Estorff [Abstract] Simulationen des NVH-Verhaltens mit klassischen Verfahren wie der Finite-Elemente-Methode oder Randelemente-Methode stoßen bei großen Modellen oder im hohen Frequenzbereich an Ihre Grenzen. Eine Alternative bieten energiebasierte Methoden bei denen durch eine gröbere Diskretisierung weniger Freiheitsgrade verwendet werden können. Bei der hier vorgestellten energiebasierten Finite-Elemente-Methode (EFEM) wird im Vergleich zur statistischen Energieanalyse (SEA) aufgrund einer Diskretisierung der Substrukturen die Energiedichteverteilung genauer beschrieben. Zudem ist es möglich bereits bestehende FEM-Modelle für eine Berechnung der akustisch relevanten Eigenschaften auch im hohen Frequenzbereich zu verwenden. In diesem Beitrag wird die Anwendung der EFEM, sowohl auf Komponenten- als auch auf Gesamtfahrzeugebene vorgestellt. Durch eine Kombination der EFEM mit der energiebasierten Randelemente-Methode ist es zudem möglich die Schallabstrahlung im hohen Frequenzbereich für große Außenraumprobleme effizient zu berechnen.
11:00	Methoden für die akustische Analyse und Bewertung von E-Achs-Getrieben Johannes Knieper, Johannes Blickensdorff [Abstract] Für die Bewertung der akustischen Performance eines integrierten elektrischen Antriebs müssen je nach Produkt- und Kundenanforderung individuell anpassbare aber auch ebenso robuste NVH- Metriken im Entwicklungsprozess angewandt werden. Sowohl die akustische Abstimmung von Einzelkomponenten als auch das Gesamtsystem stehen dabei im Fokus: Mechanisches Zusammenspiel von Wälzlagern, Getriebestufen und E-Maschine(n) aber auch wahrnehmungskritische lokale Resonanzüberhöhungen in definierten Betriebszuständen. Im Unterschied zu einer subjektiven Bewertung im nahezu serienreifen Versuchsträger besteht die Herausforderung im Entwicklungsprozess darin, bereits zu einem sehr frühen Zeitpunkt belastbare Aussagen zum Geräuschverhalten eines komplexen Teilsystems für ein Fahrzeug machen zu können. Akustische Basiskriterien sollten sichere d.h. quantitative Aussagen liefern und sowohl bei Simulations- als auch Versuchsergebnissen nahtlose Anwendbarkeit garantieren. Sie müssen zeitnah mit Kunden abstimmbar, zukunftssicher (bei möglichst optimaler Vergleichbarkeit zu Vorgängerprojekten) und sowohl in Lastenheften als auch End of Line Umgebungen implementierbar sein. Die genannten Anforderungen implizieren eher eine Reduktion der Komplexität: Weg von einer einzigen umfassenden Metrik, hin zu einer Reihe von Basiskriterien, die modular anwendbar sowie interdisziplinär und konzernweit in ihrer Gesamtheit einfacher zu kommunizieren sind. Der Vortrag zeigt anhand eines Produktbeispiels die grundsätzliche Herangehensweise im Design- und Validierungsprozess und stellt einige bewährte Basiskriterien für die akustische Analyse und Bewertung von E-Achsgetrieben vor.
11:20	Messdatenbasierte Charakterisierung von Körperschallquellen in sechs Freiheitsgraden unter „blocked force“- Randbedingungen Martin Burkhardt, Eric Hensel, Welf-Guntram Drossel [Abstract] Für alle Methoden der Transferpfadanalyse (TPA) ist eine Beschreibung des Quelltherms unabdingbar. Die Möglichkeiten der Quellcharakterisierung sind genauso verschieden wie die anwendbaren Verfahren. Für die klassischen Methoden wird die Quelle im Einbauzustand mit Rückwirkung der Fahrzeugstruktur betrachtet, während für die komponentenbasierte TPA die Quelle rückwirkungsfrei von der angekoppelten Struktur beschrieben wird. Neben der TPA wird die Quellcharakterisierung auch im Produktentwicklungsprozess zur Bewertung des aktuellen Baustandes, zum Variantenvergleich oder zur Komponentenfreigabe eingesetzt. Auch in diesen Fällen soll die Quelle rückwirkungsfrei vom Prüfaufbau charakterisiert werden. Die Einhaltung der notwendigen Randbedingungen zur Messung freier Schwingschnellen ist bei den meisten Komponenten praktisch nicht möglich. Basierend auf bisherigen Erfahrungen hat sich in vielen Bereichen eine direkte Kraftmessung zur Quellcharakterisierung etabliert. Die Realisierung eines rückwirkungsfreien Prüfaufbaus zur Messung dynamischer Kräfte birgt jedoch ebenfalls einige Herausforderungen. Im Beitrag wird ein Aufbau vorgestellt, mit dem eine direkte Kraftmessung an einem Punkt in sechs Freiheitsgraden durchgeführt werden kann. Es wird auf die notwendigen Randbedingungen zur Annäherung an die idealisierte ”blocked force”-Annahme eingegangen und die am Prüfaufbau vorzutreffenden Randbedingungen messtechnisch nachgewiesen. Mit den charakterisierten sechs Freiheitsgraden (drei Kräfte und drei Momente) wird die strukturdynamische Antwort an einem Referenzpunkt berechnet und mit Betriebsmessungen gegenübergestellt.

Organisation:

B. Philippen, HEAD acoustic GmbH

11:40	Array Signal Processing Techniques for Analysis of Acoustic Vehicular Sources Felipe Rembold Petraglia, Jonas Stienen, Julio Torres, Michael Vorländer [Abstract] Road traffic is an important component of urban noise, regarded by the World Health Organization as the third type of pollution that most affects the population of large cities. The auralization technique stands out as an intuitive tool for assessing environmental noise, but does not yet explore the sound characteristics to provide an accurate hearing experience. In this context, it is desirable for a database containing vehicle sounds to be provided to the auralization systems, but these signals must be previously located and isolated from other sound sources. This paper presents a performance evaluation and comparison of two direction of arrival (DoA) algorithms employed to extract the directivity of vehicular acoustic sources. One of the algorithms is based on the generalized cross-correlation (GCC), whereas the other employs the minimum variance distortionless response (MVDR) beamformer. Based on the estimated source locations, spatial filtering is then performed using two beamforming approaches, namely the Delay-and-Sum and the MVDR. The above methods are applied to the data acquired by eleven circularly arranged microphones, and their selectivities are compared considering different velocities.
11:42	Systemauslegung zur Schwingungs- und Geräuschreduzierung Duo Xu, Markus Zimmermann [Abstract] Angesichts der wachsenden Komplexität der vibroakustischen Entwicklung kann der traditionelle Entwicklungsprozess den aktuellen Anforderungen nicht mehr gerecht werden. Typischerweise nachdem die Entwicklungsanforderungen eines mechanischen Systems (z. B. Schalldruckpegel am Ohr des Fahrers) festgelegt sind, können sie nicht auf einzelne Komponenten heruntergebrochen werden. Ohne explizite Zielvorgaben haben die entsprechenden Entwicklungsabteilungen oft Schwierigkeiten, wirksame Maßnahmen zur vibroakustischen Verbesserung zu erarbeiten und den Erfolg der Komponentenentwicklung in der frühen Entwicklungsphase zu überprüfen. Im Rahmen von diesem Forschungsprojekt wurde ein neuer Entwurfsprozess für das NVH-Engineering komplexer mechanischer Systeme entwickelt, indem die Geräuschanforderungen auf Systemebene mithilfe der sogenannten Vernetzten Auslegung quantitativ auf Komponentenebene herunterzubrechen. Auf diese Weise wird das Systemdesign in Komponentendesign zerlegt. Der maximal zulässige Bereich jedes Konstruktionsparameters wird auf Grund der System- und Komponentenmodellierung berechnet. Solange der Designparameter im abgeleiteten Bereich bleibt, werden die Systemanforderungen garantiert erfüllt. Quantitative Komponentendesignziele geben den Ingenieuren klare Anweisungen, um wirksame vibroakustische Maßnahmen zu ermitteln und Komponenten zu entwickeln. Am Ende des Entwicklungsprozess wird zuerst jede Komponente und zum Schluss das Gesamtsystem verifiziert. Die vorgeschlagene Methode wird ein systematisches Verfahren bieten, um das Geräusch und die Schwingung komplexer mechanischer Systeme zu reduzieren und gleichzeitig multidisziplinäre Entwicklungsanforderungen zu erfüllen. Es wird den Produktentwicklungsprozess erheblich beschleunigen, indem Design-Iterationen reduziert werden.
11:44	Akustikprüfstand für Elektromotoren – Bewertung der Tonhaltigkeit und der Geräuschqualität M. Ercan Altinsoy, Markus Klemm, Florian Spanka, Tim Holzhäuser [Abstract] Die akustische Qualität von Elektromotoren rückt immer stärker in den Fokus der Forschung. Für die akustische Optimierung des emittierten Luft- und Körperschalls eines Elektromotors ist die Kenntnis der Schallentstehungs und -Ausbreitungsmechanismen von zentraler Bedeutung. In diesem Vortrag wird die Entwicklung und den Aufbau eines Prüfstandes für akustische Messungen an Elektromotoren vorgestellt. Dieser besteht im Wesentlichen aus dem zu vermessenden Elektromotor (Prüfling) und zusätzlichen Funktionskomponenten, welche Einfluss auf die Akustik des Prüflings haben (Lagerung, Bremse, Last, etc.). In dieser Studie, im Gegensatz zu herkömmlichen Prüfständen wurde der Fokus insbesondere auf die Lagerung der Motoren gelegt. Die Geräusche von Elektromotoren besitzen verschiedene Tonale Komponente. Im Rahmen der Studie ist der Einfluss verschiedener Signalparameter auf die Tonhaltigkeit untersucht worden. Psychoakustische Eigenschaften verschiedener Elektromotorgeräuschen (wie Lautheit, Schärfe oder Rauigkeit) wurden bewertet und analysiert.
11:46	Active Sound Design in an NVH Simulator - HiL and SiL Approach Bernd Philippen [Abstract] In electric or hybrid vehicles interior Active Sound Design (iASD) sets emotions or gives acoustic feedback that the physical engine sound might not offer. Engine Sound Enhancement (ESE) masks cylinder deactivation or makes the sound of downsized combustion engines more powerful. In a software-in-the-loop (SiL) or hardware-in-the-loop (HiL) approach the sound generating device can already be tuned in an NVH simulator considering the actual driving sound. The NVH simulator is an interactive playback of wind noise, tire-road noise and physical engine sound. The driver closes the loop by listening to the sound and controlling the pedals. The benefit of the HiL approach is that the hardware platform of the vehicle is used in a very early development phase. The sound designer can work with the target platform to achieve a faster workflow without compromises from the design phase to the production phase. The SiL approach enables the use of established tools for sound creation building the bridge between creative musicians and engineers. The proposed approach speeds up the process because the sound is perceived according to the driving dynamics and the masking noise is already considered in a prototype phase. The real vehicle is only needed for a final tuning.

Sitzungsleitung:

K. Pfaffelhuber, Autoneum Switzerland AG

13:40	Dröhnen im Fahrzeuginneren Florian Doleschal, Gloria T. Badel, Jesko Verhey [Abstract] Zur perzeptiven Charakterisierung von Fahrzeuginnengeräuschen müssen mehrere Empfindungsgrößen herangezogen werden. Der vorliegende Beitrag betrachtet die Empfindungsgröße ”Dröhnen”. Hierzu wurden den Versuchspersonen im Fahrzeuginnenraum aufgenommene Geräusche dargeboten, die diese sowohl kategorial, als auch im vollständigen Paarvergleich bewerten sollten. Da sich in der Praxis häufig große Diskrepanzen zwischen den Bewertungen von Experten und Nichtexperten, als auch zwischen den einzelnen Versuchspersonen ergeben, ist ein übereinstimmendes Verständnis der zu bewertenden Größe erforderlich. Hierzu wurde einer Nichtexpertengruppe vor Versuchsbeginn ein synthetisches Einführungsgeräusch präsentiert. Die Versuchsergebnisse zeigen, dass zwischen den Ergebnissen der Kategorialskalierung und des Paarvergleichs eine hohe Übereinstimmung vorliegt, d.h., dass die Versuchspersonen konsistent bei dieser Empfindungsgröße geantwortet haben. Ein Vergleich mit der Bewertung der Geräusche durch eine Expertengruppe zeigt darüber hinaus eine hohe Übereinstimmung der Bewertung dieser beiden Versuchspersonengruppen. Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass das hier gewählte Versuchsdesign zu einem gemeinsamen Verständnis von Experten und Nichtexperten bezüglich der Empfindungsgröße Dröhnen geführt hat.
14:00	Verbesserung des Vorbeifahrts- und des Roll-Innengeräuschs mit schallabsorbierenden Unterbodenverkleidungen Frank Uhl [Abstract] Unterbodenverkleidungen mit straßenseitigem Schallabsorptionsvermögen zeigen eine erhebliche akustische Wirksamkeit auf das Roll-Außengeräusch sowie das Roll-Innengeräusch. Im Vergleich zu konventionellen Unterbodensystemen werden experimentelle Untersuchungen auf Labor- und Fahrzeugebene bei Verwendung derartiger Maßnahmen gezeigt. Insbesondere der Themenkreis Vorbeifahrtsgeräusch nach ECE R51.03 stand hierbei im Fokus.
14:20	Untersuchungen zur Schallpegelreduktion des Reifen-Fahrbahngeräuschs durch absorbierende KFZ-Unterbodenverkleidungen mittels Transferpfadanalyse Klaus Pfaffelhuber, Michael Scheinhardt [Abstract] Seit der Einführung der ECE-Norm für Geräuschemission R51.03 spielt der Anteil des Reifen-Fahrbahngeräuschs eine grosse Rolle für den zu ermittelnden Gesamtpegel bei der Vorbeifahrtprüfung. Mit der Verschärfung der Grenzwerte in den nächsten Jahren sind insbesondere bei Fahrzeugen mit grossen Reifen technische Lösungen zur weiteren Pegelreduktion nötig. Schallabsorbierende Unterbodenverkleidungen können hierbei einen massgeblichen Beitrag leisten. An einem Pkw der Mittelklasse wurden Transferpfadanalysen zwischen Reifen-Fahrbahn Kontaktflächen und Vorbeifahrtmikrofon durchgeführt. Hierbei wurden die Winkel zwischen Fahrzeug und Mikrofon variiert um verschiedene Fahrzeugpositionen während der Vorbeifahrt zu simulieren. Die Ergebnisse bei unterschiedlich absorbierenden Unterbodenverkleidungen und unterschiedlicher Verkleidungsanordnung werden präsentiert.
14:40	Acoustic Model Reduction for the Design of Acoustic Treatments Thanos Poulos, Kambiz Kayvantash, Sandrine Le Corre, Jonathan Jacqmot [Abstract] Due to constant evolution in both noise regulations and noise comfort standards, noise reduction inside the vehicle remains one of the main issues faced today by the automotive industry. One of the most efficient methods for noise reduction is the introduction of acoustic treatments, made of multilayered trimmed panels. Constraints on these components, such as weight, packaging space and overall sound quality as well as the amount of possible material and geometrical combinations, have led automotive OEMs to use innovative methods, such as numerical acoustic simulation, so as to evaluate noise transmission in a fast and cost-effective way. While the computational cost for performing such analyses is insignificant for a limited number of configurations, the evaluation of multiple design parameter combinations early in the design stage can lead to non-viable computation times in an industrial context. This paper presents a framework for the efficient, almost real-time evaluation of quality indicators, such as the sound transmission loss, using machine learning techniques, with data from a limited amount of acoustic simulations. The resulting model can be further used for optimizing the behavior of the acoustic treatment. The performance of the proposed methodology is demonstrated on an industrial firewall panel application.
15:00	Nutzung des akustischen Fenster- und Deckenprüfstands zur Entwicklung und Auslegung von Dämmungs- und Dämpfungsbauteilen bei Volkswagen Silje Korte, Uwe Schievelbusch [Abstract] Volkswagen in Wolfsburg betreibt seit 2003 einen akustischen Fenster- und Deckenprüfstand. In der Wandöffnung ist üblicherweise ein Vorderwagen verbaut, in der Bodenöffnung eine Fahrzeugbodengruppe oder eine ebene Platte zur Materialbewertung. Zusätzlich gibt es noch eine kleine Wandöffnung zur Messung an Einzelkomponenten, beispielsweise Tüllen. Die Messungen erfolgen mit einer an einem sechsachsigen Industrieroboter montierten Schall-Intensitätssonde, die Prüfobjekte (z.B. die innenraumseitige Stirnwanddämmung eines Vorderwagens) werden konturgenau mit einem definierten Abstand vermessen. Der Prüfstand wird für Systemvergleiche von Dämmungsbauteilen, für Schwachstellenanalysen, zur Überprüfung von akustischen Vorgaben sowie zur Validierung von Simulationsrechnungen eingesetzt. Mit den Untersuchungen können beispielsweise systemische Änderungen an Baugruppen bewertet werden: Über den Vergleich der Schalldämmmaße eines Dämmbauteils mit Durchbrüchen im Serienzustand und mit maximal verschlossenen Durchbrüchen wird festgestellt, was pegelbestimmend für den Fahrzeuginnenraum ist, um Optimierungen durchzuführen. Viele der Untersuchungen im Prüfstand tragen zu einer erheblichen Reduzierung von Fahrzeugmessungen bei. Wichtige Erkenntnisse liefern auch Messungen an Bauzustände, die im Fahrbetrieb nicht realisierbar sind. Messungen an Komponenten sind in einer frühen Entwicklungsphase möglich, in der noch keine Fahrzeuge zur Verfügung stehen. Der Fenster- und Deckenprüfstand hat sich zu einem unverzichtbaren Standardwerkzeug in der Akustikentwicklung bei Volkswagen entwickelt, die Untersuchungsergebnisse fließen kontinuierlich in zukünftige Fahrzeugprojekte ein.
15:20	Identifikation sensitiver Parameter zur Systemabstimmung in der niederfrequenten Fahrzeugakustik Lukas Berk, Christian Adams, Elena Maja Slomski-Vetter, Tobias Melz [Abstract] Konzeptänderungen von Fahrzeugen können während der Entwicklungsphase zur Veränderung des prognostizierten Schalldrucks im Fahrgastraum führen. Zur Erfüllung eines akustischen Zielbildes ist daher eine sukzessive Abstimmung des Systems nach abgeschlossenen Entwicklungsphasen notwendig. Für die Reduzierung von Gewicht und Änderungsaufwand sollen Bereiche hoher Sensitivität identifiziert werden, um eine hohe Maßnahmeneffizienz zu gewährleisten. In einem FE-Modell stellen die Parameter Steifigkeit, Dämpfung und Masse variable Eigenschaften der Balken- oder Schalenelemente dar. Das Fluid im Innenraum des Modells wird von den umgebenden Flächenbeitragsleistern erregt. Der Schalldruck wird durch den direkten Einfluss eines Parameters oder dessen Interaktionseffekte auf Phasen und Amplituden der Flächenbeitragsleister abgestimmt. Zur Selektion sensitiver Parameter wird eine Screening-Methode ausgewählt und angepasst. Der physikalische Haupteffekt zur Beeinflussung des niederfrequenten Schallfeldes ist die Modifikation der Phasen der Flächenbeitragsleister. In der umschlossenen Kavität wird dieser Effekt durch die Minimierung des Summenpegels indirekt als Zielgröße berücksichtigt. Zur qualitativen Bewertung der Haupt- und Nebeneffekte wird auf Basis einer Parameterstudie die Morrismethode ausgewählt. Um Rechenzeit einzusparen, wird ein verteilungsbasiertes Sampling implementiert. Sensitive Parameter werden mithilfe der Morrismethode zuverlässig detektiert. Die Auswahl erfolgt anhand eines Morris-Plots manuell und mithilfe eines Userinterfaces. Dadurch werden notwendige Informationen bereitgestellt, um das akustische Zielbild zukünftig anhand von Leichtbaumaßnahmen und Designmodifikationen effizient beeinflussen zu können.

15:40	Spektro-temporale Geräuschmanipulationen als Grundlage zur Erforschung der Empfindungsgröße Wummern Gloria T. Badel, Florian Doleschal, Jesko Verhey [Abstract] Die Empfindungsgröße Wummern kann in bestimmten Fahrsituationen im Innenraum eines Fahrzeuges auftreten. Um eine detaillierte Charakterisierung dieser Empfindungsgröße zu erreichen, sind Hörversuche mit einer hohen Anzahl an Stimuli unerlässlich. Zudem sollte der Stimuluskorpus so gewählt werden, dass ein möglichst großer Dynamikbereich für die Empfindungsgröße gewährleistet ist. In diesem Projekt wurden daher reale Fahrzeuginnengeräusche mithilfe spektro-temporaler Manipulationen verändert. Die Signale wurden von Nichtexperten in Hörversuchen bezüglich der Empfindungsgröße Wummern bewertet. Daneben wurden im Experiment auch Daten zur Angenehmheit der Signale erhoben. Die Ergebnisse erlauben Rückschlüsse auf die Gewichtung einzelner Frequenzbänder, sowie auf den Einfluss der Modulationsfrequenzen auf die Empfindung Wummern. Sie sollen als Grundlage für eine zukünftige modellhafte Beschreibung dieser Empfindungsgröße dienen. Zudem erlaubt dieser Beitrag eine Aussage über den Zusammenhang zwischen der Stärke des Wummerns und der Angenehmheit des Signals.
15:42	Der Klang alter Zweitakt-Motorräder - Teil 1 Udo Wagner, Matthias Domke, Peter Holstein, Jens Kleemann, Jörg Neugärtner [Abstract] Die DAGA wird 50 Jahre alt. Wir wollen altersmäßig nicht nachstehen und etwas noch älteres zum Klingen bringen. Die Motorräder, die uns akustisch interessiert haben und deren Klang unverwechselbar ist, sind zum Teil älter als die Autoren selbst. Der Beitrag ist nicht rein wissenschaftlich ausgelegt sondern dient auch dazu, den Klang alter Technik geeignet zu beschreiben und zu ”konservieren”. Da die Messungen im Standbetrieb durchgeführt wurden, haben wir uns auf Klangprobleme an den Auspuffanlagen von 2-Takt-Oldtimern konzentriert.
15:44	Simulation von Automobilglasscheiben unter realistischen Lasten Arne Rotermund, Christopher Blech, Michael Hartmann, Sabine C. Langer [Abstract] Die Innenraumakustik von Automobilen bekommt eine immer größere Bedeutung. Wellenauflösende mechanische Modelle zur Prognose der Schalltransmission verschiedener Quellen in den Innenraum bieten einen guten Zugang für das Verständnis von akustischen Phänomenen und der Optimierung des akustischen Gesamtsystems. Die Anregung der Fahrzeugscheiben durch Turbulenzen und von der Strömung erzeugten akustischen Feldern führt zu Scheibenvibrationen, welche in der gekoppelten Fluidkavität (Fahrgastzelle) Schalldrücke induziert. Verbundglasscheiben können als akustische Maßnahme helfen, die Schalltransmission und damit den Schalldruckpegel in der Fahrgastzelle zu reduzieren. In diesem Beitrag werden mechanische Modelle von Einfach- und Verbundglasscheiben mit Hilfe der Finite Elemente Methode (FEM) gelöst und untereinander verglichen. Dabei ist das Ziel ein validiertes parametrisiertes Modell für Verbundglasscheiben mit visko-elastischer Zwischenschicht aus Polyvinylbutyral (PVB) zu erstellen. Solch ein Modell erlaubt die Entwicklung optimaler Seitenscheibenkonfigurationen unter realistischen Lasten. Es werden 2D und 3D Modelle angewendet und ein Vergleich untereinander sowie gegen Messdaten gezeigt. Für die Berücksichtigung von Zwischenschichten im Verbundglas wird der Ansatz von Ross-Kerwin-Ungar untersucht und mit einem voll aufgelösten 3D Kontinuum validiert. Die Homogenisierung der drei Schichten auf Materialparameter einer visko-elastischen Mindlinplatte führt zu keinem signifikanten Fehler, sodass eine effiziente Simulation möglich ist.

Sitzungsleitung:

B. Philippen, HEAD acoustic GmbH

16:40	Einfluss von Vibrationen auf die Wahrnehmung psychoakustischer Empfindungsgrößen bei Fahrzeuggeräuschen Arne Oetjen, Louis Krause, Mechthild Meierott, Steven Van De Par [Abstract] Akustische Bewertungen von Fahrzeuggeräuschen werden in der Regel im Labor vorgenommen, da nur auf diesem Weg eine kontrollierte Schalldarbietung und der direkte Vergleich zwischen einzelnen Fahrzeugen möglich sind. In einer solchen Laborsituation werden die Geräuschaufnahmen oft jedoch ohne das Zusammenwirken mit anderen sensorischen Einflüssen präsentiert. Solche Einflüsse können visuelle Eindrücke, Gerüche, Beschleunigung oder Vibrationen aus der Fahrzeugstruktur sein. Es kann angenommen werden, dass die Art und Stärke der Ganzkörpervibrationen einen Einfluss auf die wahrgenommene Ausgeprägtheit verschiedener psychoakustischer Empfindungsgrößen hat, da die Frequenzen der im Kfz auftretenden Vibrationen oft mit den Modulationsfrequenzen in der akustischen Domäne übereinstimmen. In einem Bewertungsversuch wurden Aufnahmen von Fahrzeuggeräuschen und -vibrationen auf einem Vibrationsprüfstand mit Fahrersitz und Lenkrad dargeboten. Die ProbandInnen bewerteten die Geräusche bezüglich der Größen ”Wummern”, ”Brummen”, ”Dröhnen” und ”R-Rauigkeit” wobei die Vibrationen jeweils beim Originalpegel und um 6dB abgesenkt und angehoben dargeboten wurden. In den Bewertungen ist ein Einfluss der Variation der Vibrationsstärke auf die wahrgenommene Ausgeprägtheit der psychoakustischen Empfindungen feststellbar. Auch verläuft die Beeinflussung der Bewertungen nicht linear mit der Änderung der Vibrationsstärke. Diese Erkenntnisse geben sowohl Auskunft über die Anwendbarkeit rein akustischer Laborbewertungen auf die Geräuschqualität des realen Fahrzeugs als auch über das Zusammenspiel von Vibrationen und der akustischen Wahrnehmung.
17:00	Zur Tonhöhe als Syntheseparameter für die empfundene Geschwindigkeit bei der aktiven Klanggestaltung im Fahrzeug Mirko Djukic, Andreas Herweg [Abstract] Das Themengebiet ”Active Sound Design” (folgend: ASD) gewinnt in der Fahrzeugentwicklung an stetig wachsender Bedeutung. Gleichermaßen steigen dabei die Anforderungen bei der Gestaltung, Parametrisierung und Applikation synthetischer Geräusche. AVAS (Acoustic Vehicle Alerting System) als ASD-Anwendung ist mittlerweile gesetzlich vorgegeben, sodass synthetische Außengeräusche für elektrifizierte Fahrzeuge Warn- und Hinweisfunktionen erfüllen müssen. Synthetische Geräusche und Klangdefinitionen können zusätzlich die wahrgenommene Produktqualität des Fahrzeugs im Fahrzeuginnenraum verbessern. Insgesamt ergibt sich dadurch großes Potential, die Mensch-Maschine-Kommunikation zu optimieren. Unter Rücksichtnahme psychoakustischer Erkenntnisse kann eine Klanggestaltung unternommen werden, die im Fokus der menschlichen Wahrnehmung und Intuition steht. Modellierung von Empfindungsgrößen kann dabei unterstützen, eine zielorientierte Gestaltung zu unternehmen. In Hinblick auf elektrifizierte Fahrzeuge wurden bereits in der Vergangenheit Untersuchungen durchgeführt, die sich mit der Wechselwirkung der Tonhöhe von verschiedenen Signalformen und der empfundenen Geschwindigkeit auseinandergesetzt haben. Unter Laborbedingungen zeigten sich signifikante Zusammenhänge für den benötigten Grad der Tonhöhenänderung für verschiedene Signalarten und Grundtonhöhen in Abhängigkeit verschiedener Geschwindigkeiten. Dieser Untersuchungsgegenstand wurde in weiteren Studien verfolgt. Dabei wurde ein aktives Versuchsdesign umgesetzt, indem Versuchspersonen die empfundene Geschwindigkeitszunahme und -Abnahme interaktiv steuern und dabei die passende Tonhöhe einstellen und beurteilen können. Im Rahmen des Beitrags erfolgt eine Einordnung der Themenstellung, sowie die Vorstellung aktueller Ergebnisse und Erkenntnisse.
17:20	Korrelationsstudie dynamischer Messgrößen, bezogen auf die subjektive Lästigkeit komplexer mechatronischer Funktionsgeräusche Michael Röhrich, Robert Henneberger, Stefan Sentpali [Abstract] Der elektrische Kältemittelverdichter steht nach Wegfall seines prominenten Maskierers zunehmend im Fokus akustischer Optimierungsmaßnahmen. Da die Geräusche von mechatronischen Systemen sowohl komplexe Frequenz- als auch Zeitmuster haben, reicht eine alleinige Bewertung des Schalldruckpegels nicht aus, um die Bandbreite des subjektiv empfundenen Gehörspektrums wieder zu spiegeln. Die Bewertung mit Hilfe nur einer akustischen Kenngröße führt nicht zu eindeutigen Ergebnissen. Deshalb wird in dieser Arbeit eine lästigkeitsäquivalente Metrik entwickelt. Normalerweise basiert eine solche Metrik auf Luftschallmessungen. Jene sind an Funktionsprüfständen aber nicht immer realisierbar. Deswegen werden weitere dynamische Messgrößen (Körperschall, Kraft, etc.) zur Korrelation herangezogen. Von diesen stehen Messdaten in großer Menge zur Verfügung. Als Grundlage zur Erstellung der Metrik dient ein Jury-Test. Mit diesem werden die aufgestellten Thesen untersucht. Die Hörversuche wurden unter Beachtung des ”Kompendiums zur Durchführung von Hörversuchen in Wissenschaft und industrieller Praxis” durchgeführt. In diesem Beitrag werden die Ergebnisse dieses Tests diskutiert.
17:40	Benchmark-Analyse verschiedener Tonhaltigkeitsmodelle anhand von Luftschallmessungen an aktuellen Fahrzeug-Elektromotoren Sebastian Schneider, Florian Doleschal, Jan Hots, Arne Oetjen, Hermann Rottengruber, Jesko Verhey [Abstract] Der akustische Qualitätseindruck eines Fahrzeugantriebstrangs wird beim Kauf eines Pkw stetig relevanter. Dabei nimmt die wahrgenommene Geräuschqualität des Motoraggregates eine Schlüsselrolle ein. Doch nicht nur der Verbrennungsmotor besitzt eine eigene Charakteristik seiner Haupt- und Nebengeräusche, sondern ebenfalls der immer häufiger thematisierte Elektromotor. Gerade mit der weiter voranschreitenden Elektrifizierung der Fahrzeugantriebe wird die Geräuschabstrahlcharakteristik jener Antriebskonfigurationen ebenfalls immer wichtiger. Um die Angenehmheit von Geräuschen zu bewerten, werden psychoakustische Größen verwendet. Sind es bei der Bewertung von Verbrennungsmotoren noch vor allem die Kenngrößen Impulshaftigkeit, Rauigkeit oder Schärfe, so ist die relevante Größe bei der Geräuschbewertung von Elektromotoren die Tonhaltigkeit. Hierbei gibt es neben der DIN-normierten Tonhaltigkeit verschiedene Modellansätze zur Beschreibung dieser Kenngröße. Eine Benchmark-Analyse dieser Modelle mit Messdaten aktueller Elektromotoren wäre hinsichtlich der Untersuchung der Vor- und Nachteile der einzelnen Modelle äußerst hilfreich für die weitere Entwicklung akustisch optimierter Elektromotoraggregate. Außerdem kann dadurch abgeschätzt werden, welche Tonhaltigkeitsmodelle am besten geeignet sind, um eine Aussage über die Geräuschqualität im Fahrzeuginnenraum zu tätigen. Die Untersuchungen beinhalten stationäre Motorbetriebspunkte sowie transientes Betriebsverhalten in einem akustisch relevanten Drehzahl-Last- Bereich für eine umfassende Analyse aller verfügbaren Modelle.
18:00	Quantifizierung des Einflusses des Rauheitsspektrums auf das Beschleunigungsdichtespektrum der Schiene bei Zugüberfahrt Ina Richter, Katja Stampka, Ennes Sarradj [Abstract] Ein wesentlicher Anregungsmechanismus von Rollgeräuschen an Schienenfahrzeugen ist die Rauheit der Schienenoberfläche bzw. der Radlauffläche. Beim Überfahren kommt es im nichtlinearen Kontakt durch die Rauheiten zur Schwingungsanregung sowohl des Rades als auch der Schiene. Der Beitrag der Schiene zum Gesamtrollgeräusch wird dabei wesentlich durch die Stärke des Beschleunigungdichtespektrum (BDS) der Schiene bestimmt. In diesem Beitrag wird der Einfluss der Schienenrauheit auf das BDS der Schiene während einer Zugüberfahrt untersucht, um den Einfluss des nicht nichtlinearen Hertzschen Kontaktes aufzuzeigen. Es wird ein Modell von Nordborg im Zeitbereich für eine Parameterstudie verwendet. Diskutiert wird der Einfluss des Pegels des Rauheitsspektrums in Kombination mit der Zuggeschwindigkeit und der Radart auf das BDS der Schiene.

Sitzungsleitung:

T. Fingscheidt, TU Braunschweig, Institut für Nachrichtentechnik C. Eichenlaub, Alstom Transport Deutschland GmbH

14:00	Einfluss verschiedener Radquerschnitte auf Rollgeräusche bei Schienenfahrzeugen Christian Klaus, Katja Stampka, Ennes Sarradj [Abstract] Rollgeräusche stellen bei mittleren Geschwindigkeiten die dominante Geräuschquelle bei Schienenfahrzeugen dar. Während bei tiefen Frequenzen der Anteil der Schiene dominant am Rollgeräusch ist, wird bei höheren Frequenzen der Radanteil wichtiger. Auf Seite des Rades wird neben der Rauheit der Lauffläche den Radialmoden des Rades der größte Einfluss auf das Rollgeräusch zugeschrieben. Daher wird das Modalverhalten mehrerer Räder untersucht. Positive Effekte werden durch den Kontaktfiltereffekt, steifere Konstruktionen und eine symmetrische Masseverteilung um die Radmittelachse erwartet. Daraus resultieren fünf Radentwürfe mit systematischen Abwandlungen der Radquerschnitte. Zur Beurteilung der Querschnittsänderungen werden die Rezeptanzen der Räder mithilfe der Finite-Elemente-Methode bestimmt. Im Anschluss wird sowohl die Lage als auch die Ausprägung der Radialmoden der unterschiedlichen Räder miteinander verglichen und es werden mögliche Auswirkungen auf das Rollgeräusch diskutiert.
14:20	Finite-Differenzen-Verfahren zur Vorhersage der Track Decay Rate Katja Stampka, Ennes Sarradj [Abstract] Bei mittleren Fahrgeschwindigkeiten von Schienenfahrzeugen ist das Rollgeräusch dominant. Dabei werden die Schallanteile sowohl von der Schiene als auch vom Rad abgestrahlt. Das durch die Schiene verursachte Rollgeräusch wird dabei von verschiedenen Faktoren bestimmt, wie der Gesamtrauheit, der Zuggeschwindigkeit und der Struktur, die unter der Schiene verbaut ist. Um den Oberbau zu charakterisieren, wird die Track Decay Rate (TDR) der Schiene gemessen, die ein Maß für das Abklingverhalten der Schiene darstellt. Vorgestellt wird ein neues numerisches Verfahren auf Grundlage der Finiten-Differenzen-Methode (FDM) im Zeitbereich. Die Schiene wird für dieses Verfahren als ein unendlicher Euler-Bernoulli-Balken, welcher verschieden gebettet werden kann, angenähert. Die Schwingungsantwort des Systems wird mit einem impliziten Crank-Nicolson-Verfahren mit Ordnung 2 bestimmt. Aus der Schwingungsantwort wird die TDR nach DIN EN 15461 berechnet. Numerische Ergebnisse werden mit gemessenen TDRs von Schienen mit Oberbauten mit kontinuierlicher als auch mit diskreter Lagerung verglichen und diskutiert. Außerdem wird die TDR für Aufbauten mit nicht äquidistanten Schwellenabständen bzw. variierenden Steifigkeiten der Zwischenlagen vorhergesagt.
14:40	Wie unterscheidet sich die Reaktion von Passanten bei Vorhandensein oder Fehlen eines Stationär-Geräuschs? Lisa Steinbach, M. Ercan Altinsoy [Abstract] Bei der Generierung von synthetischen Geräuschen für elektrisch angetriebene Fahrzeuge spielt neben der Ästhetik auch der Sicherheitsaspekt eine große Rolle. Die Detektionsfähigkeit eines Warngeräusches aus einem Hintergrundgeräusch ist für die Funktionserfüllung eines solchen Geräusches essentiell. Die EU-Verordnung erlaubt eine freiwillige Einführung eines stationären Geräusches, welches aus Sicht der Blindenverbände jedoch bei weitem nicht ausreichend ist, um die Sicherheit für gefährdete Verkehrsteilnehmer zu gewährleisten. Diese Arbeit analysiert die Fragestellungen, ob künstlich erzeugte Stationär-Geräusche die Sicherheit von schwächeren Verkehrsteilnehmern in sicherheitskritischen Situationen beeinflussen. In einer Verkehrssituation, in welcher es für Fußgänger mit Seheinschränkungen sicherheitsrelevant ist, den Betriebszustand eines Fahrzeuges auditiv zu erkennen, werden unterschiedliche Stationär-Geräusche in Verbindung mit einem Fahrgeräusch auf ihren Wahrnehmungseinfluss getestet.
15:20	Messung zum Nachweis ausreichender Sprachverständlichkeit in Schienenfahrzeugen Dennis Mann, Christoph Eichenlaub, Deborah Brosig, Ferdinand Bruns, Leon Paul [Abstract] In den technischen Spezifikationen für die Interoperabilität (TSI) bezüglich der Zugänglichkeit des Eisenbahnsystems der Union für Menschen mit Behinderungen und Menschen mit einge-schränkter Mobilität (TSI PRM) werden Anforderungen an die Sprachverständlichkeit in Schie-nenfahrzeugen gestellt. Der STIPA-Wert gesprochener Informationen gemäß Anhang B der EN 60268 16:2011 mindestens 0,45 betragen. Diese Anforderung an die Lautsprecheranlage des Fahrzeugs muss an jedem Sitzplatz und jedem Rollstuhlplatz erfüllt werden. Weder die TSI PRM noch die darin referenzierte EN 60268-16:2011 stellen konkrete Anforde-rungen an den Nachweisweg, die Fahrzeugzustände oder die Messpositionen. Da Prüflaborato-rien auch den Zeit- und Kostenaufwand für Konformitätsnachweise optimieren wollen, scheint es sinnvoll, die Erfüllung an vorab als besonders ungünstig eingeschätzten Positionen bei re-präsentativen Fahrzeugzuständen zu überprüfen und daraus die Aussage über die Einhaltung der Anforderung für das gesamte Fahrzeug und alle anderen Betriebszustände mit ausreichen-der Sicherheit zu schließen. Entscheidend hierfür ist, ob ein valides Verfahren zur Auswahl der Messpositionen und Be-triebsbedingungen etabliert werden kann. Der Beitrag zeigt anhand von Messdaten, ob die Vor-gehensweise der Auswahl und Verallgemeinerung zu einem verwendbaren Anforderungsnach-weis führt.
15:40	Computation of speech clarity indicators in a car accounting for background noise Arnaud Caillet, Joseph Venor, Simon Martin, Massimiliano Calloni, Oussama Fatmi [Abstract] In the context of the increase of customer requirements for the quality of the audio system in cars and the new regulation regarding emergency calls, evaluating the speech clarity in vehicles has become more important. The background noise around the vehicle is playing an important role to evaluate this parameter. This paper will present a workflow to evaluate the speech clarity indicators using ray tracing method with a realistic background noise computed in a previous step using Statistical Energy Analysis (SEA). On a first step a car SEA model will be excited with realistic loads from powertrain, rolling noise and windnoise to evaluate the sound pressure level in the vehicle. On a second step, a ray tracing model based on the SEA model geometry of the interior of the vehicle is created to evaluate the speech clarity indicators. The influence of the background noise on the speech clarity will be demonstrated. The influence of a design change in the vehicle sound package will be investigated.
16:00	Konsistente Aktive Geräuschgestaltung für Hybridfahrzeuge Markus Bodden, Torsten Belschner [Abstract] Hybridfahrzeuge stellen aus akustischer Sicht das komplexeste Szenario in Bezug auf die Innengeräuschzusammensetzung dar, werden aber bisher im Vergleich zum betriebenen Aufwand der aktiven Optimierung von Fahrzeugen mit reinem Verbrennungsmotor vernachlässigt. Dieses Szenario wird durch die gesetzliche Anforderung, Hybridfahrzeuge mit einem Fußgängerwarnsystem (AVAS) auszustatten, noch weiter erschwert. Der Fahrer wird inhomogenen Geräuschkompositionen aus rein elektrischen oder verbrennungsmotorgetriebenen Fahrgeräuschen, unterschiedlichen Kombinationen aus beiden, sowie den im Innenraum hörbaren Anteilen des AVAS-Geräusches ausgesetzt. Dies führt zu einer inkonsistenten akustischen Darstellung des Fahrzeugs und stellt hohe Anforderungen an die NVH-Performance, die darauf abzielen muss, alle unterschiedlichen akustischen Beiträge auf ein Minimum zu reduzieren - diese führt zu hohen Kosten und erhöhtem Gewicht. Active Sound Methoden bieten einen eleganten und kostensparenden Ansatz, um dieses Problem zu lösen, da sie die Implementierung eines stringenten Klangkonzepts ermöglichen. Die verschiedenen Fahrweisen müssen so dargestellt werden, dass sie vom Fahrer noch erkannt werden können, gleichzeitig müssen aber die Übergänge harmonisiert und ein geschlossener Gesamteindruck erzeugt werden. Das Konzept für eine entsprechende Umsetzung wird vorgestellt und diskutiert.
16:20	Low-tone planetary gears – feasibility study for gear noise reduction Philipp Neubauer, Joachim Bös, Tobias Melz [Abstract] Inequidistant gears are characterized by uneven tooth thicknesses and uneven tooth positions. They are designed to minimize tonal gear noise by rendering the teeths’ meshing irregular. In recent years, the principle of inequidistant gears, developed at the research group SAM at TU Darmstadt, was successfully applied to spur gears and helical gears (see DAGA 2018 and DAGA 2019, for example). However, in many drive train applications, as those in automotive and robotic industry, planetary gears are used. Therefore, this paper evaluates the noise reduction potential of inequidistant planetary gears. The requirements for the design of inequidistant planetary gears are presented and discussed. An exemplary inequidistant planetary gear set and an equivalent conventional planetary gear set with regular toothing are designed. The excitation forces of both planetary gear sets due to the elastic deformation in the mesh are determined by means of numerical simulations. The radiated airborne noise is estimated by calculating the sound radiation of a simplified housing using the fundamental equation of machine acoustics. The results show that the principle of inequidistant gears is also suitable to reduce the noise of planetary gears. Finally, the chances and risks of inequidistant planetary gears regarding their practical application are discussed.
16:40	Modeling and experimental validation of in-plane wheel vibrations due to tire non-uniformity Zhe Liu, Kian K. Sepahvand, Yintao Wei, Steffen Marburg [Abstract] Tire non-uniformities give rise to rolling force variation at the spindle during steady-state rolling. The higher-order harmonics of the axial forces caused by the tire uniformity subsequently induce the noise within the passenger car. This paper presents a multi-body model for analyzing the characteristics of the force transmissibility of non-uniform tire. The analytical model includes mass imbalance, stiffness non-uniformity, and radial run-out. The model is established based on a three-dimensional ring on an elastic foundation model. Considering the non-uniformity of the tire, the variations of the force on the tire-road contacting area and the length of the footprint are analyzed. The longitudinal and radial forces are calculated and validated by the experimental data. The higher-order harmonics of in-plane axial force vs. the velocity and frequency are given. The proposed model provides a method which should greatly improve the dynamic characteristics of tire/wheel assemblies.

Sitzungsleitung:

J. Lindmaier, Umweltbundesamt T. Myck, Umweltbundesamt

13:40	Mittel- und Langfriststrategie des UBA zur Fluglärmminderung Jörn Lindmaier, Juliane Bopst [Abstract] In Vorbereitung zum UBA Forum mobil & nachhaltig am 6. und 7. November 2019 in Berlin hat das UBA eine Strategie für den Luftverkehr der Zukunft erarbeitet, vorgestellt und diskutiert. Der Luftverkehr der Zukunft soll bis 2050 umwelt- und klimaschonend, treibhausgasneutral und lärmarm ausgestaltet sein. Die Strategie beinhaltet sowohl Empfehlungen für eine umfassende Neugestaltung der ökonomischen Rahmenbedingungen, als auch eine weitreichende Klimaschutz- und Lärmschutzstrategie für den Luftverkehr sowie planerische Konzepte zur Verkehrsverlagerung. Neue Zielwerte der Weltgesundheitsorganisation zeigen, dass die Lärmbelastungen an Flughäfen weiter reduziert werden müssen. Für den nächtlichen Lärmschutz empfiehlt das UBA daher bis zum Jahr 2050 auf allen stadtnahen Flughäfen den regulären Flugbetrieb zwischen 22 und 6 Uhr einzustellen. Nicht vermeidbare nächtliche Flüge wären dann an wenigen Flughäfen in dünn besiedelter Umgebung abzuwickeln. In seiner Strategie hat das UBA konkrete Werte zu dem anzustrebenden Niveau der Lärmbelastung am Tag hergeleitet. Es empfiehlt die Mittelungspegel in Wohngebieten tagsüber bis 2050 an alle deutschen Flughäfen auf 58 dB(A) zu begrenzen. Bis 2030 sollte ein Mittelungspegel von 63 dB(A) nicht überschritten werden. Dieser Vortrag erläutert die Herleitung dieser Pegelwerte sowie die Konsequenzen für einzelnen Flughafen-Standorten in vereinfachter Form.
14:00	Sensitivitätsanalyse des Schalltransmissionsverhaltens einer Flugzeugrumpfstruktur auf externe akustische Quellmodelle Christian Hesse [Abstract] Die gezielte Auslegung von Lärmschutzmaßnahmen für die Flugzeugkabine erfordert verlässliche und effiziente Berechnungsmethoden des Schalltransmissionsverhaltens. Die Schalltransmission beginnt bei den individuellen Quellen (z.B. Triebwerke) und überträgt sich über die turbulente Grenzschicht auf die Rumpfaußenhaut wobei diese zu Schwingungen angeregt wird. Die Umströmung des Rumpfes führt dabei durch Konvektion zu einer Streckung der Wellen in Strömungsrichtung und eine Stauchung entgegen der Strömungsrichtung. Des Weiteren interagieren die Wellen mit der turbulenten Grenzschicht und führen so insbesondere entgegen der Strömungsrichtung zu einer Reduktion der anregenden Schalldruckschwankungen. Im tieffrequenten Bereich ist die Schallübertragung der Rumpfstruktur im Wesentlichen geprägt von den globalen Strukturmoden. Im mittleren bis hohen Frequenzbereich beteiligen sich zunehmend lokale Moden der einzelnen Hautfelder am Schalldurchgang. Der vorliegende Beitrag beschreibt das Schalltransmissionsverhalten von der Quelle bis zu den Schallwechseldrücken in der Kabine. Die wesentliche Herausforderung besteht dabei in der Integration von heterogenen Modellen. Ein Finite-Elemente Modell des Acoustic FlightLAB-Demonstrators, dem Rumpf eines Kurzstreckenflugzeugs, wird als Strukturmodell verwendet. Als analytische Quellmodelle werden die Basismodelle Monopol und Dipol, sowie lineare und laterale Quadrupole untersucht und deren Transmission im Wellenzahlbereich beschrieben. Dabei werden insbesondere Parameter der Flugmachzahl und der Grenzschichtdicke variiert und der Einfluss auf die Einkopplung in die Strukturschwingungen sowie die Passagierkabine quantifiziert.
14:20	Berücksichtigung der Flugbahn im Lärmarmen Flugzeugvorentwurfsprozess Jason Blinstrub [Abstract] Im lärmarmen Flugzeugvorentwurfsprozess werden Konzept- und Parameterstudien durchgeführt, um eine Auswahl an möglichst leisen aber dennoch kosteneffizienten Flugzeugkonzepten für eine vorgegebene Mission zu erarbeiten. Die Lärmimmission jedes einzelnen Flugzeugentwurfs wird dabei nicht nur durch die Flugzeuggeometrie, sondern vor allem durch die Betriebsbedingungen (Klappenstellung, Schub, Fluggeschwindigkeit, Flughöhe) entlang einer berechneten, möglichst lärmarmen Flugbahn bestimmt. Wie eine lärmarme Flugbahn aussieht, hängt jedoch sowohl von den relevanten Lärmquellen, als auch von den betrachteten Immissionsorten ab. In diesem Beitrag wird vorgestellt, wie die Flugbahn im lärmarmen Flugzeugvorentwurfsprozess berücksichtigt werden muss. Anhand einer Flugzeugkonfiguration wird die Abhängigkeit der Immissionspegel von der Flugbahn und von der Position der betrachteten Immissionsorte verdeutlicht. Weiterhin wird veranschaulicht, welche Lärmquellen für den Gesamtlärm am Boden verantwortlich sind. Zusammenfassend wird gezeigt, dass im Flugzeugvorentwurf neben standardisierten Flugbahnen auch individuelle, lärmarme Flugbahnen berücksichtigt werden müssen, um das Lärmminderungspotential von neuartigen Flugzeugkonzepten vollständig ausschöpfen und bewerten zu können.
14:40	Geräuschemissionen ziviler Überschallflugzeuge Thomas Myck, Berthold Vogelsang [Abstract] Gegenwärtig wird der zivile Luftverkehr mit Flugzeugen durchgeführt, die im Unterschallbereich fliegen, d. h. mit einer Geschwindigkeit kleiner Mach 1. Zukünftig ist jedoch zu erwarten, dass Business Jets und manche Verkehrsflugzeuge wieder, wie einst die Concorde, mit Überschallgeschwindigkeit fliegen werden. So werden voraussichtlich ab dem Jahr 2026 gewerbliche Überschallflüge durchgeführt werden. Hierfür werden derzeit insbesondere in den USA und Japan zivile Überschallflugzeuge entwickelt. Der Betrieb dieser Flugzeuge erfordert u. a. Vorschriften über die Lärmzulassung, die zurzeit auf internationaler Ebene erarbeitet werden. Dabei wird angestrebt, dass die Flugzeuge beim Start und bei der Landung die derzeit für Unterschallflugzeuge geltenden aktuellen Lärmgrenzwerte einhalten, also den Anforderungen nach dem Anhang 16, Band I, Kapitel 14, der Internationalen Zivilluftfahrt-Organisation ICAO genügen. Eine Besonderheit beim Überschallflug ist, dass nicht nur während der Start- und Landephase Geräuschimmissionen in der Flughafenumgebung verursacht werden, sondern auch beim Reiseflug. Dabei können Überschallknalle auftreten, die auch bei großen Flughöhen am Boden noch hörbar sind. In diesen Beitrag wird die Geräuschentwicklung ziviler Überschallflugzeuge aufgezeigt und analysiert. Dabei wird sowohl auf die Entstehung der Geräuschemissionen als auch auf konstruktive und flugbetriebliche Möglichkeiten zur Geräuschminderung eingegangen.
15:00	Modelle für Pegelhäufigkeitsverteilungen zur Berechnung von Fluglärm Ullrich Isermann [Abstract] Analysiert man gemessene Maximalpegel-Häufigkeitsverteilungen von einzelnen oder sinnvoll grup-pierten Flugzeugtypen, so ähneln diese Normalverteilungen. Dies muss bei der Ermittlung von Beur-teilungsgrößen, die auf Maximalpegelverteilungen basieren, zwingend berücksichtigt werden. In den 80er Jahren wurde für die NAT-Berechnung ein Modell normalverteilte Pegel entwickelt, das im Jahr 2008 dann auch seinen Eingang in die AzB fand. Erste Probleme mit normalverteilten Pegeln traten auf, als im Rahmen des Ausbauvorhabens BBI Kriterien NAT=0 berechnet werden sollten: Dies erfordert eine Verteilungsfunktion, deren Definitionsbereich zumindest nach oben begrenzt ist. Dieses Problem lässt sich durch Verwendung einer modifizierten Normalverteilung umgehen, die in einem endlichen Intervall definiert ist. Aber auch bei der Ermittlung von Auswachreaktionen AWR sind normalverteilte Pegel bei der Umsetzung in Software nur sehr umständlich zu handhaben: Hier muss das Produkt aus Verteilungsfunktion und einem Expositions-Wirkungs-Polynom integriert werden. Dazu wird in der Regel auf klassierte Pegel zurückgegriffen, was aufwändig zu programmieren ist. Beide Anwendungsprobleme können dadurch gelöst werden, dass man als Verteilungsfunktion ein geeignetes Polynom verwendet, dessen Integral in einem Intervall [-a,+a] zu Eins wird. Im Rahmen des Vortrags werden sowohl eine modifizierte Normalverteilung als auch geeignete Polynome vorgestellt und hinsichtlich der Berechnung von NAT und AWR für charakteristische Flugbetriebsfälle miteinander verglichen.
15:20	Einfluss der Flugbahndiskretisierung auf die Lärmimmission Till Raitor, Jason Blinstrub [Abstract] Für die Berechnung von Fluglärm ist die Diskretisierung der Flugbahnen ein wesentlicher Schritt. In der ”Anleitung zur Berechnung von Lärmschutzbereichen” (AzB), die in Deutschland nach dem ”Gesetz zum Schutz gegen Fluglärm” (FluLärmG) das Verfahren zur Berechnung von Lärmschutzbereichen festlegt, erfolgt die Diskretisierung der Flugbahn nach einem definierten Segmentierungsverfahren. Hierbei ergeben sich die einzelnen Diskretisierungspunkte unter anderem aus der Verschneidung der horizontalen Flugstrecke mit dem vertikalen Flugprofil, der Pegeländerung entlang der Flugbahn, sowie dem Abstand zum jeweiligen Immissionsort. Im Gegensatz hierzu steht ein Zeitschrittverfahren, bei dem die Flugbahn in äquidistante Zeitschritte zerlegt wird. Dieses Zeitschrittverfahren ist nicht Teil der AzB, ermöglicht jedoch eine deutlich einfachere Programmierung. Des Weiteren lassen sich mit dem Zeitschrittverfahren bestimmte Effekte, wie zum Beispiel die konvektive Verstärkung oder die Zeitretardierung, untersuchen. Die vorliegende Untersuchung zeigt, dass sich aufgrund der beiden unterschiedlichen Diskretisierungsverfahren Differenzen in den Immissionswerten von mehr als 1 dB lediglich bei beschleunigter Bewegung der Luftfahrzeuge in der Nähe der Start- und Landebahn ergeben.
15:40	Aircraft Noise Modeling of Departure Flight Events based on Radar Tracks and Actual Aircraft Performance Parameters Christoph Strümpfel, Josephin Hübner [Abstract] The development and improvement of noise abatement procedures (NADP) requires precise knowledge about the current aircraft noise situation around airports. Whereas the present noise situation can be measured and monitored the estimation of future aircraft noise around airports based on new flight procedures must be calculated using approved modeling methods (e.g. ECAC Doc 29). However, a valid assessment of NADP variants requires modeling of the present noise situation too. A method will be presented in this paper, which enables the calculation of noise footprints from real departure flights using the approved noise modeling software Aviation Environmental Design Tool (AEDT). The precise calculation of noise footprints from departure flights bases on a detailed dataset about the flight trajectory from radar data, including the estimation of aircraft performance parameters, flight operational procedures and high-fidelity weather data. Subsequently, the dataset is implemented into the modeling software and the calculated noise metrics (L_A,MAX) are validated with noise measurements of the corresponding flights. In an application example, the paper shows the results of a noise assessment for a major German airport, where the method for noise calculation of real flight events was used to examine the most suitable NADP for the airport during night time.

Sitzungsleitung:

J. Becker-Schweitzer, Hochschule Düsseldorf, ISAVE

13:20	Bodenbewuchsabhängiger meteorologischer Korrekturfaktor C0 Mattias Trimpop [Abstract] Die TA-Lärm basiert bei der Berechnung der Beurteilungspegel auf den Langzeit-Mittelungspegeln. Um diesen aus den in der Regel bei ausbreitungsgünstiger Wettersituation ermittelten Immissionspegeln zu erhalten wird eine meteorologische Korrektur in der TA-Lärm verwendet. Diese ist von dem Abstand zwischen Quelle und Immissionsort, der Emissions- und Immissionshöhe, der Ausbreitungsrichtung und einem für das entsprechende Gebiet definierten meteorologischen Korrekturfaktor abhängig. Dieser meteorologische Korrekturfaktor wird in der Regel von den Genehmigungsbehörden vorgegeben, kann jedoch auch explizit mit vorhandenen Windstatistiken berechnet werden. Dazu sind dann Angaben nötig, welche ausbreitungsrichtungsabhängig Dämpfung in Quer- und Gegenwind angenommen wird. Diese ausbreitungsrichtungsabhängigen Dämpfungen beziehen sich jedoch auf eine Standardausbreitungssituation, die der Ermittlung dieser Werte zugrunde lag. Bei Langzeitmessungen über verschiedene Bodenbewuchse wurde jedoch deutlich, dass gerade die Immissionspegel (und damit die windrichtungsabhängigen Dämpfungen) in Quer- und Gegenwind stark von dem Bodenbewuchs abhängig sind. Der Vergleich von parallel laufenden Langzeitmessungen über Wald- und Grasflächen (bei ansonsten gleichen Randbedingungen) zeigte, dass der Bodenbewuchs einen deutlichen Einfluss auf die windrichtungsabhängigen Dämpfungen hat. Die Messwerte der Langzeitmessung werden in dem Vortrag vorgestellt und diskutiert. Weiterhin wird vorgestellt, was geänderte Quer- und Gegenwinddämpfungswerte für den meteorologischen Korrekturfaktor bedeuten (können).
13:40	Beurteilung der Wahrnehmung der Schallemission von Wärmepumpen Christian H. Kasess, Christoph Reichl, Holger Waubke, Piotr Majdak [Abstract] Wärmepumpen sind eine vielfältig einsetzbare Technologie zur Raumwärmebereitstellung, Warmwasserbereitung und Kühlung von Gebäuden. Aufgrund ihres großen Potenzials, einen substanziellen Beitrag zum Umbau des Energiesystems zu leisten gewinnen sie stetig an Bedeutung. Das Hauptaugenmerk liegt bei Wärmepumpen naturgemäß auf der Energieeffizienz des Gerätes. Durch den zunehmenden Einsatz von Wärmepumpen spielen allerdings die von ihnen produzierten Geräusche eine immer größere Rolle. Die Anwendung lärmmindernder Maßnahmen welche sich möglichst wenig auf die Effizienz auswirken sollten ist daher ein wichtiges Forschungsthema. Wie solche Maßnahmen akustisch zu beurteilen sind ist wie auch bei anderen Arten von Umgebungslärm eine wichtige Forschungsfrage. Ziel der vorliegenden Untersuchung war es, Geräusche von Wärmepumpen richtungsabhängig und unter Anwendung verschiedener, potentiell lärmmindernder, Maßnahmen psychoakustisch zu evaluieren. Untersucht wurden stationäre Geräusche 4 unterschiedlicher Wärmepumpenvarianten welche in einer schallabsorbierend ausgekleideten Klimakammer aufgenommen wurden. Der Richtungseffekt wurde untersucht, indem Aufnahmen der Geräusche an den vier Seiten der Wärmepumpe durchgeführt wurden. 20 Probanden beurteilten die Lästigkeit der verschiedenen Geräusche in einem Hörtest. Es zeigten sich Richtungseffekte welche aber von der jeweilig installierten Variante abhängig waren. Die Unterschiede in den Lästigkeitsurteilen lassen sich sehr gut durch A-Pegel und Lautstärkepegel erklären. Die zusätzliche Verwendung der psychoakustischen Schärfe und auch Rauhigkeit tragen zur besseren Erklärung bei.
14:00	Schallimmissionsprognose bei tieffrequenten Geräuschen Christoph Fritzsche, Lucas Eckert, Christian Schulze, Jörn Hübelt [Abstract] Das Sächsische Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie hat eine Untersuchung beauftragt mit dem Ziel, ein Verfahren für die Ermittlung der höchstzulässigen tieffrequenten Schallemissionen einer Anlage zu finden, für welche die Einhaltung der Anhaltswerte gemäß Beiblatt 1 zu DIN 45680:1997-03 mit angemessener Sicherheit zu erwarten ist. Bislang gibt es kein genormtes Prognoseverfahren für tieffrequente Schallimmissionen, da diese gemäß DIN 45680 innerhalb von geschlossenen Räumen zu beurteilen sind und genormte Verfahren für die Schallimmissionsprognose die Schallimmissionen nur außen prognostizieren. Das Konzept der Untersuchung besteht darin, aus Messungen der Schallpegeldifferenzen zwischen außen und innen für repräsentative Räume Mittelwerte und Standardabweichungen der Pegeldifferenzen für tiefe Frequenzen zu gewinnen und daraus ein Prognoseverfahren abzuleiten. Konzept und Ergebnisse werden vorgestellt.
14:20	Bewertung leiser Geräusche in alltäglichen Situationen Siegbert Versümer, Jochen Steffens, Jörg Becker-Schweitzer [Abstract] Menschen sind in ihrem persönlichen Alltag einer Vielzahl von Geräuschen unterschiedlicher Lautstärke ausgesetzt. Ziel dieses Beitrages war es, die Wahrnehmung und Bewertung leiser Geräusche unter Berücksichtigung situativer und personenbezogener Einflussfaktoren zu erforschen. Hierzu wurde eine Online-Studie durchgeführt, im Rahmen derer 1.749 Versuchsteilnehmer über bis zu drei Alltagssituationen berichteten, in denen sie leise Geräusche wahrnahmen. Die Teilnehmer beschrieben unter anderem die Eigenschaften der Geräusche und der Situationen. Zudem wurden die Persönlichkeitseigenschaften Extraversion und Neurotizismus, die Ausprägung der individuellen Lärmempfindlichkeit sowie sozio-demographische Faktoren erfasst. Die Personen gaben insgesamt 2.763 Geräusche an, welche auf Basis der Geräusch- und Situationsbeschreibungen den Kategorien Technik, Natur und Mensch zugeordnet wurden. Die Analyse eines linearen gemischten Modells ergab einen signifikanten Zusammenhang zwischen Geräuschkategorie und Angenehmheitsbewertung. Genauer wurden Naturgeräusche vornehmlich als sehr angenehm und technische Geräusche als eher unangenehm wahrgenommen, während menschliche Geräusche bezüglich der Angenehmheitsbewertung eine Gleichverteilung aufwiesen. Zudem zeigte sich, dass personenbezogene Eigenschaften (Random Intercept) 42% der Varianz der Angenehmheitsbewertungen erklären können. Als wichtigste Prädiktorvariablen für die Bewertungen konnten die Bereitschaft, Maßnahmen zur Minderung der Lästigkeit zu ergreifen, sowie die Lärmempfindlichkeit der Teilnehmer identifiziert werden. Die Ergebnisse dienen als Grundlage zur Geräusch- und Situationsklassifizierung und als Startpunkt weiterer Studien im Kontext der Wirkungen leiser Geräusche.
14:40	Acoustic Identification of Flat Spots on Wheels Using Different Machine Learning Techniques Gabriel Dernbach, Athanasios Lykartsis, Leon Sievers, Stefan Weinzierl [Abstract] Continuous, non-invasive monitoring can free companies from unnecessary routine controls. We consider the case of the acoustic detection of flat spots, a sign of wear on the wheels of rail vehicles. We show that it is possible to detect the resulting acoustic signals in the field by means of audio recordings of passing trains, even with simple microphone techniques. We discuss practical considerations for data set creation and validation and investigate the use of different feature representations such as raw audio data, Mel Frequency Cepstral Coefficients (MFCCs), scatter transformation. Building upon a baseline model with Support Vector Machines (SVM) with MFCCs as input, we develop a semisupervised classifier (Efficient Net with unsupervised pre-training) and compare it to framing the problem as a segmentation task (using the U-Net architecture). Finally, we identify desirable representative invariances and implement the corresponding acoustic transformations. The results show that the detection of flat spots can be performed reliably and robustly even with comparably simple models.

