Tagungsband

Vorkolloquium: BEM für komplexe akustische Fragestellungen

Vorkolloquium: BEM für komplexe akustische Fragestellungen

Organisation:

S. Keuchel, Novicos GmbH

13:00	Eine Einführung in die numerische Integration von singulären, hypersingulären und quasi-singulären Kernen in der BEM Sören Keuchel, Boris Dilba, Olgierd Zaleski [Abstract] Die Boundary-Elemente-Methode (BEM) erlaubt die Lösung der Helmholtzgleichung. Die Differentialgleichung wird in eine Randintegralgleichung überführt und reduziert so die Dimension des Problems. Bei einer dreidimensionalen Fragestellung wird nur eine zweidimensionale Diskretisierung benötigt. Die Randintegralgleichung setzt jedoch eine Fundamentallösung beziehungsweise einen Kern voraus, der umgekehrt proportional zum Abstand r zwischen Empfänger und Quelle ist. Diese 1/r- Abhängigkeit führt zu singulären Integralen bei einem immer kleiner werdenden Abstand. Bei Verwendung der Kollokationsmethode auf Lagrange-Elementen treten diese Integrale genau dann auf, wenn sich Empfänger und Quelle auf demselben Element befinden. Die numerische Integration stellt eine Herausforderung bei den singulären Kernen dar und wird nochmals verstärkt, wenn Elemente höherer Ordnung verwendet werden. Zudem gibt es zwei weitere kritische Fälle: Einerseits das Auftreten von hypersingulären Intergralen bei Verwendung der sogenannten Burton-Miller-Formulierung und andererseits die quasi- singulären Integrale bei Kollokationspunkten auf benachbarten Elementen oder nahe einer Halbebene. Zur Lösung dieser Spezialfälle können unterschiedliche Methoden eingesetzt werden. Der Beitrag soll einen Überblick über die Verfahren geben und über numerische Beispiele das Wirkprinzip aufzeigen.
13:25	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 Diskretisierung der Geometrie ab. In der klassischen BEM wird das CAD-Modell durch Elemente auf Basis von Lagrange-Polynomen approximiert, wodurch sich vor allem im Bereich runder Bauteile geometrische Ungenauigkeiten ergeben. Bei einer isogeometrischen Analyse (IGA) werden die CAD-Geometrien direkt als Basis für die numerischen Berechnungen verwendet. Dadurch entfällt der Geometriefehler und der mit der Vernetzung verbundene Aufwand wird erheblich reduziert. Somit können auch mögliche Designänderungen des CAD-Modells deutlich schneller in das Berechnungsmodell übernommen werden. Die der Geometriebeschreibung zugrundeliegenden Non-Uniform Rational B-Splines (NURBS) ermöglichen die exakte Darstellung der Geometrie und werden bei der IGA auch zur Approximation der Randwerte genutzt. Im Gegensatz zur klassischen BEM können die Ansatzfunktionen bei der IGA über mehrere Elemente definiert sein. Dadurch ergibt sich der Vorteil einer geringeren Anzahl an Freiheitsgraden bei gleichzeitig höherer Stetigkeit der Basisfunktionen. Außerdem werden durch die IGA vielversprechende neue Verfeinerungsstrategien ermöglicht. Eine Kombination der BEM mit der IGA ermöglicht die Lösung der Helmholtz-Gleichung mit einer sehr hohen Genauigkeit. Im vorliegenden Beitrag werden die Grundlagen sowie die Umsetzung einer IGABEM erläutert und anhand unterschiedlicher akustischer Anwendungsbeispiele dargestellt.
13:50	A Novel High-Order and Adaptive Boundary Element Method solver (BEMAO) for Small and Large Acoustics Problems Karim Hamiche, Yue Li, Onur Atak, Hadrien Bériot, Koen Vansant [Abstract] BEM is a well-established technique in computational acoustics, thanks to its inherent properties such as boundary-only meshing and intrinsically solving unbounded problems. When solved in the frequency domain, as commonly used to understand component dynamics, the characteristic rules for mesh refinement require a good approximation of the geometry and a good approximation of the response dynamics, which is driven by the ”6 linear elements per acoustic wavelength” rule. The latter can become problematic when solving for multiple frequencies: this rule must be based on the maximum solving frequency, making the model needlessly heavy for the lower frequencies. The Boundary Element Method with Adaptive Order (BEMAO) proposes to work around this challenge by using the non-isoparametric concept: classical Lagrangian spaces are used for mesh definition, which makes the method compatible with the state-of-the-use meshers. For the field, high-order Lobatto polynomial shape functions are deployed whose order is determined adaptively and automatically by the solver for each element and at each frequency. A single lean mesh can then be used for the full frequency range of interest and an optimal model size is obtained per frequency. This paper gives an overview of the BEMAO technology and presents some practical application cases.