15:00	Akustik von Entladungen Peter Holstein, Karsten Fuchs, Steffen Seitz, Frank Berger, Steffen Moeck, Sebastian Uziel [Abstract] Eine Methode, Teilentladungen in elektrischen Anlagen und Komponenten zu lokalisieren und zu bewerten, beruht auf der Detektion der akustischen Emissionen. Die auf dem Markt verfügbare Prüftechnik (z.B. Ultraschallgeräte) arbeitet auf der Basis eines relativ einfachen Prinzips, das neben der reinen Detektionsfunktion die Ultraschallsignale auch hörbar macht. Erfahrene Prüfer können mittels der in den Hörbereich transformierten Signale die Intensität der elektrischen Teilentladungen unterscheiden und klassifizieren. Der direkt hörbare Bereich wird dabei ausgeblendet, um im industriellen Umfeld von Störgeräuschen unabhängig zu sein. Im Beitrag wird der Versuch unternommen, die akustischen Auswirkungen der Teilentladungen an unterschiedlichen grundlegenden Elektrodenanordnungen mittels geeigneten Signalverarbeitungsverfahren zu klassifizieren. Durch diese Anordnungen können alle praxisrelevanten Fälle im Labor nachgebildet werden. Die Experimente beruhen auf der systematischen Variation der elektrischen Feldstärke, Elektrodenanordnungen und der Schlagweite zwischen den beiden Elektroden. Durch die dadurch unterschiedliche resultierende Feldinhomogenität kann die akustische Abstrahlung der entstehenden Teilentladungen gezielt beeinflusst und messtechnisch erfasst werden. Das Ziel der Untersuchungen liegt auf der Erhöhung der Aussagefähigkeit der Ultraschallprüfungen und einer darauf beruhenden Unterstützung von Prüfvorgängen durch untrainierte Prüfer.
15:02	Audiovisuelle Laborstudie zur Lästigkeit von WEA-Schall Daphne Schössow, Jakob Bergner, Stephan Preihs, Jürgen Peissig [Abstract] Im Rahmen des Projekts WEA-Akzeptanz sollen mittels Laborstudien akustische Parameter untersucht werden, die die wahrgenommene Lästigkeit beeinflussen. Um im Labor eine möglichst realistische Situation nachzuahmen, wird durch die audiovisuelle Wiedergabe eine Immersion erzielt. Diese besteht aus der Wiedergabe über Higher Order Ambisonics bzw. binaural über Kopfhörer und Projektion eines 360∘-Videos auf drei den Probanden umgebenden Leinwände. Um diese neuartige Präsentationsform zu validieren wurden eine interne Vor- und eine externe Hauptstudie durchgeführt. Die Bewertung erfolgte durch einen digitalen Fragebogen während des Versuchs. Dabei wurde die Lästigkeits-Bewertung nach ISO15666 auf einer 11-Punkte Likert-Skala vorgenommen. Auf ebendiese Weise wurde der empfundene Realismus der Situation bewertet. Weitere untersuchte teilnehmerbedingte Kriterien waren: Hör- und Sehvermögen, Geräuschempfindlichkeit, Einstellung zu WEA, subjektive Einflussfaktoren und demographische Daten. In den Studien wurden reale und künstliche Geräusche und Darstellungen untersucht - mit dem Ergebnis, dass sich die synthetisierten Audiostimuli signifikant in der Bewertung von den realen unterscheiden. Auch konnten Einflüsse von einigen teilnehmerbedingten Faktoren festgestellt werden.
15:04	Machine Learning basierte Klassifikation von Außenschallszenen für Lärmmessungen an Windenergieanlagen Nils Poschadel, Christian Gill, Stephan Preihs, Susanne Martens, Jakob Bergner, Raimund Rolfes, Jürgen Peissig [Abstract] Im Rahmen des Projektes WEA-Akzeptanz werden an der Leibniz Universität Hannover Langzeitmessungen der Schallemission von Windenergieanlagen durchgeführt. Durch die Umgebung, das Wetter oder die Vegetation kommt es zu Störkomponenten (Wind, Regen, Vogelgezwitscher, Verkehr, ...) in den aufgenommenen Signalen, welche einen Einfluss auf die nachgeschalteten Signalauswertungen haben könnten. Aufgrund der Menge an Daten ist eine händische Identifikation von Störungen auf den Audiosignalen nicht praktikabel, sodass eine automatisierte Klassifikation der Schallszenen erforderlich ist. Wir stellen einen Machine-Learning-Ansatz für die Klassifikation monophoner Mikrofonsignale auf Basis eines auf Spektrogrammen trainierten Convolutional Neural Networks vor. Hiermit ist es möglich, bis zu 11 Klassen automatisiert zu erkennen. Das Neuronale Netz wurde sowohl mit frei verfügbaren Audiosignalen der verschiedenen Klassen als auch mit manuell gelabelten Daten unserer Messkampagnen trainiert. Die Auswertung der Klassifikationsergebnisse erfolgt auf Basis einer Konfusionsmatrix sowie durch Abgleich mit parallel zu den Audiosignalen aufgezeichneten Metadaten (Windgeschwindigkeit, Generatordrehzahl, ...). Der Ansatz liefert dabei erste vielversprechende Ergebnisse, die stark mit den Resultaten einer manuellen Klassifikation korrelieren.

Organisation:

M. Scholz, TU München, Lehrstuhl für Akustik mobiler Systeme M.E. Altinsoy, TU Dresden, Professur für Akustik und Haptik

14:00	Taktiles Design: Übersetzung von Nutzererwartungen in Vibrationen zur Gestaltung von plausiblen virtuellen Umgebungen Robert Rosenkranz, M. Ercan Altinsoy [Abstract] Dieser Beitrag demonstriert eine neuartige Designstrategie für Ganzkörperschwingungen auf der Grundlage von Benutzererwartungen, die das Produktdesign und die Erstellung plausibler virtueller Umgebungen erleichtert. In beiden Anwendungen müssen Schwingungsparameter aus den Erwartungen der Anwender abgeleitet werden. Der Benutzer kann seine taktilen Erwartungen quantifizieren, indem er einen kompakten Satz sensorischer Wahrnehmungsmerkmale (z.B. ”kribbelnd”) bewertet, die ihm aus seiner Alltagserfahrung vertraut sind. Diese Bewertungen könnten mit Hilfe der in einer vorherigen Studie aufgedeckten Beziehung in Vibrationsparameter übersetzt werden, die wiederum die erwarteten Wahrnehmungsmerkmale hervorrufen. Aber sind solche Wahrnehmungsmerkmale für die Synthese von Ganzkörpervibrationen nützlich? Um diese Frage zu beantworten, wurden audiovisuell-taktile Fahrzeugszenen aufgenommen und auf ihre Wahrnehmungsmerkmale bewertet. Anschließend wurden aus diesen Bewertungen Vibrationen synthetisiert. In einem zweiten Experiment wurden aufgenommene Vibrationen und synthetisierte Vibrationen auf ihre wahrgenommene Plausibilität im Kontext der audiovisuellen Szene bewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass die Plausibilitätsbewertungen zwischen aufgezeichneten und synthetisierten Schwingungen trotz deutlicher temporaler und spektraler Unterschiede sehr ähnlich sind. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Plausibilitätsillusion durch die Darbietung von Schwingungen erzeugt werden kann, die die erwarteten Wahrnehmungseigenschaften hervorrufen. Die Ergebnisse implizieren weiterhin, dass die Wahrnehmungsmerkmale die durch Vibrationen übermittelten sensorischen Informationen hinreichend erklären und damit eine Basis für eine systematische, erwartungsgerechte Vibrationsgestaltung darstellen.
14:20	Reproduktion von Texturen basierend auf visuellen Informationen eines Touch-Display Ugur Alican Alma, M. Ercan Altinsoy [Abstract] In dieser Studie wurde die Eignung der aufgezeichneten und vereinfachten Textur untersucht Die Vibrationen wurden anhand der auf einem Bildschirm angezeigten visuellen Texturen bewertet. Die getesteten Schwingungen sind 1) aufgezeichnete Schwingungen, 2) einzelne Sinuskurven und 3) bandbegrenztes weißes Rauschen, die in der vorherigen Arbeit verwendet wurden. Das Ziel dieser Studie ist es, die Kongruenz zwischen dem vibrotaktilen Feedback und zwei Texturbildern mit glatten und rauen Oberflächen zu bewerten. Basierend auf den psychophysischen Testergebnissen wurden die Ähnlichkeitsbewertungen der Texturschwingungen nicht geschlossen deutlich voneinander verschieden im Gegensatz zu der früheren Studie, in der Texturen haptisch untersucht wurden. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass sogar einfache Vibrationen verwendet werden können, um virtuelle Texturen zu rendern, wenn die realen Texturen nicht verfügbar sind.
14:40	Perzeptuelle Interaktion zwischen akustischen Modulationen und Ganzkörpervibrationen Louis Krause, Arne Oetjen, Steven Van De Par, Stephan D. Ewert [Abstract] Zeitliche Modulationen eines Geräuschs liefern wichtige Informationen in Bezug auf den Geräuschcharakter. Unter anderem wird die wahrgenommene Rauigkeit durch die Ausgeprägtheit und die Frequenz von Modulationen bestimmt. In realen Situationen, wie z.B. in Fahrzeuginnenräumen, treten Geräusche oft im Zusammenspiel mit Vibrationen auf. Die Wahrnehmung von akustischen Reizen durch das auditorische System kann durch sogenannte auditorische Filter beschrieben werden. Auch bei der Wahrnehmung von Amplitudenmodulation kann gezeigt werden, dass sich die Modulationsfrequenzselektivität durch bandpassförmige Modulationsfilter beschreiben lässt. Es stellt sich die Frage welchen Einfluss die Interaktion zwischen Modulation und Ganzkörpervibration auf die frequenzselektive Wahrnehmung beider Größen hat. In Wahrnehmungsexperimenten wird untersucht ob die zusätzliche Darbietung von Vibrationen einen Einfluss auf die Maskierung von Modulationen hat. Es wird geprüft ob Ganzkörpervibrationen im Bereich von 20 Hz bis 50 Hz die Detektionsschwelle von Amplitudenmodulationen im gleichen Frequenzbereich beeinflusst oder ob Ganzkörpervibrationen durch ein amplitudenmoduliertes Audiosignal maskiert werden. Darüber hinaus wird der Einfluss der Vibrationsstärke und Vibrationsfrequenz auf die Ausgeprägtheit der wahrgenommenen Rauigkeit eines amplitudenmodulierten Audiosignals untersucht. Anhand dieser Daten kann gezeigt werden, dass eine rein akustische Analyse eines Umgebungsgeräuschs nicht zwingend die Wahrnehmung in der realen Situation nachbilden kann. Durch eine integrierte Betrachtung zusammen mit auftretenden Vibrationen könnte eine solche Analyse verbessert werden.
15:20	Lästigkeit bei gleichzeitiger Exposition von Schall und Schwingungen Maria Mareen Maravich, M. Ercan Altinsoy [Abstract] Lärm und Ganzkörper-Schwingungen wirken in einer Vielzahl von Situationen nicht separat, sondern gleichzeitig auf den Menschen ein. Auch der Arbeitsalltag von Nutzfahrzeugführern ist häufig geprägt durch das gleichzeitige Auftreten beider Reize. Abhängig von den Signaleigenschaften dieser beiden Modalitäten, aber auch beispielsweise vom Kontext, können solche Situationen als unangenehm bzw. lästig empfunden werden. Zur Beurteilung der Belastung von solchen multimodalen Situationen ist es daher wichtig, neben dem Einfluss der physikalischen Signaleigenschaften der einzelnen Modalitäten, auch die Wechselwirkung beider Immissionsarten zu verstehen. Um repräsentative Nutzfahrzeug-Szenen zur Untersuchung der wahrgenommenen Lästigkeit bei gleichzeitiger Exposition von Schall und Ganzkörper-Schwingungen zu erhalten, wurden im Rahmen dieser Studie zunächst Schalldruck-, Beschleunigungs- und Kameraaufnahmen gleichzeitig aus Sicht von Nutzfahrzeugführern durchgeführt. Durch gezielte Modifikation akustischer und vibratorischer Signalparameter wurde anschließend mit Hilfe von Wahrnehmungsversuchen die Gesamt-Lästigkeit im multimodalen Messlabor der TU Dresden, welches eine realitätsnahe und simultane Wiedergabe aller drei Modalitäten ermöglicht, bestimmt. Anhand der Beurteilungen der Probanden lassen sich Erkenntnisse über die Wechselwirkung von Schall und Ganzkörper-Schwingungen sowie über die Rolle ausgewählter Signalparameter der einzelnen Reize ableiten.
15:40	Begreifen - Wie unabhängig arbeiten unsere Finger wirklich? Anna Schwendicke, Hans Winger, Florian Wieczorek, M. Ercan Altinsoy [Abstract] Viele male am Tag nehmen Menschen die unterschiedlichsten Gegenstände in die Hand. Dabei arbeiten die Finger im Allgemeinen eng zusammen und auch wenn sie je nach Situation unabhängig voneinander agieren, korrelieren ihre Bewegungen bei vielen Greifbewegungen stark. Für die Datenübertragung im taktilen Internet sind solche Korrelationseffekte von großen Interesse, da sie zur Datenkompression ausgenutzt werden können. Im Rahmen dieser Studie sollen Korrelationseffekte zwischen den einzelnen Fingern untersucht werden. Dafür wurden Versuchspersonen gebeten mit verschiedenen Datenhandschuhen unterschiedliche Gegenstände wiederholt zu greifen. Die Auswahl der Datenhandschuhe umfasst dabei sowohl kommerzielle als auch selbstentwickelte Exemplare mit unterschiedlichen Sensoren. Die Greifbewegungen wurden aufgenommen und bezüglich der Korrelation unterschiedlicher Parameter untersucht.
16:00	Design and development of an actuation module with a tendon-based transmission for bidirectional force feedback on one finger joint Pablo Alvarez Romeo, M. Ercan Altinsoy [Abstract] Force feedback gloves present diverse challenges concerning volume, weight, power consumption, actuated degrees of freedom, cost and universal wearability. In this paper, the design and development of a low-cost, lightweight and adaptive sensorized actuator module is presented, alongside its tendon-based force transmission system. This device is able to apply bidirectional force feedback to an index finger joint. When no stimulus is applied, it allows free movement of the finger joint without motor actuation and therefore, without motor power consumption, using a geared-based clutch system. Furthermore, its tendon based transmission system allows an adaptive configuration for different hand and finger sizes. The response of such module is tested and analysed, and some ideas are discussed for further improvement on hand feedback mobility.
16:20	Impulshafte und schockartige Hand-Arm-Vibrationen Magdalena Scholz, Steffen Marburg [Abstract] Die Betrachtung von impulshaften oder schockartigen Hand-Arm-Vibrationen ist aus mehreren Gründen von Interesse. So haben vergangene Studien gezeigt, dass die Messung dieser Vibrationen bereits Grundkenntnisse oder wohl begründete Annahmen über die auftretenden Schwingungen voraussetzt, weil die große Spannweite an Frequenzen und Amplituden der Vibrationen eine Herausforderung für die Messausrüstung darstellt. Dies muss im Voraus bedacht werden, um eine Verfälschung der Messergebnisse zu vermeiden. Neben diesen Aspekten, welche es bei der Messung zu bedenken gilt, ist die Auswirkung der Vibrationen auf das Hand-Arm-System des Menschen einer der Kernfaktoren bei der Analyse. Hierzu wurde in verschiedenen Forschungsarbeiten festgestellt, dass die aktuell verfügbaren Kenntnisse nicht genügen, um eine umfassende Beurteilung der Schwingungen und der resultierenden Belastung des menschlichen Systems zu tätigen. In diesem Beitrag werden die gewonnenen Erkenntnisse bisheriger Forschungsarbeiten und die noch offenen Forschungsfragen betrachtet. Basierend darauf wird gefragt, welche Lösungsansätze es bereits gibt und für die Zukunft vorstellbar wären.

Sitzungsleitung:

D. Krahé, Bergische Universität Wuppertal

13:20	Detektionsschwellen von Infraschall-Tonkomplexen Björn Friedrich, Holger Joost, Thomas Fedtke, Jesko Verhey [Abstract] Aufgrund einer stetig zunehmenden Anzahl an Infraschallquellen in unserer Umgebung stellt die Infraschall-Exposition ein immer wichtiger werdendes gesellschaftliches Problem dar. Obwohl Infraschall-Frequenzen außerhalb des klassischen Hörfrequenzbereiches liegen, berichten mehrere Veröffentlichungen über eine Hörwahrnehmung bis hinunter zu 2 Hz. Die zugrundeliegenden Messungen werden üblicherweise mit monofrequenten Stimuli (Reintönen) durchgeführt und lassen keine direkten Rückschlüsse darauf zu, wie sich die Wahrnehmung ändert, wenn mehr als eine Infraschall- Frequenzkomponente vorhanden ist. In der vorliegenden Studie sind wir dieser Frage nachgegangen, indem Detektionsschwellen von Infraschall-Stimuli mit ein, zwei oder drei Sinuskomponenten gemessen wurden. Die Darbietung erfolgte mittels eines kompakten und verzerrungsarmen Infraschall- Reproduktionssystems. Die Pegel der Komponenten im Tonkomplex wurden so gewählt, dass alle Komponenten den gleichen Pegel relativ zu ihrer Ruhehörschwelle hatten. Im Mittel über alle am Experiment teilnehmenden normalhörenden Versuchsperson war der Pegel an der Schwelle für jede Komponente eines Infraschall-Zweitonkomplexes um 3 dB niedriger als der Pegel an der Schwelle dieser Komponente. Dieses Ergebnis steht im Einklang mit der Hypothese einer (perzeptiv gewichteten) Intensitätsintegration des Gehörs. Die Ergebnisse für den Dreitonkomplex deuten jedoch darauf hin, dass diese Integration nur sehr begrenzt möglich ist.
13:40	Wirkung von Infraschallgeräuschen: Szenario der Infraschallgeräuschdarbietungen in einem Laborexperiment Detlef Krahé, Sarah Benz, Christian Eulitz, Stephan Grossarth, Ulrich Möhler, Uwe Müller, Dirk Schreckenberg [Abstract] Über die Generierung und Wiedergabe der in dem Experiment verwendeten Stimuli wurde bereits zur DAGA 2018 (Krahé et al.: Aufbau und Betrieb einer Infraschallquelle) berichtet. Das betraf die technische Seite sowie die örtlichen Bedingungen, unter denen das Experiment durchgeführt wurde. In diesem Beitrag wird auf Aspekte eingegangen, die die Auswahl der Stimuli in Frequenz und Pegel bestimmten. Des Weiteren wird der Frage nachgegangen, wie diese Stimuli durch Richtlinien im Lärmschutz eingeschätzt werden.
14:00	Wirkung von Infraschallgeräuschen: Psychologische Reaktionen auf Infraschallgeräuschdarbietungen in einem Laborexperiment Stephan Grossarth, Christin Belke, Sarah Benz, Dirk Schreckenberg, Christian Eulitz, Detlef Krahé, Ulrich Möhler, Uwe Müller [Abstract] Infraschall ist allgegenwärtig und wird, trotz des Mangels an wissenschaftlich gesicherten Erkenntnissen, von Menschen für eine Vielzahl von verschiedensten Symptomen verantwortlich gemacht. In einer vom Umweltbundesamt in Auftrag gegebenen Laborstudie wurden 42 gesunde und normal hörende Probanden mit Infraschallgeräuschen beschallt, um mehr über menschliche Wahrnehmung von und Reaktion auf Infraschallimmissionen zu erfahren. Unter den 42 untersuchten Versuchspersonen waren 16 im Vorfeld als ”sensitiv” bezüglich der Wahrnehmung von Infraschall eingestuft worden. Vier Szenarien wurden jeweils über einen extra für die Studie entwickelten Lautsprecher abgespielt, alle unterschieden sich in Lautstärke (dB) und Frequenz (Hertz), eins der Szenarios enthielt außerdem eine Amplitudenmodulation. Zusätzlich gab es eine Kontrollbedingung in der kein Geräusch abgespielt wurde. Neben einer physiologischen Messung wurden die Probanden aufgefordert psychometrische Skalen zu beantworten. Die Probanden berichteten über ihre Wahrnehmung der Infraschallgeräusche, beurteilten die Lästigkeit der Geräusche und gaben Bewertungen zu den Geräuschcharakteristika ab. Zusätzlich wurden Wahrnehmung von Druck, Vibration und Unwohlsein abgefragt. In diesem Beitrag werden die Ergebnisse der psychologischen Untersuchung vorgestellt. In zwei weiteren Beiträgen werden die Akustikvorrichtungen und die Ergebnisse der physiologischen Untersuchung behandelt.
14:20	Physiologische Wirkungen kurzzeitiger Expositionen mit Infraschall Eva-Maria Elmenhorst, Stefan Schmitt, Riccardo De Gioannis, Gernot Plath, Iris Rieger, Christian Eulitz, Detlef Krahé, Ulrich Möhler, Dirk Schreckenberg, Uwe Müller [Abstract] Anwohnerinnen und Anwohner an Infraschall-emittierenden Anlagen berichten gehäuft über Schwindel und Unwohlsein und befürchten Gesundheitsbeeinträchtigung. Denkbar sind Störungen des Herz-Kreislauf-Systems, des Gleichgewichtsorgans und des Nervensystems. Bisherige Studien zu Infraschall-Exposition und physiologischen Reaktionen des Menschen zeigen uneinheitliche Ergebnisse. In Rahmen eines vom Umweltbundesamt beauftragten Forschungsvorhabens wurden gesunde, normalhörende Probanden vier unterschiedlichen Infraschall-Expositionen nahe der Hörschwelle und einem Szenario ohne Schalleinspielung von je 30-minütiger Dauer ausgesetzt. Während dieser Szenarien wurden ein Wach-EEG und ein kontinuierliches EKG abgeleitet sowie der Blutdruck gemessen und das Gleichgewichtsorgan getestet. Datensätze von 39 Probanden (21 Frauen, 16 sensitive Probanden) mit einem mittleren Alter von 47 ± 11 (SD) Jahren wurden analysiert. Die Parameter des Blutdrucks (Systole, Diastole, arterieller Mitteldruck) sowie die Herzfrequenz zeigten keine Unterschiede zwischen den Szenarien (alle p>0,4) und der sensitiven/nicht-sensitiven Gruppe (alle p>0,4). Auch die Herzfrequenzvariabilität (exemplarisch: LF/HF-Ratio: Szenario p=0,99, Szenario x Gruppe p=0,77) und das Wach-EEG (Power Density Theta und Alpha: Szenario alle p>0,11, Szenario x Gruppe alle p>0,05) zeigte keine Unterschiede. Die Prüfung des Gleichgewichtsorgans ergab keinen Hinweis auf Störungen. Die eingesetzten Messverfahren geben keinen Hinweis auf eine akute physiologische Wirkung der Infraschallszenarien. Da eine 30-minütige Exposition ein kurzer Zeitraum ist, können physiologischen Veränderungen nach langfristiger Exposition dennoch nicht ausgeschlossen werden.
14:40	Einfluss meteorologischer Parameter auf die niederfrequenten Schallemissionen und -immissionen von Windenergieanlagen Esther Blumendeller, Ivo Kimmig, Francesca Calarco, Po Wen Cheng [Abstract] Die Nutzung von Windenergie wird einen entscheidenden Anteil am erneuerbaren Energiemix der Zukunft haben. Während der Stromgewinnung geben Windenergieanlagen (WEA) Schall und Erschütterungen (seismische Wellen) in die Umgebung ab, auch im tieffrequenten Bereich. Diese sind in der DIN 45680 beschrieben. Im Zuge des Verbundprojektes TremAc wurden neben der Entwicklung von Prognose- und Simulationsmodellen, umweltmedizinischer und umweltpsychologischer Befragungen auch akustische und seismische Messungen sowohl am Emissionsort als auch in nahegelegenen Gebäuden durchgeführt. Um die Fluktuationen der Wind- und Wetterbedingungen zu berücksichtigen sowie Einflüsse aus Emissionen anderer Schallquellen zu minimieren, wurden insgesamt drei einmonatige Messkampagnen im Winter 2018/2019 an einer einzelnen WEA und in einem Windpark durchgeführt. Zur Identifikation von Anlagengeräuschen erfolgten außerdem Abschaltungen. In diesem Beitrag soll die Messtechnik und das Vorgehen zur Messung von Schallemissionen zusammen mit meteorologischen Parametern über den gesamten Messzeitraum beschrieben werden. Schließlich werden Ergebnisse der Analysen zu Zusammenhängen von Schallemissionen, -immissionen und Wetterbedingungen vorgestellt und diskutiert.

15:00

Stimulus des Gleichgewichtsorgans durch Infraschall Johannes Baumgart [Abstract] Menschen, die tieffrequentem Schall ausgesetzt sind, klagen unter anderem über Schwindelgefühl. In diesem Beitrag wird der Frage nachgegangen, ob diese Verkoppelung durch Nichtlinearitäten im Innenohr zustande kommen kann. Nichtlinearitäten entstehen beispielsweise bei oszillierenden Flüssigkeitsbewegungen, wenn die Bewegungsamplituden in der Größenordnung der Geometrie oder größer sind. Dabei entstehen nicht nur höhere harmonische, sondern auch stationäre Strömungen. Dieser Effekt wird auch als Acoustic-Streaming bezeichnet. Die Wahrnehmungsschwelle steigt mit abnehmender Frequenz im Pegel an. Sehr tiefe Töne sind somit sehr schwer wahrnehmbar. Bei diesen geringen Frequenzen und hohen Druckpegeln sind die Bewegungsamplituden groß. Durch die Verkoppelung der Bogengänge mit der Cochlea über die Flüssigkeit der Lymphe besteht die Möglichkeit, dass durch Acoustic-Streaming in der Cochlea eine stationäre Strömung induziert wird und die Flüssigkeit in den Bogengängen antreibt. Durch eine solche stationäre Flüssigkeitsbewegung würden die Sinneszellen des Gleichgewichtsorgans stimuliert, obwohl der Mensch sich selbst nicht dreht. Ein solcher Sinnesreiz passt nicht zum visuell wahrgenommen Umfeld und kann Schwindel auslösen.

15:02

Simulator for the reproduction of “Low Sonic Boom”-signatures Stephan Töpken, Steven Van De Par [Abstract] Supersonic aircraft produce a sonic boom when flying faster than the speed of sound. In order to rule out detrimental effects for inhabitants of overflown areas, civil supersonic flights (like the Concord) were allowed to fly over water only. Due to progress in aircraft design, the super sonic boom may be reduced considerably in the future. Such ”Low Sonic Boom”-signatures will be considerably quieter and sound completely different compared to conventional sonic booms. Currently, the sensation and the subjective response of humans to future ”Low Sonic Boom”-signatures is not known. For an assessment of human responses to ”Low Sonic Boom”-signatures, a Sonic-Boom simulator has been built at the University of Oldenburg as a pressure chamber with a volume of about 9 m3. Two 18” loudspeaker chassis enable the production of an overpressure of up to 20 Pa for a signature duration of 200 ms. The background noise level in the chamber is very low (21 dB(A)) and the chamber has a very small reverberation time of T20=0.2 s averaged over octave bands from 63 Hz to 8 kHz. A vibration platform is installed in the chamber to simulate whole-body vibration that may occur in connection with ”Low Sonic Boom ”signatures.

Organisation:

R. Mettin, Drittes Physikalisches Institut, Georg-August-Universität Göttingen C.-D. Ohl, OvG-Universität Magdeburg, Department Soft Matter

8:40	Cavitation Bubble Dynamics in Sonicated Submerged Flow Tubes Busra Ekim Sarac, Dwayne Savio Stephens, Julian Eisener, Juan Manuel Rosselló, Robert Mettin [Abstract] Bubble dynamics and luminol emissions of cavitation in millimeter-sized PFA flow tubes, submerged in an ultrasonic bath reactor, are investigated for 25-27 kHz driving frequency. Nucleation of cavitation in the tubes only takes place via a free interface, realized here in form of a water-air slug flow. High-speed recordings show that cavitation bubbles in the water slugs frequently develop localized structures in form of clusters or bubble ”plugs”. Bubbles in these structures undergo frequent collisions with adjacent bubbles, i.e. the free paths before merging or splitting events are short. Due to motion and mutual interaction, bubbles often collapse with a fast displacement, suggesting jetting dynamics. Bubble compression ratios are estimated on basis of observed individual bubble dynamics and numerical fitting by a single bubble model. The resulting conditions allow for dissociation of water vapor, which is in accordance with luminol emissions from active bubble zones in the tubes. Some peculiarities of bubble cluster dynamics and sonochemistry inside small flow tubes is discussed.
9:00	Bubble 'Lightning' Streamers from Laser Induced Cavities in Phosphoric Acid Juan Manuel Rosselló, Dwayne Savio Stephens, Robert Mettin [Abstract] The mutual interaction and structure formation of cavitation bubbles in strong sound fields is still not fully understood. Here, we analyse the temporal evolution of an ensemble of bubbles seeded by a laser pulse in concentrated phosphoric acid and driven by an ultrasonic standing wave field. The bubbles nucleate at random positions in a cylindrical volume around the laser focus and immediately start volume oscillations, translations and interactions. High-speed videos show self-organization into several small spherical clusters that are driven away from the acoustic pressure anti-node, similar to single bubbles, and producing a streamer. Different bubble sizes and cylinder radii were explored by changing the laser pulse energy and the beam focusing. The temporal evolution of relevant parameters like average maximum bubble radius or void fraction is extracted from the images and discussed for the different experimental scenarios. The role of shape instabilities and the principal forces affecting both the individual and collective behaviour of the bubbles is analysed by comparing the experimental observations with a series of numerical simulations.
9:20	High speed observations of gas bubble collapse due to shock waves Siew-Wan Ohl, Claus-Dieter Ohl [Abstract] Bubble shock waves interaction has been studied both experimentally and numerically. The collapse of cavitation bubbles are responsible for breaking the kidney stones and causing collateral damages in Extracorporeal Shock Waves Lithotripsy. Detailed bubble cloud or multiple bubbles shock waves interaction are difficult to capture experimentally due to the lack of temporal and spatial resolution. Numerically simulating bubble clouds which includes bubble-bubble interaction, reflection of shock waves, and the shielding effect is computational complex and expensive. In this study, we focus on trapping gas bubbles in gelatin and observe their collapse by the lithotripter shock waves using high speed photography up to 1 million frames per second. The gas bubbles are generated through gas diffusion process in the gelatin. They are typically a few hundred microns in diameter. Interesting phenomena are recorded, such as cavitation inception in the gelatin, different oscillation frequencies of the gas bubbles, and the bubbles jetting with jet directions being influenced by the nearby bubbles. We aim to understand how the presence of other bubbles affect the bubble collapse caused by a traveling shock wave.
9:40	Experimental Investigations of Laser-induced Cavitation Bubbles: The Effect of Physicochemical Properties on Collapse Pressure Fabian Reuter, Kristin Hecht, Claus-Dieter Ohl [Abstract] The extreme pressures produced inside cavitation bubbles have made collapsing bubbles the object of interest in research fields ranging from cavitation erosion, sonochemistry to even sonofusion. These pressures are difficult to investigate experimentally because they occur in tiny volumes with short lifetimes before the pressures are dissipated and irradiated as shock waves. Due to these short time scales, the bubble interior cannot be assumed to be at thermodynamic equilibrium. Therefore, an accurate description of bubble collapse demands the consideration of many different physical effects and paths of energy conversion. The goal of this work is to estimate the pressure inside a bubble at the very moment of its collapse, and explore the collapse of cavitating bubbles in different liquids. A single bubble is generated in a liquid using a focused laser pulse. The shock waves emitted during bubble collapse are recorded using high-speed Schlieren images. The maximum pressures generated during the collapse are estimated from the shock waves. Using different types of liquids distinguished by different internal energy capacities reveals the influence of the physicochemical properties of the liquid. Effects of different liquids on collapse energy absorption are discussed, and consequences for the conditions in the bubble interior are derived.
10:00	Extremely fast jets and vortex dynamics of single laser bubbles Max Koch, Christiane Lechner, Juan Manuel Rosselló, Werner Lauterborn, Robert Mettin [Abstract] An extreme fast jet has recently been predicted by the authors for cavitation bubbles close to a solid boundary. Until then jet velocities were known only in the order of ∼100 m/s for large distances from the boundary, whereas the extreme fast jet is supposed to reach orders of ∼1000 m/s when the bubble collapses in the direct vicinity. The lifetime of this jet is in sub- or few microseconds range. These properties make the experimental confirmation a laborous task. However, the authors made effort to photograph it. The results are discussed and a considerable lower bound for the jet velocity of ∼300 m/s can be given.
10:20	Nanoparticle synthesis in laser-generated cavitation bubbles Farbod Riahi, Bilal Gökce, Anton Plech, Stefan Reich, Alexander Letzel, Stephan Barcikowski [Abstract] Laser Synthesis and Processing of Colloids (LSPC) [1] is a modern technique for materials synthesis linked to the formation and collapse of cavitation bubbles. This contribution will provide an overview of the physics of laser-induced bubble oscillations and describe how the high pressures and temperatures associated with ablation and bubble collapse take part in nanomaterial synthesis inside and around the bubble [2]. A step-by-step account of the events from laser ablation through interaction of ablation products with the surrounding liquid up to the modification or aggregation of particles within the bubble is given. Furthermore, synchrotron SAXS and WAXS measurements to map the bubble’s interior solid matter with picosecond to microsecond resolution will be shown [3, 4]. We will conclude showing the unique properties of these laser-generated colloidal nanoparticles, their scalability and their connection to the cavitation bubble dynamics will be described [5].

Organisation:

R. Mettin, Drittes Physikalisches Institut, Georg-August-Universität Göttingen C.-D. Ohl, OvG-Universität Magdeburg, Department Soft Matter

14:00	Numerical modelling of non-spherically collapsing moving bubbles Matti Tervo, Max Koch, Christiane Lechner, Robert Mettin [Abstract] Acoustic cavitation bubbles are typically not stationary, but move in space due to primary and secondary Bjerknes forces. The bubble translation itself is a non-stationary process, and during collapse the bubbles can jump forward and reach velocities of tens of m/s an more. For sufficiently fast motion, the imploding bubble develops a jet in forward direction, which leads to a torus geometry and more involved phenomena induced by the non-spherical collapse. In particular, liquid can be sprayed into the gas phase, potentially leading to sonochemical pathways different to the spherical collapse case. Here, we numerically investigate non-spherical geometries arising for bubbles collapsing in a relative liquid flow. To this end we employ a finite volume / volume of fluid method, realized in OpenFOAM. Bubble and flow parameters are varied to investigate sonochemical pathway thresholds in terms of bubble motion relative to the liquid.
14:20	Kavitationsblasendynamik und Jetbildung bei perforierten Grenzflächen Hendrik Reese, Fabian Reuter, Claus-Dieter Ohl [Abstract] Das Verhalten einer Kavitationsblase in der Nähe einer Wand wurde mithilfe der Software OpenFOAM simuliert. Es ist bekannt, dass Kavitationsblasen in der Nähe einer festen Grenzfläche beim Kollaps einen Mikrojet in Richtung der Oberfläche erzeugen. Es wurde numerisch gezeigt, dass der Jet durch einen kleinen Kanal, der als Durchgangsbohrung durch die feste Oberfläche realisiert sein kann, geleitet werden kann. Auf diese Art lässt sich am Kanalausgang ein kontrollierter Mikrojet erzeugen. Die erzeugte Geschwindigkeit des Jets sowie das transportierte Flüssigkeitsvolumen in Abhängigkeit von Parametern wie dem Abstand der Blase von der Grenzfläche oder Kanalgeometrie werden diskutiert und mit ersten Experimenten verglichen.
14:40	Modeling Sound Propagation in Cavitating Liquid with Bubble Redistribution Dwayne Savio Stephens, Robert Mettin [Abstract] Intense sound fields in liquids cause cavitation: bubble nucleation and oscillation. The presence and dynamics of the gas phase leads to a change of the acoustic properties of the liquid. Essentially, the sound speed is reduced, and the dissipation increased. Both effects in turn influence the sound propagation, and complex interaction of bubbles and sound field can emerge. Further complication arises due to bubble motion due to acoustic forces (Bjerknes forces). We present a model including all effects and realized in the finite element package Comsol. Application of the model to standing and traveling wave setups are presented.
15:00	Cavitation from Transverse Waves Claus-Dieter Ohl, Pedro Quinto-Su, Julien Rapet [Abstract] It is well known that longitudinal acoustic waves in liquids of sufficient tension can nucleate cavitation bubbles. Here, we demonstrate that acoustic cavitation can also be generated from transverse waves at a solid-liquid boundary. Experimentally we launch the transverse waves with a laser generated plasma on the surface of two glass plates forming a 10-20um thin liquid gap. Three distinct waves in the solid and liquid are observed. The fastest is the bulk wave in the solid, followed by a leaky Rayleigh wave at the liquid-solid contact which is trailed by a Lamb-type wave. For the latter the two solid boundaries act as a wave guide and generate intense and short-lived cavitation activity within the gap. Streak and high-speed photography reveal the microsecond duration cavitation bubble dynamics and sub-picosecond strobe photography visualizes the mechanism of bubble nucleation from the accelerated surface. Simulations coupling the solids mechanics with the acoustics support the experimentally observed mechanisms of transverse wave induced cavitation inception.

Organisation:

M. Jäcker-Cüppers, Arbeitsring Lärm der DEGA (ALD) M.E. Altinsoy, TU Dresden, Professur für Akustik und Haptik

8:40	Sound-Design - Sind moderne Fahrzeuge so leise wie möglich? Jan Gebhardt, Lars Schade [Abstract] Motorräder verursachen trotz ihres geringen Anteils an der deutschen Fahrzeugflotte und ihrer geringen spezifischen Fahrleistung massive Lärmbelästigungen. Dies liegt zum Teil daran, dass viele Motorräder hauptsächlich auf malerischen Strecken, an denen andere Ruhe und Entspannung suchen, als Sportausrüstung eingesetzt werden. Andererseits ist für viele Fahrer der vermeintlich kraftvolle Klang ihrer Maschinen ein wesentlicher Faktor für den Fahrspaß. Motorräder, wie sonst nur Sportwagen, verkörpern den Konflikt zwischen einem besonderen Klangerlebnis für Auto-, bzw. Motorradfahrer und Lärm für viele Anwohner. Um diesen Konflikt zu lösen, unterliegen die Geräuschemissionen von Motorrädern und anderen Kraftfahrzeugen seit Jahrzehnten den Grenzwerten für die Typgenehmigung. Um Mängel in den Vorschriften aus den neunziger Jahren zu beheben, wurden in der jüngeren Vergangenheit in der Europäischen Union das Prüfverfahren und das Genehmigungsverfahren für Motorräder sowie für Personenkraftwagen und Lastkraftwagen geändert. Die neuen Regelungen gelten bereits für neue Fahrzeugtypen. In dieser Präsentation werden Ergebnisse vorgestellt, die im Rahmen eines Forschungsprojekts ermittelt wurden und einen dringenden Handlungsbedarf hervorrufen. In diesem Vorhaben wurde untersucht inwieweit die neuen Regelungen geeignet sind die Geräuschemissionen im realen Verkehr auf ein technisch unvermeidbares Maß zu begrenzen.
9:00	Maßnahmen zum verhaltensbedingten Lärm Bernd Lehming, Eckhart Heinrichs [Abstract] Das individuelle Verhalten im Kfz-Verkehr hat Einfluss auf die Lärmbelastung. Unnötiger Lärm entsteht vor allem durch das Fahren mit hoher Drehzahl und das Überschreiten der zulässigen Höchstgeschwindigkeit. Aber auch das Parken und Halten in zweiter Reihe erzeugt häufig Lärm. Hinzu kommt die Behinderung der lärmarmen Verkehrsarten Radfahren und Zufußgehen. Zugeparkte Radfahrstreifen machen das Radfahren unattraktiver und der Fußverkehr leidet oft unter mangelnden Sichtbeziehungen und fehlender Barrierefreiheit an ordnungswidrig beparkten Querungen. Schließlich können Verhaltensänderungen auch zur Lärmminderung bei besonders lauten Fahrzeugarten wie Motorrädern und Lkw führen. Es ist daher sinnvoll auch Strategien zu den derzeit ungenutzten Potenzialen durch ein geändertes Verkehrshalten der Kfz-Führenden zu entwickeln.
9:20	Unnötiger Lärm durch PKW-, Kräder- und LKW-Vorbeifahrten Dietrich Kühner [Abstract] Ausgehend von der Straßenverkehrsordnung und der Straßenverkehrszulassungsordnung wird gezeigt, wie anhand der mit einem Messpfosten der Firma RTB erhobenen Daten unnötiger Lärm durch Vorbeifahrten definiert werden kann. In die Untersuchung sind rund 900000 PKW, 94000 Kräder und 20000 LKW Vorbeifahrten einbezogen worden, um den Ansatz statistisch abzusichern.
9:40	A Comparison-Based Study of Psychoacoustic Parameters of Motorcycle Noise Emission Omid Samani, M. Ercan Altinsoy [Abstract] Nowadays, more than ever, there is an intention to reduce environmental disturbing factors. Undoubtedly traffic noise is one of the most crucial causes of environmental disturbance. Various categories of vehicles play roles in overall noise emission, however, the effects of these categories are not identical. Two-wheelers and specially motorcycles are a very influential noise emission sources in this investigation. Although the contribution of this category of vehicles in sound pressure level is not significant and is not considered in noise maps, they are very likely to emit extremely annoying noises. This is due to the characteristics of psychoacoustic parameters which they generate and could have grave consequences on physical and mental well-being of individuals. Therefore, it is vital to realize the weights of these parameters by conducting a thorough investigation. This paper aims to study the psychoacoustic parameters of motorcycle noises in various conditions such as acceleration, deceleration, and different engine speeds and finally to draw a comparison between motorcycles and other vehicle categories based on psychoacoustic parameters.
10:00	EU 540/2014 Verordnung Akustische Fahrzeug-Warnsysteme (AVAS) - Was können wir besser machen? M. Ercan Altinsoy, Lisa Steinbach [Abstract] In diesem Vortrag wird zuerst der Einfluss von Elektrofahrzeugen auf die gesamte Verkehrslärmemission diskutiert. Vor dem Hintergrund des zunehmenden Einsatzes von Elektrofahrzeugen im Straßenverkehr besteht ein wachsender Bedarf zur Bestimmung der Wahrnehmbarkeit von Fahrzeugaußengeräuschen durch Passanten. Seit ca. 10 Jahren liefern verschiedene Studien Anregungen und Empfehlungen, wie Fußgänger auch mit alternativ angetriebenen Fahrzeugen sicher interagieren können. Laut EU Verordnung 540/2014 müssen ab dem 1. Juli 2019 alle neuen Fahrzeugtypen mit einem Akustischen Fahrzeug-Warnsystem (AVAS) ausgestattet sein. Die Gesetzgebung definiert die minimal einzuhaltenden Terzpegelwerte und die minimal einzuhaltenden Gesamtpegel je Fahrsituation bis zu 20 km/h. Allerdings möchte man durch den Einsatz von AVAS die Verkehrslärmbelästigung so wenig wie möglich erhöhen. Durch verschiedene Maßnahmen, die noch nicht in der Verordnung vorgesehen sind, ist es möglich, die Belästigung, die durch AVAS entstehen wird, gering zu halten. In dem Vortrag wird eine Diskussion über diese Maßnahmen durchgeführt.
10:20	Lästigkeit der Geräusche von E-Pkw und Pkw mit Verbrennungsmotor und mögliche Konsequenzen für die städtische Lebensqualität Felix Laib, J. Alexander Schmidt [Abstract] Viele Menschen fühlen sich von Straßenverkehrslärm gestört oder belästigt. Beim Einsatz von Elektrofahrzeugen besteht im Vergleich zu Kfz mit Verbrennungsmotor bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten ein relevantes Lärmminderungspotential. Allerdings müssen neue E-Pkw seit 2019 mit einem akustischen Warnsystem (AVAS) ausgestattet sein, insbesondere um Fußgänger zu warnen. Künstlich erzeugte Geräusche könnten das Lärmminderungspotential einschränken und besonders lästig wahrgenommen werden. In einer Fallstudie wurden vergleichende Hörversuche zur Lästigkeit der Geräusche von E-Pkw und Pkw mit Verbrennungsmotor mit 60 Teilnehmern durchgeführt. Die Hörbeispiele wurden aus Audioaufnahmen bei Vorbeifahrt der Pkw erstellt und den Personen über Kopfhörer vorgespielt. Die Teilnehmer bewerteten die Lästigkeit der Geräusche bei der Vorbeifahrt einzelner Pkw mit Verbrennungs- oder E-Motor mit und ohne AVAS sowie bei der Vorbeifahrt mehrerer Pkw mit Verbrennungs- oder E Motor. Die Ergebnisse zeigen, dass die Geräusche der E-Pkw grundsätzlich weniger lästig bewertet wurden als die Geräusche der Pkw mit Verbrennungsmotor. Allerdings konnte festgestellt werden, dass sich die Lästigkeitsbewertung beim E-Pkw durch das AVAS erhöht. Überlagerte Vorbeifahrten mehrerer Pkw wurden erheblich lästiger bewertet, als Vorbeifahrten einzelner Kfz. Lästige Geräusche können die Aufenthaltsqualität mindern oder gar negative Auswirkungen auf die Gesundheit hervorrufen. Hinsichtlich eines steigenden Anteils von Elektrofahrzeugen werden mögliche negative Effekte auf die städtische Lebensqualität diskutiert.

Sitzungsleitung:

E. Sarradj, TU Berlin, Fachgebiet Technische Akustik

9:20	Strukturberuhigung eines spiralförmigen Akustischen Schwarzen Lochs (ASL) Peter Schrader, Christian Heinrichs, Fabian Duvigneau, Hermann Rottengruber [Abstract] Neben akustischen Metamaterialien gehören Akustische Schwarze Löcher (ASL) zu denjenigen passiv wirkenden Strukturen, bei denen eine Verminderung der hörakustisch relevanten Schwingungen eines Bauteils durch Strukturschwächung erzielt werden kann. Anders als die meisten Metamaterialien, deren Wirkung sich auf eingegrenzte Frequenzbänder beschränkt, entfalten ASL ihre Wirkung oberhalb einer Grenzfrequenz, welche hauptsächlich von der Länge des ASL-Profils abhängt. Dies zeigt die Theorie der ASL und die bisher publizierte Literatur zu dem Thema. Vor diesem Hintergrund wird in diesem Beitrag ein bereits bei tiefen Frequenzen wirksames spiralförmiges ASL mit einer Profillänge von über einem Meter und mit minimaler Steigung quadratisch abfallender Profildicke entworfen. Darüber hinaus wird dessen Wirkung mit Hilfe der Finiten Elemente Methode (FEM) prädiktiert und die Effekte von Modifikationen im entscheidenden Bereich minimaler Profildicke untersucht. Das entworfene ASL wird im additiven Fertigungsverfahren hergestellt und mittels Laser-Doppler-Vibrometrie hinsichtlich seiner Mobilität experimentell untersucht, wobei eine einfache Spirale aus identischem Material, gleicher Masse und gleicher Länge, aber ohne ASL-Geometrie als Referenz dient. Die essentielle, dissipativ wirkende Schicht am möglichst dünn gestalteten Profilende wird im Rahmen einer vergleichenden Studie variiert. Schließlich wird die Wirkung der optimierten ASL - Spirale auf die Strukturschwingung und Schallabstrahlung einer Motorölwanne untersucht und damit das akustische Potential gezeigt.
9:40	Experimentelle Untersuchung von Bettungen zur Nachbildung eines unendlichen Biegebalkens Liesa Zimmermann, Katja Stampka, Ennes Sarradj [Abstract] Um analytische Modelle von unendlichen Strukturen, beispielsweise Schienen, verifizieren zu können, ist es notwendig im Experiment auch das Verhalten der unendlichen Struktur nachzubilden. Daher muss die Bettung einer endlichen Struktur derart gestaltet werden, dass Körperschallwellen nicht vom Rand reflektiert werden um somit der Annahme des unendlichen Festkörpers zu entsprechen. Es werden verschiedene Möglichkeiten der Lagerung von endlichen Balken vorgestellt, die die Reflexion von Biegewellen an den Balkenenden verhindern sollen. Gegenübergestellt werden die Einflüsse von Änderungen der Querschnitte, Lagerung in Sand sowie die Ummantelung mit dämpfenden Stoffen. Die Ergebnisse der unterschiedlichen Bettungen werden untereinander und mit dem theoretischen Verhalten eines unendlichen Balkens verglichen. Dabei zeigt sich, dass eine Lagerung in Sand sehr gut geeignet ist. Aber auch Kombinationen von dämpfenden Materialien und Querschnittsänderungen können ein gutes Ergebnis erzielen. Außerdem werden die praktischen Aspekte der verschiedenen Lagerungen beschrieben.
10:20	Zusammenhang der Schwingschnelle und des Innenpegels in Wohnräumen bei Zugverkehr Thomas Tietze, Günther Achs, Verena Dreitler [Abstract] Die ON-Regel 199005 gibt eine Berechnung des sekundären Luftschalls aus Schwingungsmessungen vor. Eine Anwendung der Regel auch mit genauerer Erfassung von Nachhallzeiten hat sich aufgrund der häufig wechselnden Raumgeometrie aber auch der unterschiedlichen Wirkung von Quellen auf die Decke als schwierig erwiesen. Es wird anhand vieler Messdaten von einem Objekt eventuelle statistische Zusammenhänge hinsichtlich der Raumgeometrie, Nachhallzeiten und auch der Lage der Quelle untersucht. Die Messung der Nachhallzeit ist für die Umrechnung nach ON-Regel 199005 essenziell. Allerdings werden hier keine detaillierten Angaben über das Frequenzspektrum zur Umrechnung benötigt während bei den Anforderungen an das Schwingungsmessgerät ein Frequenzbereich von 16 bis 250 Hz angefordert wird. Eine genauere Berücksichtigung der Nachhallzeiten wird durch die kleine Raumgeometrie und den niedrigen Terzbandfrequenzen verhindert. Technische Betrachtungen in der Bauakustik zeigen eine wesentlich hohe Ungenauigkeit oder auch Unmöglichkeit der Messung von Nachhallzeiten unter 100 Hz in kleinen Räumen. Es wird somit auch nach eventuellen Interpolationsmöglichkeiten zu genaueren Darstellung und Berücksichtigung der raumakustischen Parameter für die Berechnung des sekundären Luftschalls gesucht.
10:40	Neuartige Methode zur radgenaue Lärmmessung an Güterzügen Robert Kamenzky, Clemens Fabian, Sarah Schneider, Peter Blaschke [Abstract] In dieser Arbeit wird eine neuartige Methode zur Lärmemissionsmessung bei fahrenden Güterzügen allein aus dem Schwingungssignal nahe des Rad-Schiene-Kontaktes vorgestellt. Sie ist unempfindlich gegen Störeinflüsse und erlaubt eine eindeutige Zuordnung von Schallemissionen zu einzelnen Rädern. Seit 2013 existiert in Deutschland ein lärmabhängiges Trassenpreissystem für Güterzüge. Bei Güterwagen sind die Radsätze die dominierenden Lärmemittenten. Rauheiten von Schiene und Radlauffläche sowie Unrundheiten der Räder erzeugen Schwingungen, die hauptsächlich über Radscheibe und Schiene akustisch abstrahlen. Es gibt Bedarf für ein System zur radgenauen Lärmmessung und Kontrolle zur korrekten Berechnung des Trassenpreises und der Verordnung von Sanktionen. Mikrofonmessungen an der Bahnstrecke sind bei der ”rechtssicheren” Lärmerfassung problematisch, da das Mikrofonsignal von Umgebungsgeräuschen überlagert wird und sich die Umgebungsbedingungen zwischen verschiedene Messorten unterscheiden können. Die vorgestellte Methode basiert auf der Modellierung des Rad-Schiene-Systems durch die Transferpfadanalyse. Die vom rollenden Zugrad hervorgerufenen Schwingungen im Rad-Schiene-System werden von Beschleunigungssensoren an der Schiene gemessen und mittels des Transferpfadmodells zu einem äquivalenten Schalldruckpegel synthetisiert. In Laboraufbauten konnten gute Übereinstimmungen von synthetisierten Lärmpegeln zu Referenzmessungen mit Mikrofonen gezeigt werden. Die Ergebnisse dieser Labormessungen sowie von weiteren Validierungsmessungen an Schienenfahrzeugen werden in dieser Arbeit vorgestellt und mögliche Limitierungen der Messaufbauten und der Methode diskutiert.
11:00	Modellierung von Fügestellen zur Berechnung der Strukturintensität in dünnwandigen Maschinenstrukturen Nikolai Kleinfeller, Christian Adams, Tobias Melz [Abstract] Die Strukturintensität (STI) beschreibt den Energiefluss des Körperschalls innerhalb einer schwingenden Struktur. Die genaue Kenntnis von Betrag und Richtung der STI erweitert das dynamische Verständnis für eine Struktur. Die STI wird in der Regel im Postprocessing einer Finite-Elemente-Simulation (FE) aus den Schnittkräften und Geschwindigkeiten gewonnen, wenn eine dünnwandige Struktur beispielsweise mit einer Schalenmodellierung zu Grunde liegt. In der Literatur sind bis auf wenige Ausnahmen Analysen der STI für monolithische Strukturen durchgeführt worden. Im Maschinenbau sind Strukturen jedoch häufig aus mehreren einzelnen Komponenten zusammengesetzt, die über Verbindungselemente, wie beispielsweise Schrauben oder Schweißnähte, verbunden sind. In der Fachliteratur wird der Bereich der Kopplung zwischen Bauteilen als Fügestelle bezeichnet. Eine Fügestelle beeinflusst das Schwingungsverhalten einer zusammengesetzten Struktur und es ist davon auszugehen, dass die STI von den Eigenschaften einer Fügestelle abhängt. Im Rahmen dieses Beitrags werden die Ergebnisse einer numerischen Studie vorgestellt, wobei mehrere FE-Modelle für eine gefügte dünnwandige Maschinenstruktur aufgebaut werden. Für die Modellierung der Fügestellen werden aus der Literatur etablierte Modelle mit steigender Komplexität herangezogen. Anschließend erfolgt eine Berechnung der STI, wobei der Einfluss der Fügestellenmodellierung auf die STI gezielt analysiert wird. Die Ergebnisse dieser Studie bilden die Grundlage für die Auswahl eines Fügestellenmodells zur Ermittlung der STI in komplexen Maschinenstrukturen.
11:20	Identifikation des vibroakustischen Verhaltens von Leiterplatten Moritz Hülsebrock, Maximilian Herrnberger, Heiko Atzrodt, Christian Adams, Roland Lichtinger [Abstract] Der digitale Entwurf von Leistungselektronikkomponenten stellt einen Schlüssel zur Beschleunigung des Entwicklungsprozesses und zur Beherrschung von Entwicklungsrisiken für elektrisch angetriebene Fahrzeuge dar. Insbesondere die numerische Simulation des strukturdynamischen und vibroakustischen Verhaltens von Leiterplatten erweist sich aufgrund der komplexen geometrischen und funktionalen Zusammenhänge, wie zum Beispiel die Beschreibung des Einflusses von Leiterbahnen, als ein schwieriges Simulationsproblem. Darüber hinaus kommt es aufgrund von Parameterunsicherheit häufig zu signifikanten Unterschieden zwischen Simulations- und Messergebnissen, was einen Modellabgleich erforderlich macht. Die Untersuchungen innerhalb dieses Beitrags konzentrieren sich daher zunächst auf die experimentelle Analyse von Leiterplatten. Es werden vier verschiedene Leiterplattenkonfigurationen mit derselben Geometrie aber unterschiedlich gezogenen Leiterbahnen betrachtet. Die Leiterplatten werden mit einem Lautsprecher im Frequenzbereich von 50 Hz bis 9000 Hz angeregt und die modalen Parameter über eine operationale Modalanalyse ermittelt. Die identifizierten modalen Parameter dienen als Grundlage für den Abgleich mit der numerischen Simulation. Das Ziel ist es, den Einfluss der Leiterbahnen auf das Schwingungsverhalten zu quantifizieren und anschließend numerisch zu simulieren. Die Simulations- und Messergebnisse stimmen nach Anpassung der Modellparameter gut überein und bilden damit eine Grundlage für weitere Untersuchungen.

11:40

Experimentelle Analyse von Schwingungsdämpfern für Eisenbahn-Stahlbrücken Sören Franz Thilo Hanisch, Jenny Böhm, Christoph Gramowski, Markus Hecht [Abstract] Bei Zugfahrten über Eisenbahn-Stahlbrücken tritt in vielen Fällen störender, tieffrequenter Luftschall, sogenanntes Brückendröhnen, auf. Ursächlich sind größtenteils schwingende Längsträger-Stegbleche der Brücke, die infolge der Überfahrt des Zuges angeregt werden. Zur Minderung dieser Schwingungen werden unter anderem Brückendämpfer angebracht. Die Brückendämpfer bestehen in der Regel aus einer Vielzahl einseitig eingespannter, gedämpfter Balken. In diesem Beitrag wird ein Prüfstand zur Untersuchung der Wirkungsweise von Schwingungsdämpfern auf einer zu dämpfenden Struktur vorgestellt. Der Prüfstand besteht aus einer Plattenkonstruktion, die an den Aufbau der Längsträger-Stegbleche einer Brücke angelehnt ist. Mit den Ergebnissen können die Erwartungen aus der Theorie bestätigt werden. Innerhalb des Arbeitsbereichs des Dämpfers werden Schwingungen stark gemindert. Unterhalb des Frequenz-Arbeitsbereichs der Schwingungsdämpfer ist der dämpfende Effekt gering, während er oberhalb dessen stärker ist. Zudem wurde der Einfluss verschiedener Variationen auf die Verlustfaktoren und Schwingungsantworten der Platte untersucht. Die Variationen beinhalten unterschiedliche Plattenarten, Ausführungen des Schwingungsdämpfers sowie Befestigungspositionen. Es wird deutlich, dass der Schwingungsdämpfer die größte schwingungsmindernde Wirkung an der Position hat, wo keine Schwingungsknoten der zu dämpfenden Platteneigenformen liegen. Des Weiteren wurde die Ausrichtung und die Masse des Schwingungsdämpfers untersucht. Diese haben einen geringeren Einfluss. Aus den Ergebnissen können Möglichkeiten eines optimierten Dämpfer-Einsatzes abgeleitet werden.

11:42

Design of test specimen for wind turbines to evaluate passive vibration reduction concepts based on granular materials Braj Bhushan Prasad, Fabian Duvigneau, Daniel Juhre, Elmar Woschke [Abstract] Mit zunehmendem Fokus auf CO2-neutrale Energieerzeugung bieten Windkraftanlagen eine effektive Möglichkeit, emissionsfrei Strom zu produzieren. Die Schallemissionen stellen eines der Haupthindernisse für den weiteren Ausbau von Onshore-Windenergieanlagen dar. Eine mögliche Quelle stellt der Generator dar, weil sich Vibrationen aus dem Generator über die Generatorstruktur in die gesamte Windenergieanlage ausbreiten können und schließlich als Schall abgestrahlt werden. Im vorliegenden Beitrag wird ein Konzept zur passiven Schwingungsdämpfung vorgestellt, das im Wesentlichen die hohe innere Reibung granularer Medien als Dissipationsquelle ausnutzt. Zur Demonstration werden unterschiedliche granulare Materialien untersucht. Die hohe Wirksamkeit der granularen Medien wird experimentell mit Hilfe von Schwingungsmessungen der abstrahlenden Oberflächen nachgewiesen. Für die experimentelle Schwingungsanalyse der partikelgefüllten sowie der ungefüllten Probekörper wird ein Laser-Scanning-Doppler-Vibrometer verwendet. Die Entwicklung der dazu erforderlichen Probekörper wird durch Simulationen auf Basis der Finite-Elemente-Methode unterstützt, um unterschiedliche Designvarianten vorab bewerten zu können. Ziel ist es, Probekörper für den Laborbetrieb zu entwerfen, die eine reale Windenergieanlage bzw. deren Komponenten in ihren wesentlichen vibroakustischen Eigenschaften möglichst gut widerspiegeln. Mit Hilfe dieser Probekörper soll im weiteren Projektverlauf ein Vergleich der berechneten und gemessenen Oberflächenschwingungen mit und ohne Füllung durchgeführt werden. Das schlussendliche Ziel ist es, die Konzepte auf reale Windenergieanlagen zu übertragen und hinsichtlich einer möglichen Industrialisierbarkeit zu bewerten.

Organisation:

R. Rolfes, Leibniz Universität Hannover - Institut für Statik und Dynamik

15:00	Untersuchungen zur Schallausbreitung in Straßenschluchten Alexander Lee, Berndt Zeitler [Abstract] Lange Straßenschluchten prägen in Metropolen das Stadtbild. Dabei bilden Straßenoberfläche und beidseitig angrenzende Gebäude mit ihren annähernd schallharten Oberflächen eine Umgebung, die bei der Schallausbreitung für sehr viele Reflexionen sorgt. Bei diesen Bedingungen, insbesondere bei paralleler Gebäudeanordnung, zeigen sich wellentheoretische Phänomene, die mit einem Strahlenmodell nicht beschrieben werden können. Diese modale Schallausbreitung wird auch bei Lüftungskanälen beobachtet und schon intensiv untersucht. Die Ähnlichkeit zu Straßenschluchten besteht in dem rechteckigen Querschnitt, wobei drei der Seiten schallharte Oberflächen haben und eine Seite absorbierend wirkt. Letzteres, wird bei der Straßenschlucht durch den Himmel und im Lüftungskanal durch einen Kanalabsorber abgebildet. Für Straßenschluchten wird für die Ausbreitung entlang der Straßenachse, Messungen aus einem Maßstabsmodell mit Ergebnissen aus einer raumakustischen Simulation verglichen.
15:02	Experimentelle Untersuchungen zur Lärmbelastung durch den Straßenverkehr Holger Marschner, Alexander Pfaff, Jochen Krimm [Abstract] Der Straßenverkehr ist laut aktueller Statistik des Umweltbundesamtes die Lärmquelle mit der höchsten Belastung in Deutschland. Mittlerweile hat der Straßenverkehrslärm ein Ausmaß angenommen, das immer häufiger zu Beschwerden und Rechtsstreitigkeiten führt. Zur Ermittlung der Notwendigkeit von Schallschutzmaßnahmen dient seit dreißig Jahren die Richtlinie für den Lärmschutz an Straßen (RLS-90). Die Berechnungsvorschriften der RLS-90 sind bei der Beurteilung der Notwendigkeit einer Lärmschutzmaßnahme anzuwenden. Vor-Ort-Messungen sind nicht vorgesehen. Dabei bildet die RLS-90 einige akustische Einflussparameter nur unzureichend ab, was dazu führt, dass nicht alle Belastungsszenarien für die Anwohner stark befahrener Straßen erfasst werden. An der Frankfurt University of Applied Sciences werden seit Jahren sowohl die akustischen Emissionen von Kraftfahrzeugen, als auch die Übertragungswege von Luft- oder Körperschall und dessen Wirkung auf den Menschen untersucht. In diesem Beitrag wird eine mobile Schallquelle vorgestellt, die auf der Anhängerkupplung von PKW montiert werden kann und ohne Einschränkungen für den Einsatz im öffentlichen Verkehr geeignet ist. Mit ihrer Hilfe lassen sich Schallfelder durch bewegte Fahrzeuge im Kontext der Bebauung erzeugen und bemessen. Anhand beispielhafter Untersuchungen mit der mobilen Schallquelle entlang von Lärmschutzwänden, die auch den schrägen Schalleinfall einbeziehen, werden grundlegende Erkenntnisse über das Ausbreitungsverhalten von Luftschall vor Lärmschutzwänden gewonnen, die Beiträge für detailliertere Berechnungsvorschriften liefern können.
15:04	Quantifikation von Umgebungseinflüssen auf Vorbeifahrtsmessungen Paul Reiter, Reinhard Wehr [Abstract] Haupteinflussfaktor auf den Straßenverkehrslärm ist die Interaktion zwischen Reifen und Straße (tyre-road noise) die unter anderem vom Typ der Fahrbahnoberfläche abhängt. Um diesen Einfluss zu quantifizieren gibt es mehrere standardisierte Messmethoden wie z.B. die in ISO 11819-1 beschriebene Statistical Pass-By method (SPB). Dabei werden die Schallemmissionen einer statistisch signifikanten Anzahl von individuellen Fahrzeugvorbeifahrten messtechnisch erfasst und der im Durchschnitt maximale Schalldruckpegel bezogen auf eine Referenzgeschwindigkeit berechnet. Bei der praktischen Durchführung dieser Messmethode sind jedoch teilweise akustisch problematische Umgebungsbedingungen vorhanden. Beispielsweise können sich Leitplanken, Betonschutzwände, Gebäude oder auch unebenes/absorbierendes Gelände auf die Messergebnisse auswirken. Eine Quantifizierung verschiedener Störeinflüsse ist daher notwendig um die Vergleichbarkeit von Messungen nach ISO 11819-1 zu erhalten. Aufgrund von am Computer effizient durchführbaren Parametervariationen bieten sich für diese Abschätzung Simulationen an. Dafür wurden mehrere für SPB-Messungen typische Umgebungsbedingungen ausgewählt und mit einer 2D Randelementmethode simuliert. In dieser Arbeit werden die Ergebnisse dieser Simulationen präsentiert.
15:06	Schienenkopfkonditionierung im Bogen – Auftrittshäufigkeiten auffälliger Bogengeräusche Thomas Maly, Michael Ostermann, Florian Biebl, Manuel Gunacker [Abstract] Die von Schienenfahrzeugen bei Bogenfahrten hervorgerufenen Vorbeifahrtgeräusche können einen hochfrequenten und zum Teil tonalen Charakter aufweisen, wodurch sie von Anrainern oftmals als besonders störend empfunden werden. Schienenkopfkonditioniermittel beeinflussen den Reibwert im Rad-Schiene Kontakt, wodurch störende Emissionsanteile in Bögen merklich gesenkt werden können. Im Rahmen eines geförderten Forschungsprojekts wurde deren Wirkung unter realen Bedingungen vertiefend untersucht. Zu diesem Zweck wurden zwei akustische Langzeitmessungen über elf Monate an der Wiener Vororteliniean zwei engen Bögen mit Radien von ∼230 m und vergleichbaren Oberbaueigenschaften durchgeführt. An einem der beiden Bögen befand sich zudem eine Schienenkopfkonditionieranlage, welche nach einer Referenzphase zum direkten Vergleich der beiden Messbögen über einen Zeitraum von neun Monaten in Betrieb war. Auffällige Emissionskomponenten in den rund 20000 Vorbeifahrten je Bogen konnten durch den Einsatz eines Auswertealgorithmus automatisiert identifiziert werden, wobei in beiden Bögen breitbandige, hochfrequente Komponenten, welche charakteristisch für einen Spurkranzanlauf sind, dominierten. Darauf aufbauende, statistische Auswertungen attestieren der Schienenkopfkonditionierung grundsätzlich eine deutliche, senkende Wirkung hinsichtlich der Auftrittshäufigkeiten. Der Einfluss der eingebrachten Konditioniermittelmenge konnte durch eine einmalige Änderung des Intervalls der Aufbringung demonstriert werden. Hinsichtlich der Abhängigkeit zu Witterungsbedingungen zeigten sich beispielsweise mit steigender Temperatur eine geringfügig Wirkungsverminderung, während die Luftfeuchtigkeit kaum bzw. zum Teil entgegengesetzte Tendenzen zeigte.
15:08	Akustische Eigenschaften einer Flugzeugkabinenwand mit integrierten Helmholtz-Resonatoren in der Glaswolle Kimberley Bruhn, Hannah Hoppen, Wolfgang Gleine [Abstract] Um wirtschaftlicher Fliegen zu können, werden zunehmend größere Triebwerke mit steigenden Nebenstromverhältnissen entwickelt. Durch ein hohes Nebenstromverhältnis der Triebwerke verändert sich deren Schallemission und damit das Schallspektrum in der Flugzeugkabine, sodass ausgeprägte tieffrequente Töne mit hohen Schallpegeln im Vergleich zu bisher bekannten breitbandigen Schalleinträgen in der Kabine auftreten, die den Komfort für die Passagiere erheblich beeinträchtigen können. Die derzeitige Flugzeugwand, die aus einer Doppelwand mit innenliegender Glaswolle als Absorber besteht, stellt im tiefen Frequenzbereich keine ausreichende Schallisolation dar. Aus der Literatur ist bekamnnt, dass Helmholtz-Resonatoren oft als Absorber im tiefen Frequenzbereich eingesetzt werden. In diesem Beitrag wird experimentell untersucht, ob durch in die Glaswollschicht eingebaute Helmholtz-Resonatoren, die Schallisolation einer konventionellen Flugzeugdoppelwand, speziell im tiefen Frequenzbereich, maßgeblich verbessert werden kann. Dabei soll die Gesamtmasse der Flugzeugwand nahezu identisch bleiben.
15:10	Auditory streaming and short-term memory: Effects of talker variability on serial recall and auditory distraction Abdullah Jelelati, Larissa Leist, Thomas Lachmann, Maria Klatte [Abstract] Immediate serial recall of spoken items is better with single-talker sequences when compared to multiple-talker sequences. This ”talker variability effect” (TVE) has been attributed to a reduction of the stream coherence in the multiple-talker sequence. Stream coherence also impacts the ”irrelevant sound effect” (ISE), which is defined as the impairment of serial recall performance for visually presented verbal items by task-irrelevant background sounds such as speech or music. It has been argued that ISE is most pronounced when the irrelevant sound is composed of changing auditory tokens emitted by a single source, as pre-attentive, obligatory processing of such auditory streams evoke serial order representations which interfere with deliberate retention of the serial order of the list items. In this experiment, immediate serial recall of visually-presented digits is impaired by task-irrelevant background speech. We analysed whether the ISE is attenuated when the coherence of the irrelevant speech stream is reduced by multiple talkers. The task-irrelevant speech consisted of letter names, produced by single talker vs. multiple talkers. In the second part, we explored the TVE on serial recall of spoken letter names. Preliminary data show a significant correlation between TVE in both paradigms, resulting from individual differences in pre-attentive auditory streaming.

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S. Dantscher, Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzl. Unfallversicherung

9:00	Untersuchung der Raumakustik und auditiver Belastung im Mehrpersonenbüro Jan Selzer, Florian Schelle [Abstract] Die Darstellung der auditiven Belastung in Mehrpersonenbüros wird in Regelwerken und internationalen Normen auf Basis raumakustischer Parameter und Momentaufnahmen des Schalldruckpegels durchgeführt. Um die komplexen Wirkmechanismen der akustischen Umgebung auf die im Büro arbeitenden Personen zu verstehen, reicht es jedoch nicht aus nur instrumentelle Einflussfaktoren zu betrachten. Ferner wird eine ganzheitliche Betrachtung aller akustischen Einwirkungen, aber auch der Perzeption der akustischen Umgebung durch die dort beschäftigten Personen notwendig. So wurden verschiedene Messungen in zwei Open Space Offices durchgeführt. Einerseits wurden die raumakustischen Parameter nach DIN EN ISO 3382-3 für eine Beurteilung nach VDI 2569 erfasst. Andererseits wurden während des laufenden Betriebs sowohl eine übliche Schalldruckpegelmessung zur Ermittlung des Beurteilungspegels nach den Technischen Regeln für Arbeitsstätten ASR A3.7 ”Lärm”, als auch binaurale Aufzeichnungen zur Auswertung psychoakustischer Messgrößen durchgeführt. Zusätzlich wurden die in den Büros beschäftigten Personen im Nachgang zu den Messungen zur akustischen Arbeitsplatzsituation mittels Online-Fragebogen befragt. Damit können die Büroraumakustik beschrieben, eine Momentaufnahme eines Schalldruckpegelverlaufs dargestellt und psychoakustische Messgrößen bestimmt werden. Aber auch die Perzeption der Beschäftigten findet Beachtung und eine Verbindung zu den zuvor genannten instrumentellen Größen kann untersucht werden. Die Methodik sowie eine Auswertung der Messdaten wird in diesem Beitrag dargestellt.
9:20	Die akustische Situation in Schwimmbädern und deren Auswirkungen auf Mitarbeitende sowie Besuchende Benjamin Müller, Annika Nolte, Lisa-Marie Wadle [Abstract] Gute Akustik in Schwimmbädern hat oftmals immer noch keine Priorität und viele Hallen weisen akustische Defizite auf, welche sich sowohl auf die Mitarbeitenden als auch auf die Besuchenden negativ auswirken. Dies steht im Kontrast zur Intention eines Schwimmbadbesuchs, wie zur Ruhe kommen oder konzentriert einer Sportart nachgehen. Zugleich erfordern Sicherheitsaspekte eine angemessene Sprachverständlichkeit. Besonders große Probleme in Schwimmhallen sind der hohe Lärmpegel und der lange Nachhall aufgrund vieler schallharter Oberflächen. Fragt man Sportlehrkräfte nach der Zufriedenheit von Umgebungsbedingungen in Schwimmhallen während des Schwimmunterrichts, geben diese die Akustik als den größten Kritikpunkt an. Zur Verbesserung der akustischen Situation in Schwimmhallen wurde im Rahmen der Projektinitiative ”AKUSTIK IN SCHWIMMBÄDERN” des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik IBP und der Deutschen Gesellschaft für das Badewesen e.V. eine systematische Untersuchung des Ist-Stands in Schwimmhallen durchgeführt. Dafür wurden sechs Schwimmbäder mit verschiedenen Nutzungsformen raumakustisch vermessen und Pegel-Messungen während des Betriebs durchgeführt. Zudem erfolgte eine Befragung des Schwimmbadpersonals, an der sich mehr als 100 Schwimmbäder beteiligten.
9:40	Eine Leseaufgabe für Lärmwirkungsstudien im Arbeitskontext: Analysen zu Trainingseffekten und Bearbeitungsfehlern Helga Sukowski [Abstract] In einem BAuA-Forschungsprojekt, in dem der Einfluss der akustischen Arbeitsumgebung auf die Leseleistung und das Wohlbefinden von Beschäftigten untersucht wird, standen in einer ersten von zwei empirischen Studien die Untersuchung von Trainingseffekten bei zweimaliger Testbearbeitung und die Betrachtung der beiden Testversionen einer speziell für diese Studie entwickelten Leseaufgabe im Mittelpunkt. Zur Ermittlung von Trainingseffekten haben die Teilnehmer(innen) die Leseaufgabe entweder zweimal in einer Ruhebedingung (RR) oder zweimal in einer Sprachgeräuschbedingung (GG) bearbeitet. In die Auswertung gingen die Daten von 45 berufstätigen Personen (Alter: 30-59 Jahre) ein. Zusätzlich zur Auswertung der Gesamtleistung in den beiden Versuchsdurchgängen (Sukowski, 2019) wurden weiterführende Analysen u. a. zur Art der Bearbeitungsfehler und der Bearbeitungszeit durchgeführt. In diesem Beitrag werden Ergebnisse dieser weiterführenden Analysen berichtet. So hat sich beispielsweise gezeigt, dass die reine Bearbeitungszeit der Testitems im zweiten Durchgang signifikant geringer war als im ersten Durchgang, und dies findet sich auch bei separater Auswertung für beide Gruppen (RR und GG). Die detaillierte Betrachtung der Leseaufgabe und der Trainingseffekte sowie die daraus folgende Optimierung der Methodik werden als wichtige Voraussetzungen angesehen, um in der nachfolgenden zweiten Studie des Projektes die Wirkungen unterschiedlicher, für den Arbeitskontext relevanter Geräusche auf die Leseleistung zuverlässig untersuchen zu können.
10:20	Messung und Evaluierung des Lärmpegels bei der Implantation von Hüftendoprothesen Alfred Schmitz, Nael Hawi, Daniel Kendoff, Martin Peter [Abstract] Bei der Implantation von Hüftendoprothesen entstehenden durch die unterschiedlichen Arbeitsgänge (z.B. Sägen des Oberschenkelknochens, Ausfräsen der Pfanne, Einschlagen der Pfanne mit verschiedenen Hämmern usw.) verschiedenartige Geräusche, die vom Operateur und dem gesamten Operationsteam regelmäßig als sehr laut empfunden werden. Im Rahmen einer Studie wurde daher untersucht, in wieweit diese subjektive Belästigung mit objektiven Messwerten korreliert ist und ob durch die Geräuscherzeugung ggf. auch gesetzliche oder arbeitsrechtliche Grenzwerte erreicht oder überschritten werden, die Anhaltspunkte dafür sind, ob eine übermäßige Lärmbelastung vorliegt oder gar bei entsprechender Exposition eine Hörgefährdung besteht. Nicht zuletzt soll das gewonnene Datenmaterial dazu dienen, Ansatzpunkte für mögliche Lärmminderungsmaßnahmen bei den Operationen zu finden und deren Verbesserungspotential einzuschätzen. Im Rahmen der Untersuchungen wurden die Geräusche von insgesamt sieben gleichartigen Hüftoperationen messtechnisch erfasst und daraus die relevanten schalltechnischen Größen bestimmt. Die Analyse der Messergebnisse und die daraus resultierende Bewertung der Geräuschsituationen wurden anhand der aus der einschlägigen Literatur bekannten verschiedenen Wirkungsweisen von Geräuschbelastungen auf den Menschen vorgenommen. Die Untersuchungen sowie deren Ergebnisse und die entsprechenden Schlussfolgerungen werden vorgestellt.
10:40	Analyse einer Messprozedur für luftgeleiteten Ultraschall am Arbeitsplatz hinsichtlich ihrer Praxistauglichkeit Andrea Wolff, Christian Ullisch-Nelken, Robert Schöneweiß, Christoph Kling [Abstract] Durch die Weiterentwicklung industrieller Verfahren, besteht an immer mehr Arbeitsplätze eine Exposition gegenüber Luftultraschall. Dieser Schall ist zwar i.d.R. nicht hörbar, jedoch ist in der Literatur das mögliche Auftreten extra-auraler Symptome durch eine solche Exposition dokumentiert. Somit ist die Exposition gegenüber Luftultraschall am Arbeitsplatz gemäß Lärm- und Vibrations-Arbeitsschutzverordnung zu erfassen und in die Gefährdungsbeurteilung aufzunehmen. Gängige Messmethoden für hörbaren Schall sind jedoch für die Erfassung von Luftultraschall nicht geeignet. Im Rahmen des EU-Projekts ”Metrology for modern hearing assessment and protecting public health from emerging noise sources” (www.ears-project.eu) wurde daher an der Entwicklung einer neue Messprozedur gearbeitet, die eine zuverlässige Erfassung der Luftultraschallexposition am Arbeitsplatz im laufenden Betrieb ermöglichen soll. Nach ausführlichen Laboruntersuchungen, die bereits auf der DAGA 2018 vorgestellt wurden, konnte die Messprozedur einem Praxistest unterzogen werden. Dafür wurde eine Vielzahl von Messungen an industriellen Arbeitsplätzen durchgeführt, die durch verschiedene typische Quellen ultraschallbelastet sind. Wir präsentieren die Messungen und diskutieren die Ergebnisse.
11:00	Wie aus den Resultaten von Gehöruntersuchungen auf die branchenspezifische Gehörschutz-Tragdisziplin geschlossen werden kann Magnus Köpfli Wicki [Abstract] Die Schweizerische Unfallversicherung Suva betreibt seit den 1970-er Jahren ein systematisches Programm zur Verhütung von Gehörschäden. Dabei konzentrieren sich die Gehöruntersuchungen in den Suva-Audiomobilen auf Personen, welche in gehörgefährdender Umgebung arbeiten. Bedingt durch die Geometrie des Gehörgangs und die Schallwellenlänge zeichnet sich ein lärmbedingter Hörverlust primär im Frequenzbereich zwischen 3 und 6 kHz ab. Insofern unterscheidet er sich vom altersbedingten Hörschaden. Durch spezifische Auswertungen von audiometrischen Daten lassen sich Branchen und Berufsbilder mit erhöhtem Hörschadenrisiko eruieren. Es sind dies Berufe, bei welchen die Gehörschutzanwendung erschwert ist oder bei welchen die Lärmbelastung unterschätzt wird. Tätigkeiten mit erträglichen, doch häufigen, Impulsbelastungen schneiden schlechter ab als Berufe mit Dauerlärmbelastungen. In der Baubranche zeigt sich der Schaler als gehörgefährdetster Beruf. Tatsächlich wird eine schlechte Tragdisziplin beobachtet. Eine betriebsspezifische Auswertung der Hörverluste im Bereich zwischen 3 und 6 kHz dient als Triagekriterium für die Planung und Durchführung von Betriebskontrollbesuchen im Sinne der Gehörschadenprävention.
11:20	Influence of the Acoustic Coupling of Hearing Aids on the Passive Sound Attenuation of Custom Ear Molds Hendrik Husstedt, Sandra Dantscher, Peter Sickert, Marlitt Frenz, Janosch Niehaus, Christoph Knipfer [Abstract] Hearing aids can amplify sounds to compensate for a hearing loss. Other features such as loudness compression and an output limiter allow for an amplification of soft sounds and a reduction of loud sounds. Therefore, hearing aids can basically also act as hearing protectors. However, the reduction of sounds can only be realized by not amplifying them, since current hearing aids do not provide active noise canceling. Consequently, the passive sound attenuation is crucial for the use as hearing protectors. Closed fittings are required to get high attenuation, and custom ear molds better fit the individual shape of the ear. Nevertheless, the influence of the acoustic coupling between ear mold and hearing aid on the attenuation is not clear. Thus, the passive attenuation of four different custom ear molds is measured with the REAT method (EN ISO 4869-1) for 20 test subjects. The influence of the acoustic coupling is analyzed by comparing the following conditions: (i) closed ear mold, (ii) closed ear mold for behind-the-ear devices with standard and (iii) slim tube, and (iv) closed ear mold for receiver-in-the-canal devices. These results help to define requirements for the certification of hearing aid ear molds as hearing protectors (personal protective equipment).

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S. Dantscher, Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzl. Unfallversicherung

11:40	Excel-Tool zur Ermittlung des Tages-Lärmexpositionspegels Ilka Arendt, Anke Berger [Abstract] Bei der Durchführung von Gefährdungsbeurteilungen sind oft Kenngrößen zu physikalischen Faktoren und Arbeitsumgebungsbedingungen am Arbeitsplatz zu ermitteln, um die Einhaltung von Grenzwerten zu überprüfen und erforderliche Maßnahmen, beispielsweise zur Minderung oder zur Bereitstellung geeigneter PSA, einzuleiten. Die Ermittlung der Kenngrößen ist jedoch nicht grundsätzlich einfach und erfordert oft fachgerechte Messungen. Das von der BAuA entwickelte Excel-Tool bildet den Messablauf für den Tages-Lärmexpositionspegel von der Vorbereitung der Messung bis zum vollständig dokumentierten Ergebnis ab. Es leitet durch die Messung und unterstützt bei der Auswahl geeigneter Schallpegelmesser, der Berechnung des Tages-Lärmexpositionspegels und der Protokollierung. Es ersetzt dabei nicht die nach LärmVibrationsArbschV für die Messungen erforderliche Fachkunde. Die Messungen werden auf Grundlage der DIN EN ISO 9612 - ”Bestimmung der Lärmexposition am Arbeitsplatz” durchgeführt. Abgeschlossene Messungen werden gespeichert und können über das Tool jederzeit wieder aufgerufen werden. Das Excel-Tool bildet einfache Messsituationen ab. Eine Weiterentwicklung z. B. zur Ermittlung des Spitzenschalldruckpegels oder hinsichtlich des Einsatzes von Personenschallexposimetern wird bei Bedarf angestrebt. Die erste Version des Excel-Tools wird auf dem Poster vorgestellt.
11:42	Entwicklungsmöglichkeiten der Hörgeräteversorgung zum Einsatz in Lärmbereichen Peter Sickert [Abstract] Seit 2010 sind als Gehörschutz zugelassene Hörgeräte in Kombination mit einer Gehörschutz-Otoplastik als persönliche Schutzausrüstung erhältlich. Dabei handelt es sich um Komplettsysteme, bei denen softwareseitig eine Begrenzung für die Einstellmöglichkeiten des Hörakustikers eingebaut ist. Momentan wird im Rahmen eines von der DGUV geförderten Projekts ein alternativer ”offener” Ansatz in einer Kooperation zwischen DGUV, biha und DHI erarbeitet, der eine Kombination zwischen einem als PSA zertifizierten Ohrpassstück und einem geeigneten Hörgerät vorsieht. Die Eignung wird durch eine Prüfung beim DHI nachgewiesen. Anforderungen an das Hörgerät, die Kontrolle der individuellen Einstellung durch den Hörakustiker und die Erfolgskontrolle der Versorgung werden in einem DGUV Grundsatz festgelegt. Denkbare Weiterentwicklungen werden diskutiert. Insbesondere ist es möglich, Hörgeräte über eine Ferneinstellung direkt durch den Hersteller anzupassen. Dies käme sowohl für Komplettsysteme als auch für ”offen” kombinierbare Versorgungen in Frage. Zu diskutieren ist auch die Nutzung einer automatischen Situationserkennung durch die Hörgerätesoftware, so dass im Lärmbereich ohne Nutzereinwirkung das Lärmarbeitsplatzprogramm eingestellt wird. Die genannten Varianten der Hörgeräteversorgung am Lärmarbeitsplatz bieten unterschiedliche Sicherheitsniveaus und Flexibilitäten und erlegen dem Hersteller im Sinne der PSA- Verordnung und dem beteiligten Hörakustiker verschieden große Verantwortungen auf. Diese Unterschiede sollten bei der Einführung weiterer Versorgungsverfahren neben den bereits etablierten Komplettsystemen berücksichtigt werden.
11:44	Typische Schallexposition für verschiedene Waffentypen Sandra Dantscher, Andrea Wolff [Abstract] Für die Durchführung einer Gefährdungsbeurteilung von Personen, die Schießlärm ausgesetzt sind, werden Messwerte benötigt. Diese stehen für eine Vielzahl von Waffen und Munitionen zur Verfügung und erlauben eine detaillierte Berechnung des Tages-Lärmexpositionspegels für verschiedenste Szenarien. Im Rahmen der Beurteilung einer Verdachtsanzeige für eine Berufskrankheit BK 2301 (Lärmschwerhörigkeit) muss die Lärmexposition gegenüber Schießlärm jedoch retrospektiv ermittelt werden. Hierbei lässt sich die genaue Expositionssituation häufig nicht mehr rekonstruieren. Insbesondere können die jeweils verwendeten Waffen und Munitionen sowie die Schusszahlen meist nicht genau bestimmt werden. In der vorliegenden Arbeit wurden verfügbare Messwerte aus verschiedenen Quellen für die Exposition der Schützen analysiert. Die Daten wurden für verschiedene Waffentypen gruppiert, z.B. Pistolen, Maschinenpistolen, Sturmgewehre und Jadgwaffen. Alle Daten wurden auf A-bewertete Einzelereignisschallpegel pro Schuss umgerechnet. Für jeden Waffentyp ergibt sich damit ein Wertebereich, der durch die Streuung für verschiedene Waffen und Munitionen bestimmt wird. Es wird diskutiert, mit welcher Unsicherheit die rückblickende Beurteilung der Lärmexposition für eine Berufskrankheit auf Basis dieser zusammenfassenden Daten möglich ist, wobei auch die Unsicherheit in der retrospektiven Angabe der Schusszahlen berücksichtigt wird.
11:46	Development of a personal high-frequency sound exposimeter for occupational safety applications Michal Cieslak, Christoph Kling, Andrea Wolff [Abstract] High-frequency sound level measurements in workplaces are usually performed with handheld sound level meters. These devices are limited to applications where worker’s position is predefined and does not vary during a working day. Otherwise, personal sound exposimeters can be utilized to account for the correlation of the worker’s mobility and the subsequently varying sound exposure, provided the frequency of the measured sound does not exceed 8 kHz. However, the increasing number of workplace activities where high-frequency sound and ultrasound exposure poses a real health and safety issue necessitates the development of a personal sound exposimeter capable of operating above 8 kHz. This requirement has been recognized by the Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) and the Institute for Occupational Safety and Health of the German Social Accident Insurance (IFA of DGUV). In this work, PTB’s and IFA’s latest efforts to develop a personal high-frequency sound dosimeter are documented. Preliminary test results of the initial investigations are presented therein. Owing to the recent advances in the field of microelectronics the current concept shows a good potential for meeting the requirements of the applicable standards, despite the compact size of the design.

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R. Rolfes, Leibniz Universität Hannover - Institut für Statik und Dynamik

16:40	Prediction of long-range propagation of wind turbine noise using the CNPE method Jasmin Hörmeyer, Tobias Bohne, Raimund Rolfes [Abstract] In the atmosphere, prevailing meteorological conditions have a strong influence on the long-range sound propagation. Wind and temperature gradients result in a geometric refraction and atmospheric turbulence leads to a scattering of sound waves. The impact of these effects on the sound propagation increases with the distance. In particular, the prediction of long-range sound propagation and the impact of atmospheric effects are relevant for wind turbine noise. Evaluating these effects, a sound propagation model, which is based on the CNPE (Crank Nicolson Parabolic Equation) method, is developed within the project ”WEA-Akzeptanz”. Besides the geometric effects, this model includes scattering due to turbulence. In this work, the long-range propagation of wind turbine noise is investigated. Therefore, a rotating sound source is implemented in the CNPE method and the resulting sound propagation is shown. Additionally, the sound propagation of a high-altitude monopole sound source and a rotating sound source are compared. Furthermore, the necessity of a rotating sound source as a representation of a wind turbine is discussed.
17:00	Entfernungsabhängige Refraktionseffekte in der Schallausbreitung von Windenergieanlagen Susanne Martens, Tobias Bohne, Raimund Rolfes [Abstract] Im Projekt WEA-Akzeptanz werden umfangreiche Messungen im Umkreis von Windenergieanlagen (WEA) durchgeführt. Auf Basis der meteorlogischen und akustischen Messdaten sowie der Anlagenparameter wird der Einfluss atmosphärischer Bedingungen auf die Ausbreitung von WEA-Schall untersucht. Bereits veröffentlichte Ergebnisse aus einer Messkampagne im Jahr 2018 zeigen, dass die Stärke der Refraktion insbesondere von dem vorherrschenden Schallgeschwindigkeitsgradienten und der Entfernung zur Anlage bestimmt wird. Mit zunehmender Entfernung und stärkeren Schallgeschwindigkeitsgradienten nimmt der Einfluss der Refraktionseffekte auf die WEA-Schallausbreitung zu. Bei Entfernungen von 154 und 249m zur Anlagen ist die Richtwirkung der Anlage dominant. Bei einer Entfernung von 470m sind die Refraktionseffekte hingegen klar sichtbar. Im Vergleich zu stark positiven Schallgeschwindigkeitsgradienten ist der Schalldruckpegel bei stark negativen Gradienten um 6dB geringer. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen werden neue Messdaten, welche in zwei Messkampagnen im Jahr 2019 aufgenommen wurden, hinsichtlich der entfernungsabhängigen Refraktionseffekte in der WEA-Schallausbreitung ausgewertet und beurteilt. In diesem Beitrag werden die Messkampagnen sowie die Auswertungsmethoden vorgestellt und schließlich die Ergebnisse der Untersuchungen präsentiert. In einem Ausblick werden zukünftige Arbeiten dargestellt.
17:20	Zur Detektierbarkeit der Geräusche einer Windenergieanlage unter verschiedenen meteorologischen Bedingungen Arthur Schady, Katharina Elsen [Abstract] Die Messung der Lärmemission von Windenergieanlagen ist geregelt nach DIN EN 61400-11. Die Überwachung der Lärmimmission ist dennoch schwierig, da der lokale Lärmpegel von einer Vielzahl von Einflüssen bestimmt wird. Zum einen ist das der sehr variable Emissionspegel, abhängig von den Anströmbedingungen und von der Drehzahl der Anlage. Zum anderen ist eine konkrete Zuordnung der Geräusche zu der Quelle schwierig, weil der Immissionspegel, oft auf dem Level der Fremdgeräusche ist. Zur Verbesserung des Verständnisses der Schallübertragung unter verschiedenen meteorologischen Bedingungen ist eine solche Zuordnung der Quellgeräusche jedoch essentiell. Ziel dieses Vortrages ist es darzustellen, mit welchen Mitteln genügend hoch aufgelöste (zeitlich und spektral) Langzeitmessdaten ausgewertet werden können, um Informationen zu Lärmemission, Drehzahl, Hintergrundgeräuschen, Amplitudenmodulation und der lokalen Lärmbelastung durch eine WEA zu erlangen. Dazu werden Daten genutzt, die über einen Zeitraum von 40 Tagen mit einer Auflösung von 10Hz gespeichert wurden und an fünf Standorten in unterschiedlichem Abstand von der WEA in komplexem Gelände bei gleichzeitiger sehr genauer Dokumentation der Strömungsbedingungen und Meteorologie. Durch die Langzeitmessungen werden verschiedene meteorologische Bedingungen gegenübergestellt und die Einflüsse des Wetters auf die Detektierbarkeit der WEA-Geräusche dargestellt. Diese Untersuchungen ermöglichen Aussagen über die nötigen Analysezeiträume, zur Berücksichtigung meteorologischer Informationen und zu Lärmmetriken in der Lärmüberwachung.
17:40	Schallausbreitung einer Windenergieanlage im komplexen Gelände unter Berücksichtigung verschiedener meteorologischer Bedingungen Katharina Elsen, Arthur Schady [Abstract] Im Rahmen der Energiewende leistet Windenergie als regenerativer Energieträger einen wichtigen Beitrag. Dem gegenüber stehen die teils schlechte Akzeptanz aufgrund von Lärmbelastung sowie die Verknappung guter Standorte. Die Installation von Windenergieanlagen im komplexen Gelände wird daher immer wichtiger und damit auch das Wissen um Effizienz und Lärmbelastung der Anlagen in diesem Gelände. Im Rahmen des NEWA Projektes werden Einflüsse der atmosphärischen Bedingungen, der Umgebung und des Bodens auf die Schallausbreitung untersucht. Die physikalischen Prozesse, die hierbei eine Rolle spielen (z.B. Absorption, Reflexion, Refraktion), sind komplex, frequenzabhängig und treten in Kombination auf. Der Einfluss der wechselnden atmosphärischen Bedingungen bewirkt Änderungen der Pegeldämpfung im Ausbreitungsweg, die bei Entfernungen größer 500m bis zu 15 dB oder mehr betragen können. Durch Langzeitmessungen in topografisch gegliedertem Gelände werden die Messungen und verschiedene meteorologische Bedingungen gegenübergestellt. Dabei spielt die Meteorologie auch in der Schallentstehung eine große Rolle. Dies wurde im Messaufbau berücksichtig. Im Rahmen des Vortrages soll dargestellt werden, wie der Einfluss verschiedener meteorologischer Bedingungen in Kombination mit komplexem Gelände auf die Schallausbreitung analysiert und damit besonders extreme Situationen identifiziert werden können. Mit Hilfe hochaufgelöster Daten kann darüber hinaus der Einfluss der verschiedenen meteorologischen Parameter quantifiziert werden.
18:00	Richtungs- und Entfernungsabhängigkeit der Amplitudenmodulation (AM) bei Windenergieanlagen Sergio Martinez, Kai Pies, Florian Fennel, Anne-Kathrin Ferreira [Abstract] In Rahmen der DAGA 2017 und DAGA 2018 wurde ein Verfahren zur Ermittlung und Quantifizierung der AM bei Windenergieanlagen (WEA) vorgestellt. Zur Analyse wurden Geräuschmessungen sowohl von WEA als Einzelanlagen als auch von Windparks herangezogen. Mit Hilfe der dabei ermittelten Kennwerte lassen sich die von WEA ausgehenden Geräuschimmissionen in der Nachbarschaft ergänzend beurteilen. Bei der Untersuchung der Wirkungen werden häufig hilfsweise synthetische Auralisationen (Verfahren zur Hörbarmachung) zur Simulation verwendet. Vorteilhafter sind jedoch echte Messungen im Nahfeld von Einzelanlagen oder bei Windparks in Abständen von ca. 600 m bis über 1.000 m an den Wohnbebauungen. Hierzu haben wir eigene, ausgewählte, kurzzeitige Geräuschstichproben (2 Minuten bis 4 Minuten Dauer) aus Feldmessungen entnommen und sie als Kombination von Schmalbandanalysen und AM-Bestimmung im Bereich von 25 Hz bis ca. 5 kHz analysiert. Ziel der Untersuchungen ist es, Erkenntnisse zur Entfernungs- und Richtungsabhängigkeit der AM herauszuarbeiten, um sie u.a. mit den aktuellen Modellen zur Geräuschabstrahlung der WEA in Einklang bringen zu können. Solche Schritte sind für die Praxis des Immissionsschutzes unerlässlich. Die bisherigen Untersuchungen zeigten, dass die AM bei Windparks zu einer Erhöhung der Störwirkung führt und damit das Schallminderungspotential der Einflussgröße ”Entfernung” kompensiert wird.

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R. Rolfes, Leibniz Universität Hannover - Institut für Statik und Dynamik

13:40	Untersuchung der Schallentstehung bei der Nutzung von Fliegenklatschen Roman Tschakert, Thomas Geyer, Gert Herold, Erik Schneehagen, Berndt Zeitler [Abstract] Die Verwendung von Fliegenklatschen zur Beseitigung störender Insekten findet im Alltag weite Verbreitung. Obwohl es die heutige, handelsübliche Form der Fliegenklatsche bereits seit den 1950er Jahren gibt, ist eine Vielzahl verschiedener Ausführungen erhältlich. Das Benutzen von Fliegenklatschen kann jedoch zu sehr hohen, impulshaltigen Störpegeln führen. Diese sind unter anderem abhängig von der Form und Beschaffenheit der Fliegenklatsche, zum Beispiel der Größe und dem Material des Gitters. Um den Einfluss dieser Parameter auf die Schallentstehung beim Zuschlagen zu untersuchen, wurden akustische Messungen an verschiedenen Fliegenklatschen in drei voneinander unabhängigen Instituten durchgeführt. Aus den Ergebnissen lassen sich Empfehlungen für die Wahl vergleichsweise lärmarmer Fliegenklatschen ableiten. Im Beitrag werden die Untersuchungsmethoden beschrieben und die Ergebnisse aus den verschiedenen Forschungseinrichtungen miteinander verglichen.
14:00	Einfügedämpfung im Zeitbereich - Experimenteller Ansatz mit Korrelationsanalyse Wolfram Bartolomaeus [Abstract] Zur messtechnischen Bestimmung der Einfügedämpfung wird üblicherweise eine harmonische Frequenzanalyse vorgenommen. Dazu wird z. B. der sich von einer Rauschquelle ausbreitende Schall hinter einem ”eingefügten” Objekt - z. B. einer Lärmschutzwand - als Schalldruckpegel in Terzbändern gemessen und in Relation zur Situation ohne eingefügtem Objekt gebracht. Statt Rauschen können auch andere Signale, wie z. B. Sweeps, verwendet werden und die Analyse kann mit dem Verfahren der Raumimpulsantwort erfolgen. Aber auch hier erfolgt die Auswertung mittels Fourier-Transformation im Frequenzbereich. Dem gegenüber ist mit dem Korrelationsverfahren eine messtechnische Beurteilung der ”Einfügung” alleine im Zeitbereich möglich. Dies wird durch eine Kombination der Korrelations-Analyse mit skalierbaren Fenstern nach Art der Wavelet-Analyse möglich. Für eine vorgegebene Geometrie aus Quelle, Hindernis und Empfänger sind die Laufzeiten der unterschiedlichen Schallstrahlen a priori bekannt. Durch Korrelation der an zwei Mikrofonen aufgenommenen Schallsignalen - Referenz und Messpunkt - kann zu vorgegebenen Laufzeitdifferenzen eine quantitative Analyse für unterschiedliche Wellenlängen durchgeführt werden, ohne vorher in den Frequenzbereich transformieren zu müssen. In einem maßstäblichen Versuch wurde die Einfügedämpfung eines Liniengitters von Hindernissen sowohl konventionell als auch mit Korrelationsanalyse ermittelt. Erste Ergebnisse werden vorgestellt.
14:20	Berücksichtigung meteorologischer Daten in der Schallausbreitungsrechnung und Abgleich mit Messergebnissen Manfred Liepert, Viktor Skowronek, Martin Crljenkovic, Arthur Schady, Katharina Elsen, Fabio Strigari, Michael Chudalla [Abstract] Die Schallausbreitung zwischen Emissionsort und Immissionsorten wird u.a. von den atmosphärischen Bedingungen (Wetter), der Umgebung (Topografie) und den Eigenschaften des Bodens bestimmt. Die physikalischen Prozesse, die hierbei eine Rolle spielen (z.B. Absorption, Reflexion, Refraktion), sind komplex, frequenzabhängig und treten vielfach in Kombination auf. Der Einfluss der wechselnden atmosphärischen Bedingungen (Windprofil, Temperaturschichtung, Luftfeuchte) bewirkt Schwankungen der Pegeldämpfung im Ausbreitungsweg, die bei Entfernungen größer 500m bis zu 25 dB oder mehr betragen können. In einem Forschungsprojekt für die Bundesanstalt für Straßenwesen werden Einflüsse des Wetters auf die Schallausbreitung und deren Berücksichtigung in verschiedenen Berechnungsverfahren dargestellt und verglichen. Durch Langzeitmessungen an einem Autobahnabschnitt werden die Berechnungsergebnisse den Messungen bei den korrespondierenden meteorologischen Bedingungen gegenübergestellt. Diese Untersuchungen ermöglichen Aussagen über den Mehrwert der Berücksichtigung meteorologischer Informationen in der Ausbreitungsrechnung. Die bisherigen Ergebnisse und Vorschläge für die praxisgerechte Berücksichtigung der Meteorologie in Rechenmodellen werden vorgestellt.
14:40	Zusammenhang reduzierter Geräuschgrenzwerte mit den in-use Geräuschemissionen bei unterschiedlichen Verkehrssituationen Stefan Müller, Christine Huth, Manfred Liepert, Wolfram Bartolomaeus [Abstract] Die tatsächliche Geräuschbelastung der Bevölkerung ist alleinig anhand von Kfz-Typprüfungen nicht darstellbar. Neben den Geräuschemissionen ist für eine realistische Abschätzung der Lärmbelastung der Bevölkerung (Geräuschimmission) auch die Kenntnis des Mittelungspegels und der Pegelstatistik (z.B. 5- und 95-Perzentil) des Straßenverkehrs und für unterschiedliche Verkehrssituationen, wie flüssiger Verkehr und Stop-and-go-Verkehr, wichtig. In einem Forschungsprojekt für die Bundesanstalt für Straßenwesen werden in einem ersten Schritt die ”in-use-Geräuschemissionen” an sechs verschiedenen Straßenarten (BAB, Ausfallstraße, Boulevard, Großstadt-Kreuzung, Kreisverkehr, Kleinstadt-Durchgangsstraße) für jeweils drei verschiedene Verkehrssituationen messtechnisch ermittelt. Während der Messungen werden insbesondere auffällige Pegelspitzen dokumentiert und Ihrer Ursache zugeordnet. Anschließend erfolgt eine Auswertung und Analyse der Messwerte und Pegelstatistik, um den Einfluss auffälliger Pegelspitzen auf die Geräuschsituation neben der Straße zu ermitteln. Dabei wird auch eine Lautheitsanalyse durchgeführt. Die Ergebnisse werden abschließend mittels Schallausbreitungsrechnungen auf den zu betrachtenden Immissionsort übertragen, wobei die Geräuschentwicklung in Abhängigkeit vom Auftreten von Pegelspitzen und die Geräuschentwicklung in Abhängigkeit von der Zusammensetzung verschiedener Verkehrssituationen betrachtet werden. Die bisherigen Ergebnisse werden vorgestellt.

8:40	Cmet - Was Behörden wirklich dürfen Karl-Wilhelm Hirsch, Christian Kleinhenrich, Frank Hammelmann [Abstract] Das Cmet dient in der TA Lärm bzw. DIN ISO 9613-2 dazu, die nach dem Schema der Norm ermittelten Langzeit-Mittelungspegel für Mitwind auf Langzeitmittelungspegel für alle Ausbreitungssituationen zu korrigieren. Das Cmet wird abstands- und höhenabhängig über ein winkelabhängiges C0 bestimmt. In der Regel geben die Länder das Berechnungsverfahren für das C0 vor. Sie erwarten dann vom Gutachter, dass er die verfahrensrelevanten Wetterdaten einholt, um mit diesen Angaben über das vorgegebene C0-Verfahren das Cmet für die konkrete Ausbreitungssituation zu berechnen. In diesem Beitrag wird festgestellt und begründet, dass diese Vorgehensweise nicht TA-Lärm-konform ist, weil die Länder zur Vorgabe des C0 keine Rechtsgrundlage haben. Nach DIN ISO 9613-2 ist es genau umgekehrt: Die Behörden können das Wetter vorgeben, der Normenanwender wendet sein Verfahren zur Bestimmung des C0 an. Dies stellten schon KURZE und SCHIRMACHER in einer grundsätzlichen Betrachtung zum Cmet vor mehr als 20 Jahren fest. Im vorliegenden Beitrag wird keineswegs dafür plädiert, endlich TA-Lärm-konform vorzugehen und jedem Gutachter zu überlassen, wie er aus den behördlichen Wetterangaben das C0 und das Cmet bestimmt. Es wird vielmehr vorgeschlagen, dass zuständigkeitshalber die LAI, z. B. in einem Leitfaden, bundesweit eine Vorgehensweise der C0-Bestimmung empfiehlt und damit rechtssicher die Lücke in der Norm schließt.
9:00	Schutz vor Gewerbelärm bei heranrückender Wohnbebauung - die TA Lärm in der Bauleitplanung - Urbane Gebiete in der Diskussion Eckhard Bock [Abstract] Seit 2017 ist die Gebietskategorie ”Urbanes Gebiet-(MU)” in die Baunutzungsverordnung eingeführt worden. Eine größere Nutzungsmischung verbunden mit höheren Immissionswerten der TA Lärm ist vom Gesetzgeber beabsichtigt. Der zunehmende Wohnungsbedarf insbesondere in den Wachstumsregionen hat zu weiteren Novellierungsvorschlägen des Baugesetzbuchs geführt. Aktuell wird eine Experimentierklausel diskutiert, auf deren Grundlage Städte die Normwerte der TA Lärm in der Bauleitplanung selbstständig interpretieren sollen. Zusätzlich soll eine weitere Nutzungskategorie das ”Urbane Wohngebiet-(WU)” (Wohngebiete mit höheren Immissionsbelastungen) eingeführt werden. Die Bauleitplanung ist bei an Gewerbegebiete heranrückender Wohnbebauung gehalten, Vorsorgemaßstäbe, die in der DIN 18005 und der TA Lärm definiert sind, zu berücksichtigen. Die bisherige Handhabung der TA Lärm mit Zwischenwertbildungen im bebauten Bereich hat bisher zu Nutzungsmischungen und zur Wohnqualität beigetragen. Dabei ist insbesondere der aktive Lärmschutz (z.B. Einhausungen) von besonderer Bedeutung gewesen. Die aktuelle Absicht, den städtebaulichen Lärmschutz zu reduzieren, bzw. die Wohnbebauung allein durch passiven Schallschutz zu schützen, ist rechtssystematisch bedenklich. Anhand von Fallbeipielen werden effektive Konfliktbewältigungen und Szenarien für die Umsetzung des Lärmschutzes aufgezeigt.
9:20	Zur Revision der ISO 9613-2 – Probleme bei der Modifizierung gesetzlich eingeführter Verfahren Wolfgang Probst [Abstract] Nach TA-Lärm ist für die rechnerische Prognose der durch Anlagen verursachten Geräuschimmission der Entwurf September 1997 der DIN ISO 9613-2 anzuwenden. Allerdings musste dieses Verfahren inzwischen in mehreren Punkten modifiziert werden, weil es in der im festgelegten Entwurf festgeschriebenen Form zu offensichtlichen Fehlern führte oder auch in einigen Punkten so nicht anwendbar war. Berater und Softwarehäuser haben sich auf einheitliche Verbesserungen festgelegt, die heute über gutachterliche Berechnungen auch in die Beurteilung nach TA-Lärm einfließen. Die Vergangenheit hat gezeigt, dass unsere Organisation der umwelttechnischen Beurteilung mit datierten Verweisen ein extrem starres und nur schwer fortschreibbares System darstellt. Dies zeigt sich auch bei den Überlegungen zur Revision des Berechnungsverfahrens nach ISO 9613-2. An einigen Beispielen wird gezeigt, wie das Regelwerk aufgrund vorliegender Erkenntnisse zwar verbessert werden kann, welche Probleme sich dabei aber für die Anwendung im gesetzlich geregelten Bereich ergeben können. Als Anregung zur Verbesserung werden bestimmte Minimalforderungen benannt, die bei der Fortschreibung dieser wie auch anderer Richtlinien beachtet werden sollten.
9:40	Tieffrequente Immissionen im Freizeitlärm - Wie gehen wir damit um? Benjamin Bernschütz, Jörn Latz [Abstract] Bei der Durchführung von Veranstaltungen kann es auch unter Einhaltung der Immissionsrichtwerte - LAeq zzgl. der üblichen Zuschläge - zu wesentlicher Geräuschbelästigung im tieffrequenten Bereich innerhalb schutzbedürftiger Nutzungen im Umfeld der Veranstaltung kommen. Das Programmmaterial vieler Veranstaltungen mit Musikdarbietung weist hohe Energieanteile im tieffrequenten Bereich auf, die durch aktuelle Beschallungssysteme auch mit hohen Schalldruckpegeln reproduziert werden können. Die formal anzuwendende - auf Gewerbelärm fokussierte - DIN 45680 ist aus verschiedenen Gründen im spezifischen Kontext typischer Szenarien im Freizeitlärm wenig praktikabel und somit bleibt eine schalltechnische Betrachtung tieffrequenter Immissionen in der Praxis weitestgehend unberücksichtigt. Durch diese Vernachlässigung immissionsrechtlich relevanter Aspekte kann dem Schutz der Anwohner nicht hinreichend Rechnung getragen werden. Zunächst sollen die in der Praxis auftretenden Herausforderungen im Kontext des Freizeitlärms diskutiert werden. Weiterhin wird ein Ansatz für ein vereinfachtes Mess- und Beurteilungsverfahren erörtert, das zumindest eine näherungsweise Abschätzung der Immissionsbelastung innerhalb der schutzbedürftigen Nutzungen auf Basis von Messungen im Außenbereich ermöglichen soll. Eine Echtzeitüberwachung der Immissionssituation bei Veranstaltungen findet bereits regelmäßige Anwendung. Es wäre somit wünschenswert, auf Basis dieser ohnehin erfassten Messdaten - ohne wesentlichen Mehraufwand - eine Abschätzung der tieffrequenten Anteile im Sinne der DIN 45680 treffen zu können.
10:00	Untersuchung der Fassadendämmung bei tieffrequenten Geräuschen unter besonderer Berücksichtigung der Gegebenheiten im Freizeitlärm Lukas Roskosch, Benjamin Bernschütz, Ralf Tölke [Abstract] Bei der Durchführung von Veranstaltungen kann es auch unter Einhaltung der Immissionsrichtwerte - LAeq zzgl. der üblichen Zuschläge - zu wesentlicher Geräuschbelästigung im tieffrequenten Bereich innerhalb schutzbedürftiger Nutzungen im Umfeld der Veranstaltung kommen. Das Programmmaterial vieler Veranstaltungen mit Musikdarbietung weist hohe Energieanteile im tieffrequenten Bereich auf, die durch aktuelle Beschallungssysteme mit hohen Schalldruckpegeln reproduziert werden können. Die formal anzuwendende DIN 45680 erfordert die Messung innerhalb der schutzbedürftigen Nutzung, was im spezifischen Kontext typischer Szenarien im Freizeitlärm aus verschiedenen Gründen wenig praktikabel ist. In der Folge wird diese Prozedur in der Praxis auch nur vergleichsweise selten durchgeführt. Sehr wohl aber etablieren sich Echtzeitmessungen an den Immissionsorten im Außenbereich immer regelmäßiger. Wünschenswert wäre es nun, auf Basis der ohnehin durchgeführten Messungen im Außenbereich zumindest eine grobe Abschätzung der tieffrequenten Immissionspegel innerhalb der schutzbedürftigen Nutzungen treffen zu können. Hierfür muss mindestens der Betrag der Übertragungsfunktion vom Außenmesspunkt in den Innenraum bekannt sein. In erster Näherung wäre dafür bereits ein statistischer Schalldämmwert typischer Baukörper hilfreich. Hier liegen aber bisher vergleichsweise wenige empirische Daten im tieffrequenten Bereich vor. In diesem Kontext wurden exemplarisch 20 Baukörper als Prüfobjekte im tieffrequenten Bereich untersucht, um erste Basisdaten zu erhalten und einen empirischen Ansatzpunkt für weitere Überlegungen zu bieten.
10:20	Akustische Wirksamkeit von Lärmschutzwandaufsätzen: Vergleich von Modell- und Freifeldmessungen mit FE-Simulationen Fabio Strigari, Wolfram Bartolomaeus, Jennifer Sammet [Abstract] Lärmschutzwandaufsätze bieten eine einfache Möglichkeit zur Verbesserung der akustischen Wirksamkeit bestehender Lärmschutzwände, beispielsweise um gestiegenen Schutzanforderungen gerecht zu werden. Hierbei ergibt sich zum einen eine höhere Pegelminderung aufgrund der faktischen Erhöhung der Wand, zum anderen lassen sich durch spezielle Geometrien, periodische Strukturen oder absorbierende Materialien zusätzliche Einfügungsdämpfungen generieren. Am Beispiel eines Lärmspoilers aus Flüsterschaum wird im Rahmen dieser Studie die durch den Aufsatz erzeugte Pegelminderung untersucht und einer äquivalenten Erhöhung der Lärmschutzwand gegenübergestellt. Hierfür wird auf Freifeldmessungen im Nah- und Fernfeld, Modellmessungen in der Halle für akustische Modelltechnik der Bundesanstalt für Straßenwesen, sowie auf FE-(Finite-Elemente-)Simulationen der Schallausbreitung über die Aufsatzelemente mittels ANSYS zurückgegriffen. Die methodenübergreifende Analyse der Ergebnisse erlaubt es, das Pegelminderungspotential zu quantifizieren und Aussagen über die Vorhersagbarkeit der akustischen Wirksamkeit von Lärmschutzwandaufsätzen mit Hilfe von FE-Simulationen zu treffen. Darüber hinaus lässt sich aus den Simulationen mittels Variantenbetrachtung der Einfluss des Aufsatzmaterials genauer quantifizieren und vom Einfluss der Aufsatzgeometrie trennen. Das Wissen um die Qualität numerischer Simulationen soll zukünftig bei der Optimierung und praktischen Umsetzung derartiger Aufsätze helfen.
10:40	Bestimmung von Parametern Poröser Medien mit Unsicherheiten Karl-Alexander Hoppe, Ferina Saati Khosroshahi, Steffen Marburg [Abstract] Poröse Medien gelten auf der mikroskopischen Ebene wegen der geometrischen Eigenschaften ihrer Poren als schwer modellierbar. Eine akustische Simulation, bei der thermisch-viskose Effekte berücksichtigt werden, stellt sich vom Rechenaufwand her als aufwändig dar. Deswegen sind Modelle gängig, die global konstante Eigenschaften für eine mit Fluid saturierte Rahmenstruktur annehmen. Diese Modelle weisen vergleichsweise kurze Rechenzeiten auf, sind aber nur auf eingeschränkte Geometrien anwendbar. Dieser Arbeit liegen Messreihen zu Glasperlen hinsichtlich ihrer Absorption von akustischen Wellen zu Grunde. Populäre Charakterisierungsmodelle werden angewendet, um die Parameter des porösen Materials zu schätzen. Ausgehend von den Absorptionsfunktionen lassen sich durch eine stochastische Betrachtung Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion und Korrelation der jeweiligen Parameter bestimmen.