14:30	Akustisches Design von Innenräumen mithilfe der Randelementmethode Caglar Gürbüz, Steffen Marburg [Abstract] Eine zentrale Frage im Entwicklungsprozess von Fahrzeugen ist die Identifikation von Flächenbeiträgen im Hinblick auf die akustischen Qualitätskriterien im Innenraum. Typischerweise wird der Schalldruckpegel an einem Punkt, bspw. am Fahrerohr, als Zielfunktion verwendet. Der Schalldruckpegel als Zielfunktion hat jedoch den Nachteil, dass die Flächenbeitragsanalyse in Regionen mit niedrigen Schalldrücken zu abweichenden Ergebnissen führen. Dieser Beitrag stellt ein robustes Konzept für die Identifikation von Flächenbeiträgen vor. In dieser Formulierung wird die akustische Energiedichte als Zielfunktion herangezogen, da sie sowohl auf den Schalldruck als auch auf die Schallschnelle sensitiv reagiert. Als nicht-negative Größe sind energie-basierte Flächenbeiträge weiterhin vorteilhaft, da sie akustische Kurzschlüsse vermeiden. Darüber hinaus wird die auf Grundlage der akustischen Energie eine globale Zielfunktion eingeführt. Hierfür wird das Volumenintegral für die akustische Energie approximativ über regelmäßig verteilte Feldpunkte bestimmt. Dieses Verfahren ist in eine Randelementemethode-Formulierung für die Lösung der drei-dimensionalen Helmholtz-Gleichung implementiert. Zur Validierung wird das akustische Deisgn-Problem von Fahrzeugkabinen untersucht. Erste Ergebnisse zeigen, dass durch energie-basierte Flächenbeitragsanalysen robuste Vorhersagen getroffen werden können. Dies trifft sowohl für lokale als auch globale Zielfunktionen zu. Eine effiziente Methode für die Approximation des Frequenz-Sweeps unter Berücksichtigung von Unsicherheiten rundet den Vortrag ab.
14:55	Effizientes Lösen von akustischen BEM-Außenraumproblemen mit teilsymmetrischen und periodischen Gebietsrändern Boris Dilba, Sören Keuchel, Olgierd Zaleski, Otto Von Estorff [Abstract] In diesem Beitrag werden Ansätze zur Aufwandsreduktion der H-Matrix BEM zum Lösen der Helmholtz-Gleichung für große akustische Außenraumprobleme mit teilsymmetrischen und periodischen Lösungsgebietsrändern vorgestellt. Ein wesentliches Element der dargelegten Techniken bildet die gezielte Ausnutzung von Besetzungsmustern der Systemmatrizen, die diese für teilsymmetrische und periodische Lösungsgebietsränder aufweisen. Neben einem beschleunigten Aufstellen und einer reduzierten Speicherung von Systemmatrizen wird des Weiteren das effiziente Lösen der linearen BEM-Gleichungssysteme erläutert. Durch die Kombination dieser Ansätze wird das effiziente Lösen von BEM-Außenraumproblemen mit mehr als 100 Millionen Unbekannten ermöglicht. Die Effektivität des Verfahrens wird an praxisnahen Anwendungsbeispielen aus dem Bereich der Windenergie veranschaulicht.
15:35	Two applications of coupling boundary elements with porous elastic media and finite elements: a component and a system level approach Willem Van Hal [Abstract] Abstract: The paper will describe two applications, namely an unbounded system where the radiated power will we reduced by applying a (variable) layered porous elastic material (pem) coupled to the structural model in a modal representation and the environment as boundary element solution. The practical usage of the first method is applicable on electrical drivelines. The second application discussed will be the process of a fem, pem interior solution is loaded with an serial weak coupled bem application. The practical usage of the second approach is on the airborne road noise application, where it would be to costly to solve the boundary element solution over and over again and the weak coupled approach is used to significantly improve the process time for assessing design changes. Authors: Willem van Hal, Dr Kamel Amichi, Massimiliano Calloni.
16:00	Die Boundary-Elemente-Methode für den akustischen Hochfrequenzbereich auf Basis von energetischen Zustandsgrößen Matthias Ram, Sören Keuchel, Otto Von Estorff [Abstract] Bei klassischen numerischen Verfahren, wie der Finite-Elemente-Methode (FEM) und der Boundary-Elemente-Methode (BEM), wächst der Berechnungsaufwand mit steigenden Frequenzen überproportional stark an. Die Ursache hierfür liegt in der frequenzabhängigen Diskretisierung, die erforderlich ist, um die kurzen Wellenlängen abbilden zu können. In der Praxis sind die genannten Berechnungsverfahren somit auf den unteren bis mittleren Frequenzbereich beschränkt. Durch den Übergang auf energetische, zeitgemittelte Zustandsgrößen lässt sich die Energie-Boundary-Elemente-Methode (EBEM) formulieren. Sie erlaubt eine weitgehend frequenzunabhängige Diskretisierung und limitiert den Frequenzbereich somit nach oben hin nicht. Hiermit werden neue Anwendungsgebiete erschlossen und Berechnungen über den gesamten hörbaren Frequenzbereich für nahezu beliebig große Strukturen möglich. Der durch die erforderlichen Annahmen der Zeit- und lokalen Raummittelung reduzierte Informationsgehalt des Ergebnisses wird durch die gesteigerte Robustheit gegenüber Unschärfen kompensiert. Es werden die theoretischen Grundlagen des Verfahrens, die ihm zugrundeliegenden Annahmen und damit einhergehende Einschränkungen sowie Anwendungsbereiche vorgestellt. Zudem werden Einsatzmöglichkeiten der Methode anhand ausgewählter Fallbeispiele demonstriert

Vorkolloquium: Methoden in der Flugzeugakustik

Vorkolloquium: Methoden in der Flugzeugakustik

Organisation:

W. Gleine, HAW Hamburg, Dep. Fahrzeugtechnik und Flugzeugbau

13:00	Entwicklung, Umsetzung und Flugerprobung von Minderungstechnologien bei Schallquellen am Flugversuchsträger ATRA des DLR Jan W. Delfs, Stephan-Michael Pott-Pollenske [Abstract] Der Vortrag gibt einen Überblick über Minderungstechnologien für Außengeräuschquellen an einem aktuellen Mittelstreckenverkehrsflugzeug, die ihm Rahmen des Projekts ”Low Noise ATRA” am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) in Braunschweig entwickelt, umgesetzt und flugerprobt wurden. Ziel dieses Forschungsprojekts war es, die mit heute aus vorangegangenen Forschungsprojekten bekannten Technologien erreichbare Minderung des Überfluggeräuschs zu quantifizieren. Nach einer Vorauswahl solcher nachrüstbaren Technologien waren diese auf die einschränkenden Randbedingungen eines realen Flugzeugs prototypisch umzusetzen und zu implementieren. Wenngleich auch eine Maßnahme zur Minderung von Strahlgeräusch implementiert wurde, lag das Hauptaugenmerk auf der Reduzierung des Umströmungsgeräuschs, das beim Landeanflug von größter Bedeutung ist und sowohl Fahrwerk wie Klappensysteme betrifft. Hintergrund dieser Schwerpunktsetzung war der Umstand, dass Aktualisierungen von Verkehrsflugzeugen i.d.R. über neue Triebwerksgenerationen erfolgen, womit typischerweise Pegel des Triebwerksgeräuschs reduziert werden, während das Umströmungsgeräusch an der Flugzeugzelle unverändert bleibt. Hiermit wächst dessen Anteil und damit Bedeutung am Gesamtgeräusch. Anwendung fanden speziell konfigurierte aerodynamische Verkleidungen wie poröse Materialien, die an den bekannten Hauptschallquellen appliziert wurden. Als Ergebnis der Überflugmessungen konnten signifikante Absenkungen des Überflugschalldruckpegels nachgewiesen werden.
13:25	Noise Reduction by Local Application of Porous Material within the Aeronautical Context Rinie Akkermans, V. B. Ananthan, P. Bernicke, T. Hu, P. Liu, D. Burzynski [Abstract] Besides the noise produced by aircraft engines, airframe noise is important in certain flight phases (e.g., landing phase). Airframe noise can be defined as sound generated by the interaction between a turbulent flow and the aircraft’s geometry (e.g., landing gear noise, flap side-edge noise, or noise generated at a wing’s trailing edge). In this numerical contribution, the local application of porous material is considered for the reduction of the sound produced by the wing’s trailing-edge. Local application here means substituting the latter part near the wing’s trailing-edge with a porous inset. The considered wings consist of symmetric and asymmetric profiles, as well as one with a highly deflected flap. Results are presented and the advantages/disadvantages of noise reduction by porous material are discussed.