Sitzungsleitung:

K.-W. Hirsch, Cervus Consult GmbH

14:20	Einzelfallgerechtigkeit - ein Konzept für eine situationsbezogene Irrelevanzprüfung Johannes Baumgart, Tim Spielvogel, Sabrina Warmuth [Abstract] Liegt an einem Immissionsort der Pegel durch bereits vorhandene Schallquellen deutlich über dem Richtwert, ist eine weitere Schall emittierende Anlage nur dann genehmigungsfähig, wenn diese deutlich unter dem Richtwert liegt. Derzeit werden Richtwertunterschreitungen von 6 dB(A) angewandt, bei Windenergieanlagen teilweise von 15 dB(A). Dies wird jedoch nicht jeder konkreten Situation gerecht. Das Konzept der Einzelfallgerechtigkeit betrachtet alle auf den Immissionsort wirkenden Quellen. Die geplante Anlage wird folgendermaßen auf Irrelevanz geprüft: Alle Teilpegel die am Immissionsort über dem der geplanten Anlage liegen werden auf den der geplanten Anlage gesetzt. Der energetische Summenpegel der so reduzierten Pegel, der unveränderten leiseren Teilpegel und dem der geplanten Anlage ergibt den zu prüfenden Pegel. Hält dieser den Richtwert ein, ist der Beitrag der geplanten Anlage in Bezug auf den geprüften Immissionsort als irrelevant zu beurteilen. Durch dieses Vorgehen ergibt sich eine Gleichbehandlung im Sinne der auf den Immissionsort einwirkenden Teilpegeln. Die anzuwendende Richtwertunterschreitung ergibt sich aus der Berechnung und ist kein fester Wert mehr. Mit dem vorgeschlagenen Vorgehen ist eine langfristige Lärmsanierung gewährleistet.
14:40	Schutzkonzept an einer innerstädtischen Großbaustelle Urs Reichart, Olaf Bielich [Abstract] Die Autobahn A7 in Hamburg Stellingen wird derzeit von 6 auf 8 Fahrstreifen erweitert. Um den nötigen Lärmschutz zu erreichen wird ein 893 m langer Lärmschutztunnel errichtet und die angrenzende Langenfelder Brücke mit umfangreichem Lärmschutz versehen. Die Arbeiten erfolgen unter laufendem Verkehr und beengten Platzverhältnissen, da die angrenzende Bebauung teilweise weniger als 10m vom Fahrbahnrand entfernt liegt. Das gesamte Gebiet ist durch Fernstraßen (A7 und Bundesstraßen), Nah- und Fernverkehrsstrecken der Bahn, sowie Fluglärm und städtische Straßen stark mit Lärm vorbelastet. Der Vortrag möchte einen Einblick geben in die Entwicklung des Lärmschutzkonzeptes im Rahmen der Planfeststellung, der Bauvorbereitung und der Baudurchführung. Es werden Probleme aufgezeigt, die sich bei der praktischen Umsetzung ergaben und Lösungen diskutiert.
15:00	Verkehrsträgerübergreifende Lärmkumulation in komplexen Situationen Sebastian Eggers, Frank Heidebrunn, Michael Chudalla [Abstract] Das Einwirken mehrerer Lärmquellen (Lärmkumulation) ist nicht nur in urbanen, sondern auch in ländlichen Situationen ein grundlegendes Problem. Das Forschungsprojekt ”Verkehrsträgerübergreifende Lärmkumulation in komplexen Situationen” behandelt insbesondere Bündelungslagen, in denen mindestens zwei Verkehrsträger auf die Immissionssituation einwirken. Diese werden systematisch analysiert und ein einheitlicher Ansatz für eine verkehrsträgerübergreifende Betrachtung der Lärmbelastung wird entwickelt. In einer ersten theoretischen Betrachtung wird der Einfluss des Kreuzungswinkels beziehungsweise des Abstands zweier gleich lauter Quellen auf den Anteil der Gesamtbelastung und den möglichen effektiven Wirkungsbereich einer Minderungsmaßnahme untersucht. Anhand einer vereinfachten tabellarischen Auswertung wird zudem die erzielbare Pegelminderung an einem Immissionsort in Abhängigkeit vom jeweiligen Quellenanteil dargestellt. Zur Einschätzung der praktischen Bedeutung der Lärmkumulationen werden verschiedene Gebiete in Deutschland identifiziert, in denen mehrere Lärmquellen relevant wirken. Im ersten Schritt der Ermittlung wird eine systematische Prüfung von ausgewählten Lärmkartierungen und Lärmaktionsplanungen nach EU-Umgebungslärmrichtlinie durchgeführt. Insgesamt zeigt die Analyse von 13 Städten und 19 Lärmaktionsplanungen, dass nur selten das Thema Gesamtlärm bzw. Mehrfachbelastungen relevant in den Ausführungen betrachtet wird. Für die im Projekt durchgeführten Modellberechnungen wurden daraus verschiedene Gebietstypen abgeleitet. Die Untersuchungen bilden die Grundlage für die Entwicklung eines Verfahrens, das einen systematischen Umgang mit verkehrsträgerübergreifenden Lärmbelastungen bieten soll.
15:20	Verfahren zum Umgang mit verkehrsträgerübergreifenden Lärmkumulationen (Lärmkumulation II) Michael Chudalla, Sebastian Eggers, Frank Heidebrunn [Abstract] Ziel des Forschungsprojektes war es, ein Verfahren für eine verkehrsträgerübergreifende Betrachtung der Lärmbelastung zu entwickeln. Die Auswertung von Lärmkumulationen in Modellgebieten hat dabei gezeigt, dass das Auftreten von Lärmkumulation von vielen Parametern abhängt und sich keine allgemeingültigen Aussagen zu effektiven Lärmschutzmaßnahmen ableiten lassen. Es wurde daher für den grundsätzlichen Umgang mit Lärmkumulationen ein Verfahren entwickelt, das möglichst unabhängig von den rechtlichen Vorgaben ist, dennoch aber eine transparente und praktikable Handlungsempfehlung geben kann und auch bei Änderungen der rechtlichen Grundlagen anwendbar bleibt. Es werden dafür im Wesentlichen zwei Methoden vorgestellt: Anhand der Darstellung der Pegelverteilung kann eine Situation hinsichtlich der notwendigen Maßnahmen bzw. der Einhaltung eines Schutzziels untersucht werden. Anhand einer Darstellung der Pegeländerungen kann eine Maßnahmenvariante in ihrer Wirkung eingeschätzt werden. Darauf aufbauend wird ein zweistufiges Verfahren vorgeschlagen. Zuerst wird das Vorliegen einer Lärmkumulation sowie die Voraussetzungen für eine Anwendung des Verfahrens geprüft. Wenn die Voraussetzungen gegeben sind, wird im Anschluss ein Prüfverfahren für zwei relevante Quellen zur Maßnahmenfindung durchlaufen. Mit dem im Forschungsprojekt entwickelten Leitfaden steht nun ein transparentes und einfaches Werkzeug für die Praxis zur Verfügung, mit welchem die Problematik der Gesamtlärmbetrachtung systematisch angegangen werden kann und eine einheitliche, verkehrsträgerübergreifende Betrachtung der Lärmbelastung definiert wird.
16:00	Machine-learning-Ansätze zur Vorhersage von Rollgeräuschemissionen Reinhard Wehr, Andreas Fuchs [Abstract] Mit zunehmenden Verkehrsmengen wird der Bedarf an dauerhaften lärmmindernden Straßendeckschichten deutlich. Um dabei die Entstehungsmechanismen des Rollgeräusches besser zu verstehen, müssen die Lärmemissionen mit den Oberflächentexturen der Fahrbahnen, die als Anregungsfunktionen der Reifenschwingungen wirken, gemeinsam betrachtet werden. Dabei können neben einem physikalischen Simulationsansatz Methoden des maschinellen Lernens eingesetzt werden. Im vorliegenden Paper sollen verschiedene Ansätze zur Modellierung des Rollgeräusches mittels Machine Learning miteinander verglichen werden. Es wird dabei eine Unterscheidung gezogen, ob in erster Linie eine hohe Vorhersagegenauigkeit gesucht wird, oder ob eine physikalische Interpretierbarkeit der Zusammenhänge zwischen Rollgeräusch und Fahrbahntextur im Vordergrund steht. Als Eingangsfunktion, d.h. als Texturkenngrößen, werden verschiedene Parameter-Auswertungen einer mehrere Kilometer umfassenden Datenbasis an hochaufgelösten 3D-Texturdaten verwendet. Zur Bewertung der Schallemissionen werden diesen gekoppelte CPX-Messungen gegenübergestellt.
16:20	Lärmminderung durch Bewuchsstreifen an Verkehrswegen? Eine Untersuchung über die akustische Wirksamkeit von Bewuchs und dessen Einfluss auf die empfundene Belästigung durch Straßenverkehrslärm Martin Czuka, Marco Conter [Abstract] Bewuchsstreifen entlang von Verkehrswegen weisen eine Vielzahl an positiven Effekten auf, wie z.B. optische Führung, Blend-, Wind- und Schneeschutz. Allerdings ist die regelmäßige Durchführung von Erhaltungs- und Sicherheitsschnitten erforderlich, wobei es durch die anwohnende Bevölkerung oftmals zu Rückmeldungen über eine dadurch verschlechterte Lärmsituation kommt. Aus diesem Grund wurde im Forschungsprojekt LAUB die lärmdämpfende Wirkung von Bewuchsstreifen entlang von Autobahnen untersucht. Dabei fanden an insgesamt drei an Autobahnen gelegenen Bewuchsstreifen statistische und kontrollierte Vorbeifahrtsmessungen vor und nach der Entfernung des Bewuchses statt. Die so aufgezeichneten akustischen und visuellen Daten wurden einerseits miteinander vergleichen und bildeten die Basis für einen audiovisuellen Versuch zur Untersuchung der empfundenen Lärmbelästigung. Unter Berücksichtigung der prognostizierten Wirkung von berechneten Lärmindizes wurden die aus dem Versuch und den Messungen gewonnenen Erkenntnisse in einem Leitfaden zusammengefasst. Dieser Leitfaden beschreibt die Durchführung von Erhaltungs- und Sicherheitsschnitten des Bewuchses entlang von Verkehrswegen bezüglich Ausmaß und gegebenenfalls notwendiger begleitender Öffentlichkeitsarbeit. Das Forschungsprojekt LAUB (VIF 2016, FFG-Nr. 860548) wurde durch die ASFiNAG (Autobahnen- und Schnellstraßen-Finanzierungs-Aktiengesellschaft) und BMVIT (Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie) finanziert und durch die FFG (Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft) abgewickelt.

Sitzungsleitung:

A. Fiebig, TU Berlin, Fachgebiet Technische Akustik

8:40	Einfluss des Stapediusreflexes auf den Gehörschadenindex des AHAAH-Modells Christian Kleinhenrich, Philipp Bechtel, Carsten Hudasch, Tobias Langenbucher [Abstract] Das vom amerikanischen Army Research Laboratory (ARL) entwickelte AHAAH-Modell (Auditory Hazard Assessment Algorithm for Humans) stellt ein Bewertungsverfahren für Impulsschall dar. Mithilfe eines elektro-akustischen Ersatznetzwerks führt es die Analyse eines Schalldruckzeitverlaufs durch und gibt eine Abschätzung des Gefährdungsrisikos für das menschliche Gehör zurück. Seit dem Jahr 2015 ist es Teil des militärischen Standard MIL-STD-1474E und wird sowohl von den US- als auch bereits von anderen Streitkräften eingesetzt. Darüber hinaus findet das AHAAH-Modell zunehmend zivile Anwendung, wie zum Beispiel bei der Risikobewertung von Gehörschäden durch Airbags. Ein Alleinstellungsmerkmal des AHAAH-Modells ist die Integration des Stapediusreflexes als nicht-lineares Element. In der Implementierung des ARL ist eine Analyse von Schalldruckzeitverläufen nur unter der Annahme eines vorhandenen Reflexes möglich. Dieser setzt mit konstanter Verzögerung und Anstiegszeit nach Erreichen eines Schwellwerts im Eingangssignal von 134 dB ein. Verschiedene Forschungsergebnisse zeigen allerdings, dass der Mittelohrreflex in der Bevölkerung nicht so stark verbreitet ist, wie es das Modell annimmt. Aus diesem Grund wird in diesem Beitrag der Frage nachgegangen, welche Ergebnisse das AHAAH-Modell ohne vorhandenen Stapediusreflex für ausgesuchte Signale liefert. Außerdem wird gezeigt, welchen Einfluss das zeitliche Verhalten des Reflexes auf das Analyseergebnis hat. Dazu werden sowohl der Zeitverlauf als auch das Abklingverhalten des Mittelohrreflexes modifiziert.
9:00	Das Pfander-Kriterium im Vergleich zum Gehörgefährdungsindex des AHAAH-Modells Carsten Hudasch, Philipp Bechtel, Karl-Wilhelm Hirsch, Christian Kleinhenrich, Tobias Langenbucher [Abstract] Zur Einschätzung des Gefährdungsrisikos von Impulsschall für das menschliche Gehör stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung. Das Pfander-Kriterium ermittelt zulässige Expositionen auf der Basis von Spitzenschalldruck und Wirkzeit eines Signalverlaufs. Dagegen führt das vom amerikanischen Army Research Laborator (ARL) entwickelte AHAAH-Modell (Auditory Hazard Assessment Algorithm for Humans) eine Risikobewertung mit Hilfe eines elektro-akustischen Modells des menschlichen Gehörs durch. Es wurde im Jahr 2015 in den militärischen Standard MIL-STD-1474E integriert. Neben dem US-Militär wird das AHAAH-Modell auch von anderen Streitkräften eingesetzt sowie bei zivilen Anwendungen zur Risikobewertung von Impulsschall genutzt. In einem Beitrag auf der DAGA 2019 konnte gezeigt werden, dass der Gehörschadenindex des AHAAH-Modells nicht mit Einzahlwerten wie der im Arbeitsschutz gebräuchlichen Spitzen- oder Energiepegeln korreliert. Vielmehr wurde dabei deutlich, dass es unter bestimmten Umständen sogar zu einer Abnahme des Gefährdungsindexes trotz zunehmender Pegel kommen kann. Diese Umkehr wurde zuletzt auch von Zagadou et al. beobachtet. Auch Pfander hat diesen Effekt 1994 auf Grundlage empirischer Untersuchungen beschrieben. In diesem Beitrag wird der Frage nachgegangen, inwieweit eine Korrelation zwischen den Ergebnissen des AHAAH-Modells und der Bewertungsmethode nach Pfander besteht. Dazu werden praxisrelevante Signale als Eingangsgrößen verwendet.
9:20	Variation der Parameter des AHAAH-Modells - eine Empfindlichkeitsanalyse Tobias Langenbucher, Philipp Bechtel, Carsten Hudasch, Christian Kleinhenrich [Abstract] Das AHAAH-Modell (Auditory Hazard Assessment Algorithm for Humans) stellt ein Gehörmodell auf der Basis einer elektro-akustischen Ersatzschaltung dar. Mithilfe dieses Modells des amerikanischen Army Research Laboratory (ARL) ist es möglich, das Gefährdungsrisiko von Impulsschall auf das menschliche Gehör abzuschätzen. Seit seiner Integration in den militärischen Standard MIL-STD-1474E im Jahr 2015 kann es als Stand der Technik hinsichtlich der Bewertung von Impulsschall gesehen werden. Zudem findet es auch viele Anwendungen im zivilen Bereich wie beispielsweise bei der Entwicklung von Airbags. Im Vergleich des Modells mit anderen Bewertungsverfahren fällt auf, dass das AHAAH-Modell mit 69 Parametern eine sehr große Zahl an Stellgrößen aufweist. Zur Ermittlung dieser Werte wurden von den Entwicklern zahlreiche Untersuchungen an Menschen und Versuchstieren, beispielsweise Katzen und Chinchilla, durchgeführt. Ebenso wurde auf damals vorliegende Forschungsergebnisse zurückgegriffen. Jüngste Veröffentlichungen stellen die Übertragung von an Versuchstieren gewonnenen Erkenntnissen auf das menschliche Gehör in Frage. Beispielsweise wird im AHAAH-Modell für die Fläche der Fußplatte des Steigbügels bis heute der Wert für Chinchilla verwendet. Daher wird in diesem Beitrag der Frage nachgegangen, wie kritisch einzelne Parameter für das Analyseergebnis des Modells sind. Dazu werden Variationsrechnungen für verschiedene Parameter mithilfe einer eigenen Implementierung des AHAAH-Modells durchgeführt.
9:40	Erinnerungsleistung für Landmarks in virtuellen Labyrinthen: Stört ein Hintergrundsprecher mehr, wenn seine räumliche Position variiert? Sabine Schlittmeier, Edina Fintor [Abstract] Ob ein bestimmter Hintergrundschall kognitive Leistungen stört, hängt davon ab, ob Schallverarbeitung und Aufgabenbearbeitung auf denselben kognitiven Prozessen oder Funktionen fußen. Dieses so genannte Interference-by-Process Principle (z.B. Marsh et al., 2009) wird zwar grundsätzlich nicht in Frage gestellt, ist aber noch nicht vollständig empirisch getestet. In den letzten Jahren konzentrierte sich die Forschung zu kognitiven Lärmeffekten auf die Störwirkung von Hintergrundsprache auf verbale Aufgaben (z.B. verbales Kurzzeitgedächtnis, Lesen, Schreiben), sowie auf die Rolle von Sprachverständlichkeit, Semantik und temporal-spektraler Variabilität für die Störwirkung. Entsprechend dem Interference-by-Process Principle sollten jedoch bei visuell-räumlichen Aufgaben die räumlichen Eigenschaften eines Hintergrundschalls für seine Störwirkung ausschlaggebend sein. Wir stellen eine Serie von Experimenten vor, in der die Wirkung von Hintergrundsprache auf die Kapazität des visuell-räumlichen Kurzzeitgedächtnisses geprüft wurde, wobei der Hintergrundsprecher entweder immer von derselben räumlichen Position oder nacheinander von verschiedenen Positionen sprach. Wayfindung und Orientierung als alltägliche visuell-räumliche Aufgabe wurden mittels virtueller Labyrinthe mit Landmarks (z.B. eine Bäckerei, ein Park) operationalisiert. Die Versuchsteilnehmer sollten den Weg durch diese virtuellen Labyrinthe finden und danach die räumliche Position der Landmarks erinnern. Es zeigte sich, dass sich die beiden Sprachschallbedingungen in ihrer Wirkung auf das visuell-räumliche Kurzzeitgedächtnis unterscheiden. Dieser Befund wird bezüglich seiner kognitionspsychologischen Implikationen diskutiert.
10:00	Deduktive Entwicklung und Validierung eines Fragebogens zur Erfassung von Sensitivität im sehr tiefen und sehr hohen Frequenzbereich: SUSIS-Q (Sensitivity to Ultrasound and Infrasound Questionnaire) Leonie Ascone [Abstract] Akustische/ auditorische Forschung und Beschwerden zu Umweltlärm zeigen, dass es eine kleine, signifikante Sub-Gruppe innerhalb der Bevölkerung gibt, die besonders sensitiv gegenüber Infra-/ tieffrequentem (ILF) oder Ultra-/ hochfrequentem (UHF) Schall zu sein scheint. Dieser Beitrag berichtet über die Entwicklung, Faktorisierung, und Validierung eines Fragebogens zur Erfassung von Geräusch-Sensitivität außerhalb des normalen Hörschallbereichs. Eine Hauptkomponentenanalyse in einer Stichprobe von N = 267 Europäern (UK, Slovenien, Deutschland) legt nahe dass ILF/UHF-Sensitivität abgrenzbare Konstrukte, und somit vermutlich teils unabhängige Arten von Geräuschsensitivität darstellen. Die jeweilige Sensitivität ist charakterisiert durch sensorische Empfindlichkeit, Stressresponsivität und Vermeidungsverhalten. Interessanterweise luden die Gefährlichkeitsbewertungen für ILF/UHF auf einem weiteren, abgrenzbaren Faktor - was dafür spricht, dass kognitive Aspekte per se keine essenziellen Merkmale von Infra- oder Ultraschallsensitivität darstellen. Die Faktorlösung (Ifraschallsensitivität, Ultraschallsensitivität, Gefährlichkeitsbewertung von ILF und UHF Schall) konnte auch in nationalen Sub-Stichproben (Deutschland, UK) repliziert werden, was eine Robustheit der Lösung nahelegt. Die Reliabilität der resultierenden Skalen war akzeptabel bis exzellent. Korrelationen der ILF/UHF Sensitivitätsskalen mit etablierten Hörschall-Sensitivitätsfragebögen, psychiatrischen/ somatischen Symptomskalen, sowie Persönlichkeitstests, sprechen für die Validität des Fragebogens. Das neu entwickelte Instrument könnte für die Verwendung zur Erhebung moderierender Effekte der UHF und ILF Schallexposition, beispielweise in Feldstudien oder akustischen Experimenten zur Prädiktion differenzieller Outcomes verwendet werden.

Sitzungsleitung:

A. Kohlrausch, Technische Universiteit Eindhoven

13:20	DFG-Förderung der frühen wissenschaftlichen Karriere Wieland Biedermann [Abstract] Die Förderung der frühen wissenschaftlichen Karriere ist eines der zentralen Ziele der Deutschen Forschungsgemeinschaft. Als größter Förderorganisation Deutschlands bietet sie umfangreiche Möglichkeiten - sowohl der Personen- als auch der Projektförderung. Im Jahr 2019 wurde das Portfolio um das Walter-Benjamin-Programm erweitert, das sich an Personen unmittelbar nach der Promotion richtet. Dieser Vortrag stellt die aktuellen Förderangebote der DFG vor und bietet eine Orientierung für den Einstieg in die DFG-Förderung.
13:40	Concept and Realization of Open Educational Resources using Jupyter Sascha Spors, Frank Schultz, Vera Erbes, Max Schröder [Abstract] Open Educational Resources (OERs) provide teaching material under an open license for free access, usage, modification and redistribution. OpenCourseWare is a prominent representative of OER. In this contribution we report on the concept and realization of OERs in the field of acoustics and (digital) signal processing utilizing Jupyter notebooks. This concept features many favorable properties for technical education. Among others, it is very convenient to combine text, math, illustrations and implementations into one homogeneous document. Furthermore, code in these documents can be executed so that the results of the implementation are aligned, too. We discuss the conception of a series of Jupyter notebooks constituting the lecture notes to various bachelor and master modules. We furthermore, discuss the tools and processes used for authoring and sustainable provisioning following data literacy principles.
14:00	Forschung in Lehrveranstaltungen integrieren - Forschendes Lernen initiieren Dagmar Rokita, Friedrich Ueberle, Sebastian Mellert [Abstract] In der Lehrveranstaltung ”Lärmanalyse und Lärmbekämpfung” werden seit dem Sommersemester 2018 Studierende an die angewandte Forschung der HAW Hamburg im Bereich Akustik und erneuerbare Energien herangeführt. Dabei erhalten die Studierenden bei mehreren Exkursionen Einblicke in die aktuellen Forschungsprojekte und machen erste eigene Erfahrungen mit unterschiedlichen Messgeräten und -methoden. Neben einem Soundwalk, bei dem Studierenden mit dem Konzept des Soundscape konfrontiert werden, gehören der Besuch des Akustikzentrums und des Energie Campus zu den Stationen der Exkursionen. Von den Problemen bei Freifeldmessungen mit dauerhaftem Hintergrundgeräusch bis zu den kontrollierten Bedingungen eines Hall- oder Schallarmen-Raumes wird den Studierenden das gesamte Spektrum der Schallmessung zugänglich gemacht. Dabei werden die Studierenden auch angeleitet forschend aktiv zu werden. Durch kleinere Projekte wie der Kalibrierung von Smartphones mit anschließender Überprüfung der Gesetze für die Schallausbreitung werden die Studierenden animiert eigene Hypothesen aufzustellen, Messungen durchzuführen, zu dokumentieren und abschließend zu bewerten. Damit werden wichtige Teile des Forschungszyklus im Rahmen der Exkursionen durchlaufen. Um diesem forschenden Charakter der Lehrveranstaltung gerecht zu werden, besteht die Prüfungsleistung aus einem Portfolio. So können die Studierenden zeigen, dass sie durch die Vorlesung neben einem tieferen Bewusstsein für Schall und Lärm auch ein Verständnis für Forschungsmethoden und Selbstreflexion entwickelt haben.
14:20	Pedagogical approaches to acoustics for architecture students Josep Llorca-Bofí, Sigrid Brell-Cockan, Michael Vorländer [Abstract] The impact of the architect’s design on the acoustics of the environment is taken for granted. It becomes more specific when talking about room acoustics, building acoustics or soundscapes. However, the architecture pedagogic programs devote very little time to the study of acoustics. This work presents the results of an introduction course to the research in architectural acoustics. With the focus in the perception of sound in built spaces, the students conduct their own research on a specific topic. The explanation will cover the results, difficulties, potential paths and limitations of this pedagogical practices.
14:40	Der Plasma-Lautsprecher als Hochschul-Lehrversuch Florian Hubert, Philipp Dorsch, Patrick K. Kroh, Hans-Michael Günther, Stefan J. Rupitsch [Abstract] In Hochschul-Lehrveranstaltungen lassen sich physikalische Effekte und die zugrunde liegende Theorie anschaulich anhand von Vorlesungsversuchen verdeutlichen. Besonderes Interesse wird hierbei durch optische, akustische und olfaktorische Sinneswahrnehmungen und vor allem durch die Kombination dieser Reize geweckt. Tesla-Transformatoren stellen vor diesem Hintergrund ein hervorragendes Anschauungsobjekt für die Hochschullehre im Fach ”Technische Akustik” dar. Beim Tesla-Transformator wird durch zwei gekoppelte elektrische Schwingkreise mit gleicher Resonanzfrequenz Hochspannung erzeugt, um einen Lichtbogen zwischen einer Elektrode und dem entfernten Erdpotential zu zünden. Durch ein geeignetes Schaltungskonzept moduliert man die Amplitude der erregenden Spannung und kann so die lokale Erwärmung der Luft um das Plasma steuern. Die so erzeugten lokalen Schalldruckschwankungen breiten sich in Wellenform in der Umgebung aus und können als Hörschall wahrgenommen werden. Dieses Wandlungsprinzip hat das Potential einen Lautsprecher mit breitem Frequenzgang zu erzeugen, da die schwingende Masse des Systems minimal ist und somit theoretisch ein hochdynamisches Systemverhalten erzielt werden kann. Im Rahmen des Konferenzbeitrags soll ein Plasma-Lautsprecher-Demonstrator für die Hochschullehre vorgestellt werden. Dabei werden die Funktionsprinzipien von elektrischer Schaltung und elektro-akustischer Wandlung erläutert. Die akustischen Eigenschaften des Plasma-Lautsprechers werden abschließend anhand anschaulicher Versuche ermittelt.

15:00	Analoge Klangsynthese zur Vermittlung von Grundkenntnissen der Signalverarbeitung an Studierende nicht-technischer Fachrichtungen Matthias Krumme, Manuel Webersen, Leander Claes, Yvonne Webersen [Abstract] Der Studiengang ”Populäre Musik und Medien” an der Universität Paderborn vermittelt den Studierenden unter anderem Grundlagen in den Bereichen Musikwissenschaft und Musikproduktion und ist in seiner Form deutschlandweit einzigartig. Signalverarbeitende Audiotechnik stellt einen wichtigen Bestandteil der Musikproduktion und -wiedergabe dar und wird im Rahmen des Studiengangs vielfältig eingesetzt. Der technische Hintergrund dieser Technologie ist den meisten Studierenden jedoch nicht bekannt, bzw. kann in seiner Komplexität im Rahmen des Studiengangs nicht vermittelt werden. Hier setzt die neu konzipierte Lehrveranstaltung ”Klanganalyse- und Synthese” an, die eine Brücke zwischen der eher kulturwissenschaftlichen Sicht auf Musikproduktion einerseits und der ingenieurtechnischen Sicht andererseits schlägt. Dabei stellen die fehlenden physikalisch-technischen Grundlagen der Studierenden eine besondere Herausforderung dar. Aus diesem Grund ist die für Ingenieursstudiengänge übliche theorie- und mathematikfokussierte Herangehensweise ungeeignet, sodass sich der vorzustellende Ansatz auf stark anwendungsbezogene Beispiele stützt. Den Kern bilden dabei modulare Analogsynthesizer, mit deren Hilfe grundlegende Konzepte der Signalverarbeitung (z.B. Filter oder Amplituden- und Frequenzmodulation) mit bekannten Arbeitsschritten der Musikproduktion verknüpft werden können. Insbesondere können die Studierenden in praktischen Übungssituationen selbst erfahren, wie einzelne Signalverarbeitungsschritte den Klang formen.
15:02	Berufsbegleitend studieren im Masterstudiengang Ingenieurakustik Maximilian Miltenberger [Abstract] Im Poster zum akkreditierten Masterstudiengang Ingenieurakustik der Hochschulen München und Mittweida wird der Lehrinhalt und das Lehrkonzept des Studiengangs vorgestellt. Der berufsbegleitenden Master Ingenieurakustik wurde als konsekutiver Studiengang konzipiert und startete im Wintersemester 2015. Mittlerweile sind fünf Kohorten immatrikuliert, die Akkreditierung wurde erfolgreich durchlaufen und es haben zwei Kohorten das Studium erfolgreich abgeschlossen. Es wird über das besondere Format und die Inhalte des Studiengangs, sowie die unterschiedlichen Motivationen von Studierenden am Masterprogramm teilzunehmen informiert. Der Studiengang ist optimal für Berufstätige konzipiert, trotz Präsenzvorlesungen und Praktika. Die Erfahrungen haben gezeigt, dass die Präsenzzeit ein wichtiger Bestandteil des Studiengangs ist, aber dennoch durch digitale Inhalte und Videokonferenzen sinnvoll ergänzt werden kann. Weiterhin werden die Vorteile in der Lehre durch die Kooperation von zwei Hochschulen in unterschiedlichen Bundesländern und die Besonderheiten für das berufsbegleitende Studieren aufgezeigt. Wir wollen potenziellen Studenten Mut machen bei uns zu studieren.
15:04	Creating online course materials for a teaching platform in the field of acoustics Lukas Aspöck, Karolina Jaruszewska, Manuel Melon, Michael Vorländer [Abstract] With the goal of educational materials being available and accessible for everyone, adequate online course materials need to be prepared. For the field of acoustics, the ACOUCOU online platform (http://acoucou.org) was created in order to develop and offer free courses and materials using innovative teaching methods applying new technologies such as interactive visualizations, videos and VR contents. The materials are intended either directly for students and professionals who want to extend their knowledge in one of the many sub-disciplines or for teachers who can use the offered materials as blended-learning elements complementing traditional course material. In a recently started project called Acoustics Knowledge Alliance, which is funded by the Erasmus+ program of the European Union, an international consortium prepares and evaluates contents for five new courses on various topics of acoustics. The consortium of this project consists of four universities, four companies and many associate partners. After preparing, reviewing and testing of all materials, the courses are finally added to the ACOUCOU platform. This poster presents the consortium as well as the course concept and the specific course contents.

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C. Adams, TU Darmstadt, Fachgebiet SAM K.K. Sepahvand, TU München, Lehrstuhl für Akustik mobiler Systeme

15:40	On the Estimation of Early Reflections from Multichannel Impulse Responses using Deep Learning Techniques Frank Schultz, Fiete Winter, Sascha Spors [Abstract] The acoustic reflection coefficients of surfaces are important parameters for geometric modelling of rooms. Various methods have been proposed to estimate these from multichannel impulse response measurements using one or more sources and microphones distributed in the environment of interest. Based on measurements from rigid spherical microphone arrays, various beamforming techniques have traditionally been applied to address this problem. Deep machine learning (ML) approaches have proven to be efficient and robust in many tasks. We elaborate on the design, training and application of ML to estimate the incidence angles and times of early reflections. The influence of practical limitations, like the number of microphones and their self-noise, is investigated to assess the robustness of the approach.
15:42	Eine qualitative Untersuchung des Generalisierungsverhaltens von CNNs zur Instrumentenerkennung Roman Gebhardt, Athanasios Lykartsis, Stefan Weinzierl [Abstract] Künstliche neuronale Netze (ANNs) haben sich im Bereich des maschinellen Lernens für Audiodaten als erfolgreichstes Werkzeug mit hoher Klassifikationsrate etabliert. Ein bedeutender Nachteil besteht aus wissenschaftlicher Sicht jedoch in der schweren Interpretierbarkeit des von ANNs tatsächlich gelernten Inhalts. Um dieses Problem anzugehen untersuchen wir in dieser Arbeit den Lern- und Generalisierungsprozess eines Convolutional Neural Networks (CNNs) für Multi-Label Instrumentenerkennung in den Hidden Layers des Netzwerks. Wir betrachten die unterschiedlichen Aktivierungen aller Layers durch unterschiedliche Instrumentenklassen um nachzuvollziehen, ab welcher Tiefe das Netzwerk in der Lage ist, zwei von der gleichen Klasse stammenden Inputs als ähnlich zu erkennen. Wir zeigen über verschiedene Distanzmaße, dass unser Netzwerk in zunehmender Tiefe besser zu generalisieren lernt, was der Intuition folgt. Unsere Ergebnisse lassen darauf schließen, dass lokale Strukturen der Feature Maps zwischen der dritten und vierten von vier Convolutional Layers irrelevant werden, was für die Robustheit des Systems entscheidend ist. Ebenso stellen wir dar, dass der Generalisierungsprozess bei der ersten Dense Layer weitestgehend abgeschlossen ist, was in Übereinstimmung mit gegenwärtigen Forschungsergebnissen steht. Ziel unserer Arbeit ist neben der Dechiffrierung der Black-Box Struktur von DNNs auch der praktische Aspekt, ein nachvollziehbares Regelwerk für die Wahl der Systemarchitektur, insbesondere der Tiefe von DNNs.
15:44	Bestimmung der Einflüsse von Störgrößen auf die Absorptionsgradmessung im Kundt’schen Rohr mithilfe neuronaler Netze Sören Wenzel, Elena Maja Slomski-Vetter, Christian Adams, Tobias Melz [Abstract] Bei Messungen des Schallabsorptionsgrades von Schaumstoffen in einem Kundt’schen Rohr treten unerwartete Einflüsse von Störgrößen auf. Es konnte in vorangegangenen Studien gezeigt werden, dass Störgrößen wie beispielsweise Formabweichungen, der Einsatz unterschiedlicher Fertigungsverfahren und die fertigende Person systematische Einflüsse auf den gemessenen Absorptionsgrad haben. In diesem Beitrag werden Korrekturkurven ermittelt, die eine präzisere Messung der Absorptionsgrade in einem Kundt’schen Rohr ermöglichen. Anhand der Korrekturkurven können die Einflüsse der Störgrößen mathematisch erfasst werden, wodurch der Absorptionsgrad rechnerisch korrigiert werden kann. Dazu wird ein Neuronales Netz verwendet, das die einzelnen Absorptionsgrade vorhersagt. Mithilfe der Vorhersagen wird eine Korrekturkurve für den gemessenen Absorptionsgrad bestimmt und der systematische Einfluss aus dem Messergebnis herausgerechnet. In diesem Beitrag wird gezeigt, inwiefern durch das vorgestellte Verfahren die Absorptionsgradmessung robuster gegenüber Einflüssen von Störgrößen wird.
15:46	A Study of Feature Selection Algorithms for the Detection of Gear Damage in Vibration Data Andreas Beering, Jakob Döring, Karl-Ludwig Krieger [Abstract] Nowadays, classification algorithms are used in a variety of areas, for example in the field of condition monitoring to detect machine damage. In this context, features are often extracted from measurement data in order to use them for classification. Due to increasing amounts of data and large feature sets, the resulting computational cost is tremendous and usually cannot be handled by low-cost embedded hardware. To reduce this, algorithms for feature selection can be used. These algorithms reduce the number of features and thus the computing effort significantly. In addition, due to the curse of dimensionality, it is possible to achieve better classification performance by reducing the number of features. In this paper, a study of feature selection algorithms for vibration data of damaged gears is carried out. For this purpose, labelled data for the feature selection is produced in a laboratory setup using a piezoelectric vibration transducer. Based on the data set, feature selection methods like sequential forward selection (SFS), sequential forward float selection (SFFS), sequential backward selection (SBS) and sequential backward floating selection (SBFS) are compared. The feature selection algorithms reduce the number of features with at least the same classifier performance.

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C. Adams, TU Darmstadt, Fachgebiet SAM K.K. Sepahvand, TU München, Lehrstuhl für Akustik mobiler Systeme

13:40	Anwendung der verallgemeinerten polynomiellen Chaosentwicklung auf industrielle Modelle Johannes D. Schmid, Marinus Luegmair, Kian K. Sepahvand, Steffen Marburg [Abstract] Für eine zuverlässige Vorhersage von vibroakustischem Verhalten in der frühen Entwicklungsphase ist die Berücksichtigung von Unsicherheiten im Auslegungsprozess unerlässlich. In diesem Beitrag werden Unsicherheiten mithilfe der verallgemeinerten polynomiellen Chaosentwicklung (generalized Polynomial Chaos - gPC) beschrieben und auf das Finite-Elemente (FE) Modell einer Fahrzeugkarosserie angewandt. Der Fokus liegt auf der Untersuchung der optimalen Anwendung der gPC, speziell im Hinblick auf industrielle Modelle mit einer hohen Anzahl an unsicheren Parametern und rechenintensiven FE-Modellen. Implementiert wird eine nicht-intrusive gPC-Entwicklung auf Basis der Kollokationsmethode. Zunächst wird die entwickelte Methodik anhand einer analytischen Funktion verifiziert, bevor diese auf ein industrielles FE-Modell übertragen wird. Die Approximation des stochastischen Ergebnisprozesses wird mit Latin Hypercube Sampling (LHS) basierten Referenzlösungen im Hinblick auf Genauigkeit und Rechenzeit verglichen. Die Untersuchungen zeigen, dass die gPC-Methode auch bei industriellen Modellen mit hoher Dimensionalität zuverlässig anwendbar ist, dass jedoch die Ergebnisqualität maßgeblich von der Wahl der Kollokationspunkte abhängt.
14:00	Sound event recognition based on joint training of separation and classification Han Li, Kean Chen, Bernhard Seeber [Abstract] Selective listening in complex sound scenes is still a huge challenge for machine hearing. With recent advances from deep learning, the separation and recognition of speech made great progress. The separation and classification of arbitrary environment sounds, however, is still far from that of speech. In this paper, we propose a network based on joint training of separation and classification to address the recognition of environmental sound events. It includes three main stages: Time-frequency-transformation, separation mapping and classification mapping. It is trained on a large weakly labelled dataset where audio classes are labelled without onset and offset. These audio clips were recorded from real acoustic scenes and include overlapping sound events. The separation and classification are mutually reinforcing. Based on the estimated masks of the separation mapping stage, we calculate the global probability for every event as output for classification. The results show that joint training can improve the accuracy of sound event recognition, and performance can even be comparable with networks trained with strongly labelled datasets.
14:20	Acoustic monitoring for industry environments Hanna Lukashevich [Abstract] Sound is surrounding us; it is a natural source of information. Industrial environments are as well full of intended and unintended sounds. With the state- of-the-art intelligent acoustic measurement systems, we can make use of these sounds and gain information that help us to make production sites more efficient. The talk will cover multiple use cases of acoustic condition monitoring in industry environments. In addition to the algorithmic approach of information retrieval, based on digital signal processing and machine learning, the talk will address the implementation aspects, covering the requirements analysis with customer constraints; privacy and security; challenges on data acquisition and data annotation; model quality and acceptance; deployment and integration.
14:40	Neural Networks for Localizing Sound Sources Magnus Schäfer, Lukas Stich [Abstract] There are several approaches for acoustically localizing sound sources. Typically, they can be classified depending on the choice of microphone setup: Arrays with multiple microphones and the corresponding beamforming algorithms are often utilized in communication devices (e.g. conference phones or smart speakers) or for technical investigations. Artificial heads in conjunction with binaural hearing models usually aim at modeling the capabilities of human listeners. This contribution utilizes an eight-channel microphone array that is mounted on an artificial head and spatially samples the direct vicinity of both ears. This arrangement allows for a localization approach that closely resembles the experience of a human listener while simultaneously avoiding the limitations of an artificial head (e.g., with respect to front-back confusions). The microphone signals are converted to the frequency domain by a short-time Fourier transform and the phase information is used by a convolutional neural network to perform the localization task. The structure of the neural network was adapted to the geometrical setup of the microphone array. A performance assessment of the localization system is presented that is based on real audio recordings and a comparison with two conventional beamforming algorithms is shown.
15:00	Systemidentifikation eines Einmassenschwingers mit spärlicher linearer Regression Yaxiong Ren, Christian Adams, Tobias Melz [Abstract] Die Systemidentifikation ist eine wichtige Gruppe von Methoden zur Modellbildung von Schwingungssystemen. Innerhalb dieser Gruppe zeigt die Methode Spärliche Identifikation Nichtlinearer Dynamischer Systeme (SINDy), die auf Differenzialpolynomen und spärlicher linearer Regression beruht, ein hohes Potenzial zur Identifikation von Schwingungssystemen. Deswegen wird in dieser Arbeit ein Systemidentifikationsverfahren auf Basis von SINDy entwickelt und mit unterschiedlichen Abschätzverfahren verglichen. Der Vergleich erfolgt durch numerische Untersuchungen anhand eines Einmassenschwingers im Rahmen von Monte-Carlo-Simulationen (MCSs). Den numerisch generierten Trainingsdaten wird Rauschen unterschiedlicher Intensität hinzugefügt, um reale Messsignale nachzubilden. Die SINDy-Modelle werden für Polynomordnungen von eins bis fünf identifiziert. Zur Abschätzung der Parameter des SINDy-Modells werden in diesem Beitrag zwei Methoden diskutiert. Im Vergleich zur KQ-Methode mit festem Threshold (KQFT), dem originalen Abschätzverfahren von SINDy, zeigt die Methode KQ-post-LASSO (KQPL) bessere Eigenschaften bei den MCSs im Hinblick auf Spärlichkeit, Konvergenz, identifizierte Eigenfrequenz und Bestimmtheitsmaß. Deswegen ist die Kombination vom SINDy-Modell und der KQPL-Methode ein verbessertes Verfahren zur Identifikation von Schwingungssystemen im Vergleich mit dem originalen SINDy Verfahren (KQFT).

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C. Adams, TU Darmstadt, Fachgebiet SAM K.K. Sepahvand, TU München, Lehrstuhl für Akustik mobiler Systeme

16:40	Deep Learning basierter Designentwurf von akustischen Metamaterialien Caglar Gürbüz, Felix Kronowetter, Christoph Dietz, Steffen Marburg [Abstract] Akustische Metamaterialien sind Materialien, die durch periodische Fortsetzung von kleinen Einheiten zu ungewöhnlichen Eigenschaften wie negativer Masse oder negativer Steifigkeit führen. Dadurch eröffnen sich in der Vibroakustik neue Möglichkeiten für den Einsatz von Metamaterialien, wie z.B. zur Schalldämmung in Lärmschutzwänden. Der Entwurf von akustischen Metamaterialien ist jedoch meistens mit aufwendigen numerischen Simulationen verbunden. In diesem Beitrag werden daher Neuronale Netze trainiert, um die Berechnung sowie die Auslegung von Metamaterialien effizienter zu gestalten. Dabei werden Simulationen mit Finiten Elementen als Trainingsdaten verwendet. Die Trainingsdaten sind so aufbereitet, so dass die geometrischen Parameter als Eingangsgrößen und der Transmission Loss als Zielgröße definiert sind. Darüber hinaus werden mit Deep Learning basierten, inversen Methoden Konstruktionsentwürfe für Metamaterialien generiert. So sollen schließlich neben den etablierten Strukturen, wie Sonic Crystals oder C-Shapes, weitere Designvarianten entstehen und untersucht werden.
17:00	Vorhersage dynamischer Lasten mit Hilfe Neuronaler Netze Daniel Kreuter, Benjamin Zillmann, Kai Sandmann [Abstract] Innerhalb des Entwicklungs- und Freigabeprozesses werden häufig definierte Manöver, also Beschleunigungszeitfolgen, die vorher aus Versuchen und Messkampagnen ermittelt wurden, einem Vibrationstest unterzogen. Dabei interessieren für eine nachfolgende Lastableitung oder Zuverlässigkeitsaussage die Beschleunigungsantworten im Zeit- und Frequenzbereich an der zu testenden Komponente. Diese Antwortfunktion ausschließlich physikalisch basiert vorherzusagen ist aufgrund von Nichtlinearitäten im strukturdynamischen Verhalten und einem daraus resultierenden Simulationsaufwand, wenn überhaupt, nur mit hohem Aufwand möglich. Die Verwendung neuronaler Netze, beispielsweise unter Einsatz von RNN oder LSTM-Ansätzen, kann hier als effiziente Ergänzung oder auch als Ersatz des physikalischen Models mit hoher Aussagegüte dienen. Anhand eines Beispiels aus der industriellen Forschung sollen in diesem Beitrag unterschiedliche Herangehensweise dieser Thematik untersucht werden.
17:20	Innengeräuschapproximation am Gesamtfahrzeug durch Maschinelles Lernen Dimitrios Ernst Tsokaktsidis, Clemens Nau, Steffen Marburg [Abstract] Aus Daten extrahierte Rechenmodelle gewinnen in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung. Diese Ansätze aus dem Bereich des Maschinellen Lernens sind bis heute in der Fahrzeugentwicklung im Kontext Noise, Vibration und Harshness nicht weit verbreitet. Verwandte Gebiete wie das Structural Health Monitoring, die Psychoakustik oder die Verkehrslärm-Prädiktion forschen zunehmend an den Einsatzmöglichkeiten. Das Fahrzeuginnengeräusch ist heutzutage ein wichtiges Qualitätskriterium. Zur frühzeitigen Bestimmung werden häufig deterministische Systembeschreibungen basierend auf aufwändigen Messmethoden generiert (bspw. Transferpfadanalyse). In diesem Artikel wird untersucht, ob sich Algorithmen zur Mustererkennung für eine Innengeräuschprognose von Lenkungsphänomenen eignen. Ein Modell zur Berechnung des Schalldruckpegels wird aus Betriebsmessdaten eines Durchlenkmanövers abgeleitet. Die Grundlage für die Modellextraktion bildet ein Ansatz aus dem Bereich des Überwachten Lernens. Künstliche Neuronale Netze nähern die Funktion zwischen Anregung der Komponente und Systemantwort im Fahrzeuginnenraum an. Zur Validierung der gefundenen Beziehung wird ein zusätzlicher Datensatz verwendet. Abschließend wird die Prognose mit den Messdaten verglichen.
17:40	Deep learning for understanding and reducing the sound emissions of automotive disk brakes Merten Stender, Norbert Hoffmann [Abstract] Friction-induced vibrations and the related sounds emitted by brake systems, commonly known as squeal, groan and other noises, constitute a major design challenge in the automotive industry. Owing to the cost and limited prediction quality of numerical simulations, most research and design is conducted experimentally in extensive testing campaigns even today. During those tests, the sound pressure level in the near-field as well as several operational conditions, such as the time signals of rotational velocity and brake line pressure, are recorded. In the current contribution, we illustrate how recent advances in the field of deep learning can be used to automatically detect several different types of sounds. Convolutional networks are employed to perform object detection tasks on the spectral properties of the microphone measurements in order to realize near-real-time sound classification. Furthermore, a data-driven design of a virtual twin for the noise behaviour of brake systems is presented that can predict the sound radiation for a given operational condition. Not only the chances, but also the limitations of machine learning techniques are outlined, especially taking an engineering-compliant development environment into account.
18:00	Bestimmung von Materialparametern aus dem dispersiven Verhalten geführter Wellen mittels neuronaler Netze Maik Lauschkin, Jannis Bulling, Yevgeniya Lugovtsova, Paul Wasmer, Jens Prager [Abstract] Damit eine Simulationsrechnung, beispielsweise mit einer FEM-Software, eine ausreichend hohe Genauigkeit erreicht, muss vorausgesetzt werden, dass die Modellparameter eine sehr hohe Güte aufweisen. Die genaue Kenntnis der Materialparameter ist dabei von besonderer Bedeutung. Um diese Parameter bestimmen zu können, müssen die verwendeten Werkstoffe messtechnisch charakterisiert werden. Neben anderen Ansätzen sind dafür akustische Verfahren im Ultraschallbereich geeignet. Für dünnwandige und plattenförmige Materialien können aus den sich ausbreitenden geführten Wellen messtechnisch Dispersionskurven bestimmt und aus diesen die Materialparameter abgeleitet werden. Da für die Signalverarbeitung und für Optimierungsaufgaben aktuell zunehmend Machine Learning Tools zum Einsatz kommen, stellt sich die Frage, ob diese Werkzeuge auch für die Ermittlung der Materialparameter aus den gemessenen Dispersionskurven eingesetzt werden können. In der vorgestellten Untersuchung soll ein Convolutional Neural Network aufgestellt werden, welches aus Dispersionsbildern Muster extrahiert und aus diesen eine Schätzung für die Materialparameter ermittelt. Um die Machbarkeit dieses Ansatzes zu prüfen, werden zunächst nur isotrope Materialien betrachtet. Für das Netz werden mit der Scaled-Boundary-Finite-Element-Methode synthetische Daten für das Trainieren und Validieren generiert. Zusätzlich werden die Hyperparameter des neuronalen Netzes variiert, um ein optimales Model für die Schätzung zu finden. Anschließend kann das Netz mit experimentellen Daten getestet und das Ergebnis hinsichtlich der Genauigkeit bewertet werden.

Organisation:

J. Abshagen, Wehrtechnische Dienststelle 71 G. Schmidt, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

10:40	Monitoring and assessment in regard of technical sound mitigation developments – A perspective from MarinEARS Carina Juretzek, Ben Schmidt, Maria Boethling [Abstract] Environmental impact assessments in the framework of approval procedures of the Federal Maritime and Hydrographic Agency (BSH) in the German Exclusive Economic Zone (EEZ) anticipate harm to the marine environment due to intensive impulsive noise emissions, as those produced by pile driving during OWP construction. To date 19 OWPs permitted by the BSH in the EEZ are operational, another 6 are under construction. Since 2011, the implementation of technical noise mitigation measures has been a standard requirement for offshore construction projects permitted by the BSH. Importantly, the application and efficacy of technical mitigation measures is being monitored for each pile driving event. MarinEARS (Marine Explorer and Registry of Sound), a comprehensive expert information system on underwater noise was established in 2016 at BSH. It provides the backbone of the national noise registry, which BSH has been operating since then in the framework of the Marine Strategy Framework Directive (MSFD) implementation. On the basis of the broad knowledge base of MarinEARS, we share lessons learned from multiple years of monitoring data and experience with the application of sound mitigation measures. We highlight which significant reduction of sound input is achievable, under the premise that technical sound mitigation concepts are applied successfully.
10:42	Unsicherheiten bei der messtechnischen Rückführung der elektrischen Eingangsimpedanz eines piezoelektrischen Hydrophons auf ein Bezugsnormal Aenne Euhus, Adrian May, Michael Bellmann, Matthias Blau [Abstract] Zur akustischen Überwachung und zum Schutz maritimen Lebens werden bei Rammarbeiten an den Fundamenten Hydrophone eingesetzt. Diese können durch das mehrfache Aus- und Einbringen während eines Einsatzes beschädigt werden, woraus auch eine Salzwassereinlagerung im Kabel resultieren kann. Um Defekte an Hydrophonen erkennen zu können, wird auf die Messung einer elektrischen Impedanzspektroskopie (EIS) zurückgegriffen. Diese ermittelt die elektrische Eingangsimpedanz eines Hydrophons und vergleicht sie mit einer bekannten Referenzimpedanz (einem Bezugsnormal). Ein bereits bestehendes Messsystem für die Messung der elektrischen Impedanzspektroskpie wurde nun erweitert und auf auftretende Fehler untersucht. Die Unsicherheiten aller Einfluss nehmenden Größen wurden bestimmt und zu einer Gesamtunsicherheit zusammengetragen. Es treten sowohl bekannte, wie auch unbekannte Unsicherheiten im System auf. Neben der Ermittlung aller vorkommenden Unsicherheiten, wurde ein Toleranzschlauch für die elektrische Eingangsimpedanz entwickelt, anhand dessen entschieden werden kann, ob ein Hydrophon weiter benutzt werden darf.
10:44	MarinEARS – Underwater Noise Information System of BSH Ben Schmidt, Carina Juretzek, Maria Boethling [Abstract] The introduction of anthropogenic underwater sound is one aspect in which maritime activities may impact the marine environment. Regarding the German Exclusive Economic Zone (EEZ), a major source of impulsive anthropogenic sound is pile driving during the construction of offshore projects. Importantly, the input of impulsive sound due to pile driving activities has to be technically mitigated, monitored and evaluated according to requirements of the Federal Maritime and Hydrographic Agency (BSH) as responsible agency for the approval and monitoring of offshore windfarms. For this purpose, the underwater noise expert information system MarinEARS (Marine Explorer and Registry of Sound) was established and has been operational since 2017. It also contains the national impulsive noise registry. MarinEARS offers a publicly accessible portal and provides general and technical information including the location, time, duration and sound level of the events as well as the noise mitigation systems used. Furthermore, wind farm operators, authorities and other institutions can create their own customized products such as project evaluations. Here we introduce the underwater noise information system MarinEARS and outline its role and capacity on underwater sound for regulatory and scientific purposes on national and regional level.

Organisation:

J. Abshagen, Wehrtechnische Dienststelle 71 G. Schmidt, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

13:40	Nachhallmessungen in einem Schallkanal im norwegischen Sognefjord Jan Abshagen, Volkmar Nejedl [Abstract] Die vertikale Schichtung von Temperatur und Salzgehalt im Meer oder auch in tiefen Fjorden kann zur Bildung eines Schallkanals in tieferen Wasserschichten führen. Insbesondere die Druckzunahme mit zunehmender Tiefe und die damit verbundene Zunahme der Schallgeschwindigkeit führt in der Regel zur Bildung eines Schallkanals unterhalb der Thermokline. Die Schallausbreitungsbedingungen in einem solchen Tiefwasserkanal sind dabei weder zeitlich noch räumlich stationär, sondern können eine ausgeprägte Variabilität aufweisen. In dieser Arbeit werden experimentelle Ergebnisse zur Schallausbreitung und deren Variabilität in einem Tiefwasserkanal vorgestellt. Die Messungen wurden mit dem FS Elisabeth Mann Borgese im Sognefjord, Norwegen, durchgeführt. Die Richtungsabhängigkeit der Schallausbreitung wurde dabei mittels eines Vertikal- sowie eines Kreisarrays untersucht. Die Messstrecke zwischen Sender und Empfänger wurde mit einem Bojensystems realisiert und die Messungen driftend, d.h. (quasi-)stationär, in unterschiedlichen Abständen bis zu 10 km durchgeführt
14:00	Zielmaßverminderung eines skalierten Stahlkörpers mit Innenstruktur Arne Stoltenberg, Ingo Schäfer [Abstract] Das Zielmaß eines skalierter zylindrischen Stahlkörpers mit dünner Aussenhaut und massiver Innenstruktur wurde in der Vergangenheit experimentell bestimmt und mit den Ergebnissen verschiedener numerischer Rechenmodelle verglichen. Hierbei treten unter bestimmten Aspektwinkeln besondere Effekte auf. Nach Aufbringen eines Absorbermaterials mit bekannten akustischen Eigenschaften in verschiedenen Schichtdicken wird jeweils das Zielmaß und seine Verringerung abhängig vom Aspektwinkel untersucht. Wiederum werden die experimentell erlangten Ergebnisse mit denen der numerischen Zielmaßmodellierung verglichen.
14:20	Investigation on self-noise generation along a simplified towed array sonar Florian Wachter, Eman Bagheri, Stefan Becker [Abstract] Sonar-Schleppantennen sind geschleppte hydroakustische Messsysteme, die wegen der räumlichen Trennung der Sensoren von der schleppenden Messplattform (Schleppschiff) deutlich geringeren Störgeräuschen ausgesetzt sind als plattformgebundene Systeme. Solche Systeme bestehen meist aus einem öl- oder gelgefüllten, elastischen Schlauch, in dessen Inneren sich mehrere Hydrophone befinden. Die Schleppantennen zeichnen sich durch ein Verhältnis von Länge zu Radius aus, das in Größenordnungen von O(10^2) bis zu O(10^6) liegt. Beim Einsatz und damit bei der Umströmung solcher Systeme bildet sich eine axial-symmetrische, turbulente Grenzschicht (ATGS) um das schlauchartige Messsystem, dessen Grenzschichtdicke den Radius der Antennenhülle um ein Mehrfaches übersteigt. Derartige Grenzschichten unterscheiden sich von den turbulenten Grenzschichten an planaren oder schwach gekrümmten Oberflächen. Die durch Krümmungseffekte beeinflussten ATGS sind in Bezug auf die Schleppantennen interessant, da die strömungsinduzierten Eigenstörgeräusche, die aus den Fluktuationen innerhalb der turbulenten Grenzschichtströmung resultieren, in bestimmten Situationen das dominierende Störgeräusch darstellen können und damit die Einsatzmöglichkeiten des Messsystems limitieren. Um die grundlegenden Prinzipien der grenzschichtinduzierten Eigenstörgeräuschentstehung, die Wechselwirkung zwischen Grenzschicht und elastischer Schlauchhülle sowie die Akustik im Inneren der Schleppantenne untersuchen zu können, werden Simulationen der Fluid-Struktur-Akustik-Interaktion an einer vereinfachten Schleppantennengeometrie durchgeführt. Im Rahmen des Vortrags werden Herangehensweise und Ergebnisse vorgestellt.
14:40	Hydroakustische Sensoren auf Basis von piezoelektrischen Aluminiumnitrid-Dünnschichten Hanna Lewitz, Bastian Kaulen, Jan Abshagen, Gerhard Schmidt, Eckhard Quandt [Abstract] Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und Charakterisierung von piezoelektrischen Dünnschichten für hydroakustischen Sensoren, die mittels MEMS kompatiblen Dünnschichtverfahren hergestellt werden. Die Sensoren bieten eine Miniaturisierungsmöglichkeit vor allem für Arrayanwendungen, wenn eine hohe räumliche Auflösung oder ein geringes Gewicht benötigt wird, dabei sollen allerdings ähnliche Leistung (Empfindlichkeit, Detektionsgrenze) wie bei den großvolumigen Sensoren erreicht werden. Herkömmlich hergestellte Sensoren werden aus Pulvern gepresst und gesintert. Dabei wird Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) verwendet, das dank seines großen piezoelektrischen Effekts in vielen kommerziellen Produkten genutzt wird. Durch die Herstellung von Sensoren auf Dünnschichtbasis steht eine andere Auswahl an piezoelektrischen Materialien zur Verfügung. Eine theoretische Abschätzung mit Hilfe des piezoelektrischen Koeffizienten und der dielektrischen Konstante zeigt zum Beispiel, dass von Aluminiumnitrid (AlN) eine 10 dB größere Sensitivität als von PZT-Dünnschicht zu erwarten ist. Dementsprechend wurden AlN-Sensoren mittels reaktiver Kathodenzerstäubung hergestellt. Zudem erlauben Dünnschichtsensoren den Aufbau von speziellen Layouts, die zu einer Sensitivitätssteigerung beitragen. Es werden Dünnschichtsensoren auf einem Membranlayout mit Sensoren auf einem festen Substrat und kommerziellen PZT-Hydrophonen verglichen.
15:00	Validierung eines Modells zur Berechnung von Offshore-Rammschall für hohe Frequenzen Jonas Von Pein, Stephan Lippert, Otto Von Estorff [Abstract] Offshore-Infrastrukturen, wie z.B. Offshore-Windenergieanlagen, werden hauptsächlich mit Pfählen im Meeresboden verankert. Bei den dafür notwendigen Rammungen entstehen sehr hohe Schalldruckpegel im Wasser, die für die marine Fauna potentiell gefährliche Größen erreichen können. Um die Meeresumwelt zu schützen, sind in vielen Ländern Grenzwerte einzuhalten. Hierfür sind verschiedene breitbandige und frequenzabhängige Grenzwerte definiert. Ein wichtiger Grenzwert ist der breitbandigen Einzelereignispegel (SEL). Für die Vorhersage der Schalldruckpegel sind numerische Berechnungsmethoden notwendig. Die Berechnung des SEL kann oftmals unter Berücksichtigung von Frequenzen bis zu 1 kHz durchgeführt werden, da der wesentliche Anteil der Schallenergie zwischen 50 Hz und 300 Hz abgestrahlt wird. Vor diesem Hintergrund sind die meisten Modelle zur Berechnung von Offshore-Rammschall für einen vergleichsweise niedrigen Frequenzbereich validiert. Jedoch können die Hörkurven betroffener Arten, wie z.B. dem Schweinswal, eine deutliche Empfindlichkeit im höheren Frequenzbereich aufweisen, weshalb die Schalldruckpegel des Rammschalls auch in diesem Frequenzbereich von Interesse sind. Aufgrund der notwendigen feineren Diskritisierung steigt mit der Frequenz allerdings der Rechenaufwand. In dem vorliegenden Beitrag wird die Validierung eines hybriden Modellansatzes mit einem Finite-Elemente-Modell für den Nahbereich und einem Parabolic-Equations-Fernfeldmodell für Frequenzen bis zu 20 kHz vorgestellt. Zum Abgleich wird auf Messergebnisse verschiedener Messkampagnen zurückgegriffen und der Einfluss frequenzabhängiger akustischer Parameter untersucht.
15:20	Formoptimierung eines Impulshammers zur Schallminderung bei Offshore-Pfahlrammungen Elin Klages, Stephan Lippert, Otto Von Estorff [Abstract] Bei der Rammung von Gründungspfählen zur Errichtung von Offshore-Windturbinen wird über die Pfahlmantelfläche Unterwasserschall emittiert. Zum Schutz von Meereslebewesen sind die zulässigen Schallpegel in Deutschland sowie zahlreichen anderen Ländern per Gesetz begrenzt. Zur Einhaltung dieser Grenzwerte werden üblicherweise sekundäre Schallschutzsysteme, welche die Schallausbreitung im Wasser vermindern, eingesetzt. Die Notwendigkeit von effektiven Schallminderungssystemen hat in den letzten Jahren, aufgrund von größeren Pfählen und damit höheren Energieeinträgen, immer weiter zugenommen. Im Kontext dieser Entwicklung wächst das Interesse an primären Schallminderungsmaßnahmen, welche die Schallentstehung an der Quelle reduzieren, als Ergänzung zu vorhandenen sekundären Maßnahmen. Der gegenwärtige Beitrag diskutiert die Verringerung der Schallabstrahlung über ein gezieltes Design des für die Rammung verwendeten Hammers. Hier hat sich gezeigt, dass insbesondere durch eine Streckung des Rammimpulses sowie die Vermeidung von Kraftspitzen die Schallabstrahlung, bei gleicher Rammenergie, erheblich reduziert werden kann. Ein akustisch zuträgliches Design zeigt allerdings oftmals Nachteile bei der Rammbarkeit des Pfahls sowie der Lebensdauer und Fertigung des Hammers. Erste Ergebnisse einer Formoptimierung der Hammerkomponenten, welche alle diese Faktoren berücksichtigt, werden vorgestellt.
15:40	Implementierung einer Unterwassertelefonieschnittstelle in einem SONAR-Simulator Tim Owe Wisch, Till Wiegand, Florian Schulz, Gerhard Schmidt [Abstract] Sprachkommunikation unter Wasser unter Nutzung von sowohl analogen, digitalen und auch gemischten Verfahren ist noch immer ein spannendes Forschungsfeld. Durch die kostengünstige Verfügbarkeit von leistungsfähiger Hardware lassen sich die Algorithmen vollständig in Software realisieren. Im Sinne einer fortschreitenden Systemintegration ist eine Integration von Kommunikationssystemen in SONAR-Systeme, auch auf simulativer Ebene, eine logische Folge. Selbst in den Grenzen etablierter Standards können Sprachverbesserungsansätze die Verständlichkeit der Übertragung steigern und für eine verbesserte Sprachkommunikation sorgen. Aufgrund der geringen zur Verfügung stehenden Bandbreiten werden einige Sprachmerkmale, deren Energien in höheren Frequenzbereichen liegen, oftmals abgeschnitten. Während herkömmliche Techniken nur darauf abzielen, das Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu verbessern und Spracheigenschaften außer Acht lassen, zeigt das hier vorgestellte System zusätzlich das Abbilden hochfrequenter Sprachmerkmale in niedrigere Frequenzbereiche. Auf diese Weise können auch Ansätze von Frikativen über einen stark bandbegrenzten Kanal übertragen werden.

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J. Abshagen, Wehrtechnische Dienststelle 71 G. Schmidt, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

8:40	Akustische MIMO-Unterwasserkommunikation mittels Bursts Ivor Nissen [Abstract] Unterwasserkommunikation (UWK) muss sich aufgrund des sogenannten und höchst variablen SONAR-Wetters an unterschiedlichste akustische Kanalbedingungen anpassen. Dabei sind für die UWK in autonomen Kommunikationsnetzwerken die Herausforderung besonders hoch. Aufgrund der kleinen Ausmaße und Energievorräte in Floats, Glidern, AUVs und Taucherunterstützungssystemen sowie bei Bodenknoten und Gatewaybojen müssen die Einheiten kompakt und energieminimierend konzipiert werden. Neben diesen Forderungen sind bei Zeit- und Doppler-Spreizungen auch Signal- zu Rauschverhältnisse zu maximieren. Single-In-Multiple-Out-Ansätze (SIMO) werden bei bemannten getauchten Plattformen sehr erfolgreich bereits seit den 1960ern eingesetzt. Da in Kleinstsystemen keine langen Hydrophonketten eingesetzt werden können, wird nun ein 3er-MIMO-Ansatz (Multiple-In-Multiple-Out) als Erweiterung der Alamouti Transmission in Kombination mit der akustischen Burst-Kommunikation vorgestellt. Dazu wird in die Theorie und die Implementation in die eigenen Sonartransponder eingeführt. Es sind zwei Anwendungen in Zeit und Raum interessant. Neben der Nutzung von drei Sendern und drei Hydrophonen - als Standardfall - können auch drei nacheinander gesendete Burst-Nachrichten bei einem Sender und einem Hydrophon dem Netcoding zugerechnet werden. Geplante Experimente hierzu im Spät-Sommer 2020 werden präsentiert.
9:00	Comparision of Direct-Sequence Spread Spectrum Modulation and Coding Schemes for Reliable Underwater Acoustic Communications Iwona Kochanska [Abstract] Reliability of data transmission is critical in some underwater communication applications such as submarine-to-submarine or submarine-to-surface platform communication, or autonomous underwater vehicle remote control. Such reliable data transmission is a particularly difficult task in a shallow underwater channel, in which the signal suffers from strong time dispersion due to multipath propagation and refraction phenomena. The direct-sequence spread spectrum technique (DSSS) applied successfully in the latest standards of wireless communications gives the chance of data transmission with an acceptable error rate in such a tough communication channel. The implementation of the DSSS technique usually involves the phase shift keying (PSK) or differential phase shift keying (DPSK) modulation of carrier frequency according to a pseudo-random binary sequence (PRBS). However, a signal constructed in this way is sensitive to phase fluctuations. The article proposes the use of DSSS modulation and coding scheme, based on the transmission of different pseudo-random binary sequences representing the information. The quality of transmission obtained by such coding and PSK/DPSK modulation schemes are compared. Simulation tests were conducted in Matlab environment using both numerical models of wireless channels and replay UAC channels, based on impulse responses measured during the underwater experiments.
9:20	Adaptive akustische Unterwassernetzwerke Dimitri Sotnik [Abstract] Für die Unterwasserkommunikation wird hauptsächlich Akustik verwendet. Da Schallwellen als Träger verwendet werden, verändern sich Doppler- und Zeitspreizung und die verschiedenen Umgebungsgeräusche sehr schnell und unvorhersehbar. Aktuelle Forschungsthemen befassen sich mit der direkten Modemanpassung, dies ist nicht ganz ausreichend. Im Vergleich zu Funkübertragungen ist die Bitfehlerrate immer noch sehr hoch. Um eine bessere Anpassung an die Umwelt zu gewährleisten, wird in diesem Beitrag vorgeschlagen, das zur Laufzeit verfügbare Netzwerkwissen zu betrachten. Durch die Kenntnis des Netzwerks und seiner Teilnehmer wäre es möglich, spezifische Anpassungen vorzunehmen, um die am besten geeignete Übertragung zu erreichen. Zum Beispiel das Umschalten zwischen Hochfrequent oder Tieffrequent oder die Verwendung unterschiedlicher Modulationsverfahren, je nachdem, was der Empfänger demodulieren kann. Außerdem kann die Übertragungsleistung je nach zu erreichenden Knoten variiert werden. Dafür ist es notwendig, eine Datenbank aufzubauen, die auf Metainformationen von ein- und ausgehenden Nachrichten basiert. Aussagekräftige Indikatoren müssen mit jeder Nachricht versendet werden. Vorhergehende Studien haben gezeigt, dass Pakete Unterwasser möglichst kurz sein sollten und jedes einzelne Bit teuer ist. Die wissenschaftliche Frage ist nun wie viele Bits und welche Informationen mindestens benötigt werden, um eine signifikante Verbesserung der Übertragung zu erzielen.
9:40	Parametrische Kurzzeit-Leistungsspektren für die Charakterisierung von Wasserschallquellen Andreas Galka [Abstract] Die Schallabstrahlung von Schiffen zeigt oft ausgeprägte Richtungsabhängigkeit. Bei Relativbewegung zwischen Schiff und Hydrophon ergibt sich dadurch Nichtstationarität, und die Charakterisierung von Wasserschallquellen muss auf der Grundlage kurzer Zeitreihensegmente erfolgen. In solchen Situationen können schwache Quellen oftmals nicht durch nicht-parametrische Spektralschätzer, wie etwa FFT, identifiziert werden. In diesem Beitrag wird daher die Identifizierung und Charakterisierung von Wasserschallquellen mittels parametrischer Spektralschätzer, basierend auf Zustandsraum-Modellierung, diskutiert. Eine Anwendung auf Wasserschallquellen, die durch Luftschall-Anregung in einem fahrenden Schiff erzeugt wurden, wird vorgestellt.
10:00	Analyse von Trackingalgorithmen für mobile SONAR-Systeme Timothy Schäl, Alexej Namenas, Gerhard Schmidt [Abstract] Die Zielverfolgung von Objekten unter Wasser stellt aufgrund der Ausbreitungsbedingungen des Wasserschalls eine besondere Herausforderung in der Signalverarbeitung dar - hierzu zählen u.a. Mehrwegeausbreitung, Schattenzonen und Mehrdeutigkeiten. Die Überwachung der Wassersäule im Bereich von kritischer Infrastruktur wird ideal durch den Einsatz von mobilen, leicht portierbaren SONAR-Systemen sichergestellt. Dieses erhöht den Anspruch an die Signalverarbeitung erneut. Diese mobilen SONAR-Systeme verfügen über eine begrenzte Rechenkapazität für die Abdeckung der gesamten Signalverarbeitungskette, weshalb die Implementierung einer kognitiven Steuereinheit imperativ ist. In dieser Arbeit werden die unterschiedlichen Zielverfolgungsalgorithmen mit ihren Eigenschaften und ausgewählte, anspruchsvolle Szenarien mit synthetisch erzeugten Daten vorgestellt. Die Bewertung der Zielverfolgungsalgorithmen in den Szenarien unter der Berücksichtigung der benötigten Rechenkapazität geben Rückschlüsse für eine spätere Implementierung einer kognitiven Steuereinheit. In diesem Beitrag wird dabei besonderes Augenmerk auf Echtzeitanforderungen gelegt.
10:20	Investigation of the point spread function of SAS and CSAS imaging using bandpass signals Chencheng Ye, Ziliang Qiao, Hong Liang, Dieter Kraus [Abstract] In the past decades, considerable attention has been paid to the application of ultrasonic reflection tomography. Particularly, synthetic aperture techniques have attracted extensive interest due to their superior resolution performance. Since the location of the backscattering points of a target will only accidently coincide with the pixel centers of the reflection tomographic image, the image quality might be affected by uncompensated residual phase terms during the back-projection process. Therefore, in this paper the sensitivity of the point spread function (PSF) is investigated with respect to scatterer displacements for a synthetic aperture sonar (SAS) and circular synthetic aperture sonar (CSAS). In both cases, echo signals are coherently superimposed over a given synthetic aperture length to reconstruct reflectivity at a particular pixel. For SAS, synthetic aperture length adjusts automatically according to pixel range position and carrier frequency, thus relative residual phase term remains within a small range, which is acceptable for coherent superposition. In comparison with that, both absolute and relative residual phase terms increase with carrier frequency and pixel size for CSAS without upper limit and it may lead to the consequence of destructive superposition of echo signals. Theoretical calculation and simulation results are depicted to verify the conclusion.

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D. Beer, Fraunhofer IDMT

15:00

Input-Output Linearization of a MEMS Loudspeaker Using a Hammerstein Model Elena Belgradskaia, Georg Fischer, Albert Zhykhar, Tobias Fritsch [Abstract] In this article, the use of a Hammerstein model to predict the linear and nonlinear behavior of a MEMS loudspeaker is discussed. The MEMS loudspeaker under investigation is based on an electrostatic drive system. Apart from that, the underlying physical structure is very complex. That is why a purely data driven black box approach was chosen to model its behavior. The resulting model is parameterized in a way, that it takes into account at least the weak second order nonlinearities resulting from the electrostatic principle. The goal of modeling the linear and nonlinear behavior of the loudspeaker is to perform input-output linearization in a feedforward controller. By reducing the harmonic and intermodulation distortions high sound quality at high sound pressure levels is guaranteed. The principle of the MEMS loudspeaker as well as the modeling procedure and the tasks for linearization are described. Based on simulated and measured total harmonic and intermodulation distortion the feedforward controller is evaluated.

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D. Beer, Fraunhofer IDMT

13:20	Integrierter piezoelektrischer MEMS-Lautsprecher für In-Ear-Anwendungen Fabian Stoppel, Andreas Männchen, Florian Niekiel, Daniel Beer, Bernhard Wagner [Abstract] In diesem Beitrag wird ein MEMS-basiertes In-Ear Kopfhörer-System vorgestellt. Das zentrale Element bildet ein vollständig in Standard-MEMS-Technologie gefertigter Chip-Lautsprecher. Dieser verfügt über mehrere piezoelektrisch angetriebene Biegeaktoren, die über wenige Mikrometer feine Schlitze mechanisch voneinander entkoppelt sind und direkt zur Schallerzeugung verwendet werden. Kombiniert mit einem In-Ear-Gehäuse und einer Ansteuerelektronik zeichnen sich die MEMS-Lautsprecher durch eine hohe Leitungsfähigkeit bei geringem Bauvolumen aus. So werden in einem IEC 60318-4 Ohr-Simulator über den gesamten hörbaren Frequenzbereich Schalldruckpegel von bis zu 110 dB erreicht. Darüber hinaus verfügen die Kopfhörer über eine hohe elektroakustische Effizienz von über 120 dB/mW, geringe Verzerrungen und eine weit über den hörbaren Bereich hinausgehende Wiedergabebandbreite. Der Vortrag behandelt die Technologie und eine umfassende elektroakustische Analyse der In-Ear-Kopfhörer. Darüber hinaus wird das enorme Entwicklungspotential in Bezug auf zukünftige Lautsprecher-Generationen diskutiert.
13:40	Elektrostatischer Push-Pull MEMS-Schallwandler für Im-Ohr-Anwendungen Lutz Ehrig, Hermann A.G. Schenk, Franziska Wall, Bert Kaiser, Sergiu Langa, Michael Stolz, David Schuffenhauer, Jorge Mario Monsalve Guaracao, Anton Melnikov, Andreas Mrosk, Holger Conrad, Harald Schenk [Abstract] Bereits in der Mitte des vergangenen Jahrhunderts wurden Konzepte beschrieben, die zeigen, dass elektrostatische Wandler dem Ideal einer verzerrungsfreien Wiedergabe am nächsten kommen. Erst Jahre später - mit der Verfügbarkeit der entsprechenden Materialien und Fertigungstechniken - konnten diese Konzepte praktisch umgesetzt werden und erfreuen sich in hochwertigen, audiophilen Lautsprechern und Kopfhörern großer Beliebtheit. In diesem Beitrag wird ein MEMS-Aktor vorgestellt, der aufgrund seines symmetrischen Aufbaus diese vorteilhaften Eigenschaften für elektrostatisch aktuierte MEMS-Lautsprecher erschließt: Der Aktor besteht aus einem elastischen Balken mit mehreren elektrostatisch aktuierten Zellen. Durch das Anlegen eines elektrostatischen Feldes wird ein Biegemoment erzeugt, welches durch ein geeignetes Balkendesign und eine geeignete Anzahl elektrostatischer Zellen zu einer Biegung des Balkens führt. Dieses sogenannte NED-Prinzip (NED: Nanoscopic Electrostatic Drive) ermöglicht Auslenkungen, die um ein Vielfaches höher liegen als die durch den Pull-In auf ca. 1/3 des Elektrodenabstandes beschränkte nutzbare Auslenkung der einzelnen Elektroden. Gegenüber asymmetrischen Aktoren kann durch eine symmetrische Ausführung des Aktors der Anteil der zweiten Harmonischen deutlich verringert werden. Ein Mikrolautsprecher basierend auf einer Vielzahl von symmetrisch ausgeführten NED-aktuierten Balken wird in diesem Beitrag vorgestellt und Ergebnisse elektrischer, optischer und akustischer Messungen diskutiert.
14:00	A New Method of Digital Sound Reconstruction Dominik Mayrhofer, Manfred Kaltenbacher [Abstract] Classical Digital Sound Reconstruction (DSR) has been shown to be able to reproduce audio signals with the help of superimposed sound pulses. Still, this method has never been proven to be useful considering commercial applications. We start with the underlying idea of DSR and propose a new method - Advanced Digital Sound Reconstruction (ADSR) - which paves the way for a sound generation principle most effective in the lower frequency range. Using a redirection mechanism as an addition to classical DSR it is possible to achieve a completely flat frequency response regarding the sound pressure in a channel. This redirection unit uses shutter gates in order to separate positive and negative sound pulses letting only those pass, which contribute positively to the desired reconstruction of the audio signal. Compared to the well- known linear scaling of the sound pressure with the frequency, this concept offers exceptional performance for the low- to mid-frequency range - in the region where classical excitation schemes tend to struggle. Starting with the basic concept a concise framework of this method will be presented. This includes analytical investigations as well as numerical and experimental verification.
14:20	MEMS speakers technology, challenges and applications Andrea Rusconi Clerici [Abstract] MEMS technology is an enabler in the microelectronics industry for supporting ever increasing computing power and connectivity with sensors and actuators for interacting with the physical world. At USound, we are embracing the challenge to replace voice coil speaker solutions by developing and commercializing silicon based micro speakers. Audio is a key function for upcoming product roadmaps in consumer electronics in the era of the virtual assistants. Compared to incumbent technologies, MEMS speakers are a perfect fit because of their thin form factor, light weight and reflow solderability. MEMS speakers are well suited for in-ear headphones in both full range or tweeter cases; for wearables like smart glasses and TWS; for array arrangement in smart speakers; for array arrangement in 3D sound headphones and more to come in the future. This is possible thanks to the availability of piezo thin films on silicon that allow for the design of large force, large displacement, linear actuators. In particular, PZT can generate enough energy per unit area and thus mechanical force and elongation to compete with voice coil transducers; the MEMS motor is realized on silicon using multiple piezoelectric actuators connected together to realize a precise vertical out-of-plane movement.
14:40	Thermoviskose Verluste in der Akustik: Eine Übersicht zu neuen und bestehenden Modellbildungsverfahren Simone Preuss, Steffen Marburg [Abstract] Die isentrope Wellengleichung erlaubt die Lösung zahlreicher Problemstellungen aus der Akustik, führt jedoch zu Ungenauigkeiten, sobald thermische und viskose Verluste relevant werden. Als thermoviskose Verluste werden dissipative Effekte bezeichnet, die in Folge der Grenzschichtbildung zwischen Fluid und Struktur entstehen. Aufgrund ihres lokalen Charakters ist eine Vernachlässigung zumeist legitim. Dennoch existiert eine Vielzahl von Anwendungsfällen, bei denen derartig kleinskalige Effekte eine entscheidende Rolle spielen. Hierzu zählen vornehmlich kleine Gerätschaften, wie beispielsweise Hörgeräte oder Kondensatormikrofone, deren Kavitäten von ähnlicher Größenordnung sind wie die verlustbehaftete Grenzschicht. Neue Forschungsergebnisse zeigen weiterhin, dass auch die Eigenschaften von akustischen Metamaterialien von der Dissipation in Wandnähe abhängen. Die Entwicklung der letzten Jahrzehnte hat eine Vielzahl von numerischen Methoden zur Modellbildung der thermoviskosen Verluste hervorgebracht. Im Rahmen dieses Beitrags wird ein umfassender Überblick über diese Verfahren gegeben. Es werden sowohl vereinfachte Modelle, wie das Low Reduced Frequency Model oder das Boundary Layer Impedance Model, als auch komplexere Methoden, basierend auf den vollständigen Implementierungen der Randelementmethode und der Finite Elemente Methode, vorgestellt. Neben einer kurzen Einführung in die Funktionsweise und Implementierung der Methodik werden die wesentlichen Vor- und Nachteile hinsichtlich der Anwendbarkeit und des Rechenaufwandes gegenübergestellt. Unterstützend werden die Ergebnisse einer Beispielrechnung aus dem Bereich der akustischen Metamaterialien diskutiert.
15:00	Sound Propagation in Microchannels Jan Küller, Albert Zhykhar, Daniel Beer [Abstract] Ein wesentliches Bestreben der Hersteller von Kopfhörern, Hearables, Hörgeräten und Mobiltelefonen besteht in der Ausstattung der Geräte mit noch besseren Klangeigenschaften und einer größeren Funktionsauswahl. Gleichzeitig sollen die Handhabbarkeit bzw. der Tragekomfort und die Akkulaufzeit verbessert werden. Die elektroakustische Herausforderung besteht somit darin, trotz immer weniger Bauraum für die Schallwandler, Schallwandlersysteme einen großen Klang und eine hohe Effizienz zu erzielen. Die MEMS-Technologie (Micro-Electro-Mechanical-Systems) bietet viel Potential, um Schallwandler hochpräzise bis in den Submikrometerbereich zu fertigen. Gleichzeitig können der Schallwandler und die zugehörige Ansteuerelektronik in einem Gehäuse, etwa als Lautsprecher-Chip bzw. -Modul, intergiert werden. Im Vergleich zu bisherigen Absätzen ist eine deutlich höhere Miniaturisierung des Schallwandlersystems möglich. Wie sieht es aber mit der Schallausbreitung in derart winzigen Strukturen aus? Welche Effekte müssen ggf. beim Systementwurf berücksichtigt werden?

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J.-M. Batke, HS Emden/Leer

16:40	Comparison of Mitigation Approaches of Spatial Undersampling Artifacts in Spherical Microphone Array Data Auralizations Tim Lübeck, Johannes M. Arend, Hannes Helmholz, Jens Ahrens, Christoph Pörschmann [Abstract] Spherical Microphone Arrays (SMAs) are widely used to capture spatial sound fields, that can then be rendered in various virtual acoustic environment (VAE) formats including binaural synthesis. However, some practical limitations have significant impact on the accuracy of the rendered VAE. On the one hand, the limited number of microphone capsules leads to spatial undersampling of the surrounding sound field, inducing spatial aliasing artifacts on the capturing side. On the other hand, the order-limited spherical harmonics representation results in truncation errors on the rendering side. Several approaches have been presented in research to mitigate these impairments. To our knowledge, there is no study available that compares the different methods directly in terms of their effectiveness. In this work, we present a comprehensive comparison of state-of-the-art undersampling mitigation algorithms, with a focus on binaural reproduction of SMA data. We give an overview of the fundamental concepts of the different approaches and based on a technical evaluation we discuss their influence on the binaural reproduction.
17:00	Darstellung und praktische Untersuchung eines HOA-Mikrofonarrays mit 8 Kapseln Johann-Markus Batke, Thomas Görne [Abstract] Higher Order Ambisonics (HOA) ist als 3D-Schallfelddarstellung für die Tonwiedergabe in VR-Umgebungen oder bei 360∘-Videodarstellungen sehr geeignet. Bei der Aufnahme natürlicher Schallfelder können sphärische Mikrofonarrays eingesetzt werden. Die erreichte Ordnung der HOA-Schallfelddarstellung und damit die erzielbare räumliche Auflösung der Tonwiedergabe gehen einher mit dem aufzubringenden technischen Aufwand. So lässt sich mit 4 Mikrofonkapseln eine HOA-Darstellung 1. Ordnung aufzeichnen, während die 2. Ordnung bereits 9 Kapseln verlangt. Auf dem Markt angebotene Arrays mit 8 Kapseln stellen damit ein überbestimmtes Mikrofonarray für HOA-Signale 1. Ordnung dar, werden aber auch als Quelle für HOA-Signale 2. Ordnung beworben. Dies ist über die Beschränkung auf eine 2D-Schallfelddarstellung möglich bzw. die Inkaufnahme von räumlichen Darstellungsfehlern. Der vorliegende Beitrag fasst die theoretischen Möglichkeiten eines 8-Kapsel-Arrays zusammen und untersucht die in der Anwendung wahrnehmbaren räumlichen Darstellungsfehler.
17:20	On the Design of a MEMS Microphone Array for a Mobile Beamforming Application Alexander Poets, Roman Schlieper, Stephan Preihs, Jürgen Peissig [Abstract] Considering the extensive use of smartphones and their outstanding camera capabilities these days, it’s desirable to record a high-quality audio signal in tandem with capturing video, e.g. at a rock concert. For a rather immersive sound experience when playing back smartphone-recorded material it’s mandatory to preserve the acoustic environment’s spatial properties. On that note, a design of a miniature microphone array to be rear-mounted on a smartphone is proposed. In the course of this work, we’ll focus on the development of a proper microphone arrangement that meets application-specific requirements. Therefore, several geometries are evaluated in terms of directivity index, half-power beam width and side lobe attenuation using a simulation-driven approach. Once a suitable geometry has been found, the actual sensor placement is determined by thinning the array using a genetic algorithm. Then, a prototype of the design is implemented utilizing digital MEMS microphones. Finally, a spatial filter (beamformer) is applied to the raw sensor data in order to allow the capture of multi-channel audio and the suppression of interfering background noise.
17:40	Untersuchungen zu den Grenzen der virtuell rotierenden Arraymethode Marius Lehmann, Carsten Spehr, Marc Schneider, Daniel Ernst [Abstract] Die Methode des virtuell rotierenden Arrays ist ein häufig genutzter Ansatz für die Untersuchung rotierender Schallquellen. Durch ihre Anwendung im Frequenzbereich hat sie einige Vorteile gegenüber Methoden im Zeitbereich. Die wichtigsten sind die umfangreiche Anwendbarkeit von Entfaltungsalgorithmen und niedriger Berechnungsaufwand. In der vorliegenden Arbeit werden Grenzen des Verfahrens untersucht. Dazu wird eine Parameterstudie zu verschiedenen Einflussfaktoren gemacht. Das Ziel ist herauszufinden, wie ein Ringarray aufgebaut sein muss, damit die Methode für einen bestimmten Testfall funktioniert. Es kann gezeigt werden, dass die einfallenden Schallwellen mit mindestens zwei Mikrofonen pro Wellenlänge aufgelöst werden müssen, damit die Interpolation funktioniert. Die räumliche Auflösung wird durch den Einfallswinkel des Schalls beeinflusst, welcher sowohl von den Radien des Ringarrays und der Quellbewegung als auch von deren Abstand abhängt.
18:00	Performance Analysis of a Rotating Circular Array for Plane Wave Identification Frederico Heloui De Araujo, Fernando Castro Pinto, Michael Vorländer [Abstract] One advantage of a Spherical Microphone Array (SMA) is the possibility to analyze all directions in space with similar efficiency, but it usually requires a high number of microphones, each one associated with a measurement point. This paper shows the development of a rotating circular array with 14 microphones, resulting in a virtual SMA with 98 measurement points. Aiming the identification of direction and time of arrival of plane waves in a reverberant field, this array geometry allows a spherical harmonic expansion up to 6th order. It is presented the comparison between simulations and measurements with the proposed array, evaluating its robustness. At the end, it is showed the applications of the algorithm for plane wave identification in a quasi-diffuse field.

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J.-M. Batke, HS Emden/Leer

14:00	Akustische Quelldetektion rotierender Quellen mit virtuell rotierendem Array und beliebigen Mikrofonanordnungen Simon Jekosch, Ennes Sarradj [Abstract] Rotierendes Beamforming hat sich als eine effiziente Möglichkeit erwiesen Akustische Quellen von rotierenden Maschinen wie Ventilatoren, Triebwerken oder Windkraftanlagen zu beschreiben. Für die Berechnung von rotierendem Beamforming unterscheiden sich die Methoden in Beamforming im Zeitbereich, bei dem der Fokus auf dem Berechnungsgitter der Bewegung der Quelle folgt, und Beamforming im Frequenzbereich, bei dem das Mikrofonarray virtuell die Rotation der Quelle imitiert. Die größte Limitation für das Verfahren des virtuell rotierenden Mikrofonarrays ist die Beschränkung auf Ringgeometrien der Mikrofone, die Zentriert um die Drehachse angeordnet sein müssen. Dieser Beitrag stellt ein Verfahren vor, bei dem die virtuelle Rotation mit beliebigen Mikrofonanordnungen möglich ist. Das Verfahren basiert auf zwei verschiedenen Interpolationsansätzen: Die Interpolation der Zeitdaten zwischen den Mikrofonpositionen kann dabei entweder durch Delaunay-Triangulierung oder durch Radiale Basisfunktion Interpolation erfolgen. Zur Überprüfung der Implementation wurde ein Experiment mit einem 5-flügeligem Axialventilator in Verbindung einem spiralförmigen Arraygeometrie durchgeführt. Die Ergebnisse aus dem Datensatz werden mit denen eines Ringarrays verglichen.
14:20	Bestimmung der Flugpfade und individueller akustischer Signale von vier im Schwarm fliegenden Quadrocopter-Drohnen mit einem Mikrofonarray Gert Herold, Adam Kujawski, Christoph Strümpfel, Svenja Huschbeck, Maarten Uijt De Haag, Ennes Sarradj [Abstract] Der Einsatz unbemannter Luftfahrtsysteme (UAS) findet in Bereichen wie Landwirtschaft, Kartierung, Rettungs- und Polizeiarbeit oder Journalismus immer weitere Verbreitung. Die Untersuchung der Auswirkungen solcher Systeme auf die Umgebung, im urbanen wie im ländlichen Raum, ist daher von steigender Relevanz. Des Weiteren stellen unerlaubt eindringende Drohnen Flughäfen vor neue Herausforderungen, den sicheren Flugbetrieb aufrecht zu erhalten. In diesem Beitrag wird eine Methode zur Separation der Schallimmissionen und Flugpfade mehrerer gleichzeitig fliegender Drohnen vorgestellt. Hierfür wird die Schallabstrahlung vier im Schwarm fliegender Quadrocopter-Drohnen mit einem Mikrofonarray aufgezeichnet und in einem zweistufigen Verfahren ausgewertet. Zunächst werden aus den akustischen Daten die individuellen Trajektorien bestimmt. Im zweiten Schritt werden diese verwendet, um die Signale der jeweiligen Drohnen mittels Zeitbereichs-Beamforming zu filtern. Die Genauigkeit der akustisch bestimmten Trajektorien wird über einen Abgleich mit aufgezeichneten Positionsdaten der Drohnen bewertet. Die aus den Schwarmmessungen gefilterten Einzelsignale werden mit Referenzmessungen isoliert fliegender Drohnen gleichen Typs verglichen.
14:40	Inverse scheme for sound localization Jonathan Nowak, Stefan Gombots, Manfred Kaltenbacher, Barbara Kaltenbacher [Abstract] Methods that are using microphone arrays for acoustic source localization have become well known as ”acoustic beamforming” and are used e.g. for noise reduction tasks. Although improvements to the standard beamforming method (like CLEAN-SC, DAMAS, Orthogonal Beamforming etc.) have been developed, drawbacks in beamforming are that no phase information of the acoustic sources can be recovered, applicability in the low frequency range is limited and that the assumed free field radiation is not realistic in most practical cases. The method presented in this talk uses a different approach for acoustic source localization. The underlying acoustic PDE is solved by use of the Finite Element Method considering the actual boundary conditions present in the measurement setup. Then the inverse problem of matching the measured acoustic pressure to the simulated pressure at the microphone positions is solved in order to identify the source locations with corresponding amplitudes and phases. Thereby, we either assume monopole sources in the volume or we identify the particle velocity on the surface.
15:20	Schallfeldextrapolation mit Mikrofonarrays Volker Becker, Christof Puhle, Dirk Döbler [Abstract] Für die Ortung von Schallquellen und die Bestimmung von deren Quellpegeln mittels Beamforming oder Nahfeldholografie ist der Einsatz von Mikrofonarrays seit vielen Jahren Stand der Technik. Typischerweise befindet sich hier das Untersuchungsobjekt vor einem Mikrofonarray und das gemessene Schallfeld wird auf das Objekt zurückgerechnet. Für einige Anwendungen ist aber auch die Entwicklung und Ausbreitung des Schallfeldes hinter dem Array von Interesse. In einem Artikel von Puhle zur Internoise 2019 wurden hierzu theoretische Grundlagen und Methoden in Form des Algorithmus ”Spherical Integration Farfield Acoustic Holographie) (SIFAH) vorgestellt. In diesem Beitrag stellen wir erste Messungen mit einem sowohl für Beamforming als auch für SIFAH optimierten Mikrofonarray vor. Schallquellen an unterschiedlichen Positionen vor dem Array wurden aufgenommen, das Schallfeld hinter dem Array extrapoliert und mit Messungen realer, dort an verschiedenen Positionen aufgestellten Mikrofonen verglichen. Der Einfluss und die Behandlung von Bodenreflexionen werden diskutiert sowie die erreichte Genauigkeit anhand von Pegelverläufen dargestellt.
15:40	Bestimmung des winkelabhängigen Absorptiongsgrades mit einem Mikrofonarray-Verfahren Artur Paszkiewicz, Gert Herold, Ennes Sarradj [Abstract] Ein Mikrofonarray-Verfahren zur in-situ-Messung des winkelabhängigen Absorptiongrades wird vorgestellt. Das Verfahren bestimmt den Absorptionsgrad durch Ermittlung des einfallenden und reflektierenden Schallanteils auf Basis eines Array-Algorithmus. Dieser beruht auf dem Konzept des Beamformings. Zur präzisen Ermittlung des Einfallswinkels der Schallwelle wird zunächst ein Delay-and-Sum Beamformer verwendet. Das dargestellte Verfahren wird anhand einer Simulation des Schallfeldes über einem Absorber validiert. Das Schallfeld wird hierbei mit dem Spiegelschallquellenmodel generiert. Ebenfalls wird eine experimentelle Untersuchung zum Einfluss der Probengröße des Materials, der Mikrofonanzahl und -anordnung auf das Verfahren durchgeführt. Hierfür wird eine in-situ-Messung im Reflexionsarmen Raum durchgeführt. Die Ergebnisse der Untersuchung werden mit standardisierten Verfahren zur Absorptionsgradbestimmung verglichen.
16:00	Untersuchung zur Abstrahlcharakteristik von Windenergieanlagen mit einer akustischen Kamera Sebastian Mellert, Dagmar Rokita, Friedrich Ueberle [Abstract] Windenergieanlagen (WEA) emittieren nicht in jede Richtung gleich viel Schall. Diese Annahme wurde bereits mehrfach untersucht und bestätigt. Die bisherigen Untersuchungen zeigen, dass WEA neben einer omnidirektionalen auch parallel zur Windrichtung eine bidirektionale Abstrahlcharakteristik besitzen. Entsprechend konnte bisher vor und hinter den WEA höhere Schallpegel als in den seitlichen Bereichen nachgewiesen werden. Aus diesen Messungen, die vor allem an kleineren Einzelanlagen durchgeführt wurden, sind einfache Modelle für die horizontale Abstrahlcharakteristik einer WEA abgeleitet worden. Beobachtungen an einigen 180 m hohen WEA in Hamburg legen jedoch nahe, dass die Schallausbreitung seitlich dieser Anlagen komplexer sein könnten als in den bisherigen Modellen beschrieben. Deshalb wurde eine Messkampagne mit einer akustischen Kamera gestartet, die die Abstrahlcharakteristik der Anlagen untersucht. An drei Messtagen wurde bei ähnlichen Wetterbedingungen Messungen an einer Nordex N117 durchgeführt. Dabei wurde jeweils im Abstand von 130-140 m zum Fuß der WEA ein Halbkreis in Schritten von 20∘ vermessen. Die sich überlappenden Halbkreise der drei Messtage bilden einen fast vollständigen Kreis mit der WEA als Mittelpunkt. Die Auswertung der Messungen zeigt, dass sich bei der untersuchten Anlage in einigen Bereichen höherfrequente, modulierte Geräuschanteile ausbilden, die den Gesamtpegel jedoch nicht nennenswert beeinflussen.

Organisation:

M. Kob, HfM Detmold, Erich-Thienhaus-Institut

10:40	FORMAGRAM - eine MATLAB-App zur Untersuchung des „Grammophon-Effekts“ auf Gesangstimmen Boris-Alexander Bolles, Tobias Andreas Weege, David Ackermann, Malte Kob [Abstract] Das interdisziplinäre Projekt ”Technologien des Singens” (DFG) an der HfM Detmold beschäftigt sich mit den Auswirkungen der historischen Massenmedien Phonograph und Grammophon auf die Entwicklung von Gesangsstimmen und -ästhetik. Als ”Grammophon-Effekt” (oder ”phonograph effect”) kann dabei die These bezeichnet werden, dass bestimmte Musizierstile durch diese Medien in ihrer Verbreitung gefördert bzw. zurückgedrängt wurden. Aus der Perspektive der musikalischen Akustik untersuchen wir diese Fragen anhand der Signalanalyse von Gesangsstimmen und ihrer Interaktion mit den mechano-akustischen Aufnahme- und Wiedergabegeräten. Mit Hilfe unserer eigenen, zugeschnittenen Software ”FORMAGRAM” auf Basis des MATLAB-App-Designers kombinieren wir dazu Formantanalysen und die Visualisierung von Formantverläufen, LPC-Resynthese zur Gewinnung kontrollierter Vokal-Testsignale sowie eine Modellierung der Einflüsse (originaler und reproduzierter) historischer Geräte mittels gemessener Impulsantworten. Durch die damit mögliche ”Historisierung” moderner, unter Laborbedingungen hergestellter Gesangsaufnahmen lässt sich zurückschließen, wie sich die Geräteeigenschaften auf bestimmte Vokalfarben, Stimmcharakteristiken und die Übertragung von Artikulation (insbesondere Vibrato) auswirken. Daneben präsentieren wir die Unterschiede zwischen Formantkonstellationen bei Gesang verschiedener klassischer und populärer Gesangstechniken sowie deren Veränderung durch die Interaktion mit den historischen Gerätemodellen. Neben der Posterpräsentation kann der Besucher direkt an der App experimentieren und Klangbeispiele hören.
10:42	Das merkwürdige Verhalten von Flötenteiltönen bei der Schallabstrahlung Christoph Reuter, Julie Delisle, Isabella Czedik-Eysenberg, Saleh Siddiq, Matthias Eder [Abstract] Hintergrund: Flöteninstrumente werden in ihrer Abstrahlcharakteristik meist als Dipolstrahler beschrieben, die am Anblasloch und am jeweils ersten offenen Griffloch abstrahlen (Meyer 2015). Bei mehreren geöffneten Grifflöchern und in höheren Registern ist die Abstrahlung weitaus komplexer (z.B. Coltman 1979; Fletcher et al. 1998). Mit Hilfe von Mikrofonarrays ist es möglich das Abstrahlverhalten von Musikinstrumenten genauer zu beobachten (z.B. Hohl 2009; Grothe, Kob 2013) und auch Einblicke in die Abstrahlung einzelner Teiltöne zu erhalten. Fragestellung: Lassen sich typische Muster bei der Abstrahlung von Flötenklängen und ihren Teiltönen beobachten? Methode: Im Reflexionsarmen Raum des Musikwissenschaftlichen Institut der Universität Wien wurden die Klänge von Piccoloflöte, Querflöte, Altflöte, Bassflöte und Traversflöte in jeweils allen erreichbaren Tonhöhen mit einer akustischen Kamera (gfai Mikado) aufgenommen und auf die Abstrahlung ihrer ersten 10 Teiltöne hin analysiert. Ergebnisse: Während die Abstrahlungsmuster der Teiltöne pro Ton und Instrument sehr individuell ausgeprägt sind, zeigt sich mit ansteigender Teiltonnummer eine immer konzentriertere Abstrahlung am Anblasloch. Darüber hinaus wurden Frequenzbereiche erkennbar, an denen die Teiltöne stets an gleichen Positionen abgestrahlt wurden (z.B. Querflöte: 698-988Hz und 1480-1864Hz). Während der Tagung wird es am Poster die Gelegenheit geben virtuell auf den verschiedenen Flöten zu spielen und die Abstrahlung der einzelnen Teiltöne dabei zu beobachten.
10:44	Zwischen psychoakustischen Ähnlichkeiten und mentalen Konzepten: Ein Experiment zur Gruppierung von Instrumentalklängen Saleh Siddiq, Christoph Reuter, Isabella Czedik-Eysenberg, Denis Knauf [Abstract] Vorangegangene Studien zur Klangfarbenwahrnehmung legen nahe, dass die kategoriale Zuordnung von Musikinstrumentenklängen nicht nur aufgrund von klanglichen Eigenschaften geschieht, sondern auch von weiteren, vermutlich semantischen Vorstellungen, die das Konzept ”Musikinstrument” begleiten (schon Stumpf 1926; Siedenburg et al. 2016; Siddiq et al. 2018). Die vorgestellte Studie geht der Frage nach, inwieweit die Entstehung der perzeptiven Identität von Musikinstrumenten durch psychoakustische Merkmale gebildet bzw. behindert wird. Außerdem wird untersucht, ob die Präzision des Konzepts ”Musikinstrument” von der musikalischen Kompetenz abhängt. In einer Gruppierungsaufgabe sollten 42 Instrumentenklänge von sechs Instrumenten gemäß ihrer Instrumentenzugehörigkeit, allein anhand klanglicher Merkmale gruppiert werden. Davon abgesehen unterlag die Gruppierung keinen Einschränkungen (free sorting task). Anschließend sollten die gebildeten Gruppen benannt werden. Die individuellen Gruppierungsmatrizen wurden einer Clusteranalyse unterzogen um etwaige Ausreißer zu identifizieren und systematische Schichtungen der Stichprobe zu ermitteln (v.a. Musiker/Nichtmusiker). Alle Matrizen wurden anschließend zu einer Gesamtmatrix aggregiert, aus der wahrnehmungsbasierte Cluster ermittelt wurden. Zusammenhänge (Korrelationen) zwischen den Clustern und akustischen Klangmerkmalen wurden untersucht. Die Ergebnisse zeigen eine deutlich bessere Instrumentengruppierung als bei paarweisen Klangvergleichen. Der Schluss liegt nahe, dass Musikinstrumente nicht allein reizbasiert erfasst werden, sondern dass auch mentale Konzepte auf die Klangperzeption rückkoppeln. Der Einfluss musikalischer Bildung war hingegen geringer als erwartet.
10:46	Messverfahren zur Bestimmung des Rückprallverhaltens von Trommelstöcken Christoph Gilbert [Abstract] Eine bedeutende Eigenschaft von Trommelstöcken ist deren Rückprallverhalten. Hierfür fehlten jedoch bisher Möglichkeiten der experimentellen, objektiven Beurteilung, wodurch Vergleiche sowohl für den Endkunden als auch bei Entwicklungsarbeiten lediglich subjektiv zu realisieren waren. Da hierbei deutliche Verfälschungen durch andere Einflussfaktoren auftreten, wurde im Rahmen eines FuE-Projektes, welches das Institut für Musikinstrumentenbau zusammen mit dem Hersteller Rohema Percussion durchführt und durch Mittel des EFRE sowie des Freistaates Sachsen finanziert wird, ein Messverfahren zur Bestimmung der Rückprallstärke entwickelt. Der Beitrag soll dieses vorstellen und anhand einiger Ergebnisse deren Möglichkeiten darstellen. Ein Schwerpunkt ist dabei der Umgang mit den in der Praxis sehr unterschiedlichen Ausgangsbedingungen bezüglich Griffposition und Anschlag. Deren Einfluss und Bedeutung wird diskutiert und entsprechende Lösungen für die Rahmenbedingungen der Messung vorgestellt.
10:48	Musical blending of violins: listeners’ rating and signal analysis Jithin Babu Pozhamkandath Thilakan, Malte Kob [Abstract] The impression of ensemble sound and blending between musical instruments is an important feature relevant in music composition, orchestration, virtual acoustics, etc. Blending can be investigated in macroscopic, i.e. collective impact on listeners, and microscopic aspects. In this work, we present research on a string ensemble consisting of 9 violins which are complex and incoherent sound sources with no static phase relationships. In a macroscopic level of analysis, a listening test has been conducted at the Detmold concert house with 19 listeners to predict the number of violins played and rate the amount of blending. Variable room acoustics conditions (using artificial reverberation by a WFS system) and two different distributions of musicians on the stage have been introduced in the test to understand the influence of these factors on the perception of blending. A microscopic level study of blending on the source signals has also been carried out using a moving window correlation method. Using this method, blending is analyzed as a multidimensional parameter influenced by pitch variation (especially vibrato), phase relationship, and spectral matching between different sources. The prediction of blending by hypothesis based on the cross-correlation between signals is scrutinized with a pilot listening test.
10:50	Investigation of sound pressure near toneholes of a model pipe Malte Kob, Dustin Eddy, Jithin Babu Pozhamkandath Thilakan, Walter Buchholtzer [Abstract] Whereas sound radiation from geometrically simple instruments such as a flue organ pipe or trumpet can often be approximated by basic sound sources such as monopoles, dipoles, plane waves or pistons, more complicated musical instruments exhibit directivity patterns that are rather complex. However, a superposition of basic sources would create equally complex patterns and help to understand the sound generation and radiation process. This poster demonstrates some sound pressure measurements on basic tubes with tone holes that evaluate the validity of plane wave and point source approximations for sound propagation within and outside the tubes that were used for a radiation model presented at this DAGA. The measurements indicate frequency-dependent losses inside the tubes, as well as attenuation and interference effects outside of the tubes due to the position and orientation of openings.

Sitzungsleitung:

M. Kob, HfM Detmold, Erich-Thienhaus-Institut T. Grothe, HfM Detmold, Erich-Thienhaus-Institut

16:40	Akustische Messansätze zur Charakterisierung von Gitarren Sebastian Merchel, M. Ercan Altinsoy [Abstract] Gitarren mit unterschiedlichem Design oder variierenden Materialparametern konnten in vorangegangen Studien verlässlich allein auf Grund ihres Klanges unterschieden und bezüglich ihrer Präferenz sortiert werden. Wünschenswert wäre nun die Korrelation dieser hörbaren Unterschiede mit akustisch messbaren Metriken. Dazu müssen zunächst potentielle Ansätze zur akustischen Charakterisierung der Instrumente ausgewählt werden. Dieser Beitrag diskutiert Konzept und Implementierung diverser Mess- und Analysemethoden. An ausgewählten Beispielinstrumenten werden verschiedene Verfahren erprobt. Es stellt sich die Frage ob charakteristische Klangunterschiede bereits durch die Analyse manuell gespielter Tonsequenzen erkennbar sind. Welche Instrumentenmerkmale können zusätzlich aus Transferfunktionen zwischen einer mit einem Impulshammer angeregten Resonanzdecke und dem abgestrahlten Schall abgelesen werden? Lassen sich weitere Aussagen über die Instrumente durch Auswertung des Ausschwingverhaltens einzelner gezupfter Saiten ableiten? Hilft die Modalanalyse bei der akustischen Bewertung der Instrumente? Alle genannten Ansätze besitzen wiederum zahlreiche messtechnische Freiheitsgrade, z. B. die Anschlagposition des Hammers auf dem Steg bei der Transferfunktionsmessung oder die verwendete Mechanik beim Zupfen der Saite. Weiterhin stehen unzählige Möglichkeiten zur Berechnung von Metriken aus den messtechnisch gewonnen Daten zur Verfügen (z. B. Energieverhältnisse zwischen Frequenzbändern, frequenzabhängige Ausschwingzeiten, psychoakustische Maße, ...).
17:00	Der musikalische Fingerabdruck von Glocken als Mittel zur Schadensfrüherkennung Michael Plitzner, Andreas Rupp [Abstract] Glocken sind Musikinstrumente, die bei der Klangerzeugung, insbesondere beim Läuten, hohen Beanspruchungen ausgesetzt sind. Nicht selten bekommen Glocken Risse, die auf zu hohe Beanspruchungen und ungünstige Anschlagskonditionen zurückzuführen sind. Mithilfe gängiger Prüfmethoden können Ermüdungsschäden jedoch erst dann festgestellt werden, wenn die Ausdehnung des Schadens den Klang der Glocke bereits nachhaltig verändert oder sogar zerstört hat. Das vorgestellte Verfahren ermöglicht ausgehend von akustischen Messungen eine derart frühzeitige Risserkennung, dass Klangveränderungen mit dem Gehör noch nicht festgestellt werden und mithilfe schonender Läuteparameter ein Weiterbetrieb der geschädigten Glocke möglich ist. Das Verfahren basiert auf der spezifischen Eigenschaft von Glocken als rotationssymmetrische Körper, deren Eigenformen sich doppelt über den Umfang verdreht ausbilden. Bei idealer Rotationssymmetrie besitzen die paarweise vorhandenen Eigenformen identische Eigenfrequenzen, die sich jedoch bei Abweichungen von der Rotationssymmetrie aufspalten. Solche Abweichungen werden durch Fehlstellen hervorgerufen, die bedingt durch die Herstellung, die Oberflächengestaltung oder aufgrund von Ermüdungsrissen im Klangkörper von Glocken vorhanden sind. Abhängig von der Lage, Ausprägung und Art vorhandener Fehlstellen können charakteristische Veränderungen im Schwingverhalten von Glocken festgestellt werden, die eine Identifikation der verursachenden Fehlstelle möglich macht. Darüber hinaus können Fehlstellen durch die Lageveränderung der gespaltenen Eigenformen lokalisiert werden.
17:20	Coupled vibroacoustic finite element model of the sound production of the xylophone Mihaly Adam Ulveczki, Péter Rucz [Abstract] Computer-aided design and simulation-based virtual prototyping play an increasingly important role in the design and optimization of new musical instrument models. These methods help to create precisely tuned, high-quality products and also facilitate the preparation of series production. In the case of the xylophone, two elements have a decisive role in the sound emission of the instrument: the sound bar and the resonator, which interact with each other and with the excitation produced by the mallet. For modeling realistic geometries (irregular tuning cuts, or resonators of various shapes), numerical tools, such as the finite element method, are necessarily applied. In this contribution the vibroacoustic behavior of the sound bars and resonators of a xylophone are investigated, first independently, and then in a coupled model considering the two-way interactions of these elements. The implementation is validated by means of various tests and also by comparison with measured data. The established fully coupled model can be utilized for virtual prototyping, and for synthesizing xylophone sounds, in addition. Finally, the influence of changing certain parameters of the system on the perceived sound is illustrated, highlighting the importance of two-way coupling between sound bars and resonators.
17:40	Modellierung der Abstrahlcharakteristik komplexer Musikinstrumente Malte Kob, Timo Grothe, David Ackermann [Abstract] Während einfach konstruierte Musikinstrumente wie Horn oder Rahmentrommel in ausgewählten Frequenzbereichen mit der Richtcharakteristik einfacher Modellstrahler (z.B. Kugelquelle, Dipol, ebene Welle) beschrieben werden können, ist dies für Instrumente mit komplexerer Geometrie und Funktion meist nicht mehr möglich. So weist das Fagott aufgrund seiner mehrfach gefalteten Tonlochanordnung ein Abstrahlverhalten auf, das nur bei sehr tiefen Frequenzen einem Kugelstrahler ähnelt, darüber jedoch graduell ansteigend eine zunehmend komplexere und mit jedem Griff und jeder Frequenz unterschiedliche Richtfunktion aufweist. In diesem Beitrag untersuchen wir die Eignung eines einfachen Multistrahlermodells, das für eine Auswahl von Griffkombinationen die Abstrahlcharakteristik von Musikinstrumenten bei verschiedenen Frequenzen nachbildet. Hierfür kommen nach Betrag und Phase gewichtete Elementarschallquellen an den offenen Tonlöchern und weiteren Abstrahlungsöffnungen des Instruments zum Einsatz. Die Simulationsergebnisse werden mit einem Kugelflächen-Modell sowie vorhandenen Richtcharakteristik-Messungen im Freifeldraum für vier Griffvariationen eines Fagotts verglichen und die dabei auftretenden Unterschiede erläutert.

Sitzungsleitung:

M. Kob, HfM Detmold, Erich-Thienhaus-Institut

9:00	Mapping the relation between spectral envelope and fundamental frequency in a large set of acoustical instrument sounds Kai Siedenburg [Abstract] Spectral envelope and fundamental frequency (F0) are key factors for the description of musical sounds and often considered as acoustical determinants of timbre and pitch perception, respectively. Although both factors are ubiquitous in acoustics, knowledge about their interrelation (i.e., covariance) is limited and often relies on theoretical assumptions rather than empirical measurement. In this study, a large set of acoustic instrument sounds was analyzed to address the question which instruments exhibit spectral envelopes that are invariant to changes in F0. Recordings of single tones from 43 Western instruments were used (incl. 7 different singing voices of different registers). Sounds were obtained from the Vienna Symphonic Library (www.vsl.co.at) and were played with durations of 250 ms. Instruments’ full playing ranges were sampled with multiple articulations at 6 different dynamic levels. Overall, this resulted in a set of around 40,000 sounds. To assess the global position of the spectral envelope along the frequency axis, the spectral centroid was measured (based on a constant-Q spectrum) and mapped as a function of F0. Further, multidimensional measures of spectral envelope were used to quantify the stability of spectral envelope shape as a function of F0.
9:20	Einfluss von Hörverlust auf die Heraushörbarkeit von Instrumenten in polyphoner Musik Kirsten Goldmann, Steven Van De Par, Kai Siedenburg [Abstract] Über die Wahrnehmung von Sprache mit und ohne Hörverlust ist viel bekannt, weniger hingegen über die Wahrnehmung von Musik mit Hörverlust. Diese Studie betrachtet die Fähigkeit von normal- und schwerhörenden Probanden einzelne Instrumente innerhalb einer polyphonen musikalischen Mixtur herauszuhören und im musikalischen Verlauf zu verfolgen. Für die Untersuchung wurden Ausschnitte aus Johann Sebastian Bachs ”Kunst der Fuge” benutzt, dessen unabhängige Stimmführung das Verfolgen von Instrumenten erleichtern sollte. Jeder Durchlauf begann mit der Präsentation vom Anfang der Phrase des Zielinstruments alleine, gefolgt von ca. fünf-sekündigen polyphonen Ausschnitten. Die Aufgabe war anzugeben, ob eine Amplitudenmodulation (mit Tiefe m = 6,5) dem Zielinstrument oder einem Begleitinstrument aufgeprägt war. Nur Probanden, die in der Lage waren der Zielstimme zu folgen, konnten diese Aufgabe erfolgreich abschließen. Stimuli wurden per MIDI mit der Vienna Symphonic Library generiert und über Lautsprecher dargeboten. Es wurden Ausschnitte mit 2-4 Instrumenten präsentiert, die jeweils mit einer homogenen oder heterogenen Instrumentierung erstellt wurden. 14 schwerhörige Probanden wurden mit und ohne Hörgerät getestet und mit 19 Normalhörenden verglichen. Die Ergebnisse normalhörender Probanden zeigen, dass die Präzision des Heraushörens mit steigender Instrumentenanzahl sowie homogener Instrumentierung sinkt. Erste Ergebnisse von Probanden mit Hörverlust deuten auf eine generell deutlich geringere Präzision in der Musikwahrnehmung hin.
9:40	Instrumental Blending in Concert Halls Dorothea Lincke, Tapio Lokki [Abstract] In order to create an array of timbres, composers commonly choose diverse instrumentations in their music and let the sound of one instrument blend into that of another. The blend varies between an analytical impression, in which both instruments remain clearly distinguishable, and a completely obscured sound. Blending has not yet been studied in relation to room acoustics. This project draws the focus on investigating the influence of concert hall acoustics to blending between multiple instruments and their respective timbres. A literary study was conducted to investigate various influencing factors, which were grouped into broader categories: Source, Room Acoustics and Listener. An anechoic recording of a string quartet was convolved with spatial impulse responses of five existing concert halls and combinations of these, allowing insight into the respective impact of early reflections and reverberation. A listening test procedure was designed, which minimizes the number of comparisons while still obtaining all crucial information. Throughout the course of this project, listening tests will be conducted with musicians and experienced listeners. This project is a work in progress. Results will provide a deeper understanding of how the blending of instruments is perceived with respect to room acoustic.
10:00	Harmonisches Produktdesign mit Metriken der Musiktheorie Tobias P. Ring, Petia Krasteva, Christian N. Klüver, Thomas Vietor, Sabine C. Langer [Abstract] Technische Produkte lassen sich heute nicht mehr nur anhand ihrer Funktion bewerten, das Produktdesign spielt in vielen Fällen eine mindestens ebenso wichtige Rolle. Die Erzeugung ”guter Designs” gelingt durch Zusammenarbeit erfahrener Designer und Ingenieure und lässt sich auch durch Produktlinien und -generationen verfolgen. Was ein gutes Design aber ist lässt sich schwer quantitativ messen, allgemeingültige Designregeln sind nur selten formulierbar. Dennoch herrscht üblicherweise ein breiter Konsens über die tatsächliche Güte des Designs eines Produkts. Eine Eigenschaft des Produktdesigns ist das Konzept der Harmonie; ein gutes Design ist harmonisch. Während der Harmoniebegriff im Rahmen des Produktdesigns allerdings nicht strikt definiert ist, kennt die Musiktheorie einen mathematisch beschriebenen Harmoniebegriff. Dieser bietet eine Metrik zur Quantifizierung des Grades der Harmonie mehrerer Töne und der beteiligten Intervalle, also der zugehörigen Frequenzverhältnisse. Dabei verfügen harmonische Intervalle über einfache Verhältniszahlen (Oktave: 1:2, Quinte: 3:2, usw.), während dissonante Intervalle komplexe Zahlenverhältnisse aufweisen (bspw. Tritonus: 729:512). In diesem Beitrag wird ein Ansatz entwickelt, die musikalische Harmonielehre auf geometrische Verhältnisse zweidimensionaler Geometrien mithilfe der elliptischen Fourier-Transformation anzuwenden. Die entstehenden Analyseergebnisse werden auf harmonische Zusammenhänge hin untersucht und eine Interpretation des Produktdesigns unter dem Gesichtspunkt einer gegebenenfalls vorhandenen Harmonik wird vorgestellt.
10:20	Analyse der Geräusche von Publikum in Musikaufführungen Matthias Görlach, Stefan Weinzierl [Abstract] Die Geräusche des anwesenden Publikums sind einerseits ein wichtiges Element der Live-Atmosphäre bei der Aufführung von Musik; andererseits begrenzen sie die wahrnehmbare dynamische Bandbreite der musikalischen Aufführung nach unten. Gleichzeitig können sie technische Hintergrundgeräusche etwa durch Klima-, Licht- und Medientechnik maskieren, deren Vermeidung häufig mit hohen Kosten verbunden ist. Um für die Berücksichtigung dieser Geräusche eine bessere empirische Grundlage zu schaffen, wurde daher zum einen die Schallleistung von Publikumsgeräuschen unterschiedlicher Intensität, von reinen Atemgeräuschen bis zu Geräuschen von Bewegungen auf typischem Konzertsaal-Gestühl nach ISO 3741 im Hallraum messtechnisch bestimmt. Zum anderen wurde bei Konzerten in der Berliner Philharmonie der Schalldruck im Diffusfeld an den Stellen ausgewertet, an denen, kurz vor dem Einsetzen der Musik oder in einer Generalpause während des Stücks, nur die Publikumsgeräusche hörbar sind. Anhand dieser Referenzdaten wurde schließlich ein Klangsynthesemodell entwickelt, mit dem etwa für virtuelle akustische Szenen die Live-Atmosphäre bei der Aufführung von Musik synthetisch hergestellt werden kann.

Organisation:

M. Ochmann, Beuth Hochschule für Technik Berlin

15:00	Modellierung der Schallabstrahlung des Turmes einer Windenergieanlage Mirco Jonkeren, Jasmin Hörmeyer, Tobias Bohne, Raimund Rolfes [Abstract] Durch den fortschreitenden Ausbau der Windenergie an Land rücken potenzielle Standorte für Windenergieanlagen zunehmend in die Nähe urbaner Gebiete. Die Folge ist eine steigende Schallemission in den menschlichen Wohnraum, was zu zunehmenden Debatten über die Akzeptanz der Bevölkerung gegenüber der Windenergie an Land führt. Die Schallabstrahlung einer Windenergieanlage kann im Entwurfsstadium mit Hilfe eines numerischen Simulationsmodells abgeschätzt werden. Aufgrund der Komplexität ist eine Zerlegung in Teilmodelle unvermeidlich, welche schließlich zu einem Gesamtmodell zusammengefügt werden. Dieses wird im Rahmen des Verbundprojektes ”WEA-Akzeptanz - Von der Schallquelle zur psychoakustischen Bewertung” entwickelt und verknüpft unter realistischen atmosphärischen Bedingungen die physikalische Schallentstehung, -abstrahlung und -ausbreitung mit der psychoakustischen Bewertung am Immissionsort. Das Ziel des vorliegenden Beitrages besteht darin, die Körperschallabstrahlung des Turmes einer Windenergieanlage zu simulieren. Dies stellt die Schnittstelle zwischen strukturdynamischer Simulation und einem Modell zur Berechnung der Schallausbreitung im Fernfeld unter meteorologischen Einflüssen dar. Mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM) wird ein Modell zur Berechnung der Körperschallabstrahlung einer realen Turmgeometrie erstellt. Dessen Schwingungen werden mittels eines strukturdynamischen Simulationsmodells gesondert berechnet. Es kann gezeigt werden, dass die vorgegebenen Turmschwingungen als Randbedingung in das FE-Modell importiert und die resultierende Körperschallabstrahlung unter Freifeldbedingungen mithilfe des erarbeiteten FE-Modells berechnet werden kann.
15:02	Modelling and Optimizing Acoustic Diffusers Using Finite-Difference Time-Domain Method Yuqing Li, Brian Hamilton [Abstract] In room acoustics design, the use of acoustic diffusers for scattering sound reflections in an enclosed space is essential in terms of reducing artefacts and improving acoustic quality. The scattering performance of a diffuser is largely determined by its surface geometry, and optimizing the geometrical pattern for diffusers to produce maximum diffusion has been a significant concern of acousticians. Compared to traditional sound scattering experiments which are often restricted by physical limitations in space and time, numerical room acoustics modelling techniques, such as the Finite-Difference Time-Domain (FDTD) method, offer an opportunity for fast and accurate measurement and optimization processes. The objective of this project is (1) to investigate the scattering effect of sound diffusers through numerical room acoustics simulations, and (2) to look for optimal diffuser geometry based on existing diffuser design theories. A 2-D room acoustics model for simulation and measurement of sound diffusion is built using FDTD. Numerical optimization algorithms are developed, tested and applied. Finally, the optimization results are displayed and interpreted.
15:04	Simulation of vibroacoustic gear noise transfer with FEM Marc Zarnekow, Frank Ihlenburg, Thomas Grätsch [Abstract] Tonal sound is a critical issue in various mechanical systems, e.g. wind turbines and one major source are gearbox vibrations. These originates at mating gears and are transmitted via a complex system of vibro-acoustic transfer paths and radiated into the far-field by vibrating surfaces. A numerical investigation of the vibro-acoustic transfer can help to evaluate the acoustic effects, identify dominant transfer paths and indicate efficient design changes. Our approach is to determine the vibro-acoustic transfer at operating conditions with the following hybrid multi-stage approach: - Determine significant gear vibration source, e.g. varying mesh stiffness - Spare modeling of transient gear dynamics to obtain the excitation spectrum of thetransmission error TE(f), which is considered to be the dominant gear noise mechanism - Dynamic FE analysis with detailed models of the vibro-acoustic transfer paths (TP), to obtain relevant transfer properties in form of transfer functions - Calculation of the operational response spectrum from excitation spectrum and transfer functions, using linear combination and superposition. The model results for the radiated sound power level are compared with experimental test rig results. The main focus is on the mesh frequency of the high speed stage and its first two harmonics.
15:06	Large-scale vibroacoustic simulations with massive parallelization Harikrishnan K. Sreekumar, Christopher Blech, Sabine C. Langer [Abstract] The future scenario in computational sciences is the availability of abundant computational resources, thereby enabling high-performance computing. Therefore, the finite element modeling of vibroacoustic problems with large degrees of freedom can be efficiently realized in high-performance clusters for solving using massively parallelized codes. The contribution addresses the different capabilities of the in-house numerical tool, elPaSo (Elementary Parallel Solver), to solve large-scale finite element models. Parallelization is performed with the distribution of workload among different computing nodes and their threads with the MPI (Message Passing Interface) and OMP (Open Multi-Processing) standards. An investigation is performed on a generic model with fluid-structure interaction where the complexity of the system matrix represents a wide range of practical vibroacoustic models for solving. The model is subjected to various parallel LU factorization routines from the PETSc (Portable, Extensible Toolkit for Scientific Computation) suite. Finally, the performances are evaluated in terms of solver clock and the number of floating-point operations performed.

Sitzungsleitung:

M. Ochmann, Beuth Hochschule für Technik Berlin

13:20	FEAST Löser für nichtlineare struktur-akustische Eigenwertprobleme Suhaib Koji Baydoun, Steffen Marburg [Abstract] Modalanalysen werden zur Auslegung vibrierender Strukturen eingesetzt und liefern dem Ingenieur Systemeigenschaften wie Eigenfrequenzen und modale Dämpfungswerte. In der Praxis werden die zusätzlichen Massen- und Dämpfungseinflüsse der umgebenden Luft auf die Struktur vernachlässigt. Bei der numerischen Modalanalyse von Leichtbaustrukturen ist die Berücksichtigung der akustischen Last jedoch erforderlich um zuverlässige Ergebnisse zu erhalten. In diesem Beitrag wird eine neue Methode zur Lösung des zugrundeliegenden nichtlinearen Eigenwertproblems (NLEWP) vorgestellt. Das gekoppelte Struktur-Akustik-System wird mittels FEM und BEM diskretisiert. Basierend auf einer Konturintegration auf der komplexen Ebene wird ein FEAST-Algorithmus verwendet, um die Dimension des NLEWP zu verkleinern. Anders als etablierte Konturintegralmethoden handelt es sich hier nicht um einen direkten Eigenwertlöser, sondern um ein iteratives Projektionsverfahren. Das projizierte (reduzierte) NLEWP kann dann unter vernachlässigbarem numerischen Aufwand durch klassische Verfahren gelöst werden, wobei in diesem Beitrag auf eine Chauchy-Interpolation mit anschließender Linearisierung zurückgegriffen wird. Anhand von numerischen Beispielen wird die Konvergenz und Effizienz des vorgestellten Verfahrens untersucht.
13:40	Kopplung der Randelementmethode mit der Finite Elemente Methode zur Untersuchung der Boden-Bauwerk-Interaktion im Zeitbereich Bettina Chocholaty, Francesca Taddei, Gerhard Müller, Steffen Marburg [Abstract] Insbesondere bei dynamisch angeregten Bauwerken, z.B. Windkraftanlagen oder Brückenbauwerken, wird das Verhalten der Struktur durch den Boden beeinflusst. Aus diesen Fragestellungen ergibt sich der Bereich der Boden-Bauwerk-Interaktion. Die Abstrahlung in den unendlichen Halbraum und dessen Nachgiebigkeit müssen hierbei korrekt dargestellt werden. Die Randelementmethode hat sich hierfür als vorteilhaft erwiesen. Um Boden und Struktur gemeinsam analysieren zu können, wird eine Kopplung zwischen Bauwerk, dargestellt mithilfe der Finite Elemente Methode, und Boden, berechnet mithilfe der Randelementmethode, hergestellt. Im Rahmen dieses Beitrags wird ein solches Konzept vorgestellt, welches unter Zuhilfenahme von MATLAB und ANSYS umgesetzt wurde. Der homogene Halbraum des Bodens wird mithilfe zweidimensionaler Randelemente repräsentiert. Hierfür werden Fundamentallösungen des dreidimensionalen Halbraums mit Belastung durch die Heaviside-Funktion verwendet. Die dabei generierte Steifigkeitsmatrix wird zur Bewegungsgleichung der Struktur hinzugefügt. Weiterhin werden zur Berücksichtigung des Zeitverlaufs der Sohlspannungen Bodenreaktionslasten als äußere Kräfte aufgebracht. Das generierte Gleichungssystem wird schließlich gelöst, um auf diese Weise das Verhalten des Bauwerks unter Berücksichtigung des Einflusses des Bodens darzustellen. Das vorgestellte Verfahren wird anschließend am Beispiel eines Oberflächenfundaments veranschaulicht.
14:00	Isogeometrische Formulierung der Energie-Boundary-Elemente-Methode Matthias Ram, Kim Marcel Beiroth, Otto Von Estorff [Abstract] Die Energie-Boundary-Elemente-Methode (EBEM) ist ein Verfahren zur Vorhersage der akustischen Schallabstrahlung bei hohen Frequenzen. Entgegen der klassischen Boundary-Elemente-Methode (BEM) zur Lösung der Helmholtz-Gleichung ist die in einem EBEM-Modell erforderliche Netzauflösung unabhängig von der Frequenz. Die Zahl der zur Modellierung erforderlichen Freiheitsgrade und der damit einhergehende numerische Aufwand kann somit gering gehalten werden. In einer isogeometrischen Analyse erfolgt die Berechnung direkt auf Basis einer CAD-Geometrie, indem die zugrundeliegenden Non-Uniform Rational B-Splines (NURBS) sowohl zur Geometriebeschreibung als auch zur Approximation der Randwerte in der numerischen Analyse genutzt werden. Damit kann auf die üblicherweise zur Diskretisierung genutzten Lagrange-Elemente verzichtet werden. Der mit der Vernetzung verbundene Aufwand sowie der bei Nutzung von Lagrange-Elementen unvermeidliche Geometriefehler entfallen. Eine isogeometrische EBEM ermöglicht potentiell sehr schnelle akustische Simulationen im Hochfrequenzbereich, da sowohl die Modellerstellung als auch die Berechnung drastisch beschleunigt werden. Änderungen der Geometrie, die im CAD-Modell vorgenommen werden, liegen zudem unmittelbar auch im Rechenmodell vor, wodurch ein iterativer Entwicklungsprozess wesentlich beschleunigt werden kann. Im vorliegenden Beitrag wird eine isogeometrische Formulierung der EBEM vorgestellt und anhand von Anwendungsbeispielen ihre Vor- und Nachteile kritisch diskutiert.
14:20	Patch-Ansatz für akustische isogeometrische Analysen mit der Boundary-Elemente-Methode Kim Marcel Beiroth, Sören Keuchel, Otto Von Estorff [Abstract] Die Genauigkeit der Boundary-Elemente-Methode (BEM) hängt unter anderem von der Beschreibung der Geometrie ab. In der klassischen BEM wird das CAD-Modell durch Elemente auf Basis von Lagrange-Polynomen approximiert, wodurch sich geometrische Ungenauigkeiten ergeben. Bei einer isogeometrischen Analyse (IGA) können CAD-Geometrien direkt als Basis für die numerischen Berechnungen verwendet werden. Dadurch entfällt der Geometriefehler und der Vernetzungsprozess wird beschleunigt. Außerdem können mögliche Designänderungen des CAD-Modells direkt für das Berechnungsmodell übernommen werden. Die der Geometriebeschreibung zugrundeliegenden Nicht-Uniformen Rationalen B-Splines (NURBS) ermöglichen die exakte Darstellung der Geometrie und werden bei der IGA auch zur Approximation der Randwerte verwendet. Die NURBS sind auf einer den Elementen übergeordneten Struktur definiert, die als Patches bezeichnet werden. Für eine erleichterte Integration der IGA in bestehende Programmstrukturen wird häufig die Bezier-Extraktion genutzt, um elementweise identische Ansatzfunktionen zu erzeugen. Im Gegensatz dazu können die Ansatzfunktionen für den Patch-Ansatz elementweise unterschiedlich verlaufen und über mehrere Elemente definiert sein. Dadurch ergibt sich der Vorteil einer geringeren Anzahl an Freiheitsgraden bei gleichzeitig höherer Stetigkeit der Basisfunktionen. Außerdem werden durch den Patch-Ansatz vielversprechende neue Verfeinerungsstrategien ermöglicht. Im vorliegenden Beitrag wird ein neu entwickelter Patch-Ansatz vorgestellt und anhand von akustischen Anwendungsbeispielen verifiziert.
14:40	Verfahren zur Ermittlung abstrahlungsrelevanter Eigenmoden bei der Berücksichtigung von FEM-Schalenelementen Ralf Burgschweiger, Ingo Schäfer, Martin Ochmann [Abstract] Ein selbstentwickelter, auf der BEM-basierender, Code zur Ermittlung des rückgestreuten Schalldruckpegels im Fernfeld wurde dahingehend erweitert, dass zusätzlich gekoppelte FEM-Schalenelemente und damit elastische Materialeigenschaften berücksichtigt werden können. Hierfür wird ein zusätzliches FEM-Gleichungssystem aufgebaut und über entsprechende Transformationsmatrizen unmittelbar in das der BEM eingebunden. Eine gängige Variante für den FEM-Anteil besteht in der Verwendung eines auf Eigenwertberechnungen basierenden Lösers, welcher für eine vorgegebene Frequenzobergrenze die entsprechenden Eigenfrequenzen und -vektoren des ungekoppelten FEM-Gleichungssystems zurückliefert. Allerdings zeigt sich, dass nur ein Teil der Moden abstrahlungsfähig und damit relevant ist. Ein Algorithmus ermittelt unter Berücksichtigung eines vorgegebenen Reduktionsfaktors durch eine schnelle Postprocessing-Routine diese abstrahlungsfähigen Moden und verkleinert das Eigenwert-Gleichungssystem entsprechend. Damit verkürzt sich zum einen die Lösungszeit für das Gesamtsystem, zum anderen wird zusätzlich untersucht, ob sich die Kondition des Gleichungssystems durch das Entfernen der nicht relevanten Moden bei der Verwendung von iterativen Lösungsverfahren verbessert und sich damit die Iterationsanzahl verringert. Dieser Beitrag geht auf den verwendeten Reduktionsalgorithmus ein und stellt die erzielten Resultate an entsprechenden Teststrukturen in Abhängigkeit vom verwendeten ”Reduktionsfaktor” vor.

Sitzungsleitung:

H. Waubke, Institut für Schallforschung, ÖAW

8:40	Finite Volumenelemente in 2.5D Holger Waubke, Wolfgang Kreuzer, Sebastian Schmutzhard, Tomasz Hrycak [Abstract] The goal of the project is the simulation of vibrations from trains in tunnels. The simulation is divided into two parts. The first part is the simulation of a horizontally layered anisotropic half-space and the second part is the simulation of the tunnel structure. It is assumed that the tunnel is straight and infinity long. Therefore, as Fourier transformation is used about time and the longitudinal axis. In the past 2.5D boundary, elements are derived for a layered anisotropic medium. Now, finite elements are presented in 2.5D for the simulation of the tunnel structure. A 3 node triangular element is derived for the tunnel shell and a beam element will be added for the simulation of the rail. The load will be a moving vibrating force as a part of a high speed train. The effect of several axis can be simulated by a superposition of incoherent loads using shifts in space that lead to a modulation in the wave-number domain.
9:00	Gaussprozessbasierte Ersatzmodelle für komplexe akustische Simulationen Thomas Kohlsche, Otto Von Estorff, Stephan Lippert [Abstract] Das Ersetzen von rechenintensiven numerischen Simulationen durch günstigere Surrogate-Modelle ist bei Anwendungen mit vielen Simulationsdurchläufen, wie bei einer Optimierung oder bei einer Unschärfequantifizierung, gängige Praxis. Das Surrogate dient als ein mathematisches Ersatzmodell, welches aus einer verhältnismäßig geringen Datenmenge eine Approximation der komplexen Simulation bildet. Neben weit verbreiteten simplen Ansätzen wie linearer Regression oder Interpolation existieren auch weitaus komplexere Techniken aus dem Bereich des ”Machine Learnings”. Hierbei zeigen vor allem probabilistische Modellierungsansätze großes Potential. Stochastikbasierte Techniken wie Gaussprozesse (Kriging) bieten neben einer großen Flexibilität und Dateneffizienz die Möglichkeit, verschiedene Datenquellen und individuelles Wissen des Modellierenden zu berücksichtigen. Numerische Modelle in der Akustik sind in der Regel recht rechenintensiv, was den Einsatz von Surrogates motiviert. Gleichzeitig sind die modellierten Systeme jedoch hoch komplex und das Generieren von Daten zum Trainieren des Surrogates ist kostspielig, was eine besondere Herausforderung darstellt. Der vorliegende Beitrag zeigt den Einsatz von Gaussprozessen als Surrogate für komplexe akustische Simulationen. Insbesondere die Integration verschiedener Datenquellen, wie z.B. vereinfachten (low fidelity) Modellen oder Messdaten, und der Umgang mit möglichen Unstetigkeiten durch Resonanz- oder Interferenzphänomene wird diskutiert und an einem akustischen Innenraumproblem demonstriert.
9:20	Krylov Subspace Model Order Reduction for Aircraft Cabin Noise Investigation Julius Schultz, Christopher Blech, Ulrich Römer, Matthias Bollhöfer, Sabine C. Langer [Abstract] For the development of future aircraft, an analysis of the sound pressure level inside the passenger cabin is one major aim. In this work, a generic aircraft cabin is modelled as a strongly coupled vibroacoustic system excited by a distributed frequency-dependent pressure load on the outer skin. A wave-resolving finite element approach then leads to a large linear system. Solving such a linear system many times to determine frequency response functions or perform parameter studies is computationally challenging. Hence, in this work moment-matching Model Order Reduction (MOR) methods, specifically, Krylov subspace Model Order Reduction (KMOR) methods are investigated in order to reduce the computational costs. KMOR methods only require a solution of the full order model at certain points in the parameter space to construct a projection subspace that yields a moment-matching property of the full and reduced order transfer function. The work shows the great potential of KMOR methods by analysing the performance and the accuracy of the algorithm for a plate, a plate coupled with a cavity and a generic aircraft cabin model. In addition, a correlation of the modal density and the ROM size is observed and the extendibility of the approach to parametrised MOR is highlighted.
9:40	Optimierung eines Multi-Input-Modellreduktionsverfahrens zur effizienten Vorhersage der abgestrahlten Schallleistung von Elektromotoren Martin Eser, Caglar Gürbüz, Marold Moosrainer, Steffen Marburg [Abstract] Elektromotoren weisen unter bestimmten Betriebsbedingungen eine hohe Geräuschemission auf. Dieser sogenannte elektromagnetische Lärm ist im Entwicklungsprozess des Motors zu berücksichtigen, um den Komfort des Anwenders im Betriebszustand zu gewährleisten. Die abgestrahlte Schallleistung eines Elektromotors kann über drei sequentielle, schwach gekoppelte Finite Elemente Simulationen - eine elektromagnetische, eine stukturdynamische und eine akustische Simulation - numerisch bestimmt werden. Es wird ein Modellreduktionsverfahren auf Basis der Moment-Matching-Methode mit Krylov-Unterräumen eingesetzt. Hierdurch wird der Rechenaufwand für das akustische System, der bei höheren Frequenzen steigt, reduziert. In diesem Beitrag wird ein optimiertes Reduktionsverfahren vorgestellt, welches die Strukturmoden des Motorgehäuses als Eingänge für die Berechnung unabhängiger Krylov-Unterräume verwendet. Jeder Unterraum wird mit Hilfe eines Arnoldi-Algorithmus zweiter Ordnung berechnet. Der Berechnungsaufwand des reduzierten Modells skaliert jedoch mit der Anzahl der Eingänge sowie mit der Ordnung der entsprechenden Unterräume. Das optimierte Reduktionsverfahren beinhaltet deshalb eine automatisierte Auswahl der zu berücksichtigenden Strukturmoden, um die Anzahl an Eingängen so gering wie möglich zu halten. Durch eine parallelisierte Berechnung der Unterräume wird eine zeiteffiziente Bestimmung des reduzierten Modells ermöglicht. Hiermit kann die abgestrahlte Schallleistung in geringer Rechenzeit in einem vorgegebenen Frequenzspektrum berechnet werden.
10:00	Reduzierte Modellierung von Verkleidungen zur Vorhersage des Schalldrucks im Fahrzeuginnenraum Kai Bahrke, Lukas Berk, Christian Adams, Tobias Melz [Abstract] Mit stetig steigendem Komfort im Fahrzeug gewinnt die Akustik im Fahrzeuginnenraum immer mehr an Bedeutung. Hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit und der Leichtbauoptimierung wird bestrebt, die Innenraumgeräusche so genau wie nötig zu prognostizieren. Die notwendige Rechenkapazität der numerischen Simulation steigt jedoch mit zunehmender Komplexität des Fahrzeugmodells. Daher werden Innenverkleidungen im Fahrzeug bislang stark vereinfacht oder gar vernachlässigt, was zu Abweichungen in der Vorhersage des Schalldrucks im Innenraum und zu teuren Nachbesserungsmaßnahmen führt. Mittels einer reduzierten Modellierung soll die Komplexität der Modelle von Fahrzeuginnenverkleidungen verringert werden. In diesem Beitrag wird die Patch-Transfer-Funktion (PTF) vorgestellt, mit der ein gekoppeltes akustisches Problem in mehrere Teilsysteme zerlegt werden kann. Die Fläche zwischen zwei gekoppelten Teilsystemen besteht aus Elementarflächen, sogenannten Patches. Für jeden Patch wird die PTF ermittelt und anschließend zu einer Transferfunktion des Teilsystems zusammengesetzt. Aus einer Superposition der Körperschall- und Luftschall-Transferpfade lässt sich der Schalldruck im Innenraum vorhersagen. Die PTF wird an einer gelenkig gelagerten Rechteckplatte numerisch angewendet, zuerst ohne und anschließend mit einer direkt aufgebrachten Verkleidung konstanter Dicke. Die Platte ist auf einer Akustikbox angebracht, sodass sich an das Messobjekt eine Kavität ähnlich des Innenraums eines Fahrzeugs anschließt, in der der Schalldruckpegel gemessen wird. Die durchgeführte FE-Simulation wird zukünftig durch experimentelle Daten validiert.
10:40	Effizienzsteigerung eines CFD-BEM Workflows durch Block-Krylow-Unterraumverfahren Christopher Jelich, Mahmoud Karimi, Steffen Marburg [Abstract] Die Reduzierung von strömungsinduziertem Schall ist ein wichtiges Forschungsgebiet. Als Beispiel sei hier die Umströmung von Tragflächen genannt. Sowohl an der Vorder- als auch an der Hinterkante kommt es zur Schallentstehung in signifikantem Ausmaß. Um diese zu reduzieren können unterschiedliche Maßnahmen wie geometrische Modifikationen an den jeweiligen Kanten vorgenommen werden. Die Effektivität dieser Modifikationen wird üblicherweise zunächst numerisch untersucht. In Zeiten immer kürzerer Entwicklungsprozesse ist man bemüht, diese numerischen Untersuchungen effizienter zu gestalten. Unter diesem Hintergrund wird in dieser Arbeit ein validierter CFD- BEM Workflow zur Berechnung von strömungsinduziertem Schall durch die Anwendung eines Block-Krylow-Unterraumverfahrens beschleunigt. Innerhalb des Workflows wird basierend auf einer RANS Simulation zunächst die Anregungen für die nachfolgende akustische Berechnung mithilfe eines semi-analytischen Ansatzes bestimmt. Unter Verwendung der Randelementmethode (BEM) wird dann der akustische Druck auf der Oberfläche gelöst. Da für den semi-analytischen Ansatz mehrere Realisationen berücksichtigt werden, müssen die akustischen Simulationen für eine entsprechende Anzahl an Anregungen durchgeführt werden. Anhand eines numerischen Beispiel wird gezeigt, dass hierbei die Verwendung von Block-Krylow-Unterraumverfahren zu einer signifikanten Reduzierung der Rechenzeit führt.
11:00	Charakterisierung eines aktiven Backscatter Modells in VLES anhand der Vorflügel-Schallabstrahlung bei einem 3-Element-Hochauftriebsflügel Dirk Heitmann, Roland Ewert [Abstract] Ein aktives Backscatter Modell zur Verwendung in VLES wurde entwickelt. Die VLES wird mittels eines hybriden Ansatzes basierend auf RANS und CAA mit stochastischen Quellen realisiert. Das aktive Backscatter Modell zielt darauf ab, mehr physikalische Effekte als ein rein dissipatives Subfiltermodell zu berücksichtigen, indem die turbulente Produktion von nicht aufgelösten Skalen sowie deren Interaktion mit aufgelösten Skalen berücksichtigt werden. Dies könnte eine Reduzierung der notwendigen Gitterauflösung ermöglichen. In dieser Arbeit wird das Backscatter Modell anhand der Strömungstopologie und Schallabstrahlung bei einem 3-Element Hochauftriebsflügels charakterisiert. Dazu werden Simulationen mit und ohne Backscatter Modell vorgestellt. Auch auf den Effekt eines verfeinerten Gitters wird eingegangen. Die Ergebnisse werden mit diversen veröffentlichten numerischen und experimentellen Untersuchungen an der gleichen Geometrie verglichen. Dies ermöglicht die Charakterisierung des Subfiltermodells hinsichtlich möglicher Vorteile und vorhandener Limitierungen.
11:20	Strahlgeräuschvorhersagen mittels Forced Eddy Simulation für flache Rechteckdüse Andrej Neifeld, Stanislav Proskurov, Roland Ewert [Abstract] Bei dem Vortrag werden Akustikvorhersagen für einen Einfachstrahl mit rechteckiger Düsengeometrie und einer Machzahl von 0.85 diskutiert. Zur direkten Geräuschvorhersage wird eine skalenauflösende Methode, die sogenannte ”Forced Eddy Simulation” (FES), eingesetzt, wo die Navier-Stokes Gleichungen in Form nichtlinearer Störungsgleichungen (NLDE) auf strukturierten Gittern gelöst werden. Der aufgelöste FES-Bereich beschränkt sich auf ein kleineres Teilgebiet der RANS Lösung, die eine zeitgemittelte Hintergrundströmung vorgibt. Daher kann dieser Ansatz zu den zonalen RANS/LES Verfahren zugeordnet werden. Zusätzlich wird bei dem Verfahren die Fast Random Particle Mesh Methode (FRPM) eingesetzt, die durch den ”Backscatter”-Mechanismus ein aktives ”Subgridscale” (SGS) Modell realisiert. Dabei wird von FRPM der Anteil der turbulenten Produktion nichtaufgelöster Skalen mittels stochastischer Anregung in den Energiegehalt des aufgelösten Bereichs eingebracht. Mit der oben beschriebenen Methode lassen sich skalenauflösende Rechnungen auf vergleichsweise groben Gittern durchführen. Um die offenen Fragestellungen bezüglich des Konvergenzverhaltens in Abhängigkeit von der Gitterauflösung zu untersuchen, wird für diese Konfiguration die Auflösung sukzessiv verfeinert. Dabei soll auch ermittelt werden bis zur welchen Auflösungsgrenze das aktive SGS Modell vom Vorteil ist und ab welcher Auflösung rein dissipatives SGS Modell ausreichend ist. In dieser Hinsicht ist eine isolierte rechteckige Düsengeometrie gut geeignet, da die Variation der Auflösung relativ einfach angepasst werden kann.

Sitzungsleitung:

S. Retka, Hochschule für angew. Wissenschaften Würzburg-Schweinfurt

16:40	Parallel Simulation of Sound Particles on Graphics Cards Jochen Schaal, Thomas Judd [Abstract] In the last two decades there has been increasing use of computer hardware traditionally associated with graphics processing in the context of scientific computing. The higher level of parallelisation that is possible with these architectures compared with traditional methods can lead to significant speed-ups and represents a potential opportunity for acoustic simulation software. Here we consider an implementation of a sound particle algorithm (including diffraction) that allows end-users to run mass-parallel geometric acoustics simulations simultaneously on central processing units and graphics cards. Calculations for sound intensity levels and room acoustic parameters are presented. Depending on the situations we consider, some speed-ups run to orders of magnitude. We discuss general practical issues regarding the implementation such as code design, memory management, optimisations and load-balancing multiple computer devices. We also discuss how other noise algorithms might benefit from these methods.
17:00	Interaktion akustischer Metaatome und der Einfluss von unsicheren Parametern Felix Kronowetter, Kian K. Sepahvand, Steffen Marburg [Abstract] Die Funktionsweise von Metamaterialien basiert auf zahlreichen physikalischen Phänomenen. In diesem Vortrag wird die Interaktion zweier oder mehrerer nebeneinanderliegender untersucht. Unterschiedliche geometrische Metaatome werden simuliert und analysiert. Die entkoppelten Außenraummoden werden mit Hilfe der Methode der infiniten Elemente ermittelt und das Einfügedämmmaß bestimmt. Die Modellierung erfolgt mit einer vollen Akustik-Struktur-Kopplung um den Einfluss von Strukturschwingungen zu berücksichtigen. Zuletzt werden einzelne physikalische sowie geometrische Variablen als unsicher angenommen und die Auswirkung auf die Systemantwort dargestellt.
17:20	Berücksichtigung des nicht diffusen Schallfeldes im Hallraum durch Anwendung der radiosity -Methode Uwe Stephenson [Abstract] Seit Jahrzehnten wird der Diffusfeld-Schallabsorptionsgrad von Proben im Hallraum unter Anwendung der Sabine’schen Formel bestimmt. Dies ist bekanntlich systematisch falsch, da die Voraussetzung eines Diffusen Schallfeldes nicht gegeben ist. So ist die Bestrahlungsdichte über dem Absorber durch einen ”Sogeffekt” übermäßig groß; dies täuscht einen zu hohen Absorptionsgrad vor. Statt zu versuchen, durch Diffusoren die Diffusität zu verbessern, ist nun der Ansatz, die Nichtdiffusität des Schallfeldes zu akzeptieren und rechnerisch zu berücksichtigen, und zwar durch Berechnung der ortsabhängig ungleichen Bestrahlungsstärken bzw. daraus abgeleiteten Korrektur-Algorithmen. Zunächst gelang dies teilweise, sogar analytisch, durch Inversion der Kuttruff’schen Nachhallzeitformel, die zwar diffuse Reflexionen, nicht aber homogene Bestrahlung annimmt. Allerdings werden hierbei nur Flächenverhältnisse, nicht die Raumgeometrie berücksichtigt, und es wird eine nur plausible Annahme gemacht. Die Lektüre des entsprechenden papers desselben Autors auf dieser Tagung wird hierzu vorausgesetzt. Eine Berechnung der Bestrahlungsstärken gelingt durch die aus der Beleuchtungssimulation bekannte ”radiosity”-(=Strahlungsaustausch)-Methode, dabei u.a. durch Lösen eines linearen Gleichungssystems. Die geometrischen Konstellation (u.a. die Raumwinkel, unter denen die Flächen sich gegenseitig ”sehen”) wird berücksichtigt. Die Rückrechnung auf den Probenabsorptionsgrad gelingt so durch wenige überschaubare Rechenschritte in vernachlässigbarer Rechenzeit. Allerdings werden weiterhin diffuse Reflexionen angenommen. Um auch teilweise geometrische Reflexionen zu erlauben, soll später die Schallteilchensimulationsmethode angewandt werden.
17:40	Berechnung von Transferfunktionen über einen Frequenzbereich im akustischen Außenraum mit Fluid-Struktur-Kopplung Christopher Sittl, Marcus Wagner, Steffen Marburg [Abstract] Bei der Berechnung von Transferfunktionen, bei technischen Anwendungen, ist eine Lösung über einen Frequenzbereich notwendig. Hierbei sind Methoden von Interesse, welche eine Lösung über einen breiten Frequenzbereich bieten. Eine Möglichkeit ist die Anwendung der Padé-via-Lanczos-Verknüpfung, bei welcher eine Padé-Approximation der Transferfunktion über ein reduziertes Modell bestimmt wird. Die Padé-via-Lanczos-Verknüpfung mit deren Erweiterung auf mehrere Eingangs- und Ausgangsgrößen, wird in dieser Arbeit für die Berechnung im akustischen Außenraum verwendet. Als nicht reflektierende Randbedingung wird die Dirichlet-to-Neumann Randbedingung verwendet. Ausgehend von einer Diskretisierung durch Finite-Elemente, soll die Effektivität der Methode für Fluid-Struktur-Kopplung aufgezeigt werden. Dabei werden Berechnungszeit und Anwendbarkeit im Vergleich zu einer konventionellen Methode, bei der eine Lösung für jede Frequenzstützstelle explizit berechnet wird, aufgezeigt. Bei der konventionellen Methode finden die sogenannten perfekt absorbierenden Schichten (PML) Verwendung, um die Schallabstrahlung ins akustische Fernfeld zu modellieren. Bei der vorgestellten Methode wird eine einfache proportional Dämpfung für die Struktur verwendet, um auch die Stabilität der Methode zu verbessern. Weiterhin werden die Ergebnisse der Berechnung mit akustischen Messungen verglichen und eine Möglichkeit aufgezeigt, die Methode auf mehrere Strahler zu erweitern.
18:00	Numerische Modellierung der Schallausbreitung im menschlichen Vokaltrakt Pascal Hahn, Mario Fleischer, Stefanie Retka [Abstract] Die Ausbreitung des Schalls im menschlichen Vokaltrakt wird maßgeblich von dessen Geometrie und vorhandenen Randbedingungen beeinflusst. Dabei spielt die lokale Verteilung von verschiedenen akustischen Impedanzen im Vokaltrakt eine wichtige Rolle. So unterscheidet sich die Schallimpedanz im Rachenraum deutlich von der in der Mundhöhle. Ausgehend von diesen Beobachtungen geht es in diesem Beitrag um die Formulierung einer akustischen Impedanz, die eine Funktion vom Ort in einem geschlossenen Gebiet darstellt. Ziel ist es, mit Hilfe der Ortsabhängigkeit der Impedanz, das Auftreten bestimmter Eigenfrequenzen abzuschwächen bzw. zu unterdrücken. Die Berechnung der Schallausbreitung erfolgt unter Anwendung der Helmholtz-Gleichung und eines zunächst stark vereinfachten FEM - Modells des Vokaltrakts in Python, welches mit Hilfe der Python Akustik Bibliothek FEniCS numerisch umgesetzt wird. Für die Formulierung der Impedanz Z in Abhängigkeit des Ortes, wird eine Geometrie in verschiedene Gebiete unterteilt und das Medium Luft an einem Punkt mit konstantem Schalldruck angeregt. Der Schallwiderstand unterscheidet sich in jedem Gebiet, wobei ein Gebiet eine Impedanz Z aufweist und die anderen Gebiete schallhart sind. Es zeigt sich, dass sich der Schalldruck beim Auftreten der gleichen Eigenfrequenzen, um 65 % unterscheiden kann in Abhängigkeit des Ortes der Impedanz. Ebenfalls führt der Ort der Impedanz zu unterschiedlichen Abschwächungen der auftretenden Eigenfrequenzen.

Organisation:

M. Gatt, TU München, Lehrstuhl für Akustik mobiler Systeme M. Maeder, TU München, Lehrstuhl für Akustik mobiler Systeme

13:40	Freiheit Monika Gatt, Marcus Maeder, Steffen Marburg [Abstract] Menschlich am Menschen ist die Freude an der Schönheit des Lebens und die Begabung, das Leben in Freiheit zu erfassen. Philosophie ist die Lehre von der menschlichen Freiheit. Philosophie im 21. Jahrhundert zu lehren heißt, diese Freiheit mit Liebe zu betrachten, verbunden mit dem Lehrauftrag, sie zwar in gewissen Sinne vorzuleben - aber eben nur soweit, bis die junge, nachfolgende Generation ihre Freiheit selbst frei definiert und ihre Zukunft selbst frei verantwortet. In der Philosophie unterscheidet man die Freiheit, etwas zu tun von der Freiheit, am Tun nicht gehindert zu werden und bettet beides in die Freiheit als Gleichheit. Menschen sind gleich an Freiheit. Sie sind gleich an der Freiheit, ihre Meinung auszusprechen und den Worten der Mitmenschen zuzuhören. Jeder professionellen Bewertung eines Klanges kann nur persönliche Freiheit zugrunde liegen, anderenfalls würde man das Ergebnis wegen mangelnder Objektivität vermutlich ablehnen. Auch das Produzieren von Tönen kann nur auf der Basis von Freiheit zustande kommen, denn man kann sich nur zwischen Alternativen entscheiden, wenn man Wahlmöglichkeiten hat. Wie sich die philosophische Herangehensweise als Freiheit in der Akustik ausdifferenziert wird Gegenstand dieses Vortrags sein.
14:00	Die Phänomenologisch-Aristotelische Methode Monika Gatt, Marcus Maeder, Steffen Marburg [Abstract] Die wiederholte Problematisierung der Akustik mit philosophischen Mitteln hat gezeigt, dass es möglich ist, eine neue Forschungsmethode zu etablieren. Diese bezeichnen wir als Phänomenologisch-Aristotelische Methode, kurz PA Methode. Ausgangspunkt für dieses Verfahren ist in Aristotelischem Sinne das konkrete, empirisch messbare Vorkommen von akustischen Einzelphänomenen sowie deren philosophische Erfassbarkeit als klar und deutlich. Mit klar und deutlich definiert Descartes die philosophischen Kategorien der Evidenz als sine qua non Voraussetzung für wissenschaftliche Forschung und als Garant für Objektivität. In phänomenologischer Art erwirbt man kontextuelle Daten und legt diese mit philosophischen Instrumenten, Begriffen und Sprachspielen fest. Während Instrumente logischen Charakter haben und Begriffe helfen, Spannungsfelder herzuleiten und zu durchdenken, begleiten Wittgensteins’s Sprachspiele das Verfahren auf sozial-psychologische Weise. Sodann reduziert man Ergebnisse auf Kerngedanken mit dem Ziel, dem Fortschreiten eine schlichte und intersubjektiv einsehbare, nämlich belastbare Struktur zu geben. Aus den Ergebnissen werden Schlüsse gezogen. Eine neue Anwendung folgt. In der Erforschung der Privatsphäre, bekannt in der Akustik als ”privacy range”, wird die PA-Methode von uns bereits mit Ergebnissen positiv angewandt. Insgesamt ist für unsere vertiefte interdisziplinäre Herangehensweise festzuhalten, dass sich Ingenieursakustik und Philosophie in fünf Beziehungen berühren: logisch, ästhetisch, ethisch, methodisch und strukturell. In diesem Vortrag geht es um die Betrachtung der Methode.
14:20	Würde als zentrale Kategorie zur Ableitung von Lärmschutzzielen Heinz-Martin Fischer, Andreas Drechsler [Abstract] Ausgehend von dem Beitrag ”Schallschutz und Menschenbild” auf der DAGA 2019 in Rostock, wird der Versuch gewagt, das dort vorgeschlagene methodische Vorgehen zu vertiefen und zu verfeinern. Die Würde des Menschen dient dabei als zentrale Kategorie zur Ableitung von Lärmschutzzielen. Zunächst soll die Würde im Kontext der Akustik und des Lärmschutzes genauer betrachtet werden. In einem weiteren Schritt wird untersucht, inwieweit in gängigen akustischen Richtlinien die Würde des Menschen Berücksichtigung findet. Abschließend wird versucht Vorschläge zu machen, wie Würde als zentrale Kategorie für die Formulierung von Anforderungen an den Lärmschutz stärker verankert werden kann.
14:40	Was haben das Ingenieurwesen und die Philosophie gemeinsam? Andrea Ebner, Daniel Podszuweit, Monika Gatt [Abstract] Seit dem zunehmenden Einsatz von sogenannter Künstlicher Intelligenz haben philosophische Themen wie die Ethik und die Suche nach dem, was den Menschen als Mensch ausmacht (Sprachassistenten, humanoide Roboter, uvm.), wieder einen Aufschwung erfahren. Doch warum und wofür muss ich mich heutzutage immer noch rechtfertigen, wenn ich mich als Studentin der Elektrotechnik mit philosophischen Fragestellungen auseinandersetze? Vor über hundert Jahren waren Ingenieure und Naturwissenschaftler noch gleichzeitig als Philosophen anerkannt. Wittgenstein etwa war als Flugzeugingenieur tätig und machte sich zusätzlich einen Namen als bedeutender Sprachphilosoph. In der Tradition bezeichnete man sogar Künstler, Philosophen und Ingenieure allesamt als Universalgelehrte, wie Leonardo da Vinci und Leibniz. Woher also kommt die Distanzierung der Disziplinen? Wie sehen die inhaltlichen Gemeinsamkeiten aus? Weshalb sollte man sich über die abstrakt erscheinenden Gedankengänge der Philosophie auch als Nicht-Philosoph den Kopf zerbrechen? Nach einer kurzen historischen Analyse über die Gründe des schlechten Images der Philosophie wird der Vortrag einen Überblick über verschiedene, ”klassisch” philosophische Ansätze wie beispielsweise Metaphysik, Logik und Sprachphilosophie geben. Weiterhin werden Gemeinsamkeiten und Unterschiede in den Herangehensweisen der Philosophie und des Ingenieurwesens betrachtet. Abschließend wird der Zusammenhang und die Einsetzbarkeit von Methoden und Denkansätzen aus der Philosophie auf das Ingenieurwesen (und die Akustik im Besonderen) diskutiert.
15:00	Akustik, Perzeption, Soziologie und Quantenmechanik - Versuch eines philosophischen Brückenschlags Oliver Wolff [Abstract] Akustik ist Information. Wie diese Information wahrgenommen wird, ist eine Frage der Perzeption. Perzeption ist subjektiv, erfolgt oft unbewusst, ist kulturabhängig und unterliegt verschiedenen Kontextsituationen. Die Perzeption steuert bei Menschen wichtige Beurteilungs- und Entscheidungsprozesse. Soziologische Faktoren spielen hierbei eine zentrale Rolle. Anhand von La Ola Wellen in Stadien wird beispielhaft der Wellencharakter von sozialen Phänomenen auf physikalische Grundgrössen zurückgeführt und die soziale, zwischenmenschliche Kopplungsstärke quantitativ ermittelt. Die so bestimmte soziale Kraft zwischen den Zuschauern ist, wenn man sie als rein physisch wirkende Kraft versteht, mit über 1000 Newton erstaunlich hoch und zeigt das grosse Potential soziologischer Einflussgrössen. Die Materialkonstante der Menschenmenge, die sich aufgrund dieses Beispiels berechnen lässt, entspricht, rein physikalisch betrachtet, der eines sehr weichen Schaumes. Bei der La Ola Welle gibt es nur zwei diskrete, mögliche Zustände, aufstehen und sitzenbleiben. Eine ähnliche Quantisierung von Zuständen existiert im Bereich der Quantenmechanik. Entscheidend für das Auftreten von Quanteneffekten ist das sogenannte Plancksche Wirkungsquantum. Basierend auf Analogiebetrachtungen wird ein entsprechendes Soziales Wirkungsquantum für soziale Phänomene eingeführt und quantitativ bestimmt. Der relativ grosse Zahlenwert des Sozialen Wirkungsquantums deutet auf die Relevanz sozialer Quanteneffekte in der makroskopischen Alltagserfahrung hin. Konkrete Beispiele werden vorgestellt.
15:20	Auditive Wahrnehmung und die subjektive Repräsentation der Zeit Michael Haverkamp [Abstract] Der Kurzvortrag verfolgt das Ziel einer ersten Annäherung an die Phänomenologie der Zeitwahrnehmung, soweit sie für die auditive Wahrnehmung bedeutsam erscheint. In diesem ersten Schritt ist die Entwicklung präziser Fragen zu leisten. Eine Frage betrifft die Existenz einer subjektiven Raumzeit als Wahrnehmungsphänomen der auditiven Signalverarbeitung. Welchen Einfluss übt die subjektive und möglicherweise idiosynkratische Zeitwahrnehmung auf die Bildung auditiver Gestalten, die Dekodierung nonverbaler Information und die psychische Belastung aus, die von störenden Geräuschen ausgeht? In welchen Aspekten korreliert die subjektive Repräsentation der Zeit überhaupt mit objektiven Gegebenheiten einer physikalischen Zeit? Die subjektive Raumzeit ist deshalb von höchster Bedeutung, da sich im Bewusstsein Umwandlungen zeitlicher Aspekte in räumliche Konfigurationen ereignen. Dabei finden Transformationen von Koordinatensystemen und Umskalierungen statt. Dies wird mit Beispielen illustriert. Die perzeptive und/oder kognitive Etablierung der subjektiven Raumzeit hat weitreichende Folgen für die Interpretation von Feedbacksignalen, für das Verständnis musikalischer Prozesse sowie für die Detektion des Bewegungsgehaltes von Geräuschen und Musik. Dies ist auch von wesentlicher Bedeutung für die Beurteilung der psychischen und emotionalen Wirkungen, die Geräusche auf die Hörenden ausüben.
15:40	Anthropologische Akustik Peter Androsch [Abstract] Die Hörstadt ist seit der Gründung im Rahmen der Europäischen Kulturhauptstadt Linz 2009 um einen ganzheitlichen Zugang zu akustischen Themen bemüht. Deshalb begreift sie sich auch als Labor für Akustik, Raum und Gesellschaft und arbeitet konsequent an einer Anthropologischen - menschenzentrierten - Akustik. Diese fragt nach den Bedürfnissen, die der Mensch über das Medium Schall befriedigt. Jede Person versucht, Kommunikation (mit Reden und Hören), Erinnerung, Orientierung und Souveränität mit Hilfe von Schall zu bewältigen bzw. zu erlangen. Daher greifen wir auf die von R. Murray Schafer begründete Akustische Ökologie zurück, auch um die gesellschaftlichen Grundlagen des Prozesses der Schallnutzung verstehen zu können. Schall ist eine Lebensressource wie Boden, Wasser, Luft, die einer gesellschaftlichen (politischen) Gestaltung bedarf, lautet die Essenz dieses Zugangs. Als logischen nächsten Schritt entwickeln wir das Forschungsfeld Inklusive Akustik. Gefragt wird, unter welchen Bedingungen möglichst alle Menschen ihre ”Schall-Bedürfnisse” - also Kommunikation (durch Reden und Hören), Erinnerung, Orientierung und Souveränität mittels der Ressource Schall - decken können. Hier wird ersichtlich, welch große Rolle Schall für die volle Teilhabe am gesellschaftlichen Leben und für die Gesundheit spielt.

Organisation:

J.W. Delfs, DLR, Inst. für Aerodynamik und Strömungstechnik, Braunschweig M. Kaltenbacher, TU Wien, Institut für Mechanik und Mechatronik

8:40	Ist die turbulente kinetische Energie ein Indikator für akustische Quellterme in der Strömungsakustik? Stefan Becker [Abstract] In vielen Anwendungen wird die Verringerung der turbulenten kinetischen Energie als ein wichtiger Parameter zur Verringerung der strömungsakustischen Schallentstehung genutzt. Die Größe der turbulenten kinetischen Energie lässt sich aus Messungen und zeitgemittelten numerischen Simulationen bestimmen. Sie ist eine wichtige Größe in der statistischen Turbulenzmodellierung und zur Verringerung des strömungsmechanischen Widerstandes bzw. der Reibungsverluste. Ausgehend von den Definitionen der turbulenten kinetischen Energie in der Turbulenztheorie und der Definition der strömungsakustischen Quellterme wird ein physikalischer Zusammenhang hergestellt inwieweit die turbulente kinetische Energie für die Optimierung der strömungsinduzierten Schallabstrahlung in der Strömungsakustik genutzt werden kann. Die Erkenntnisse werden durch Anwendungen aus der Grundlagenforschung (wandgebundener Zylinder, vorwärtsspringende Stufe), aber auch durch praktische Anwendungsbeispiele (Ventilator) validiert.
9:00	Revisiting Lighthill’s acoustic analogy Manfred Kaltenbacher, Stefan Schoder [Abstract] Lighthill’s analogy is an exact reformulation of the fluid dynamic equations into an inhomogeneous wave equation. Thereby, the source term not only accounts for generation of sound but also for acoustic nonlinearity, convection and refraction of sound waves by the flow, as well as attenuation due to thermal and viscous actions. In order to compute the flow induced sound, one needs Lighthill’s tensor for which the full set of compressible flow dynamics equations have to be solved. However, for low Mach number flows, the Reynolds stress tensor is the leading order term, which can be obtained by an incompressible flow computation. Furthermore, we want to note that Lighthill’s inhomogeneous wave equation with the physical correct boundary conditions can be applied to any aeroacoustic application and the second spatial derivative of Lighthill’s tensor contains all physical aeroacoustic source terms.
9:20	Exakte gekoppelte akustisch-inkompressible Lösung der kompressiblen Navier-Stokes Gleichungen Johannes Kreuzinger, Roland Ewert [Abstract] Hybride strömungsakustische Zweischritt-Verfahren basierend auf skalenauflösender inkompressibler Navier-Stokes Simulation (CFD) und akustischer Störungssimulation (CAA) stellen eine gut validierte Methodik für das breitbandige Umströmungsgeräuschproblem bei kleiner Machzahl dar. Als akustischer Quellterm wird zumeist die substantielle Zeitableitung des inkompressiblen Drucks verwendet. Hybride Verfahren sind jedoch nicht in der Lage, tonale Quellen aus strömungsakustischer Rückkopplung zu beschreiben. Ausgehend von den kompressiblen Navier-Stokes Gleichungen wird in dieser Arbeit eine exakte Aufspaltung in zwei gekoppelte Gleichungssysteme für Strömung und Akustik aufgezeigt, welche die strömungsakustische Rückkopplung berücksichtigt. Die akustische Propagation wird durch akustische Störungsgleichungen (APE) über der instationären Hintergrundströmung beschrieben, der strömungsmechanische Teil über eine den inkompressiblen Navier-Stokes Gleichungen equivalente Form mit zusätzlichem CAA-nach-CFD Kopplungstermen. Das gekoppelte Gleichungssystem ist nicht in der Machzahl beschränkt und kann z.B. im gesamten subsonischen Strömungsbereich eingesetzt werden. Die gekoppelte Simulation liefert eine alternative Methodik zur Lösung der kompressiblen Navier-Stokes Gleichungen. Die quasi-inkompressible Behandlung des Strömungsproblems bietet eine effiziente zeitgenaue Simulationsmethodik, die mit optimalen numerischen Verfahren für jeden Gleichungstyp auf unterschiedlichen Netzen für Strömung und Akustik realisiert werden kann. Die neue Methode wurde zur Simulation von zwei Fällen mit strömungsakustischer Rückkopplung eingesetzt (Parker-Mode im Kanal und Orgelpfeife). Die Ergebnisse werden mit Messungen bzw. der Lösung der kompressiblen Navier-Stokes Gleichungen verglichen.
9:40	Changing perspectives in Aeroacoustics Marcus Maeder, Steffen Marburg [Abstract] Since the pioneering works of Lighthill, Curle and Ffowcs Williams and Hawkings, the engineering field of aero-acoustics was dominated by further developing acoustic analogies or mathematical frame works such as the Linearized Navier-Stokes, Linearized Euler or Acoustic Perturbation Equations to understand the sound wave generation and propagation in moving media. Especially the aircraft industry benefits from these innovative technologies and developments with respect to engines emitting less noise or aircraft cabins with lower background noise levels. Despite the groundbreaking developments during the last decades, understanding the physical mechanisms of sound generation in turbulent flow still remains an open question. Further, utilizing standard small perturbation approaches within an Eulerian frame, no consistent balance equation for wave propagation is possible to derive. In this paper, the authors want to stress a change of perspective towards aero-acoustics. By applying a mixed Lagrangian-Eulerian frame, it is possible to derive balance equations and create a Lagrangian density function from where it is possible to derive a wave equation from a pseudo acoustic energy formulation. In addition, aspects of sound generation in flow are discussed.
10:00	Akustische Black-Hole-Analogie mit exakter Raumzeitrepräsentation Roland Ewert, Stanislav Proskurov [Abstract] Beginnend mit der Arbeit von W. Unruh 1981 wird im Rahmen von Analogiemodellen der intrinsische Zusammenhang zwischen der Schallausbreitung in einem inhomogenen strömenden Medium und der durch die Allgemeinen Relativitätstheorie (ART) beschriebenen Wellenausbreitung in der gekrümmten Raumzeit genutzt, um wechselseitig physikalische Phänomene zu untersuchen. Einerseits, in einem Antritt, um mit den Methoden der ART akustische Problemstellungen zu lösen. Andererseits, um mit den Methoden der Strömungsmechanik und Akustik komplexere Fragestellungen der ART zu beleuchten. Obwohl die Strömungsakustik auf klassisch nicht-relativistischer Newtonscher Physik in flacher Raumzeit basiert, kann die Ausbreitung von Schallwellen im strömenden Medium durch eine effektive akustische Metrik in einer 3+1-dimensionalen Lorentz Raumzeit beschrieben werden, aus der eine tiefgehende Analogie zwischen Schwarzen Löchern (Black-Holes) mit Schwarzschild-Metrik und einer einfachen Überschall-Senken-Strömung (Sonic Black-Hole) hergeleitet werden kann. Es werden die theoretischen Grundlagen und die Grenzen des akustischen Analogiemodells diskutiert. Der Zusammenhang von d’Alembert Operator in der Lorentz Raumzeit und Pierce’scher Wellengleichung im strömenden Medium erzwingt Nebenbedingungen, die nur eine qualitative Entsprechung von akustischer und Schwarzschild Metrik zulassen. Die Erweiterung des akustischen Analogmodells mittels ”Acoustic Perturbation Equations” (APE) zur exakten Repräsentation der Schwarzschild Metrik wird aufgezeigt. Es werden Simulationsergebnisse für ein akustisches Black-Hole mittels Methoden der ”Computational Aeroacoustics” zur Lösung der APE vorgestellt.
10:20	Lorentz Invariance and Lagrangian Formulations of Acoustics in Fluids Drasko Masovic, Ennes Sarradj [Abstract] Physical description of acoustics in fluids is commonly derived from the Newtonian equations of fluid dynamics and their simplifications. The alternative approach based on Lagrangian functions and variational principles has been used sporadically, even though it is central for most of the modern field theories, such as electromagnetism, gravity, and quantum field theory. These theories are typically formulated with Lorentz-invariant Lagrangians defined in the four-dimensional spacetime. In accordance with the increasing interest in the analogy between classical acoustics and relativistic theories, which has been established on the concept of acoustic spacetime, we inspect several Lagrangian formulations which can capture different acoustic phenomena in fluids. In particular, we show that essentially incompressible near acoustic field corresponds to adding mass to the massless gauge field associated with acoustics through the process of spontaneous symmetry breaking. Large but spatially confined mass violating the Lorentz invariance is used to represent rigid boundaries explicitly in the equation of motion, while the sources are modeled as Noether currents, which follow from the symmetries of Lagrangians describing the non-acoustical field of fluid particles. Although more abstract, the considered approach allows more straightforward introduction of main physical phenomena compared with the traditional approach starting with the conservation laws.

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J.W. Delfs, DLR, Inst. für Aerodynamik und Strömungstechnik, Braunschweig M. Kaltenbacher, TU Wien, Institut für Mechanik und Mechatronik

14:00	The Influence of Temporal Discretization Regarding Lighthill's Source Terms of an Automotive Turbocharger Compressor Clemens Freidhager, Stefan Schoder, Manfred Kaltenbacher [Abstract] Due to improvements regarding electric engine injection, the noise generated by a combustion engine has been significantly decreased over the last years. Consequently, a major remaining noise source is the turbocharger. A direct numerical simulation resolving both the vortical flow structures and the propagating acoustic waves is computational too demanding. Therefore, a hybrid aeroacoustics method, considering Lightill’s analogy, is applied for coupling the flow and the acoustic field. In doing so, the compressible flow simulation is restricted to the relevant domain of the flow, where Lighthill’s source terms are computed and then propagated by the wave equation to the whole acoustic domain. Thereby, the influence of all three parts of Lighthill’s tensor are investigated: (1) the Reynolds stress term, (2) the excess term and the (3) viscosity term. The investigation will be performed both in time and frequency domain, and in addition their propagation via the wave equation will be analyzed.
14:20	3D aeroacoustic simulations of a flow-excited Helmholtz resonator Péter Rucz [Abstract] The flow-excited Helmholtz resonator is a classical example of acoustical resonance induced by fluid flow. When the frequency of the hydrodynamic instabilities of the shear layer formed at the orifice of the cavity is close to the natural resonance frequency of the resonator, high amplitude pressure oscillations occur, and a strong acoustical feedback on the shear layer is observed. Similar phenomena of sound production are also responsible for the noise amplification in ventilation ducts with side branches and the sound generation of air reed wind instruments, for example. This paper presents three-dimensional aeroacoustic simulations of a Helmholtz resonator excited by grazing flow in different configurations. First, the oscillations of the shear layer are analyzed without acoustical feedback using incompressible simulations. Then, the acoustical impulse response of the resonator is evaluated in the absence of the flow excitation. Finally, flow induced acoustical resonance is examined at different flow speeds by means of compressible large eddy simulations. All cases are implemented using the OpenFOAM software package. The results of numerical simulations are compared with previous 2D models and experimental as well as computational data published earlier by other authors.
14:40	Eigenvalue and dimensional analysis of convective wave operators Stefan Schoder, Clemens Freidhager, Manfred Kaltenbacher [Abstract] The convective wave equation models wave propagation in flowing media by including convection and refraction effects. The primary physical quantity is the scalar acoustic potential, which refers to the sound pressure by the essential derivative in relation to time, scaled by the mean density of the medium. A standard finite element formulation of this partial differential equation leads to interfering modes and can even become unstable. Therefore, we revisit a stable, Mach number independent finite element formulation. The properties of this formulation are investigated by eigenvalue analysis and dimensional analysis for stationary and moving grids. Finally, the theoretical findings are verified by the example ”cylinder in a cross-flow” and ”rotating cylinder in a cross-flow”.
15:20	Eine schnelle Vorhersagemethode für Vorderkantenschall Ennes Sarradj, Sparsh Sharma [Abstract] Befindet sich ein Tragflügel- oder Schaufelprofil in einer turbulenzreichen Zuströmung, spielt die Schallentstehung durch die Wechselwirkung mit zuströmender Turbulenz eine wichtige Rolle. Da der Ort der Schallentstehung dabei im wesentlichen nahe der Vorderkante des Profils ist, wird von Vorderkantenschall gesprochen. Zur Vorhersage gibt es bereits mehrere Verfahren, die entweder nicht geeignet sind, Details des Schaufeldesigns und der Strömung zu betrachten oder wegen der erforderlichen sehr aufwändigen numerischen Berechnung der Strömung bislang nur eingeschränkt für das Design eingesetzt werden können. Im Beitrag wird ein numerisches Verfahren vorgestellt, mit dem ein Kompromiss zwischen diesen beiden Klassen von Verfahren realisiert werden soll. Grundlegende Idee ist dabei, auf eine zeitabhängige Berechnung des Strömungsfeldes zu verzichten und nur die mittlere Strömung zu betrachten, in der einzelne Modellwirbel konvektiert werden. Mit wenig Aufwand kann dann die daraus resultierende Schallabstrahlung mit Hilfe der Integration über Randelemente (Ffwocs Williams-Hawkings) berechnet werden. In einem zweiten Schritt wird untersucht, welche statistische Verteilung der Parameter der Modellwirbel nötig ist, um die Parameter der turbulenten Strömung nachzuahmen. Schließlich wird basierend auf einigen wenigen Trajektorien der Modellwirbel eine lineare Überlagerung des erzeugten Schalls durchgeführt. Im Beitrag wird die Anwendung der Methode für verschiedene Schaufelprofile gezeigt und auf anderem Wege erhaltenen Ergebnissen gegenübergestellt.
15:40	Noise sources of an unconfined and a confined swirl burner Sohel Herff, Konrad Pausch, Wolfgang Schröder [Abstract] The sound sources of an unconfined and a confined swirl burner are investigated by a two-step approach. The Reynolds number based on the injector diameter downstream of the swirler is ReD = 8800 and the swirl number is S = 0.73. First, the conservation equations of a compressible fluid are solved to determine the flow field under reacting and non-reacting conditions. The solution determines the mean flow field and the source terms of the acoustic perturbation equations (APE). The contributions of the various sound sources are analyzed by solving the acoustic perturbation equations (APE) in a computational aeroacoustics (CAA) simulation for each of the source terms. For the unconfined swirl burner, the precessing vortex core (PVC) of the swirl flow is a dominant sound source in non-reacting flow, whereas in reacting flow the unsteady heat release dominates the sound field. This changes when the burner is confined. A self-excited instability occurs at the quarter-wave mode of the burner and further sources, i.e., the momentum source due to fluctuations of the pressure at the flame front and the energy source due to velocity fluctuations at the flame front, become important to accurately predict the sound pressure amplitude of the limit cycle.
16:00	Porous treatment to mitigate trailing edge noise Sutharsan Satcunanathan, Matthias Meinke, Wolfgang Schröder [Abstract] The present contribution deals with the numerical analysis of the application of porous materials to reduce the turbulent boundary layer trailing edge noise. The aerodynamically generated sound is simulated by a hybrid two-step LES/CAA method, where the rigid frame porous material is treated by the method of volume averaging in the Navier-Stokes and the acoustic perturbation equations, thus defining continuously varying flow and acoustic state variables inside the porous media. A NACA 0012 airfoil with a sharp trailing edge at zero angle-of- attack at a Reynolds number of 1·10^6 in a low Mach number flow of 0.01 is considered, to isolate the broadband noise contribution from the bluntness noise. The LES domain will cover the last 20% of the chord. A preceding 2D RANS simulation together with a synthetic eddy generation method will provide the inflow data for the LES. The noise mitigation potential will be evaluated by comparing a solid baseline configuration, for which reference data exists in the literature, against an airfoil, whose rear part is made of a realistic porous material, calibrated beforehand, in terms of the near far field acoustics. The acoustical benefit will be discussed with simultaneous consideration of the effects on the aerodynamic performance.

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R. Sottek, HEAD acoustics GmbH

15:40	Untersuchungen zur Dynamik auditiver Aufmerksamkeitsverteilung Bernhard Eurich, Manfred Mauermann, Birger Kollmeier [Abstract] Normalhörenden gelingt es in komplexen akustischen Umgebungen, eine Schallquelle hervorzuheben und dabei weitere Schallquellen weitgehend auszublenden (”Cocktail-Party-Effekt”). Diese perzeptuelle Trennung basiert auf einem Wechselspiel zwischen salienzgesteuerter (”bottom-up”) und willentlicher, selektiver Aufmerksamkeit auf verschiedene auditorische Objekte (”top down”). Mutmaßlich erfolgen entsprechende Aufmerksamkeitswechsel zwischen Zeitfenstern spezifischer Dauer. Ergebnisse aus EEG-Messungen zeigen häufig eine Synchronisation der neuronalen Aktivitäten (Entrainment) mit der Zeitstruktur der attendierten Schallquelle, allerdings fast ausschließlich für rhythmische Fluktuationen etwa im Frequenzbereich üblicher Silbenraten von Sprache (Theta-Bereich). Die genaue Charakterisierung solcher Zeitfenster in der Wahrnehmung ist allerdings noch unklar. Spielt z.B. der Theta-Bereich auch in Experimenten zur zeitfenster-basierten Aufmerksamkeitsverteilung eine besondere Rolle? Hierzu wurde untersucht, inwieweit sich dieser Einfluss der Stimulus-Zeitstruktur auf die selektive Aufmerksamkeit auch auf Silbenerkennung und kognitive Beanspruchung auswirkt. In einem psychoakustischen Oddball-Experiment wurden die Erkennungsraten von Silben sowie die entsprechenden Antwortzeiten bei unterschiedlich schnellen Darbietungsraten gemessen. Die Messungen erfolgten sowohl in Ruhe als auch mit einem gleichzeitig dargebotenen sprachähnlichen Störsignal. Für Darbietungsraten der Stimuli unterhalb des Theta-Bereichs zeigten sich signifikant längere Reaktionszeiten und höhere Fehlerraten im Vergleich zu Darbietungsraten im Theta-Bereich. Dies wird als Beeinträchtigung der selektiven Aufmerksamkeit und gleichzeitig höherer kognitiver Beanspruchung für Zielsignale mit unnatürlich langsamer Silbenrate (unterhalb des Theta- Bereichs) interpretiert.
15:42	Disentangling perception with drawings Josep Llorca-Bofí, Michael Kohnen, Michael Vorländer [Abstract] Sound localization experiments are common tests describing the individual perception of the spatial sound. However, 3-D audio auralization techniques include spatial scenarios more complex than those presented in the experiments. In those cases, a three-dimensional drawing of the aurally perceived space would deliver detailed information about the individual perception. The present experiment was performed by architecture students, who listened to an auralized scene while scale drawing what they thought the auditory environment could look like. This poster presents the graphical data produced in the experiment. The correlation of the design properties of the drawings with some psychoacoustic parameters are presented by Kohnen et. al also in this conference.
15:44	Vibroakustische Beats - Durch Ganzkörperschwingungen hervorgerufene akustische Reize Anna Schwendicke, Felix Reichmann, M. Ercan Altinsoy [Abstract] Im Alltag sind Menschen Ganzkörperschwingungen (GKS) in vielen verschiedenen Situationen ausgesetzt. Meistens treten die Schwingungen gleichzeitig mit akustischen Signalen auf, da Schwingung und Schall aus derselben Quelle stammen. Dies führt zu multimodalen Effekten zwischen GKS und Geräuschen, die für die Gestaltung multimodaler virtueller Umgebungen genutzt werden können und die Gesamtwahrnehmung von beispielsweise Komfort in multimodalen Situationen wie Autofahren oder Konzertbesuch beeinflussen. Dabei können GKS in geringem Maße die Wahrnehmung akustischer Reize auslösen. Dieses Phänomen kann indirekt durch die Erweiterung des Konzeptes von binauralen Beats auf vibroakustische Beats nachgewiesen werden. Die gleichzeitige Darbietung von zwei sinusförmigen Signalen mit wenigen Hertz Unterschied zwischen Kopfhörer und Ganzkörperschwingung führt zur akustischen Wahrnehmung von Schwebungseffekten. In dieser Studie wurde der Effekt systematisch mit über 20 Versuchspersonen mit zwei verschiedenen Lautheitspegeln über für fünf verschiedene Frequenzen im tiefen, gerade noch hörbaren Bereich, untersucht. Durch den Vergleich der Ergebnisse der vibroakustischen Beats mit rein akustisch erzeugten Beats kann eine Abschätzung der empfundenen Lautstärke erfolgen.
15:46	Psychoakustische Untersuchung von Güterverkehrszügen im Mittelrheintal Martin Heroldt, Andre Fiebig [Abstract] Die Belästigung durch Güterzugverkehrsgeräusche ist besonders an stark frequentierten Trassen wie der Strecke Rotterdam-Genua ein Problem, das sich in Zukunft noch verstärken wird. Aufgrund des steigenden Güterzugaufkommens sowie der Tatsache, dass viele Güterwaggons mit alten Bremssystemen sehr hohe Schalldruckpegelspitzen mit mehr als 100 dB(A) verursachen können, wurde in dieser Studie die Lästigkeit von Güterzuggeräuschen in einem psychoakustischen Hörversuch untersucht. Als Stimuli wurden Geräuschaufnahmen von Güterzugdurchfahrten verwendet, die in zwei Nächten in Rüdesheim (Rhein) mit einem Kunstkopfmesssystem in Anlehnung an die DIN EN ISO 3095 gemessen wurden. In dem Hörversuch bewerteten 78 ProbandInnen die Lästigkeit von Güterzugvorbeifahrten, bei denen die zeitliche Position eines lauten Waggons innerhalb einer Zugdurchfahrt variierte. Dabei wurden 21 Güterzugvorbeifahrten nach ihrer Lästigkeit auf einer 9-stufigen Kategorialskala bewertet. Nach dem Hörversuch wurden weitere Faktoren wie die ”selbsteingeschätzte Lärmempfindlichkeit”, die ”Entfernung des Wohnortes zum nächsten Bahngleis” oder die ”Häufigkeit der Nutzung des ÖPV auf der Schiene” in einem Fragebogen erfasst und bezüglich der Relevanz für die Geräuschbewertungen evaluiert. Ziel dieser Studie war es, die Auswirkung eines lauten Waggons an unterschiedlichen Positionen einer Güterzugvorbeifahrt auf die Gesamtbewertung der Lästigkeit dieser Güterzugvorbeifahrt zu untersuchen. Außerdem wurde der Einfluss nicht-akustischer Faktoren auf die Bewertung der Lästigkeit von Güterzugvorbeifahrten exploriert.
15:48	Segmentation of Auditory Scenes based on Local Feature Contrast and Spectro-Temporal Context Sarinah Sutojo, Tobias May, Steven Van De Par [Abstract] The segmentation of auditory scenes into perceptually meaningful units can be used to separate and recognize acoustic sources. This segmentation step allows to guide the furthr analysis, for example, to time-frequency units which convey information about one specific speaker in a multi-source mixture. The presented algorithm performs this segmentation by dividing the audio input into spectro-temporal regions of homogenous or slowly changing acoustic features. Such regions are assumed to be dominated by a single source and can be regarded as segments or ëglimpses ë. In order to form such glimpses, the variation of acoustic features is represented in contrast maps that indicate feature changes across neighboring time-frequency units. A deep neural network (DNN) is trained to predict an SNR-based ground truth contrast map, in which high contrast values signify transitions between different sources. The DNN integrates information across different feature domains and the near spectro-temporal context to estimate a combined contrast value. Given the estimated contrast map, regions that are enclosed by high contrasts are extracted by an image segmentation method and thereafter labelled as coherent glimpses. The main motivation for this data-driven approach is to avoid source-specific assumptions und achieve robustness towards unknown acoustic scenes.
15:50	Single-ended Prediction of Listening Effort for English Speech Rainer Huber, Hannah Baumgartner, Vinay Nooromkuttil Krishnan, Stefan Goetze, Jan Rennies-Hochmuth [Abstract] The single-ended (i.e. reference-free) method for the prediction of listening effort (LE) presented by Huber et al. at the DAGA 2019 has been extended to the English language. The original method employs a deep neural network-based automatic speech recognition (ASR) system that was trained on German speech. The uncertainty of the ASR system in recognizing phonemes, which can be observed by ”smeared” phoneme posterior probability representations (or ”posteriorgrams”) is quantified by the M-Measure proposed by Hermansky et al. The M-Measure has been found to correlate well with mean subjective ratings of perceived LE. For the German language, a mapping function from the M-Measure to the LE ratings has been derived using the results of several listening tests with more than 400 test items in total. In order to extend the method to English speech, a new listening test was conducted with 17 native English speakers, who rated the perceived LE of 146 speech items mixed with various background sounds taken from English and American movies. Again, the M-Measure shows a high correlation with mean subjective LE ratings, but a different mapping function f:M -> LE was found.
15:52	Lautheitswahrnehmung von Sprache in virtuellen Räumen Stephanie Blank, Stephan Töpken, Steven Van De Par [Abstract] Die wahrgenommene Lautheit eines Sprechers hängt von verschiedenen akustischen Faktoren ab. Insbesondere die Quellleistung und die Entfernung zwischen Sprecher und Hörer sind für die Lautheit maßgeblich. Auch die aus Erfahrungen ”gelernte” Abnahme des Schallpegels mit der Entfernung und Vorwissen über die Schallquelle könnten einen Einfluss auf die wahrgenommene Lautheit und auch die Schätzung der Distanz zwischen Sprecher und Hörer haben. Verschiedene Studien haben eine Lautheitskonstanz für unterschiedliche Quellentfernungen von Rauschsignalen in realen Räumen gefunden obschon der am Ohr gemessene Pegel sich geändert hat. In dieser Studie wird untersucht, ob die wahrgenommene Lautheit vom Pegel an der Quelle (Quellleistung) oder vom Pegel am Ohr abhängt und welchen Einfluss die Sprecherentfernung und Sprechanstrengung haben. In Hörexperimenten werden aufgenommene Sätze einer weiblichen Sprecherin in zwei virtuellen Räumen über Kopfhörer wiedergegeben. Als unabhängige Variablen werden die Sprechanstrengung bei der Aufnahme, der Schallpegel (in 1 m Entfernung) und die Entfernung zwischen virtueller Schallquelle und Hörposition variiert. Die Positionen des Hörers und der virtuellen Sprecherin sind in den simulierten Räumen jeweils diagonal angeordnet und aufeinander zugerichtet. In separaten Experimenten haben Probanden die Aufgabe, die empfundene Lautheit der Stimuli zu bewerten oder die Entfernung zur Schallquelle einzuschätzen.
15:54	A pilot study of realistic communication in a simulated restaurant acoustic environment Julia Schütze, Manuj Yadav, Maartje Hendrikse, Birger Kollmeier, Kirsten C. Wagener [Abstract] Wird im Labor der Benefit von Hörgeräten gemessen, ist die alltägliche Kommunikationssituation von Hörgeschädigten kaum repräsentiert. Freifeldmessungen im Alltag sind zwar maximal ökologisch valide, aber schwer verlässlich reproduzierbar, da es kaum möglich ist systematisch alle Variablen zu bestimmen. Der im Labor über die gemessene Sprachverständlichkeit in Ruhe und Störgeräusch bestimmte Benefit unterscheidet sich stark von der Alltagskommunikation, die auch inhaltliches Verständnis erfordert. Durch die interaktive Diapix-Kommunikationsaufgabe soll eine alltägliche Kommunikationssituation in das Labor transferiert werden: Zwei Probanden lösen eine ëFinde-den-Unterschiedë-Aufgabe, bei der im Gespräch Unterschiede zwischen Variationen eines Bildes gefunden werden. Die Diapix-Kommunikationsaufgabe wird auf Grundlage des ins Deutsche übertragenen Bildmaterials mit normalhörenden Probanden in Restaurant-Störgeräuschumgebungen untersucht. Das Störgeräusch wurde mit einem Hybridansatz bestehend aus Simulationen erster Ordnung aus TASCAR und späteren Reflexionen basierend auf den im realen Restaurant gemessenen Raumimpulsantworten virtuell erzeugt. Die Diapix-Kommunikationsaufgabe und als Basismessung die Sprachverständlichkeit mittels Oldenburger Satztest wurden in Ruhe und vier realitätsnahen Restaurantstörgeräuschpegeln (50, 60, 70, 80 dB(A)) durchgeführt. Zusätzlich wurden kognitive Tests (Stroop, CTMT) und ein Persönlichkeitstest (NEO Big Five) durchgeführt. Der Dialog des Diapix-Kommunikationstask wurde mit individuellen Kopf-Mikrofonen aufgenommen und analysiert, um akustische und phonetische Größen als Outcome-Daten zu erhalten. Mit einem Fragebogen wurden die subjektiven Parameter Hör- und Sprachanstrengung erhoben.

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R. Sottek, HEAD acoustics GmbH

13:40	Wahrnehmungsschwellen von Latenzen in simulierten offenen Hörsystemen Kristin Ohlmann, Birger Kollmeier, Florian Denk [Abstract] Bei offenen Hörsystemen kann die Klangqualität unter anderem durch Kammfiltereffekte beeinträchtigt werden, die durch Überlagerung von Direktschall und verzögert wiedergegebenen Hörsystem-Outputs entstehen. Während bisherige Studien vor allem den Einfluss dieser Effekte auf die Klangqualität untersucht haben, werden in diesem Beitrag die Wahrnehmungsschwellen für diese Latenzen auf der Basis eines simpel simulierten linearen Hörsystems bestimmt. Hierzu werden Direktschallkomponente und Output des Hörsystems durch überlappende Tiefpass- und Hochpassfilter mit variabler Lage und Überlapp simuliert und über Kopfhörer wiedergegeben. Außerdem wird eine Modellierung der spektralen Wahrnehmung durchgeführt. Die experimentell bestimmten Wahrnehmungsschwellen der Latenzen liegen im Bereich von 0.14 ms bis 0.95 ms. Eine Verschiebung des Überlappbereichs zwischen Tiefpass- und Hochpassfilter zu höheren Frequenzen hin oder eine Vergrößerung des Überlappbereichs führt zu sinkenden Wahrnehmungsschwellen, während eine Verstärkung des Hörsystem-Outputs zu einer Erhöhung der Wahrnehmungsschwellen führt. Der wesentliche Faktor ist hierbei die höchste Frequenz, bei der beide Komponenten einen vergleichbaren Einfluss auf den Schallübertragungsweg haben. Eine spektrale Kompensation der Kammfiltereffekte ohne Veränderung der groben zeitlichen Struktur führt zu einer deutlichen Erhöhung der Wahrnehmungsschwellen (0.92 ms bis 4.91 ms), was bestätigt, dass Kammfilter besser spektral wahrgenommen werden.
14:00	Tonale Komponenten und deren Effekte auf kognitive Leistungsfähigkeit und Physiologie Andreas Herweg, Christian Laufs, Julian Becker [Abstract] Tonale Komponenten innerhalb von technischen Geräuschen beeinflussen meist maßgeblich die wahrgenommene Lästigkeit eines Geräusches. Sie sind daher von großer Bedeutung bei der Optimierung der Produktqualität und von gesteigertem Interesse für die Psychoakustik. Mittels des in der 15. Edition des ECMA-74 Standards publizierten Tonhaltigkeits-Modells kann die empfundene Tonhaltigkeit eines Signals berechnet werden. Im Rahmen von Hörversuchen ist dabei wichtig zu unterscheiden, ob Teilnehmer, je nach Aufgabestellung, die Lautheit oder die Lästigkeit einer tonalen Komponente bewerten. Vorhergegangene Studien zeigten dabei für tonale Signale deutliche Unterschiede für Kurven gleicher Tonaler Lautheit und Kurven gleicher Tonaler Lästigkeit. Im Rahmen der vorgestellten Studie wurde der störende Effekt von tonalen Signalen auf Konzentration und Aufmerksamkeit untersucht. Hierfür wurde ein kognitiver Test (Stroop Test) unter verschiedenen Störschall Situationen durchgeführt. Die Leistung innerhalb des Tests, sowie die physiologischen Reaktionen während der Durchführung wurden ausgewertet. Dabei sollte zusätzlich untersucht werden, welches Konstrukt (Tonale Lautheit oder Tonale Lästigkeit) entscheidender für eine Abschätzung des negativen Effekts auf die kognitive Leistungsfähigkeit ist.
14:20	Application of Psychoacoustic Tonality for Product Sound Development Julian Becker, Roland Sottek [Abstract] The perception of tonal sounds is one of the most important psychoacoustic sensations for product sound quality. In the past, a lot of work has been carried out to automatically quantify tonal sound events. The psychoacoustic tonality is a method for the quantification of tonal sounds, which is based on a hearing model which emulates the processing of human hearing. It is standardized in the ECMA-74 standard (since June 2018). In this paper, the results of the psychoacoustic tonality are validated by comparison with the results of listening tests for different signal types. The application of the psychoacoustic tonality according to the ECMA-74 standard is described. For several examples, it is shown how the psychoacoustic tonality can be used for product sound development and how the results can be interpreted.
14:40	Tonhaltigkeit und Hörvermögen Jesko Verhey, Shirin Ashraf Vaghefi, Jan Hots [Abstract] In unserer technisierten Umwelt sind wir zunehmend von tonalen Signalen umgeben. Im Fahrzeugbereich sind dieses zum Beispiel die Schallemission alternativer Antriebssysteme und Warnsignale. Hierbei können auch mehrere tonale Komponenten auftreten. Der vorliegende Beitrag untersucht die Wahrnehmung von tonalen Anteilen im Geräusch als Funktion der Anzahl der Komponenten. Zur experimentellen Erfassung der Tonhaltigkeit wurde die Lautheit des tonalen Anteils in einem adaptiven Vergleichsverfahren bestimmt. Als Vergleichssignal wurde ein Stimulus mit nur einer Sinuskomponente genutzt. Zusätzlich wurde die störende Wirkung des tonalen Anteils durch einen Vergleich mit einem Signal ohne tonale Komponenten bestimmt. Letztere Messung erlaubt eine Abschätzung des Tonzuschlags, wie er in der DIN 45681 vergeben wird. An den Messungen nahmen sowohl normalhörende Versuchspersonen als auch Personen mit einem verminderten Hörvermögen teil. Die Ausgeprägtheit der Tonhöhe ändert sich bei vermindertem Hörvermögen. Dieses legt nahe, dass auch die Tonhaltigkeit sich ändert. Für beide Versuchspersonengruppen nimmt mit zunehmender Anzahl der Komponenten die Lautheit des tonalen Anteils zu. Eine Zunahme des Pegels des tonalen Anteils reduziert die Angenehmheit des Stimulus. Die Messungen mit den normalhörenden Versuchspersonen bestätigen hierbei frühere Messungen mit einem anderen Versuchspersonenkollektiv. Die Messungen mit den Schwerhörenden deuten an, dass das Hörvermögen einen Einfluss auf die Tonhaltigkeit hat.
15:00	Dissonanz als Bewertungskriterium multi-tonalen Schalls Anna Rieger, Christian Mühlbauer, Hans-Peter Rabl, Rainer Weber [Abstract] Ob Menschen ein Geräusch als angenehm oder störend empfinden, hängt unter anderem maßgeblich von dessen tonalen Komponenten ab. Die adäquate Charakterisierung dieser Komponenten ist daher unerlässlich. In der Elektromobilität stellen neben Einzeltönen vor allem mehrere, gleichzeitig erklingende Tonhöhen neue akustische Herausforderungen dar. Aus der Musiktheorie ist zudem bekannt, dass nicht jede Kombination aus zusammen erklingenden Tönen ein wohlklingendes Schallereignis erzeugt. Im allgemeinen Sprachgebrauch wird dieser Zusammenhang mit dem Namenspaar Konsonanz/Dissonanz umschrieben. In aktuellen psychoakustischen Analysen ist es möglich, Einzeltöne bezüglich einiger Merkmale zu bewerten, jedoch wird dabei nicht der Zusammenklang der einzelnen Komponenten miteinbezogen. Zur Erforschung der Grundlagen menschlichen Dissonanzempfindens wurde daher ein Hörtest basierend auf synthetischen Zwei- und Dreiklängen durchgeführt. Die Versuchspersonen haben neben der Dissonanz außerdem die Lästigkeit der Beispielsounds bewertet. Es konnte dadurch beobachtet werden, was Probanden unter Dissonanz verstehen und wie sich Dissonanz und Lästigkeit zueinander verhalten. Neben der Interpretation der Ergebnisse wurden außerdem bestehende Literaturmodelle mit den Daten des Hörtests auf Korrelation untersucht.
15:20	Modell zur Detektion und Quantifizierung von zeitlich variablen tonalen Komponenten Eike Claaßen, Arne Oetjen, Steven Van De Par [Abstract] Gerade durch eine stetig wachsende Bedeutung der Elektromobilität wird die Tonhaltigkeit eines Geräuschs immer mehr zur dominierenden Größe im Bezug auf den Klangkomfort von Fahrzeuggeräuschen. Hier führt ähnlich wie bei Fahrzeugen der Oberklasse ein reduziertes Antriebsgeräusch zu einer geringeren Maskierungswirkung auf Nebenaggregate und Getriebe. Tonhaltige Geräuschkomponenten können in diese Kontext als schmalbandige Rauschsignale und/oder sehr schnell zeitlich veränderliche Signale auftreten. Diese beiden Aspekte werden in der aktuellen DIN 45681 jedoch nicht berücksichtigt. Um eine besseres Verständnis für diese Vorgänge zu erlangen wurde ein Hörversuch entwickelt, dessen Ziel die Bestimmung der Tonhaltigkeit von Schmalbandrauschen war. Hierfür wurde eine Point-of-Subjective-Equality (PSE) Messung durchgeführt. Als Referenz diente bandbegrenztes Rauschen mit 13 Bandpass- und einer Tiefpass- Kondition. Als Testsignal wurde ein Sinus in weißem Rauschen verwendet, bei dem das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) als Anpassungskriterium diente. Basierend unter anderem auf diesen Daten wurde ausgehend vom Detektionsverfahren von Volk et al. (2004) eine Berechnungsmethode für die Tonhaltigkeit entwickelt. Die Detektion der tonhaltigen Komponenten erfolgt bei dieser Methode mittels einer Template-basierten Erkennung von tonale Komponenten innerhalb des Erregungsmusters. Besonderes Augenmerk lag hierbei auf der Verbesserung der Quantifizierung zeitlich variabler tonhaltiger Komponenten. Zur Weiterentwicklung dieses Verfahrens wurde die Anzahl der Vergleichs-Templates erhöht und ein Pattern-Matching mittels des Skalarproduktes implementiert.

Sitzungsleitung:

M.E. Altinsoy, TU Dresden, Professur für Akustik und Haptik

16:40	Vermeidung von Overfitting bei der Vorhersage von subjektiven Tonalitätsbewertungen auf Basis künstlicher neuronaler Netze mit kleinen Trainingsmengen Tim Holzhäuser, Robert Rosenkranz, M. Ercan Altinsoy [Abstract] Bei der Produktentwicklung werden typischerweise psychoakustische Hörversuche mit Probanden durchgeführt, um unter anderem die Wahrnehmung von Tonalität zu ermittelt. Da Hörversuche mit deutlichen Zeit- und Kostenaufwand verbunden sein können, wäre es wünschenswert eine modellbasierte Vorhersage einzusetzen. Für die Modellierung komplexer Zusammenhänge eignen sich künstliche neuronale Netze. Für das Training der künstlichen neuronalen Netze werden einmalig Tonalitätsbewertungen von Probanden für Stimuli benötigt. In diesem Beitrag wurden hierfür Elektomotorengeräusche in Hörversuchen durch Probanden hinsichtlich ihrer Tonalität bewertet. Bedingt durch den hohen Aufwand der Hörversuche stehen oft nur kleine Mengen an Trainingsdaten zur Verfügung. Dadurch besteht die Gefahr von Overfitting. Dieser Beitrag schlägt einen grundlegenden Ansatz zur quadratischen Vergrößerung der Trainingsmenge durch die Transformation von ratioskalierten Daten in ordinalskalierte Daten vor. Die zusätzlichen Trainingsdaten erhöhen die Anzahl der Randbedingungen die ein Modell erfüllen muss, und verringert so die Chance für Overfitting. Durch den Vergleich mit alternativen Ansätzen wird die Wirksamkeit des neuen Ansatzes gezeigt.
17:00	Rauigkeitswahrnehmung wird durch spektrale Prominenz beeinflusst Michael Schaffert, Arne Oetjen, Steven Van De Par [Abstract] Die Ausgeprägtheit der Rauigkeit von Produktgeräuschen hat einen starken Einfluss auf die Geräuschqualität. Rauigkeit als psychoakustische Größe wurde bisher vorwiegend anhand von synthetischen Signalen untersucht, die über das komplette vorhandene Frequenzband moduliert waren. Vorherige Versuchsergebnisse haben jedoch gezeigt, dass die anhand dieser Erkenntnisse vorhergesagten Rauigkeiten von den tatsächlich wahrgenommenen bei bestimmten Signalen abweichen. Diese Art von Signalen ist nur in einem bestimmten Frequenzband moduliert, dessen Leistungsdichte im Vergleich zum restlichen Spektrum angehoben ist. Dieses Phänomen wurde als ”spektrale Prominenz” bezeichnet. Zur Untersuchung wurde rosa Rauschen nur in bestimmten Frequenzbereichen moduliert, deren spektrale Leistungsdichte variiert wurde. Diese Stimuli wurden von Probanden mit einem rosa Rauschen mit variierender Modulationstiefe mit Hilfe einer adaptiven Versuchsprozedur verglichen und auf gleiche Rauigkeit eingestellt. Die Ergebnisse dieser Studie bestätigten den von der Norm abweichenden Zusammenhang zwischen wahrgenommener Rauigkeit und Pegel des modulierten Signales. In der vorgestellten Studie wurde ein anderes Testverfahren verwendet, sowie deutlich erweiterte Parametervariationen untersucht, um einen systematischen Einblick in die Funktionsweise der hinterliegenden Mechanismen zu erlangen. Sämtliche Stimuli wurden mit dem definierten 1-asper Referenzgeräusch verglichen, um eine direkte Einteilung in asper vornehmen zu können. In diesem Vortrag werden die neuen Ergebnisse mit dem vorherigen Experiment, sowie den theoretischen Definitionen, verglichen.
17:20	Annoyance Perception of Dishwasher Noise Serkan Atamer, M. Ercan Altinsoy [Abstract] Annoyance, as a categorized human emotion to particular stressors in defined context, is an ever-increasing topic of acoustics especially in sound quality studies of household appliances. Imposed legislative limit values of sound power levels decreased the overall levels of the devices in recent years. Nowadays, the acoustical differences between the rival products in market lie not only in the overall levels but also in the perceived sound quality of the devices. This study gives baseline of sound generation mechanisms of a dishwasher and tries to understand the perceived annoyance of the dishwasher noise. With the help of structured successive listening tests, effects of different acoustical and psychoacoustical parameters on annoyance perception is investigated. With the help of obtained correlations, it also focuses on increasing the perceived quality of dishwashers and discusses the possibility of better- sounding devices.
17:40	Räumliche Gewichtung bei der Lautheitswahrnehmung Jan Hots, Daniel Oberfeld-Twistel, Alexander Fischenich, Jesko Verhey [Abstract] Lautheit ist die empfundene Intensität des Schalls. Die Empfindungsgröße hängt neben der physikalischen Schallintensität auch von anderen Signaleigenschaften wie dem spektralen Gehalt oder der Signaldauer ab. Die Abhängigkeit von diesen (monauralen) physikalischen Einflussgrößen wird in aktuellen Lautheitsberechnungsverfahren bereits erfolgreich modelliert. Noch wenig verstanden ist der Einfluss der räumlichen Position der Schallquelle auf die Wahrnehmung des Schalls. Der vorliegende Beitrag untersucht, ob unterschiedliche räumliche Positionen der Schallquellen unterschiedliche Gewichte bei der Bewertung der Lautheit haben. Hierbei wird ein Ansatz verwendet, der bereits erfolgreich dazu genutzt wurde, eine spektrale oder zeitliche Gewichtung bei der Lautheitswahrnehmung zu quantifizieren. Es werden fünf verschiedene Rauschbänder aus fünf verschiedenen Lautsprechern präsentiert, die sich vor, hinter, links, rechts und über der Versuchsperson befinden. Zunächst werden die einzelnen Rauschbänder aus jeder Richtung in einem adaptiven Verfahren in ihrer Lautheit individuell ausgeglichen. Anschließend werden zufällige Kombinationen der in ihrer Lautheit ausgeglichenen fünf Rauschbänder und fünf Richtungen mit zufälligen Pegelvariationen versehen. Die Versuchspersonen bewerten jeweils das gesamte räumliche Schallfeld in seiner Lautheit. Die Bewertungen werden durch eine multiple logistische Regression in relative Gewichte der einzelnen Richtungen überführt. Für eine realistische Lautheitsvorhersage in alltäglichen Umgebungen mit räumlich verteilten Schallquellen sollten zukünftige Verfahren zur Berechnung der Lautheit diese Gewichte berücksichtigten
18:00	Loudness and distance perception in complex reverberant audio-visual environments Stefan Fichna, Thomas Biberger, Stephan D. Ewert [Abstract] In daily life auditory perception is accompanied by visual cues, mediating awareness of our surroundings including distance perception for objects. Auditory cues in isolation are far less reliable, particularly in absence of sound reflections and reverberation, where the distance-dependent level of an object translates into loudness as the main cue. In rooms, the distance-dependent direct-to-reverberant ratio (DRR) provides additional cues. Both cues, however, might be affected in complex scenes with additional interfering sound sources. Moreover, congruent or incongruent visuals of the surroundings might affect the expected reverberation and distance of the sound source and in turn perceived loudness. Here, loudness and just-noticeable level differences of a single target sound source was estimated in absence or presence of one or two interfering sound sources in an anechoic environment and in a small and large room with reverberation times (T60) of about 0.6s and 1.5s. The acoustic scenarios were presented with either congruent or incongruent visuals, e.g., the small room paired with the long reverberation time. Additionally, the visual distance of the target either matched its level in relation to the interferers or not. The results are discussed and the freely available audio-visual experiment framework using Unreal engine and Matlab is presented.

Sitzungsleitung:

S. Uppenkamp, CvO Universität Oldenburg, Dep. Medizinische Physik und Akustik S. Schlittmeier, RWTH Aachen, Institut für Psychologie, Auditive Kognition

8:40	Hörstrom Segregation von Vokalen basierend auf konkurrierenden F0 und Timbre Merkmalen Verena Kies, Marion David, Steven Van De Par [Abstract] Pitch has been shown to be a key parameter for stream segregation of speech sounds. In a task promoting integration, it has been shown that F0 differences contribute to obligatory stream segregation of vowels. Besides, spectral differences are known to influence stream segregation of frozen noise bursts. The present study assessed stream segregation of naturally uttered vowels when both pitch and spectral differences associated with timbre vary. Sequences of vowels were combined in interleaved sequences that alternated in F0 and timbre. In three tasks, the listeners were asked to report the order of the vowels. At first, no special instruction was given. Then, the listeners’ perception was biased towards segregation based on F0 or based on timbre. Two speakers were used to assess the timbre differences and 7 DF0s were tested. In all the tasks, F0-based segregation increased as the DF0 increased. More interestingly, the timbre-based segregation decreased as DF0 increased. This result indicated that at low DF0, the segregation based on timbre prevailed over the segregation based on F0. At high DF0, F0-segregation prevailed and timbre cues were progressively suppressed. The crossing point, where F0 and timbre differences equally influence the segregation, varied based on the task.
9:00	Hintergrundsprache stört das verbale Kurzzeitgedächtnis: Zur Rolle von Sprachartigkeit (Sinewave Speech) und changing-state Charakter Markus Georgi, Larissa Leist, Maria Klatte, Sabine Schlittmeier [Abstract] Irrelevante Hintergrundsprache reduziert die Kurzzeitgedächtniskapazität für verbales Behaltensmaterial, auch wenn dieses visuell präsentiert wird. Dieser sog. Irrelevant Sound Effect (ISE) ist ein empirisch robustes Phänomen und wird auf den changing-state Charakter eines Hintergrundschalls zurückgeführt: Hintergrundschalle, bei denen sich aufeinanderfolgende auditiv- perzeptive Wahrnehmungseinheiten unterscheiden (changing-state Schall, z.B. Sequenzen verschiedener Silben), stören mehr als sog. steady-state Schalle (z.B. eine sich wiederholende Silbe). Fraglich ist aber nach wie vor, ob auch die Sprachartigkeit dieser Wahrnehmungseinheiten eine Rolle für deren Störwirkung spielt. In einem Experiment mit 30 Versuchspersonen prüften wir daher die Störwirkung von changing-state und steady-state Sequenzen sprachlicher Silben (z.B. ”beh, tie, peh, buh, ...” vs. ”bah, bah, bah, ...”), die entweder unverändert oder als Sinuswellensprache dargeboten wurden. Die Sinuswellensprache wurde erzeugt, indem mittels Sinustönen die Formanten des Ausgangssprachsignals bzgl. Frequenz- und Amplitudenverlauf nachgebildet wurden. So wurde die Sprachverständlichkeit des Ausgangssignals stark reduziert, während die temporal-spektrale Komplexität weitgehend beibehalten wurde. Erwartungsgemäß störten changing-state Schalle mehr als steady- state Schalle, was sowohl bei unveränderter Sprache wie bei Sinuswellensprache der Fall war. Allerdings störte unveränderte changing-state Sprache mehr als changing-state Sinuswellensprache, was analog auch auf die steady-state Schalle zutraf. Die kognitionspsychologischen Implikationen der Befunde werden diskutiert.
9:20	Memory and text comprehension for text spoken by two talkers alternatingly – examining the potential roles of talkers’ spatial location Edina Fintor, Janina Fels, Sabine Schlittmeier [Abstract] When listening to a conversation of several talkers in real-world, the heard audio signal has inherent spatial information of the different talkers’ positions, whereas this holds not true in, e.g. telephone conferences. The aim of the study was to investigate, whether the auditory-perceptive availability of spatial information helps or hinders cognitive performance in terms of remembering of heard information. To this end, we investigated short-term memory for text spoken by two talkers alternatingly. These talkers were either auralized binaurally at two different positions in space (60∘ relative to the listener) or were colocated (0∘). Additionally to performance in the listening task (primary task), participants worked also on a visually presented secondary task (cross-modal dual-tasking). Performance in this secondary task served as an indicator of cognitive spare capacity: The higher the cognitive burden in the listening task (primary task), the more performance decline on the secondary task . With this, memory and text comprehension measures in the listening task as well as secondary task performance allowed us to gain insight into the cognitive affordances of listening to two alternating talkers auralized at different spatial locations or colocated.
9:40	Voice-processing Advantage in Timbre Recognition: Analysis of Response Times Svea Steuer, Stefan Uppenkamp, Kai Siedenburg [Abstract] Various neurophysiological and psychophysical studies on sound source recognition suggest a specificity for the processing of human voices. This supposed voice specificity can be linked to voice-selective brain responses, but also to a more efficient categorization of vocal sounds in comparison to sounds from musical instruments, as reflected by shorter response times. The aim of this study is a replication and expansion of the voice processing-advantage in timbre recognition, as reported by Agus et al. (2012, JASA). Participants performed a go/no-go task in which they reacted as quickly as possible to either instrumental target tones of 250 ms duration (brass, wood wind and string instruments) or vowels sung by four different singers. Noise bursts or sounds from the respective other category (instruments for voices and vice versa) served as distractors. Listeners repeated the experiment three times with identical procedure but different tone articulations (staccato, sustained, mixed). Response times for voices were consistently shorter in comparison to musical instruments, independent of articulation. Also, reactions were generally faster when noise bursts were presented as a distractor. The acoustic analysis of the employed sounds using Mel-frequency cepstral coefficients revealed that spectral features are a likely cue underlying the superiority of human voices.
10:00	Masking Release for Simultaneous AM Maskers Depends on AM Match of Temporally Flanking Stimulus Bernhard Laback, Hisaaki Tabuchi, Armin Kohlrausch [Abstract] Amplitudenmodulation (AM) eines Maskierers reduziert den simultanen Maskierungseffekt, also die Mithörschwelle für einen Zielreiz bei simultan dargebotenem Maskierer. Dieser Effekt zeigt sich z.B. bei Verwendung von harmonischen Komplexen mit variabler Phasenkrümmung (kurz: Phase), sogenannter Schroeder-Phasen-Komplexe (SPK), als Maskierer. Phasenbedingungen, die starke Modulation im periphären Gehör hervorrufen, bewirken deutlich schwächere Maskierung als jene, die wenig Modulation hervorrufen (Kohlrausch und Sanders, 1995), trotz konstantem RMS Pegel und Spektrum des Maskierers. Die vorliegende Studie testete die Hypothese, dass die maskierungsreduzierende Wirkung von AM von der AM des Gesamtsignals und damit vom spektro-temporalen Kontext abhängt. Dazu wurde der Effekt der Phase von SPKs (1600 bis 6400 Hz) auf die Maskierung eines simultanen Zielreizes (Sinuston mit 4 kHz) unter verschiedenen Kontextbedingungen mit acht normalhörenden Probanden untersucht. Konsistent mit der Hypothese hatten zusätzlich dargebotene SPKs, entweder vor (Pre) oder nach (Post) dem SPK-Maskierer, starken Einfluss auf die Maskierung. Für modulierte Simultanmaskierer war die Mithörschwelle des Zielreizes bei modulierten Pre- und Post-SPKs ca. 15 dB niedriger als bei unmodulierten Pre- und Post-SPKs. Für unmodulierte Simultanmaskierer war der Effekt der Modulation der Pre- und Post-SPKs hingegen deutlich geringer. Die Ergebnisse zeigen, dass der Simultanmaskierungseffekt von der spektro-temporalen Konsistenz der AM des Maskierers mit der AM des Signalkontexts abhängt.
10:20	Beat Sensitivity in Musical Context of Children between 8 and 10 years old: an Auditory-Tactile Teaching Intervention Martha Papadogianni - Kouranti, M. Ercan Altinsoy, Christina Anagnostopoulou, Areti Andreopoulou [Abstract] The central nervous system automatically tends to integrate various musical stimuli into one multimodal percept, organizing the inputs as being produced by a common extraneous source. Music making is considered to be a plurisensory experience where auditory, visual, tactile signals and body movements, contribute to the perception of several musical attributes, such as beat, meter, rhythm, pitch and timbre. The proposed ”in- classroom” study examined beat sensitivity on 29 third- grade and 31 fourth- grade greek students during the school year 2018-2019. This work is part of an on-going project aiming at enhance beat perception of children between 8 and 10 years old with an audio-tactile teaching approach. The sensitivity to beat alignment in musical context was tested with the cBAT (complex Beat Alignment Test). As far as the transmission of audible sound and tactile feedback is concerned, an experimental system was built which consisted of twelve MDF plates shaping a music-vibrating floor. Children could listen to the musical sounds from two loudspeakers, while ”feeling” the sound waves coming from the floor. Main research goal is to investigate whether there is a greater improvement of beat perception for children who experienced the audio-tactile teaching approach. Results are currently under evaluation.
10:40	On the Acoustic Conditions in Dental Clinics: A Grounded Theory Approach Ayse Glass, Roman Glass [Abstract] Sound is an important part in the design of dental clinics. While we know about the noise levels of the used machines, the experience of the dentists has to be taken into account methodically, as they cannot be reduced to noise protection. The research question is therefore, how can we improve the design of the dental clinics in response to the acoustic conditions and architectural needs? The aim is to understand those conditions from the perspective of the room user. Through semi-structured interviews with dentists a theory of the room usage is built up. To do this Grounded Theory, a method from the social sciences, was chosen. This theory in turn then establishes a socio-psychological frame to understand the experience with the acoustical conditions of dental clinics. The interview guide was based on the general acoustic conditions and the categorization of sounds. The Interviews were recorded, transcribed and coded. From the codes categories were built up that enable the designer to understand the relationships between the separate spaces, the design of the materials and furniture to improve the dental clinic’s conditions for the dentist.

Organisation:

M. Vercammen, Peutz bv

15:40	Investigation of the influence of standing waves on distant speech emotion recognition Juliane Höbel-Müller, Ingo Siegert, Martin Gottschalk, Ralph Heinemann, Andreas Wendemuth [Abstract] In distant speech emotion recognition, similar training and test conditions should be ensured. Otherwise, the recognition performance can decrease significantly. One influencing factor is room acoustics. We focused on standing waves in rooms as an essential factor in distant speech emotion recognition. Previous studies limited its investigation to certain speech features or compared bundled feature groups. In this study, the influence of standing waves on extracted emobase Low Level Descriptors and a distant speech emotion recognition system were investigated. We used EMO-DB, a database with high qualitative and emotionally coloured speech. To obtain signals influenced by standing waves and preferably little reverberation, EMO-DB was re-recorded in a small voice recording cabin. Signals for the baseline condition were re-recorded in an anechoic hall. Both room impulse responses, acoustic descriptors (T30, EDT, C50, D50) and cumulative spectra were analysed. Statistics were calculated to quantify the Low Level Descriptors’ value differences between the ”anechoic hall” and cabin. Results of statistical analysis of the Low Level Descriptors were linked to room acoustic analysis. The baseline distant speech emotion recognition performance was obtained and compared to the recognition performance in the cabin.
15:42	Neuartige variable Akustikelemente für musikalische Probenräume Tobias Behrens, Björn Knöfel, Hartmut Schirmer [Abstract] Bei musikalisch genutzten Räumen, insbesondere Probenräumen, ist der Wunsch der Nutzer bekannt, die raumakustischen Gegebenheiten variabel gestalten zu können. Dabei geht es, wie auch eine Befragung von Musikern zeigt, z.B. um frequenzspezifische Anpassungen der Nachhallzeiten oder auch akustische Auflösung bestimmter Reflexionsflächen. Am Markt vorhandene Lösungen sind dabei technisch, akustisch wie auch gestalterisch nicht immer praktikabel. Daher sind insbesondere bezüglich des mechanischen Aufbaus neuartige variable Akustikelemente in Entwicklung. Erste kleinformatige Funktionsmuster der Entwicklung wurden im Impedanzrohr und in der Hallkabine bezüglich ihres Absorptionsverhaltens vermessen. Die Ergebnisse flossen in die Erstellung raumakustischer Konzepte zur Implementierung in zuvor akustisch vermessenen realen musikalischen Probenräumen ein und können mittels speziell aufgebautem Ambisonic-”AcousticLab” auralisiert werden. Der Vortrag greift die Thematik der neuartigen variablen Akustikelemente auf und fasst die aktuellen Entwicklungsergebnisse zusammen.
15:44	Directional Grouping of Decaying Modes in a Reverberation Room Marco Berzborn, Michael Vorländer [Abstract] The absorption coefficient estimation in a reverberation room according to ISO 354 implicitly assumes a diffuse sound field and a uniform damping of the room modes composing it. This requirement is violated when an absorbing specimen is mounted inside the room, resulting in decay curves with multi-exponential slopes. Based on an analytic model, Hunt [Hunt et al., 1939] showed that the multi-exponential slope of the decay curve can be calculated as a superposition of groups of the axial, tangential and oblique modes of vibration and their corresponding damping caused by the finite impedance at the respective room boundaries. Using array processing we decompose the sound field in a reverberation room into plane waves, expanding the wave number spectrum. Based on the wave number spectrum we apply a grouping of the different modes and investigate their respective damping using the directional energy decay curve calculated as the Schroeder integral for the respective time domain plane wave density function.
15:46	Spatial Energy Analysis for Room Acoustical Evaluation Otavio Colella Gomes, Winfried Lachenmayr, Eckard Mommertz [Abstract] Spatial distribution of early sound reflections and reverberation in rooms is known to influence sound perception significantly. It has been shown that the spatial decomposition method (SDM) is well suitable for spatial analysis (Tervo et al., 2013). In this paper, SDM is used for a simplified spatial assessment of early sound reflections and reverberation. For exemplary rooms of different size, shape and/or surface treatment, spherical room impulse responses were simulated or measured. These were used to evaluate the horizontal plane of spherical early and late energy. It will be shown that this evaluation gives interesting insights in spatial sound field attributes and may be used for room acoustical assessment and optimizations. Outlook of future research includes a systematic evaluation on primary and secondary structures of small concert halls. This work has been performed within the project VRACE (Virtual Reality Audio for Cyber Environments) which has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation program under the Marie Skłodowska Curie actions (grant agreement number 812719.)

Sitzungsleitung:

M. Vercammen, Peutz bv

13:40	Recent Developments in Geometric Diffraction for Room Acoustics and Noise Control Thomas Judd, Dieter Zollitsch, Jochen Schaal [Abstract] Although geometric acoustic simulation methods are suitable for room acoustics and noise control, they do not implicitly include diffraction. The problem of how to correct for this has been the subject of research for many years. Thirty-four years ago, at the DAGA 1986 in Oldenburg, Stephenson presented ideas for so-called uncertainty-based diffraction, which would, in theory, allow for a general description of diffraction to any order. However, technical barriers to a practical implementation remained, including control of memory requirements and run times. In recent years, intensive work has been undertaken to further develop the theory and implementation to address these issues, resulting in an algorithm that provides improved physical modelling of indoor situations with computational demands acceptable to the daily requirements of professional acousticians. Here we review the updates required to make a practical simulation method from the traditional uncertainty-based diffraction theory and share our experiences of working with it. We demonstrate how using an improved diffraction model can have a significant effect on room acoustics. We explore the limits of the model and consider issues relating to complicated situations.
14:00	Schallfeldrekonstruktion mithilfe Bayes'scher Inferenz Jonas Schmid, Efren Fernandez Grande, Manuel Hahmann, Caglar Gürbüz, Martin Eser, Steffen Marburg [Abstract] In der Raumakustik ist es von großem Interesse, die räumliche Verteilung eines Schallfelds vorherzusagen. Jedoch müssen dafür in der Regel an einer Vielzahl von Punkten Messungen durchgeführt werden, was in einem sehr hohen Messaufwand resultiert. In diesem Beitrag wird eine probabilistische Methode zur Rekonstruktion eines Schallfelds mithilfe Bayes’scher Inferenz vorgestellt, die es erlaubt, die räumlichen Eigenschaften eines Schallfelds mit nur wenigen Messpunkten zu charakterisieren. Dazu wird das untersuchte Schallfeld in einer Ebene im Raum über eine Superposition ebener Wellen verschiedener Einfallsrichtungen und unbekannter Amplituden modelliert. Mithilfe Bayes’scher Inferenz werden die a posteriori Wahrscheinlichkeitsverteilungen der gesuchten Amplituden approximiert. Ausgehend davon wird das gesuchte Schallfeld über die Superposition der ebenen Wellen rekonstruiert. Das zugrunde liegende Referenzschallfeld wird über einen Roboterarm an verschiedenen Positionen in einer Auswerteebene eines quaderförmigen Raums gemessen. Die Rekonstruktion wird mit einer Approximation des inversen akustischen Problems mithilfe der Methode der kleinsten Fehlerquadrate verglichen. Die Ergebnisse zeigen eine sehr gute Übereinstimmung zwischen dem gemessenen Referenzschallfeld und der Rekonstruktion. Jedoch ermöglicht der probabilistische Ansatz über Bayes’sche Inferenz im Vergleich zu konventionellen Methoden zusätzlich eine Aussage über die Unsicherheit der Rekonstruktion und liefert dadurch eine deutlich umfangreichere Vorhersage des zu rekonstruierenden Schallfelds.
14:20	Berücksichtigung des nicht-diffusen Schallfeldes im Hallraum durch Anwendung der Kuttruff'schen Nachhallzeitformel Uwe Stephenson [Abstract] Seit Jahrzehnten wird der Diffusfeld-Schallabsorptionsgrad von Proben im Hallraum unter Anwendung der Sabine’schen Formel bestimmt (DIN 354). Dies ist bekanntlich systematisch falsch, da die Voraussetzung eines Diffusen Schallfeldes nicht gegeben bzw. dieses eben durch den Absorber gestört ist. So ist die Bestrahlungsdichte über dem Absorber durch einen ”Sogeffekt” übermäßig groß; dies täuscht einen zu hohen Absorptionsgrad vor. Statt -wie bisher erfolglos- zu versuchen, durch Diffusoren die Diffusität zu verbessern, ist nun der Ansatz, die Nichtdiffusität des Schallfeldes zu akzeptieren und rechnerisch zu berücksichtigen, und zwar durch Berechnung der ortsabhängig ungleichen Bestrahlungsstärken bzw. daraus abgeleiteten Korrekturfaktoren. Dies gelingt im ersten Schritt analytisch durch Inversion der Kuttruff’schen Nachhallzeitformel, die zwar diffuse Reflexionen, nicht aber homogene Bestrahlung annimmt. Zur Berücksichtigung der Raumgeometrie wird im zweiten Schritt die radiosity-Methode angewandt. Siehe dazu eine weiteres paper desselben Autors auf dieser Tagung. Geplant ist im dritten Schritt die Berücksichtigung auch geometrischer Reflexionen durch Anwendung der Schallteilchensimulationsmethode. Ziel ist es, aus den Simulationsergebnissen von der geometrischen Konstellation abhängige Korrekturformeln für eine genauere Bestimmung des Schallabsorptionsgrades von Proben herzuleiten. Messungen von Bestrahlungsstärken und eine entsprechend korrigierte Rückrechnung des Probenabsorptionsgrades aus gemessenen Nachhallzeiten bestätigen den eingeschlagenen Weg.
14:40	Messtechnische Untersuchung der akustischen Eigenschaften historischer Kammermusiksäle am Beispiel der Bagno Konzertgalerie in Steinfurt Sven Rechenberger, Johann Lenz, Dieter Scholz [Abstract] In akustisch anspruchsvollen Auditorien spielt neben dem Direktschall und den Reflektionen auch die Nachhallzeit für tiefe Frequenzen eine wichtige Rolle. Im vorgestellten Projekt der akustischen Vermessung des im Jahr 1774 errichteten und damit ältesten, frei stehenden Konzertsaals Europas wurde der direkte Einfluss der Bestuhlung und des Publikums auf die Nachhallzeit untersucht und mit anderen Konzertsälen verglichen. Im Rahmen eines Projektes mit dem Bezirksverein des VDI Münsterland wurden die raumakustischen Parameter der Bagno Konzertgalerie in Steinfurt sowohl im leeren als auch im bestuhlten und im voll besetzten Zustand vermessen. Die Ergebnisse zeigen, dass sich der Saal deutlich von anderen historischen und auch modernen Kammermusiksälen unterscheidet. Zwei maßgebliche Ursachen hierfür sind die konstruktive Gestaltung des Saales und die technische Ausführung der neuen Bestuhlung, welche im Rahmen der Modernisierung ohne gesonderte Berücksichtigung ihres raumakustischen Einflusses installiert wurde. Bei tiefen Frequenzen zeigte sich bei den Messungen mit Bestuhlung ein ausgeprägter Anstieg des Nachhalls, der auch mit Publikum im hohen Maße erhalten blieb. Andererseits wurde auch ein hohes Klarheitsmaß festgestellt, welches auf die vergleichsweise schmale Bauform des Saals zurückzuführen ist. Die vom Publikum beschriebenen guten akustischen Eigenschaften - intimer, ausgewogener und warmer Klang vor allem bei Soloinstrumenten - lassen sich damit auf die gemessenen akustischen Kennwerte zurückführen.
15:00	La Redoute Bonn - Bad Godesberg: zur Raumakustik eines der ersten Konzertsäle Ludwig van Beethovens Klaus-Hendrik Lorenz-Kierakiewitz [Abstract] Die 1790 bis 1792 erbaute klassizistische Redoute in Bad Godesberg, heute ein Stadtteil Bonns, ist ein Ballhaus des 81. Kölnischen Kurfürsten Max Franz für höfische Festlichkeiten. Dass der junge Ludwig van Beethoven darin musiziert hat und diesen Raum und seine raumakustischen Eigenschaften kannte, ist belegt, und dies zu einer Zeit, wo er bereits seine ersten Kompositionen verfasste. Als Angestellter der kurfürstlichen Hofkapelle konzertierte Beethoven mehrmals die Woche in der Redoute. Im Juli 1792 spielte Beethoven in diesem Saal dem aus London heimkehrenden Joseph Haydn vor, woraufhin dieser ihn als Meisterschüler in Wien annahm. Der heute so genannte Beethovensaal der Redoute ist im nahezu unveränderten Originalzustand erhalten. Auch in der jüngeren Vergangenheit fanden darin Konzerte mit klassischer Musik statt. Der Saal als Ballsaal der Frühklassik ist ein hochinteressantes raumakustisches Untersuchungsobjekt als einer der ersten Konzertsäle Beethovens. Mit Unterstützung des Betreibers Redoute Bonn GmbH wurden dort im August 2019 raumakustische Messungen gemäß DIN EN ISO 3382-1 im unbesetzten Zustand sowie mit Besetzungssimulation eines höfischen Konzertes durchgeführt. Zusätzlich wurden mit dabei gemessenen binauralen Impulsantworten und eigens dafür reflexionsarm aufgenommener Frühwerke Beethovens Auralisationen erstellt, welche den historischen Klang der Redoute hörbar machen sollen.
15:20	Konzertsaal für symphonische Konzerte und Unterhaltungsmusik: Doppelfunktionalität ohne Kompromisse Martijn Vercammen, Margriet Lautenbach [Abstract] Ein vielfältiges Angebot an kulturelle Aktivitäten, wie symphonische Konzerte und Popkonzerte ist ein wichtiger Qualitätsaspekt einer Wohnumgebung: viele Städte möchten ihre Einwohner das bieten können. Vor allem die kleinere Städten haben jedoch nicht die Möglichkeit mehrere hochwertige Säle für unterschiedliche Musikarten zu finanzieren oder zu betreiben. Ein ”Multifunktionalssaal” wird dann das Zauberwort was alle gewünschte Aktivitäten unterbringen soll, obwohl diese unterschiedliche Aktivitäten sehr, sehr unterschiedliche (akustische) Anforderungen mitbringen. Es ist dann auch nicht merkwürdig das viele von diese im Vergangenheit realisierte Kompromisssäle nicht zufriedenstellend sind. In Arnheim wurde ein Saal mit variable Akustik ohne Kompromisse realisiert: anhand verfahrbare Schiebepanele können die schallreflektierende Wände in schallabsorbierende Wände geändert werden. In dieser Präsentation werden die unterschiedliche akustische Anforderungen der Funktionen gegenübergestellt, werden die Gedanken und Untersuchungen im Planungsprozess erläutert, werden die Maßnahmen erklärt und werden die Messergebnisse gezeigt. Sowohl für Popmusik als für symphonisch Konzerte wurde die höchste Qualität erreicht. Bei Popmusik klinkt der Saal sehr direkt, mit abgemessen Bassdrum. Im Fall von symphonische Musik kombiniert der Saal ein hohe Klangwärme und Tonreichtum an ein hohe Durchsichtigkeit. Die besondere Klangerlebnis wird unterstützt durch die zweite Besonderheit dieser Saal: Durchsicht auf dem Park durch das große Fensterglas hinter die Bühne.

Sitzungsleitung:

I. Witew, RWTH Aachen, Institute of Technical Acoustics

16:40	Orchesterproberäume: Lautstärke vs Klang vs Balance Margriet Lautenbach, Martijn Vercammen [Abstract] Ein symphonisches Orchester probt am besten in ihren ”eigen” Konzertsaal. Es gibt jedoch viele Fälle indessen das unmöglich ist wie bei Opernorchester, oder bei Konzerthäuser mit Mehrzwecknutzung. Um richtig gut proben zu können und auf Klangqualität, Balance und Gleichzeitigkeit zu achten, sollte die Probesituation der Konzertsituation sehr nähern. Die Wirklichkeit ist oft anders: der Probesaal ist durchaus viel kleiner als der Konzertsaal, aber soll trotzdem nicht zu laut sein, ein gute Frequenzrespons haben, frühe Reflexionen erzeugen und späte Nachhall sollte hörbar sein. Bei große Raumvolumen von 10.000 m3 oder mehr ist das gut realisierbar. Bei Raumvolumen unterhalb diese Ordnungsgröße wird von all diese Aspekte die Lautstärke am wichtigsten. Ein kleineres Proberaum resultiert in weniger Absorption, höhere Lautstärken, dadurch auch eine kürzere Hallradius und geringere Höhrbarkeit und eine andere Balance der andere Musiker. Dazu ist Gehörschäden bei Musiker immer ein wichtiges Thema: die Probesituation kann sehr stark beitragen an die Entwicklung von Gehörschäden. Im Moment macht eine ISO Arbeitsgruppe ein Standard für Proberäume worin diese Aspekte berücksichtigt werden. Anhand von 6 Beispiele von Orchesterproberäume für symphonische Orchester wird die Erfahrung bei der Planung und Realisation von Proberäume gezeigt und wird die Methodik der neue Norm erläutert.
17:00	Variationen raumakustischer Messungen in einem Unterrichtsraum Ulrich Schanda, Sandra Dullinger [Abstract] Ziel einer Bachelorarbeit war es, die raumakustischen Verhältnisse eines von Lehrern einer Grundschule beanstandeten Unterrichtsraumes zu untersuchen und Maßnahmen zur Verbesserung der Raumakustik auszuarbeiten. Hierfür wurden Messungen der Nachhallzeit gemäß der DIN EN ISO 3382-2:09-2008 durchgeführt, ebenso Sprachverständlichkeitsmessungen gemäß DIN EN ISO 60282:08-2012. Um jedoch den Einfluss der Aufstellorte der Mikrofone, der Richtwirkung der Schallquelle sowie den Einfluss von anwesenden Kindern auf die Nachhallzeit zu erörtern, wurden etliche Varianten der Nachhallzeitmessung durchgespielt. Hierfür wurden auch kindähnliche Schallabsorptionsflächen (Norm-Kinder) entwickelt. Weiterhin erfolgte ein Vergleich des Sprachverständlichkeitsindex STI mit der Deutlichkeit D50 sowie insbesondere die Auswirkung der Einbringung von schallabsorbierenden Wandflächen auf etliche raumakustische Kenngrößen.
17:20	Wie leise sollte ein Konzertsaal sein? Stefan Weinzierl [Abstract] Die Festlegung eines Grenzwerts für das technische Hintergrundgeräusch, etwa durch Klima-, Licht- und Medientechnik oder durch Außengeräusche, ist bei der Planung von Räumen für Musikaufführungen häufig ein kritischer Punkt. Einerseits soll die Aufführung nicht durch die Anwesenheit von technischen Geräuschen beeinträchtigt werden, andererseits sind strenge Grenzwerte eventuell mit hohen Kosten für die Bauakustik, die Auslegung der Lüftungsanlagen und die Auswahl der licht- und medientechnischen Systeme verbunden. Der Beitrag gibt einen Überblick über die gängigen Standards zur Charakterisierung von technischen Hintergrundgeräuschen und diskutiert auf der Grundlage von neuen Messungen zur Schallleistung von Publikum (Görlach & Weinzierl, DAGA 2020), welche Grenzwerte in Abhängigkeit von der Größe des Raums und des Publikums, sowie für verschiedene Szenarien wie Live-Konzerte und Tonaufnahmen, sinnvoll sind.
17:40	Die Messunsicherheit des Klarheitsmaßes bei raumakustischen Messungen David Kliesch, Ingo Witew, Michael Vorländer [Abstract] Basierend auf dem Messaufbau und der verwendeten Messtechnik lässt sich die Unsicherheit einer Impulsantwort bestimmen. Der Einfluss dieser Unsicherheit kann bei der Berechnung raumakustischer Parameter Einfluss auf das Resultat nehmen. Am Beispiel des Klarheitsmaßes kann so die Fortpflanzung der Unsicherheit der Impulsantwort bis hin zu der Gesamtunsicherheit des Parameters zurückverfolgt werden. Eine abklingende Raumimpulsantwort fällt ab einem bestimmten Zeitpunkt unter den Pegel des Hintergrundrauschens und kann dort nicht mehr ausgewertet werden. Um möglichst exakte Resultate zu erzielen, wird die verdeckte Restenergie der Impulsantwort durch einen Korrekturterm nach Lyndeby et al. approximiert, und die Berechnung des Klarheitsmaßes wird durch diesen verfeinert. Neben der Unsicherheitsdiskussion der Parameterberechnung muss dementsprechend auch eine Unsicherheitsdiskussion des Korrekturterms durchgeführt werden. Eine Kombination beider Ergebnisse liefert die Gesamtunsicherheit des Klarheitsmaßes.

Sitzungsleitung:

M. Lautenbach, Peutz bv

8:40	Generatives Design für eine akustische Optimierung von Räumen für Sprache Omid Kokabi, Stefan Weinzierl [Abstract] Die akustische Optimierung von Räumen für Musik und Sprache ist derzeit meist noch ein weitgehend manueller Prozess, bei dem architektonische Entwürfe durch den Akustiker iterativ angepasst, und die Wirkung dieser Anpassung jeweils durch analytische oder numerische Verfahren auf den Einzelfall bezogen überprüft wird. Eine rein algorithmische, automatische Optimierung steht derzeit noch vor der Herausforderung, einerseits die große Anzahl möglicher Freiheitsgrade im Hinblick auf die Primär- und Sekundärstruktur zu bewältigen, andererseits verschiedene Algorithmen für die Modellierung des Raums, für die raumakustische Simulation, und für die Optimierung selbst miteinander zu verbinden. Die vorliegende Studie ist ein erster Schritt in diese Richtung. Am Beispiel eines Klassenraums, dessen Volumen, geometrische Proportionen und Wandmaterialien im Hinblick auf eine optimale Sprachverständlichkeit variiert werden sollen, stellen wir ein Software-Framework vor, das Algorithmen zur stochastischen Optimierung, zur Formgenerierung und zur akustischen Simulation kombiniert, und damit in der Lage ist, aus einer sehr großen Anzahl möglicher Lösungen nicht nur den ”optimalen Raum” zu finden, sondern auch den Einfluss einzelner Designvariablen und deren komplexes Zusammenspiel systematisch zu untersuchen.
9:00	Einflussgrößen der Sprachverständlichkeit Jörn Hoffmeier [Abstract] Die Sprachverständlichkeit spielt bei der Auslegung von Beschallungsanlagen und bei der raumakustischen Auslegung von Darbietungsräumen eine sehr große Rolle. Daher wird in diesem Beitrag ein Überblick über die Einflussgrößen auf die Sprachverständlichkeit gegeben. Ausgehend vom Zusammenhang zwischen Silben-, Wort-, Satzverständlichkeit wird eine Klassierung der Verständlichkeit vorgenommen. Die Messung der Silbenverständlichkeit mit Hilfe von subjektiven Tests wird dargestellt. Auf die Einflussgrößen wie Artikulation des Sprechers, Sprechgeschwindigkeit der Quelle, Lautstärke / Störgeräusch, Übertragungsbandbreite, Einfluss der Raumübertragung (zeitlicher Einfluss von Reflexionen), Echos, Spracherkennungsvermögen des Hörenden wird im Einzelnen eingegangen. Abschließend wird kurz auf verschiedene Möglichkeiten der objektiven Messung und der Sprachverständlichkeit eingegangen. Gegenübergestellt werden schwerpunkmäßig die Messungen mit Hilfe der raumakustischen Parameter Speech Transmission Index STI, Deutlichkeitsmaß C50, Schwerpunkzeit ts sowie die Bewertung der Ergebnisse.
9:20	Modellierung von Publikumsgeräuschen bei Veranstaltungen mit Sprache und Musik Sebastian Böldt, Jochen Steffens, Clemens Büttner, Stefan Weinzierl [Abstract] The sounds caused by the audience account for a large part of the background sound field in a concert. However, little is known about its spectral composition, room acoustic influences, or even mood-dependent changes. Therefore, we first analyzed audience sounds from eight recordings in five different rooms with regard to its spectral distribution and temporal development. A statistical prediction model was computed to assess the influence of technical background noise, room acoustics, and audience mood. Moreover, statistical analyses revealed a significant association between the audience sound level and the technical background noise on the one side and the number of spectators on the other. Also, two characteristic curves for the A- weighted broadband audience sound level over time were determined. To further investigate the influence of the audience’s mood on the overall sound level, a self-assessment during one concert and a listening test were carried out. As a result, a terminology underlying three factors was developed to describe the perceived atmosphere (e.g., eventfulness, exuberance) and the acoustical properties of audience sounds. The findings can be used for further research on audience sound synthesis and offer valuable insights for room acoustic planning where the predictions regarding audience sound levels are needed.
9:40	Zum Einfluss der Akustik auf die Qualität von Restaurants. Eine Feldstudie Tobias Wilczek, Jochen Steffens, Stefan Weinzierl [Abstract] Studies of the hospitality industry on restaurant quality only partially consider the acoustical side of atmosphere. In contrast, studies on restaurant acoustics make high demands in terms of low reverberation times to account for speech intelligibility. This raises questions regarding the reasons for this discrepancy and desirable auditive characteristics in the context of restaurants. We thus carried out a correlational field study involving a sample of 12 restaurant settings. In this study, we investigated the effect of reverberation time and sound pressure level on customers’ perceived affective quality of the soundscape. In addition, the relationship between soundscape pleasantness and the overall satisfaction with the restaurant was analyzed. Analyses using linear mixed-effects models revealed that the soundscape indicators pleasantness and eventfulness are related to the (room) acoustical parameters sound pressure level and reverberation time. Moreover, soundscape pleasantness judgments were shown to predict overall customer satisfaction. Theoretical and practical implications for the acoustical design of restaurants are discussed.
10:00	Validierung von Schallteilchen-Raumakustik-Simulationen mit Beugung mittels Messungen an verschiedenen Schirmaufbauten im Halbfreifeldraum Stefan Weigand, Uwe Stephenson, Jochen Schaal [Abstract] Raumakustik-Simulationen sind ein etabliertes Werkzeug im planerischen Arbeitsalltag von Akustikern. Dabei haben sich verschiedene Verfahren seit mehreren Jahrzenten etabliert, eine davon das Schallteilchen-Simulationsverfahren. Es gehört in die Klasse der energetisch, geometrischen Raumakustik-Simulationsverfahren (Ray Tracing). Im letzten Jahrzehnt ist es gelungen, dieses Verfahren um einen grundlegenden physikalischen Ausbreitungseffekt zu erweitern: Basierend auf der Unschärferelation wurde das Schalteilchenverfahren um Beugung (Sound Particle Diffraction) ergänzt, was den Anwendungsbereich zu tieferen Frequenzen und komplexeren Geometrien, wie z.B. in Großraumbüros, Fabrikhallen oder gekoppelten Räumen hin erweitert. In diesem Beitrag werden Ergebnisse von 3D-SPD-Simulationen mit Messungen an Schirmaufbauten im Halbfreifeldraum verglichen. Dabei wird eine Vielzahl von Schirmaufbauten, Quell- und Empfangspositionen und akustischen Randbedingungen (reflektierend und absorbierend) untersucht. Es kommen Einfach- sowie Mehrfachschirme, sowie verschiedene Schirmbreiten und -höhen und Kombinationen mit Reflektoren zum Einsatz. Dies erlaubt eine breite Validierung von Einfach- und Mehrfachbeugung vorzunehmen und den Algorithmus unter kontrollierten Bedingungen, auch in Kombination mit Reflektionen, zu überprüfen. Die zum Abgleich verwendete Zielgröße ist das Einfügedämmmaß (insertion loss) in Oktavbändern, welches aus Impulsantworten berechnet wird, die mit Sinus-Sweeps gemessen wurden. Die Ergebnisse zeigen gute Übereinstimmung. Somit sind Schallteilchen-Simulationen mit Beugung ein valides Verfahren zur Berechnung von Schallpegeln, auch in komplexeren Innenräumen.
10:20	Zum neuen elektronischen Enhancement-System für konzertante Darbietungen im CongressCentrum Suhl Wolfgang Ahnert, Tobias Behrens [Abstract] Im großen Saal (Raumvolumen ca. 34.000 m3, 2.350 Sitzplätze) des CongressCentrum Suhl (CCS), der in den 90er Jahren raumakustisch für voll elektroakustisch verstärkte Veranstaltungen ausgelegt wurde, also entsprechend ’trocken’ ist, finden regelmäßig gut besuchte konzertante Darbietungen unter Einsatz eines mobilen Konzertzimmers statt. Das Ende der 90erJahre dort eingebaute elektroakustische Nachhallsystem wurde den heutigen Anforderungen nicht mehr gerecht, so dass im Jahre 2018 eine Neukonzeption und Detailplanung für ein nun modernes elektroakustisches Enhancement-System für diesen Saal erarbeitet werden konnte. Zum Einsatz kam hierfür das System ’Amadeus Active Acoustics’. Dabei wurde auf die vorhandenen Lautsprecher und Installationen im Deckenraum aufgesetzt, jedoch auch neue Lautsprecher an den Wänden implementiert. Der Vortrag geht auf die Neukonzeption des elektronischen Enhancement-Systems und das damit in Praxis erzielte raumakustische Ergebnis ein.
10:40	Gibt es raumakustische Hörexpertise? Markus Von Berg, Jochen Steffens, Daniel Müllensiefen, Stefan Weinzierl [Abstract] In zahlreichen raum- und psychoakustischen Untersuchungen wird bestimmten Versuchsteilnehmern eine ”Hör-Expertise” im Hinblick auf die zu bewertenden Stimuli unterstellt. Als Experten werden dabei häufig Musiker oder Personen mit akademischer und/oder praktischer akustischer Erfahrung eingesetzt. Inwieweit es eine individuell unterschiedliche raumakustische Hörexpertise jedoch überhaupt gibt, wie diese gemessen werden kann und von welchen Faktoren sie abhängt, wurde in der vorliegenden explorativen Studie untersucht. Dazu wurde eine Batterie raumakustischer Hörtests entwickelt, welche individuelle Unterschiede bei mehreren Einzelfähigkeiten, etwa einer Bestimmung von Dauer und Klangfarbe der Nachhallzeit, mit unterschiedlichen experimentellen Paradigmen (ABX, Sortieraufgabe, Reproduktion mit slider) misst. Zur Messung der musikalischen Erfahrenheit wurden bestimmte Dimensionen des Goldsmiths Musical Sophistication Index (Gold-MSI) verwendet. Mithilfe von Faktorenanalysen wurde ermittelt, ob ein einzelner Faktor den Testleistungen der Versuchspersonen zugrunde liegt und somit von raumakustischer Hörexpertise als einer kohärenten, übergeordneten Fähigkeit ausgegangen werden kann. Die Ergebnisse können instruktiv für die Anwendung von Kriterien für zukünftige Hörversuche sein, bei denen eine Trennung von Laien- und Expertenhörern von Bedeutung ist.

Sitzungsleitung:

C. Nocke, Akustikbüro Oldenburg M. Späh, Fraunhofer-Institut für Bauphysik

14:00	Acoustic Scattering from a Suspended Ceiling with Perforated Facing Yohko Aoki, Klaudius Hengst [Abstract] This paper focuses on the scattering effect of a finite perforated plate suspended from a rigid backing. In the considered frequency range up to 5 kHz, the period of the perforation is much shorter than the trace wavelength of the incident wave on the structure. Therefore a perforated plate behaves as a flat homogeneous plate with uniform porosity. Thus only the specular reflected wave is transmitted from the perforated plate to far field, while the others exponentially decay. As a result the scattering effect is caused by the finiteness of the structure. It indicates that as the length of the specimen increases, the scattering coefficient approaches zero. Nevertheless, the perforated plate modifies the directional distribution of the reflected sound pressure by its absorption. It is well-known that, when the quarter wavelength of the sound wave is equal to the suspension height of the perforated plate, the absorption of the perforated plate is maximized. As the absorber efficiently removes energy from the specular reflection direction, the scattering coefficient rises. Finally, the peak and dip frequencies of the scattering coefficient well agree with those of the absorption coefficient.
14:20	Schallabsorption einer gelochten Akustikdecke bei winkelabhängigem Schalleinfall Klaudius Hengst, Yohko Aoki, Moritz Späh, Xiaoru Zhou [Abstract] Ein als Klassenzimmer ausgebildeter Testraum wurde mit Möblierung und Wandabsorbern ausgestattet. Wenn eine Akustikdecke eingebracht wurde, war es trotz Besetzung mit Personen nicht möglich ein dem Hallraum vergleichbares diffuses Schallfeld zu erzeugen. Infolgedessen konnten keine signifikanten Unterschiede der resultierenden Nachhallzeit zwischen einer nach DIN EN ISO 11654 bewerteten höchstabsorbierenden Mineralfaserdecke (alpha_w = 1,0; A-Absorber) und einer hochabsorbierenden Gipskarton-Lochdecke mit Mineralwolleauflage (alpha_w = 0,6; C-Absorber) festgestellt werden. Diese Ergebnisse konnten in einem weiteren Testraum bestätigt werden. Zudem stellten sich hierin mit der perforierten C-Absorber Decke teilweise signifikant niedrigere Nachhallzeiten als mit der homogenen A-Absorber Decke ein. Eine durch das Fraunhofer Institut Stuttgart durchgeführte FEM-Simulation beider Deckensysteme zeigt bei streifendem Schalleinfall höhere Absorptionseigenschaften bei einer periodisch gelochten als bei einer homogenen Struktur. Das ist ein Hinweis darauf, dass bei begrenzt diffusem Schallfeld mit höherem Anteil an streifendem Schalleinfall eine perforierte Oberfläche Schall effektiver absorbiert, als im ideal diffusen Schallfeld des Hallraums nach DIN EN ISO 354 gemessen.
14:40	Hybrid Impedance Measurement Method for Porous Materials Mark Müller-Giebeler, Michael Vorländer [Abstract] This contribution addresses a hybrid method for determining reflection and material properties of finite porous absorber samples. In this approach, Finite Element Method (FEM) simulations corresponding to measurements in a hemic- anechoic environment are iteratively adjusted to match the measured complex pressure data. During this optimization process, the porous material parameters (flow resistivity, porosity, etc.) are adjusted using nonlinear fitting algorithms. Due to the consistency of simulation and measurement setup, this inverse approach can compensate for pronounced edge effects caused by the finite sample. Furthermore, it is also possible to determine the angle-dependent surface impedances of nonlocally reacting materials. The work presented here focuses on two factors which influence the accuracy of the results and the computational effort required: the initial values for optimization and the number and positions of microphones used. Due to the possibility of convergence against local minima, the choice of suitable initial values is of great importance. Different approaches for their determination are investigated. The number of measuring positions, on the other hand, defines the size of the overdetermined system of equations. Strategic placement of microphones can reduce their minimum required number, which is especially important for small material samples.
15:00	Entwicklung, Charakterisierung und Anwendung von Luftschallabsorbern aus Schafwolle zur Verbesserung der Raumakustik eines Institutsgebäudes Benedikt Bratz, Tobias P. Ring, Folke Köbberling, Sabine C. Langer [Abstract] Das Ziel der Entwicklung nachhaltiger Produkte wird in den meisten Branchen bereits intensiv verfolgt. Auch die Entwicklung nachhaltiger Luftschallabsorber aus porösem Material ist ein für raumakustische Anwendungen wesentliches Ziel. Aufgrund der für eine effektive Luftschallabsorption erforderlichen komplexen Mikrogeometrie des Materials werden hier vielfach synthetische Materialien verwendet, deren Absorptionswirkung zwar hervorragend, Herstellung und Recycling hingegen jedoch herausfordernd ist. Ein natürliches Material, dessen Eigenschaften für die Herstellung poröser Absorber geeignet erscheinen, ist Schafwolle. Dieses kostengünstige, natürliche Material fällt bei der Schafhaltung dauerhaft und regelmäßig an. Aufgrund des niedrigen Marktpreises stellt es für die Schafzüchter darüber hinaus zumeist einen Kostenfaktor dar. Eine Weiterverwendung als Absorbermaterial ermöglicht somit eine interessante Alternative. In diesem Beitrag wird der Einsatz von roher Schafwolle als Grundmaterial zur Herstellung eines porösen Absorbers untersucht. Dazu wird die Wolle zunächst mit dem Modell von Delany & Bazley modelliert und anhand von Strömungswiderstandsmessungen eine möglichst optimale Einstellung der Packungsdichte des Materials erzielt. Die anhand des Modells prognostizierte Absorptionswirkung wird mit Messungen im Impedanzrohr verifiziert. Darauf aufbauend werden anschließend große Absorptionselemente hergestellt, mithilfe derer die Raumakustik eines Seminarraums positiv beeinflusst wird.
15:40	Verbesserte Berechnung des Schallabsorptionsgrades von Prüfobjekten im Hallraum durch Vermessung und Auswertung der Nicht-Diffusität des Schallfeldes Barbara Weese, Christian Steuck, Uwe Stephenson [Abstract] Seit Jahrzehnten wird der Diffusfeld-Schallabsorptionsgrad von Wandverkleidungen durch Messung der Nachhallzeiten ohne und mit Probe im Hallraum unter Anwendung der Sabine’schen Formel bestimmt (DIN 354). Diese Bestimmungsmethode krankt systematisch daran, dass das Schallfeld nicht diffus ist; die so bestimmten Absorptionsgrade schwanken extrem. Alle Verbesserungsversuche durch Einsatz verschiedenster Diffusoren blieben ungenügend. Unser grundlegend neuer Ansatz ist stattdessen, die Nicht-Diffusität, des Schallfeldes zu akzeptieren, auszumessen und rechnerisch zu berücksichtigen. Nach Kuttruff wird dabei angenommen, dass der mittlere Absorptionsgrad des Raumes auch mit den lokalen Bestrahlungsdichten gewichtet ist. Diese wird deshalb bestimmt durch Ausmessung der lokalen Richtwirkung. Daraus ergeben sich ortsabhängige Korrekturfaktoren für die Rückrechnung von Nachhallzeiten auf den Proben-Absorptionsgrad. Die Absorptionsgrade nach der neuen Berechnungsmethode liegen unter den nach Sabine berechneten Werten und die ortsabhängige Varianz bei verschiedenen Anordnungen ist kleiner. Während die Absorptionsgrade der 10cm-Mineralwolle-Matte nach Sabine im 1 kHz Band zwischen 0,74 und 0,99 liegen, liegen sie nach der neuen Auswertemethode zwischen 0,41 und 0,53. Zudem ist die Varianz von 0,08 auf 0,02 gesunken. Dies sind Indizien dafür, dass die Werte nach der neuen Berechnungsmethode den ”wahren” Absorptionsgraden eher entsprechen, als die nach Sabine berechneten Werte.
16:00	In-situ-Messverfahren zur Bestimmung des Reflexionsfaktors komplexer Oberflächen Philipp Bechtel, Tobias Langenbucher, Carsten Hudasch, Christian Kleinhenrich [Abstract] Beträge der komplexwertigen Reflexions- bzw. Absorptionskoeffizienten dienen in der Regel als Material- oder Wandeigenschaften bei der akustischen Gestaltung von Räumen. Diese Eigenschaften können richtungsunabhängig im Hallraum oder für senkrechte Einfallsrichtung im Impedanzrohr gemessen werden. Diese Messverfahren sind nicht anwendbar, wenn das Reflexionsverhalten einer konkreten Wand oder eines anderen Elements in situ gemessen werden soll. Zudem liefern diese Messverfahren auch keine Informationen über die Abhängigkeit vom Einfallswinkel und über die Phase der Koeffizienten. Diese Informationen sind aber entscheidend, wenn man das Reflexionsverhalten z. B. von Schallimpulsen auf geometrisch komplexe Wandstrukturen angeben will, um den geometrischen Aufbau und die dabei verwendeten Materialen beschreiben und im Hinblick auf die Wirksamkeit in bestimmten Anwendungsfällen beurteilen will. Es wird ein Messverfahren vorgestellt, das den Herausforderungen einer In-situ-Messung - Vermeidung des störenden Einflusses durch Reflexions-, Beugungs- und Streuschall - gerecht wird und das den spektralen komplexen Reflexionsfaktor in Abhängigkeit vom Einfalls- und Ausfallwinkel einer Wandkonstruktion bestimmt. Es wird ein Mikrophon-Array eingesetzt, das ein Testschallfeld vor der Oberfläche abgetastet und mittels akustischer Nahfeldholographie in seine einlaufenden und reflektierten Anteile zerlegt, um diesen Reflexionsfaktor zu bestimmen. Nach einem validierenden Vergleich der Ergebnisse dieses Messverfahrens mit denen genormter Messverfahren an einfachen Strukturen wird die Vermessung einer komplexen Keil-Steg-Wandstruktur vorgestellt.
16:20	Charakterisierung von flächigem Schallabsorber auf Basis von natürlichen Vliesstoffstrukturen Andrés Eduardo Ramos Ruiz, Mila Klochkova-Schiefer, Tim Natzschka, Sebastian Merchel, Elke Haase, Sybille Krzywinski, M. Ercan Altinsoy [Abstract] Zur Reduktion von Lärm und Störschall in Bürosituationen werden Akustikelementen zum Einsatz gebracht. Die Heimtextilbranche hat vielfältige Akustiktextilien aus Polyester-Vliesstoffen, klassische Filze in Kombination mit schallharten Strukturen (z. B. Kunststoffplatten) bzw. Melaminharzschäume entwickelt. Sie werden in Form von akustisch wirksamen Wand- und Deckenpaneelen oder als Raumteiler eingesetzt. Diese Aufbauten sind meist schwer, kostenintensiv und ggf. umweltschädlich. Dieser Beitrag untersucht ob eine kostengünstigere und nachhaltigere Lösung anhand textiler Verbundstoffe aus Naturfasern erreicht werden kann. Flachsfasern lassen sich durch mechanische Vernadelung (Needle-Punch-Verfahren) oder Wasserstrahlverfestigung (Spunlace-Verfahren) zu Vliesstoffen verarbeiten. Die resultierenden Faserstrukturen ermöglichen eine relativ hohe Porosität und bilden damit hocheffiziente Schallabsorbersysteme. Durch die Kombination von Vliesstoffmatten mit dichten Schichten (z. B. thermo-komprimierter Vliesstoff) ist es möglich, leistungsfähige Systeme mit breitbandiger Schallabsorption herzustellen. Dies basiert auf der Kombination von poröser Absorption im hochfrequenten Bereich und Plattenresonatoren im niederfrequenten Bereich. Die akustischen Dämpfungseigenschaften verschiedener Strukturen werden messtechnisch mit Hilfe eines Kundt’schen Rohres sowie im Hallraum vermessen. (DIN EN ISO 10534-2, DIN EN ISO 354). Die physischen Eigenschaften des Materials werden durch bildgebende Verfahren geprüft. Mechanische Parameter und akustische Wirkung werden gegenübergestellt.
16:40	Flexibel installierbare Breitband-Schallabsorber für Kommunikationsräume Helmut V. Fuchs, Brad Alexander, Stefan Weinzierl [Abstract] Als breitbandig wirksame Absorber mit einem Frequenzbereich von bis zu 50 Hz haben sich in Kommunikationsräumen sowohl Verbundplatten-Resonatoren als auch kompakte Kanten-Absorber in Trockenbauweise bewährt, die i.d.R. an Decken und Wänden fest installiert werden. Bisher fehlte es aber an leicht handhabbaren Absorbern, die flexibel und bevorzugt nahe den Raumkanten im gesamten für Musik und Sprache relevanten Frequenzbereich wirksam werden. Der vorliegende Beitrag stellt ein neuartiges, komplett vorgefertigtes Absorber-Modul vor, das allseitig stabil von einem nur teilweise perforierten Metallgehäuse umschlossen ist. Hallraum-Messungen und akustische Sanierungen in einem kleineren Kommunikationsraum sowie einer größeren Werkhalle machen praktisch wertvolle Kanteneffekte deutlich. Weitere Anwendungen z.B. in Speise-, Küchen- sowie anderen Reinräumen, für die sich empfindlichere Decken- und Wandpaneele weniger eignen, werden diskutiert. Mit ihrem geringen Gewicht und ihrer robusten Bauweise lassen sich diese neuartigen Breitband-Kompaktabsorber für akustische Sanierungen nachträglich bequem sowohl von Decken abhängen als auch vor Raumkanten installieren.

Sitzungsleitung:

R. Winter, DLR, Institut für Aeroelastik, Göttingen

14:00	Simulation des Anregungsverhaltens von Zahnradgetrieben Andreas Beinstingel, Michael Keller, Michael Heider, Steffen Marburg [Abstract] Bereits in der frühen Entwicklungsphase von Zahnradgetrieben nimmt die Untersuchung des Schwingungs- und Geräuschverhaltens eine zentrale Rolle ein. Dabei stellen die wechselnden Kontaktverhältnisse bei der Kraftübertragung die maßgebliche Anregungsquelle dar. Eine effiziente und möglichst genaue Abbildung des Zahneingriffs bestimmt daher zunächst die Qualität der Simulation. Der anschließende Transport des erzwungenen Körperschalls zur Gehäuseoberfläche wird zusätzlich durch die Wechselwirkungen zwischen Verzahnung, Welle, Lager und Gehäuse beeinflusst. Allerdings steigt die Kenntnis über die genannten Bauteile und deren Eigenschaften meist erst im Laufe der Produktentwicklung an. Aus diesem Grund ist eine effiziente und modular einsetzbare Verzahnungsmodellierung oftmals zielführend. In diesem Vortrag wird eine hierzu passende Methodik - basierend auf einer analytischen Zahnkontaktberechnung in Verbindung mit der Isogeometrischen Analyse - vorgestellt und anschließend in Anwendung gebracht.
14:20	Experimentelle Dämpfungsbestimmung bei unterschiedlicher Lagerung Christian A. Geweth, Ferina Saati Khosroshahi, Kian K. Sepahvand, Steffen Marburg [Abstract] In der Regel ist es ein aufwändiges und auch kostspieliges Unterfangen einen zuverlässigen Abgleich von Dämpfungswerten aus Simulation und durchzuführen. Dabei stellt sich die Frage nach der Zuverlässigkeit des Simulationsmodells und den zugrundliegenden Parametern, als auch nach der Genauigkeit des Experimentes. Vor diesem Hintergrund wird in dieser Studie der Einfluss von verschieden Lagerungsarten auf experimentell bestimmte Dämpfungswerte untersucht. Zu diesem Zweck wird bei ansonsten identischem Aufbau eine Probe mit unterschiedlichen annähernd frei-freien Lagerungen vermessen.
14:40	Stochastic stability analysis of a general rotor-bearing system considering the misalignment effect Xiaodong Sun, Kian K. Sepahvand, Steffen Marburg [Abstract] Stochastic stability problem for a general rotor-bearing system is still a challenging issue. The most published works in this area are usually focused on the rotor supported by a relatively short bearing and the impact of misalignment effect has been ignored. In this study, the threshold of a rotor-bearing system which characterizing the stability of system is studied under considering the uncertainty in a general cylindrical hydrodynamic bearing (HDB) and the misalignment effect. To analyze the stability problem under the misalignment, the thickness expression of the oil film is characterized. The static and dynamic characteristics under different eccentricities are then numerically calculated by solving the Reynold’s equation and perturbating pressure. Meanwhile, the startup curve characterizing the relationship between eccentricity and rotating speed is obtained under a specific static load. The borderline between stable and unstable zone is identified by solving the characteristic equation of the rotor-bearing system. Accordingly, the cross point of borderline and startup curve is characterized. Finally, the generalized polynomial chaos (gPC) expansion is employed to evaluate the influence of uncertain factors such as viscosity and clearance on the stability problem of system. The accuracy of the proposed method is compared with results from the Monte Carlo simulations.
15:00	Static Performances Study on a Three-pad Air Journal Bearing Based on Near Field Acoustic Levitation Yuanyuan Liu, Kian K. Sepahvand, Steffen Marburg [Abstract] Owing to its distinct non-contact and oil-free characteristics, squeeze- film air bearing can be introduced to satisfy ultra-precision, low wear, and oil-free requirements. This study presents a numerical analysis of the float characteristics of a three-pad squeeze-film air bearing based on squeeze film levitation technology. Unlike conventional squeeze-film bearings, this kind of bearing has two distinguishing characteristics: significantly improved load capacity, and the ability of precision spindle position control. The resonant frequency and vibration mode of the bearing are obtained by using finite element modeling and validated by experimental results. Furthermore, the mechanism of pressure generation of squeeze film is investigated. The load capacity and stability of the bearing can be improved by utilizing the squeeze film effect. Numerical and experimental results show a feasible non-contact bearing with the application potential in the high-speed and high-precision rotating machinery.
15:40	Lebensdauerabschätzung von Composite-Druckbehältern mittels Modalanalyse Sebastian John, Georg Mair [Abstract] Zur Erhöhung der Lastwechselfestigkeit von Composite-Druckbehältern mit metallischem Liner erfolgt bereits während des Fertigungsprozesses eine Einbringung von Eigenspannungen in die Gesamtstruktur. Untersuchungen zeigen, dass mit zunehmender Alterung von einer Änderung des initialen Eigenspannungszustandes auszugehen ist, was sich wiederum direkt auf die Lebensdauer auswirkt. Zur Erfassung dieser Eigenspannungsänderung wird ein zerstörungsfreier Ansatz auf Grundlage einer experimentellen Modalanalyse vorgestellt. Die daraus gewonnen Ergebnisse fließen direkt in ein erarbeitetes Lebensdauermodell ein. Im Rahmen der Entwicklung einer Methodik für eine genauere Lebensdauerabschätzung werden die Modellergebnisse abschließend mit experimentell ermittelten Lebensdauern verglichen und bewertet.
16:00	Uncertainty analysis in dynamic response of composite structures in thermal environment Sourav Chandra, Kian K. Sepahvand, Steffen Marburg [Abstract] Uncertainty analysis of various engineering structures is essential in various manufacturing sector such as aerospace, automobile etc. Application of the composite material are increasing in these sectors over the conventional materials. Moreover, these structures are often experienced rise of temperature during high speed maneuvering. Due to high strength and low coefficient of thermal expansion (CTE) graphite-epoxy, carbon-epoxy, carbon-carbon, and IM7-PEEK composites are generally used as principal structural materials to these vehicles. Therefore, uncertainty analysis of the dynamic response in various thermal environment requires for assessing the reliability of the structure. This study presents the uncertainty to the transient response for various shape of composite structure such as folded plate, stiffened plate and cylindrical shell, etc. at various temperature. The elastic parameters of IM7-PEEK composite material, and applied loading on the composite structures are considered as uncertain at various discrete temperatures. Stochastic finite element method (SFEM) is used for uncertainty analysis of the composite structure. In this study, computationally efficient collocation based generalized polynomial chaos (gPC) expansion method is used to evaluate the stochastic dynamic response of for various shapes of the composite structure. The method show a very accurate results compared with sampling based method with large number of realizations.
16:20	An Iterative Eigenvalue Solver for Systems with Frequency Dependent Material Properties Martin Gröhlich, Marc Böswald, René Winter [Abstract] An essential requirement of aeronautic structures is their lightweight design. Such a characteristic yields a considerable susceptibility to vibrations, which as a consequence results in an increased cabin-interior noise. In order to reduce structure-borne noise, viscoelastic materials can be integrated as damping layers in the fuselage structure. A special property of viscoelastic materials is the frequency dependence of their material parameters. At different excitation frequencies, both the stiffness and the damping capability of the material can vary significantly. Therefore, to evaluate the influence of local viscoelastic elements on a global structure regarding modal parameters such as eigenfrequencies and damping ratios, it is necessary to solve a frequency dependent, nonlinear eigenvalue problem. At first, the paper introduces and demonstrates the principle of an iterative eigenvalue solver on a simple spring-mass system. In addition, an approach is provided to use the iterative eigenvalue solver in conjunction with MSC Nastran. Using a finite element model, the modal parameters of the iterative eigenvalue solver are finally compared with parameters identified from a frequency response analysis.
16:40	Bestimmung des Elastizitätsmoduls zylindrischer Beton-Prüfkörper aus dem Spaltzug-Schwellversuch Paul Lindner, Christian Schulze, Jörn Hübelt, Paul Bolz, Frohmut Wellner [Abstract] Beton unterliegt als Baustoff in zahlreichen Anwendungsbereichen nicht nur statischen, sondern auch zeitlich veränderlichen bzw. sich wiederholenden Belastungen. Um die Eignung von Baustoffen in Bezug auf diese zyklischen Beanspruchungen sicherzustellen, existieren Verfahren zur gezielten Ermüdung von Prüfkörpern, wie der Spaltzug-Schwellversuch. Es wird ein Messverfahren vorgestellt, mithilfe dessen die Degradation zylindrischer Beton-Prüfkörper aus dem Spaltzug-Schwellversuch abgeschätzt werden kann, indem der dynamische Elastizitätsmodul in verschiedenen Ermüdungszuständen ermittelt wird. Es werden zwei weitere Verfahren zur Bestimmung des Elastizitätsmoduls hinzugezogen. Die Messergebnisse aus den in unterschiedlichen Frequenzbereichen arbeitenden Verfahren werden vergleichend gegenübergestellt.

Organisation:

S. Van De Par, CvO Universität Oldenburg, Acoustics Group and Cluster of Excellence Hearing4all J. Rennies-Hochmuth, Fraunhofer IDMT V. Hohmann, CvO Universität Oldenburg, Dep. Medizinische Physik und Akustik

8:40	Using a blind binaural model predicting the effect of useful and detrimental speech reflections on intelligibility Thomas Brand, Saskia Röttges, Christopher Hauth, Jan Rennies-Hochmuth [Abstract] Speech intelligibility in rooms is typically modelled by assuming that early reflections of the target speech are beneficial because they can be integrated with the direct sound while late speech reflections are detrimental. However, there are situations, for example when public address systems are used, where late reflections contain more useful speech information than the direct sound and the early reflections. Rennies et al. (2019) measured binaural speech reception thresholds in stationary noise with 86 artificial combinations of early and late reflections. They showed that a binaural speech intelligibility model (BSIM) can only account for the interactions between binaural processing and temporal integration when it distinguishes between useful and detrimental reflections instead of early and late reflections. The present study re-analyses these data using a blind version of BSIM which has no access to the room impulse response (RIR). Instead the blind model uses only the left and right ear signal as input to the binaural stage which uses equalization cancellation processing maximizing speech-like modulations. In this way the separation between useful and detrimental reflections is due to the maximization of speech information. This corresponds closer to the processing of human listeners and does not require knowledge about the RIR.
9:00	Release from energetic and informational masking as revealed by listening effort and speech intelligibility Jan Rennies-Hochmuth, Virginia Best, Elin Roverud, Melanie Krueger, Gerald Kidd Jr. [Abstract] Normal-hearing listeners can exploit different unmasking cues to recognize target speech in complex sound fields. While this capability is typically measured as improvement in speech intelligibility, this study additionally investigated the release from perceived listening effort that could be achieved by three unmasking cues (spatial separation, gender differences, and masker time reversal). Speech intelligibility and categorically scaled listening effort were measured for a fixed target talker masked by two competing talkers with no unmasking cues or one to three unmasking cues. In addition to natural stimuli, measurements were also conducted with so-called ”glimpsed speech” to estimate the relative amounts of informational and energetic masking as well as the effort associated with source segregation. For normal-hearing listeners, all unmasking cues as well as glimpsing improved intelligibility and reduced listening effort, and providing more than one cue was beneficial in overcoming informational masking. The reduction in listening effort due to glimpsing corresponded to increases in signal-to- noise ratio of up to 18 dB, indicating that a significant amount of listening effort was devoted to segregating the target from the maskers. For hearing-impaired listeners, the benefit was reduced and varied considerably across subjects.
9:20	Assessment and modelling of auditory perception in complex scenes Thomas Biberger, Stefan Fichna, Stephan D. Ewert [Abstract] Nowadays, several applications like television sets, loudspeakers or (ear-level) hearing supportive devices are applied for sound reproduction of speech and music. These systems potentially introduce linear, non-linear, and spatial (binaural) distortions to the original audio signal, which might affect the audio quality. In common acoustical scenarios humans are surrounded by multiple sound objects, comprising the target (e.g., talker or music from sound reproduction systems), as well as interferers like disturbing talkers or other disturbing sound sources. Given that such situations often take place in rooms, reverberation additionally interferes with the (distorted) target. In this study we assess how the auditory system detects and rates linear, non- linear, and spatial distortions in real-life target stimuli (speech, music and noise reference) in such complex scenes, involving one or two interferer sounds and different amounts of reverberation, including an anechoic reference condition. For a subset (living room scenario), the target and interferers were either co-located as if contained in the original audio, e.g., a news broadcast on the television, or spatially separated as if the target source was interfered by additional sources in the room. Detection thresholds and quality ratings were measured providing reference data for the development of a binaural audio-quality model.
9:40	Simulating Spatial Speech Recognition Performance with an Automatic-Speech-Recognition-based Model Marc René Schädler, Paul Kranzusch, Christopher Hauth, Anna Warzybok [Abstract] The individual speech recognition performance of listeners with aided impaired hearing could recently be predicted with high accuracy in monaural noisy listening conditions. Those predictions were based on simulations of speech recognition experiments with a modified automatic speech recognition system, where the loss of information due to the hearing impairment was implemented in the feature extraction stage. In realistic listening conditions, however, the signals are presented binaurally and encode spatial information. For predictions of benefits due to using a hearing device in realistic listening conditions an extension of the speech recognition system to exploit advantages of binaural listening is required. Two extensions of the model are considered: 1) The concatenation of the separable Gabor filter bank feature vectors from the left and the right signal channel, and 2) the additional concatenation of the difference of the feature vectors. The two model variants are used to simulate the binaural masking level difference (BMLD) and speech recognition thresholds. Only the second variant shows a binaural speech recognition performance improvement beyond better ear listening. This model was found to simulate human recognition performance in anechoic and realistic room acoustics. Further, the same model could also predict the psychoacustic BMLD data.
10:20	The 'missing 6 dB' revisited: Loudness mismatch between headphone and loudspeaker presentation Florian Denk, Josep Llorca-Bofí, Michael Kohnen, Michael Vorländer, Birger Kollmeier [Abstract] Since the 1930s, generations of researchers observed a mismatch between headphone and loudspeaker presentation: The sound pressure level at the eardrum generated by a headphone has to be about 6 dB higher compared to a free-field source to elicit the same perceived loudness. While it has been shown that this effect vanishes if the same waveforms are generated at the eardrum in a blind comparison, the origin of the mismatch is still unclear. We present new data on the issue that systematically characterizes this mismatch under variation of the stimulus frequency, presentation room, headphone type, and binaural parameters of the headphone presentation. Subjects adjusted the playback level of a headphone presentation to equal loudness as loudspeaker presentation; the levels at the eardrum were determined through appropriate transfer function measurements. Identical experiments were conducted at Oldenburg and Aachen with 40 normal-hearing subjects, including 14 that passed through both sites. Our data verifies a mismatch between loudspeaker and diotic headphone presentation, especially at low frequencies. This mismatch depends on the room acoustics of the loudspeaker presentation, and strongly on the interaural correlation in both presentation modes. Funded by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 352015383 - SFB 1330 A4.
10:40	Machine learning for voice estimation: Statistical mapping between glimpsed periodicity features and high-level voice parameters Joanna Luberadzka, Hendrik Kayser, Volker Hohmann [Abstract] The human ability to follow a voice in the presence of competing voices is a classical example of selective attention in hearing. We investigate this phenomenon by developing a computational model of attentive tracking of voices. The model consists of (i) extraction of the sparse periodicity-based auditory features, (ii) feature decomposition into foreground and background stream and (iii) Bayesian tracking of the time-varying parameters of voices: fundamental frequency, formants and direction of arrival. The final stage of the model requires statistical models describing (a) the relation between the features and the tracked parameters and (b) the temporal transitions of the parameters. In this study, we propose a supervised machine learning technique for finding the best models for the competing talker scenario. One important aspect of our feature extraction method is that it passes through only the non-disrupted ”periodicity glimpses”, providing a robust, but sparse representation of the scene. It allows us to assume that the training must only contain the clean speech, but there are challenges related to sparsity. We investigate a single-voice and a two-voice training scheme, compare the voice tracking performance in various acoustic conditions and discuss the relevance of different methods in the context of auditory modeling.
11:00	The Acoustically transparent hearing device: overview and subjective quality evaluations Henning Schepker, Florian Denk, Reinhild Roden, Matthias Blau, Birger Kollmeier, Simon Doclo [Abstract] Assistive hearing devices often have a low user acceptance due to a limited sound quality. Recently, the concept of acoustic transparency was proposed to increase the sound quality for hearing-impaired and normal-hearing users. Acoustic transparency of a hearing device refers to the acoustic perception of an open ear canal while the device is inserted in the ear. This can be achieved by applying an equalization filter to the output of the device such that the transmission properties of the open ear are obtained. In this contribution we give an overview of our approach to acoustically transparent sound presentation. We present recent advances in our custom earpiece design with multiple receivers and multiple microphones as well as signal processing algorithms for robust acoustic feedback suppression and sound pressure equalization. We present results from several subjective quality evaluation experiments in terms of the overall quality of a real-time demonstrator and several commercially available devices compared to the open ear and outline future research directions, e.g., using individualized electro-acoustic models to alleviate the necessity of measuring the acoustic transfer functions within the device and to the eardrum. Funded by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 352015383 - SFB 1330 A4 and C1.
11:20	An 'Unreal' Framework for Creating and Controlling Audio-Visual Scenes for the rtSOFE Felix Enghofer, Lubos Hladek, Bernhard Seeber [Abstract] Highly realistic audio-visual environments have their application in various areas, including architecture, gaming, art, perceptual research, and beyond. The reproduction of complex scenes requires advanced and complex tools, for instance game engines, but these often lack advanced acoustical simulations. The real-time Simulated Open Field Environment (rtSOFE) is an interactive room simulator for rooms of arbitrary shapes and has been designed to meet criteria of precision, interactivity, and real-time performance - all important for virtual reality. However, the rtSOFE has not been fully integrated with other virtual reality tools. Here, we present a new framework that integrates an established tool for virtual reality with the rtSOFE, to ease the production of complex environments with highly precise video and audio. We created a game engine plugin, which automatizes the management of the distributed rtSOFE system and exploits many existing game engine features, like the support for visual CAVE systems, visual scripting, predefining sound trajectories, interactivity, definition of collisions, creation of virtual characters etc. The performance of the framework is demonstrated with an audiovisual interactive simulation of a highly realistic classroom with changeable acoustics and a movable sound source.

Sitzungsleitung:

B. Schulte-Fortkamp, HEAD-Genuit-Stiftung

10:20	Hearing Hannover - Hauptstadt für Akustik, Schall und Klang Nils Meyer [Abstract] Seit 2016 entwickelt die Region Hannover ein interdisziplinäres Netzwerk rund um das Thema Hören - die Hörregion Hannover. Ziele sind, für gutes Hören zu werben, Lust auf guten Sound zu machen und damit den Hörstandort zu stärken. Die Initiative stützt sich auf eine - wohl deutschlandweit einmalig - hohe Dichte herausragender Unternehmen, Einrichtungen und Institute, die sich aus medizinischer, technischer, wissenschaftlicher und kultureller Perspektive mit den Bereichen Schall, Klang und Akustik beschäftigen. Hier haben das größte Zentrum für die Versorgung mit Cochlea-Implantaten, Marktführer in der Hörgeräteindustrie, Hersteller von Kopfhörern, Mikrofonen und Lautsprechern mit weltweitem Ruf und eine der besten Musikhochschulen ihren Sitz. Als Geburtsort der Schallplatte und der seriellen Produktion von CDs ist Hannover zudem UNESCO City of Music. In dem Beitrag werden Idee, Projekte und klangvolle Beispiele aus der Hörregion Hannover zu Gehör gebracht.
10:40	Soundscape Planning in der Raumplanung Moritz Lippold [Abstract] Die akustische Umwelt hat Einfluss auf Gesundheit, Wohlbefinden und Handlungsmöglichkeiten des Menschen. Durch die zunehmende Urbanisierung nimmt die Lärmbelastung zu und ist für Städte eine große Herausforderung. Die planerische Praxis in Deutschland basiert aktuell auf der Idee der Lärmvermeidung, wobei Lärm als zu reduzierendes Abfallprodukt betrachtet wird. Gleichzeitig gibt es in verschiedenen Fachbereichen den Konsens, dass die quantitative Lärmreduktion nicht genügt, um der akustischen Umwelt gerecht zu werden, sodass ein Nachjustieren der Instrumente und Methoden der Raumplanung nötig ist. Als geeignete Alternative zum Thema Lärm kann der Soundscape Ansatz neue, ganzheitlichere Perspektiven eröffnen, indem die akustische Umgebung als Ressource betrachtet wird. Es fehlen jedoch praktische Ansätze bezüglich der Einbindung in die Planung. Daher wurde folgender Forschungsfrage nachgegangen: Wie kann der Ansatz des Soundscape Planning, als Planungsinstrument in der raumplanerischen Praxis in Deutschland integriert werden? Zur Beantwortung der Forschungsfrage wurden die rechtlichen Grundlagen und Planungsinstrumente für den Umgang mit Lärm in Deutschland aufgearbeitet. Auf Grundlage einer systematischen Literaturrecherche wurden Beispiele aufgezeigt, wie die Soundscape Idee in Planungsprozessen integriert werden kann. Zudem wurden die erörterten Ansätze in Verbindung mit Experteninterviews auf ihre praktische Eignung diskutiert.
11:00	3D-Aufnahmen in 5.1.2 für die Lautsprecherwiedergabe realer Geräuschlandschaften Beat W. Hohmann [Abstract] Für eine Fachtagung der Schweizerischen Gesellschaft für Akustik sollten die Geräuschlandschaften von städtischen Erholungsorten während der Referate (deshalb nicht mit Kopfhörern) den 90 Teilnehmern möglichst realitätsgetreu und im Originalpegel ”vor Ohren geführt” werden. Aus praktischen Gründen war die Anzahl der Tonkanäle auf 8 beschränkt und eine kompakte (rucksacktaugliche) Mikrofonanordnung verlangt. Zunächst wurde eine Wiedergabe im Format Auro-3D (8.0) vorgesehen, das vor allem für Musikaufnahmen angewandt wird. Verschiedene Überlegungen liessen dann aber eine Heimkino-gemässe Wiedergabe in 5.1 mit 2 Deckenlautsprechern (Dolby Atmos minimal) als geeigneter erscheinen. Aufgrund der guten Erfahrungen mit ORTF-Stereo-Aufnahmen wurde als seitlicher Abstand der Mikrofone der Ohrabstand übernommen. Ein separater Tieftonkanal (LFE) erscheint zwar als redundant, doch diente das hierfür eingesetzte Kugelmikrofon gleichzeitig der Kalibrierung des Wiedergabepegels. Weil Richtmikrofone auf Wind und Erschütterungen zudem empfindlicher reagieren als Kugelmikrofone, wurden alle Frequenzen unter 80 Hz dem LFE-Kanal und bei der Wiedergabe dem Subwoofer überlassen, was gleichzeitig kompaktere Lautsprecher erlaubt. Für die Präsentation wurden die Originalaufnahmen pro Ort auf 90 Sekunden verdichtet, jeweils in der Abfolge ”Grundgeräusch (GG) / GG + Sound Marks / GG + Störung”. Die Überlegungen und die gewählte Mikrofon-Anordnung werden präsentiert und die Ergebnisse und Erfahrungen damit dargelegt.
11:20	Simulation der Wirkung von Lärmschutz auf den Soundscape einer Parklandschaft Frieder Kunz, Pascal Zehmer, Nico Petry [Abstract] Eine Parklandschaft direkt an der rechtsrheinischen Eisenbahnstrecke im oberen Mittelrheintal soll Teil der geplanten Gartenschau BUGA 2029 werden. Die Situation wurde an verschiedenen Orten binaural aufgezeichnet. Die heute gemessenen Geräusche lassen keine sinnvolle Nutzung zu. Rechnerisch werden verschiedene Lärmschutzmaßnahmen im Gelände simuliert und hörbar gemacht. Testhörer erleben die Verbesserung als spürbar. Die Eisenbahn dominiert aber immer noch das Geräusch auf eine störende Art und Weise. Die lärmgeminderten Eisenbahngeräusche wurden dann mit verschiedenen nicht-technischen Geräuschen kombiniert. Es gelang, die Eisenbahn in den Hintergrund der Wahrnehmung zu verschieben. Testhörer erleben eine angenehme Situation.

Organisation:

B. Schulte-Fortkamp, HEAD-Genuit-Stiftung

11:40

Eine Studie zur Bewertung innerstädtischer Geräuschumgebungen in VR Dominik Thönnessen, Sabrina Skoda, Jörg Becker-Schweitzer [Abstract] Der Soundwalk stellt eine etablierte Methodik zur Bewertung städtischer Geräuschumgebungen unter alltagsnahen Bedingungen dar. Bei dieser Versuchsmethode werden wichtige situative und kontextuelle Einflussvariablen in die Bewertung der jeweiligen Geräuschsituation miteinbezogen. Wie in jedem Feldversuch lassen sich Störvariablen jedoch schwerer kontrollieren als im Labor, so dass zufällig auftretende Einzelereignisse während eines Soundwalks die Vergleichbarkeit der Versuchsergebnisse erschweren können. Mit modernen VR-Techniken kann bereits ein hoher Grad an Immersion innerhalb einer virtuellen Umgebung erzielt werden. Somit stellt sich die Frage, wie gut das reale Erlebnis eines Soundwalks in einer solchen Laborumgebung reproduziert werden kann, bei gleichzeitig besserer Kontrollierbarkeit der Versuchssituation. In einer Vergleichsstudie an der Hochschule Düsseldorf wurde untersucht, wie differenziert ausgewählte innerstädtische Geräuschszenarien im Feldversuch und in einer VR-Laborumgebung von Versuchspersonen bewertet werden. Da in städtischen Umgebungen zunehmend elektrisch betriebene Fortbewegungsmittel (E-Roller, Segway) genutzt werden, was mit veränderten Hörsituationen einhergeht, wurde die Vergleichsstudie als Segwayfahrt konzipiert. Im Feldversuch fuhren die Teilnehmer per Segway eine definierte Route ab, auf der an einzelnen Haltepunkten die Geräuschsituation zu bewerten war. Im Laborversuch wurden 360∘-Video- und 3D-Audioaufnahmen der realen Szenarien wiedergegeben. Ein eigens entwickelter Segwaysimulator wurde eingesetzt, um eine alltagsnahe Interaktion der Versuchspersonen mit der Versuchsumgebung zu gewährleisten. In diesem Beitrag werden die Studienergebnisse diskutiert.

Organisation:

H.-W. Gierlich, HEAD acoustics G. Schmidt, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

16:40	DNN-based Speech Enhancement with Harmonics Regeneration Patrick Preißner, Jonas Sautter, Friedrich Faubel, Markus Buck, Wolfgang Minker [Abstract] In a hands-free telephony setting for automotive environments, driving noise distorts both the phase and amplitude of acquired speech signals. The aim of noise reduction approaches is to restore clean speech before sending it over the telephone channel. State-of-the-art approaches use DNN-based filters that estimate real or complex-valued filter coefficients in the frequency domain. While real-valued filters can only correct the spectral magnitude, complex-valued filters can also correct the phase. But the latter comes at a significantly higher computational cost. In this work, we take an alternative approach that re-synthesizes the harmonic structure of speech by using DNN-based pitch trackers and voiced/unvoiced detectors. The re-synthesis concentrates on the frequency band between 0 and 1000Hz as the human hearing system is most sensitive to phase errors in this range. Higher frequency bands of the speech signal are obtained with a real-valued filter whose coefficients are estimated with a DNN. The perceived speech quality of the processed speech is evaluated in subjective listening tests.
17:00	Perceived Listening Effort for ICC systems - a multi-language comparison Jan Reimes, Jan Holub [Abstract] Communication inside a car cabin can be quite difficult depending on the driving situation, mainly due to high driving noise. Up to a certain degree, in-car communication (ICC) systems serve as a remedy for this situation. However, as for many speech-processing systems, often a trade-off between (improved) listening effort and (possibly decreased) speech quality has to be made. In previous work, it was shown that the combined auditory assessment of speech quality and listening effort might be a suitable framework for the evaluation of ICC systems. Most of these experiments were conducted with a comprehensive test corpus, but so far only in German language. For auditory evaluations with speech samples in general, it is important that the language, which is used in the stimuli does match the one of the subjects. In particular, for the assessment of listening effort, this requirement becomes even more important. This contribution presents new auditory results of an ICC system in three different languages. Identically processed speech samples in American English, Mandarin and German were obtained and tested in two different listening laboratories. Results of auditory tests and multi-language comparisons are presented and analyzed.
17:20	Untersuchungen zur Selbstwahrnehmung des Sprechers in Fahrzeugen mit ICC-System Tobias Hübschen, Stefan Bleiholder, Frank Kettler, Gerhard Schmidt [Abstract] Systeme zur Fahrzeuginnenraumkommunikation (ICC-Systeme) dienen allgemein dem Zweck die Verständlichkeit des Gesagten zu verbessern bzw. auch die Höranstrengung zu reduzieren. Welchen konkreten Einfluss solche Systeme auf den Zuhörer haben, insbesondere auch durch die Verzögerung zwischen ursprünglichem und verstärktem Signal, wurde ansatzweise schon in vorliegenden Arbeiten analysiert. Durch die fehlende räumliche Trennung von Zuhörer und Sprecher haben besagte Systeme allerdings zusätzlich einen signifikanten Einfluss auf den Sprecher. In diesem Zusammenhang konnte bereits eine Veränderung des Lombard-Effektes beobachtet werden. Weiterführende Analysen bezüglich des Einflusses des Systems auf den Sprecher, bzw. auch wie der Sprecher das System und sich selbst wahrnimmt, sind aktuell jedoch noch nicht ausreichend verfügbar. Dementsprechend stellt dieser Beitrag eine Studie vor, in der die Selbstwahrnehmung des Sprechers in Abhängigkeit von Systemverstärkung und Signal-Rausch-Verhältnis sowie von der Systemlaufzeit analysiert wird.
17:40	Baby Cry Recognition in Vehicles Jan Baumann, Timo Lohrenz, Jan Franzen, Tim Fingscheidt [Abstract] In an automotive environment the driver’s attention to traffic and the surrounding environment is a safety-critical aspect. Distracting situations and events around the driver can significantly decrease his/her focus and increase the risk of driving mistakes and accidents. Therefore, it is desirable to prevent an unfocussed state of the driver. Various systems are designed to alert the driver in such situations and thereby prevent possible damage. While these systems often rely on visual input, usually requiring high computational power, it is also possible to obtain information from acoustic signals as they are acquired via the already existing hands-free microphone. Recent systems for automatic sound event detection can be used to detect and classify various types of sound events, even when high-level background noise is present. When it comes to sound events diverting the attention of the driver, high-power sound events with rare occurrences can often be observed as the cause: Such as a baby crying in the backseat. For this use case we propose a neural network-based detector for baby cries in vehicles. The method detects baby cries in the presence of typical vehicle noise, and in consequence triggers an increased support from driver assistance systems or autonomous driving functions.

Sitzungsleitung:

S. Möller, TU Berlin, Quality and Usability Lab

8:40	Overall End-to-End Conversation Quality in Complex Scenarios Stefan Bleiholder, Nils Rohrer, Frank Kettler [Abstract] Conversational quality may be diversely disturbed, e.g. by distorted speech sound, audible echo, sluggish interaction due to long delay, insufficient double talk capability and more. The complexity arises from the perceptual weighting of these single disturbances in the conversation context, the combination of multiple disturbances and the mutual influence of disturbances from the phones used on both ends. Thus, the determination of overall end-to-end communication quality is a very complex and challenging task, both, for test subjects in auditory conversational tests, and -even more- for instrumental models. A conversational test was conducted using commercial wireless phones on both ends, which have been specifically manipulated in order to cover a wide range of possible impairments. The results reflect overall end-to-end quality for single disturbances on one side, on both sides, multiple disturbances and also the mutual influence and interaction between the phones. The results of this study are discussed in this contribution and future work is outlined.
9:00	Netzwerkplanung für die Sprachübertragung im Vollband Sebastian Möller, Gabriel Mittag [Abstract] Durch die Einführung komplett IP-basierter Übertragung rückt die Sprachkommunikation über den gesamten hörbaren Bereich (20-20000 Hz, Vollband) in Reichweite. Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass sich dadurch eine um ca. 48% höhere Gesamtqualität erzielen lässt gegenüber dem klassischen Telefonieband (300-3400 Hz, Schmalband). Allerdings verursachen Kodierer, Paketverluste und Verzögerungszeiten Beeinträchtigungen der Gesamtqualität, die eine auf Qualität zielende Netzwerkplanung notwendig machen. In der Studiengruppe 12 der International Telecommunication Union (ITU-T) wurde deshalb kürzlich die erste Vollbandversion eines Netzwerkplanungsmodelles, des sog. E-Modells, standardisiert. Aufbauend auf den Ergebnissen, die bei der DAGA 2018 vorgestellt wurden, berücksichtigt dieses Modell auch die Effekte von EVS-Sprachkodierern, Beeinträchtigungen durch Paketverluste, sowie die Störung des Konversationsverhaltens durch Verzögerungen. Für die letztgenannten Störungen werden experimentelle Ergebnisse vorgelegt, die zeigen, dass das nun standardisierte E-Modell recht konservative Vorhersagen liefert. Möglichkeiten der Erweiterung des Modells um akustische Schnittstellen sowie um weitere Konversations-Störungen werden diskutiert.
9:20	Effects of Delay and Packet-Loss on the Conversational Quality Thilo Michael, Sebastian Möller [Abstract] In current packet-switched telephone transmissions packet-loss and delay are two of the most prominent degradations affecting not only the conversational quality, but also the structure of the conversation. The transmission delay may lead to interruptions and changes in the way the speaker take turns, while bursty packet-loss may cause important information to be requested again, which adds additional turns to the conversation. In this paper we investigate the effects of the combination of three levels of transmission delay (0 ms, 800 ms, 1600 ms) and three levels of bursty packet-loss (0%, 25%, 50%) on the conversational quality, the interactivity of the conversation and the contents of the conversations. For this, we perform a conversation experiment using the Short Conversation Tests and Random Number Verification Tests as described by ITU P.805. While the conversational quality is assessed with the Mean Opinion Score (MOS) of the conversational quality, four listening dimensions and one interaction dimension, the interactivity is assessed with a conversational analysis based on the states of the conversation (double talk, mutual silence, speaker A, speaker B).
9:40	Effect of Reverberation on the Predicted Outcome of the Matrix Sentence Test with an Automatic Speech Recognition-Based Simulation Model with Word, Monophone and Triphone Acoustic Models Paul Kranzusch, Fenja Schwark, Marc René Schädler [Abstract] Recently, it was shown that automatic speech recognition (ASR) systems allow accurate predictions of speech recognition thresholds (SRT) of human listeners in stationary and fluctuating noises for the limited speech corpus of the matrix sentence test. Therefore, the framework for auditory discrimination experiments (FADE) is usually trained with whole-word models to perform the matrix sentence test and to predict an SRT. However, the approach was not evaluated in highly reverberant conditions, where human listeners’ speech recognition performance is decreased. In this contribution, the predictions are found to be unaffected by such conditions, which may be attributed to the whole-word recognition model that allows to learn the specific reverberation characteristic. Using phoneme instead of whole-word models could improve the simulation. The proposed change is expected to prevent the system from learning the specific reverberation patterns due to a more universal description of speech with phonemes. Hence, monophone and triphone models with different numbers of Hidden Markov Model states were used to predict SRTs in stationary and fluctuating noises and compared to the predictions using the whole-word model. The results show that using monophones increases the effect of reverberation on the SRT, but also increases the anechoic SRT in fluctuating noise.
10:00	Speaker Change Detection Based on Event-Related Potentials with a Consumer Brain-Computer Interface Daniel Neudek, Anil Nagathil, Stephan Getzmann, Rainer Martin [Abstract] A crucial problem for speech separation algorithms is to distinguish between different speakers, especially in a cocktail party situation. While normal-hearing listeners can easily identify speaker changes and effortlessly switch their focus between different target speakers, approaches for assisted hearing typically require prior information or trained models to achieve a similar performance. For this reason, future speech enhancement algorithms can benefit from the extrac- tion of brain signals in form of event-related potentials (ERP). In this work, we investigate if speaker turns can be detected based on the Mismatch Negativity (MMN) and the P3 component in ERP signals. We present an online noise reduction for single-trial ERPs and a detector based on the MMN and the P3.
10:20	Speech Communication at the Presence of Unmanned Aerial Vehicles Oliver Jokisch, Enrico Lösch, Ingo Siegert [Abstract] Unmanned aerial vehicles (UAVs, aerial drones) find their way into different emerging application areas such as surveillance (disaster management or public safety), but also logistic tasks (urgent delivery of small goods) or collaborative robotic tasks (precision farming), mostly relying on image processing, although sound is an important source of information. In general, sound processing and, in particular, speech communication or speech signal processing at the presence of UAVs are challenging due to rotor and other maneuver-related noise components. Signal analysis has to consider various sound sources or moving room- acoustical settings, and the desired signals have to be separated from flight and wind noises. We compiled a speech database combined with typical drone sounds (recorded during real flight maneuvers) and conducted objective speech quality measurements (simulating human perception) but also some speech recognition experiments with a state-of-the-art recognizer. In a next research step, we analyzed speech and sound improvements utilizing post-processing and optimized microphone constellations, including a portable 8-micro array. Another problem approach, focusing on the construction of ëlow-noise’ drones, is discussed afterwards. Our contribution describes different acoustic scenarios and drone characteristics, potential methods to overcome the mentioned obstacles and our recent measurement results, followed by some conclusions.

Organisation:

S. Möller, TU Berlin, Quality and Usability Lab

10:40	Formant tracking in Sound Tools eXtended (STx) 5.0 Anton Noll, Michael Pucher, Carina Lozo [Abstract] In this paper, we introduce the new formant tracker of Sound Tools eXtended (STx) version 5.0, an acoustic speech and sound processing application. Formants occur at the resonant frequencies of the human vocal tract and can be correlated with articulatory features such as tongue height and backness. They are indispensable for acoustic phonetic analysis since they allow for an identification of vowel sounds. Our formant tracker uses dynamic programming to find the best path among formant candidates derived from Linear Predictive Coding (LPC) analysis. The transition and observation costs in the search algorithm are optimized with manually corrected formant tracks. The new version of STx 5.0 also has an interface to WebMAUS that allows automatic phonetic transcription and segmentation of speech for different languages. Furthermore STx 5.0 contains an integrated, simplified and compact GUI, designed for speech analysis for phoneticians, linguists, psychologists, and researchers in related fields.
10:42	Untersuchung eines neuronenbasierten Vocoders hinsichtlich der Fähigkeit virtuelle Kanäle zu simulieren Sean - Patrik Cretti, Lilia Lajmi, Kai Michael Blum [Abstract] Untersuchungen zur Hörwahrnehmung von Cochlea-Implantat (CI)-Trägern werden meist durch subjektive Tests an Patienten durchgeführt. Forschungen in Institutionen, in denen keine Patienten zur Verfügung stehen, greifen meist auf Normalhörende zurück. Dafür müssen die elektrischen Impulse, die von einem CI ausgegeben werden, zu einem Audiosignal synthetisiert werden. Die sinusoidale Synthese ist die am Häufigsten verwendete Methode. Allerdings erzeugt diese Synthese ein zu gutes Audiosignal, weshalb das Hörerlebnis von CI-Trägern und Normalhörenden nur schwer vergleichbar ist. Ergebnisse aus Tests mit Normalhörenden sind somit nur bedingt auf CI-Träger übertragbar. Um diesem Problem entgegen zu wirken, wurde in der Universität Zürich ein neuronenbasierter Vocoder entwickelt. Durch diesen Vocoder werden einige Effekte die im menschlichen Gehör auftreten simuliert. Beispiele hierfür sind die Refraktärzeit der Nervenzellen und das Übersprechen der Impulse auf benachbarte Kanäle. Virtuelle Kanäle werden in Sprachcodierungsstrategien eingesetzt, um die wahrnehmbaren Töne für CI-Träger zu erhöhen. Dafür werden zwei Elektroden gleichzeitig aktiviert, wodurch es zu einer Überlagerung der elektrischen Felder kommt. Dieser Effekt sollte durch den neuronenbasierten Vocoder simuliert werden können. In dieser Arbeit wurde daher der Vocoder hinsichtlich der Simulation virtueller Kanäle untersucht und angepasst.
10:44	Simulating the effect of masker fluctuations and masker periodicity on speech recognition thresholds with FADE David Hülsmeier, Birger Kollmeier, Marc René Schädler [Abstract] Human speech recognition performance in noisy listening conditions strongly depends on the spectral and temporal properties of maskers. Speech recognition thresholds (SRTs) are often lower in maskers with spectro-temporal modulations than in unmodulated stationary maskers. Further, the masker-periodicity benefit (MPB, i.e., due to spectral periodic modulations) was found to be greater than the fluctuating-masker benefit (FMB, i.e., due to temporal periodic modulations). Recently, measured MPB and FMB were predicted with index-based speech intelligibility models. While FMB could be predicted with low prediction errors, MPB could only be partially explained. In this contribution FMB and MPB were predicted with the simulation framework for auditory discrimination experiments, which simulates the speech recognition experiment using an automatic speech recognition system. Three front-ends based on logarithmically scaled Mel spectrograms and one based on a model of human auditory perception (PEMO) were used. The best FMB and MPB predictions were found with separable Gabor filterbank features (SGBFBs), while PEMO features showed a worse performance. Interestingly, these features did not rely on temporal fine structure cues. However they were sensitive to spectro-temporal modulations. Thus, the results suggest that modulations are required to explain speech recognition performance in the considered conditions, but not temporal fine structure.
10:46	Personalisierte Sprachdialogsysteme für Kinder im Fahrzeug Yara Behrens, Ulrich Heid, Thomas Rohdenburg [Abstract] Sprachassistenten halten immer mehr Einzug in deutsche Haushalte, wodurch Kinder immer öfter mit diesen in Berührung kommen. Dabei lassen sich häufig Kommunikationsprobleme beobachten, da kommerzielle Systeme mehrheitlich von Erwachsenen für Erwachsene konzipiert sind. Kinder haben jedoch abweichende Kommunikationsstrategien und Ansprüche an Inhalte. Die Eingabemodalität der Sprache macht Sprachdialogsysteme für Kinder barrierefrei und ermöglicht ihnen Zugang zu Informationen, Bildung und Unterhaltung. Eine Implementierung von Sprachdialogsystemen für Kinder im Fahrzeug ist dabei ein weiterer Schritt, diese in ihren Alltag zu integrieren und mit Langeweile verbundene Autofahrten für sie angenehmer zu gestalten. Studien zeigen, dass die Personalisierung eines Sprachdialogsystems durch individuelle Inhalte und Dialoge die Nutzerzufriedenheit bei Kindern verbessern kann. Zudem lässt sich durch angepasste akustische Modelle und Grammatiken die Spracherkennung optimieren. Ziel des Projektes ist ein Empfehlungskatalog für die Entwicklung eines personalisierten Sprachdialogsystems für Kinder im Fahrzeug. Dazu werden aktuelle Studienergebnisse mit eigenen Daten verglichen und erweitert, welche mittels einer Umfrage sowie Interviews mit Kindern der Zielgruppe erhoben wurden. Im Fokus der Arbeit stehen Kinder im Alter von 5-11 Jahren. Diese Altersgruppe ist besonders interessant, da Kinder in dieser Zeit große Entwicklungsschritte durchlaufen, Lesen und Schreiben lernen und beginnen sich von ihren Eltern zu emanzipieren.

15:00

Sensibilitätsanalyse verschiedener Wärmeübertragerparameter und deren Einfluss auf die Schallabstrahlung von Axialventilatoren Felix Czwielong, Stefan Becker [Abstract]