14:05	Überblick numerischer Simulationsmethoden zur akustischen Auslegung von Flugzeugen für den Kabinenkomfort Mark Teschner, Martin Wandel [Abstract] In diesem Beitrag wird ein Überblick über die verschiedenen numerischen Simulationsverfahren gegeben, die bei der akustischen Auslegung von Flugzeugkabinen in der Praxis genutzt werden. Vorwiegend kommen dabei Methoden wie die Statistische Energie Analyse (SEA), die Finite Elemente Methode (FEM) und das Raytracing zum Einsatz. Zudem werden aber auch spezielle Werkzeuge für die Berechnung von Hydraulik- und Klimasystemen vorgestellt. Es wird ein Einblick gewährt, wie diese Methoden angewendet werden, um verschiedene Lärmquellen und Bauteile wie Seitenwände, Türen und Isolierungsmaterialien zu analysieren. In dem Beitrag werden unterschiedliche Lärmquellen wie Triebwerkslärms, Grenzschichtanregung und auch Systemlärm behandelt, sowie deren Übertragung in die Flugzeugkabine.
14:30	Experimentelle Methoden in der Flugzeugkabinenakustik Sven Reimer [Abstract] Dieser Beitrag gibt einen Überblick über experimentelle Methoden in der Kabinenakustik, die im Verlauf der Flugzeugentwicklung zum Einsatz kommen. Dazu gehören Methoden aus den Bereichen Schall- und Vibrationen sowie deren Anwendung in der Laborumgebung oder während des Fluges. Es wird erörtert, wofür experimentelle Methoden je nach Entwicklungsphase und Fragestellung verwendet werden. Neben dem Überblick wird auch auf ausgewählte Anwendungsbeispiele aus der Praxis näher eingegangen.
15:10	Messmethoden und Labore für die Flugzeugkabinenakustik Bernhard Samtleben [Abstract] Als Fortführung des Vortrags zu ”Experimentellen Methoden” wird in diesem Vortrag ein Überblick über den Aufbau und die Ausstattung der AIRBUS Akustiklabore in Hamburg gegeben. Er ist auch als Vorbereitung für die Teilnehmer der Exkursion zu Airbus gedacht. Neben der Beschreibung der akustischen Messräume und weiterer Versuchseinrichtungen wird auch auf die Anwendung von Messmethoden eingegangen, die für die Entwicklung von Kabinenakustik besonders wichtig sind z.B. zur Bestimmung von Materialeigenschaften (Absorption), Dämpfung, Schalldämmmaß, Schallleistung, Transferpfaden und modalem Verhalten. Es wird auch von speziellen Erfahrungen mit Messtechnik und deren Weiterentwicklung berichtet.
15:35	Resonante Schallminderungselemente und Einbaukonzepte für eine niederfrequente, breitbandige und leichtgewichtige Schallisolation in zukünftigen Flugzeugkabinenwänden Wolfgang Gleine, Felix Langfeldt, Hannah Hoppen, Christian Wischmann [Abstract] Das Reisen mit dem Flugzeug hat sich zu einer häufig gewählten Verkehrsform entwickelt, wobei Sicherheit, vergleichsweise kurze Reisedauer, Komfort und relativ kostengünstige Ticketpreise Eigenschaften sind, die eine weiterhin anwachsende Zahl von Passagieren hervorbringen werden und somit die weltweit eingesetzte Anzahl an Flugzeugen stetig steigen lässt. Da zur Eingrenzung des bereits begonnenen Klimawandels flugbedingte CO2-Emissionen deutlich reduziert werden müssen, arbeiten Hersteller von Passagierflugzeugen und deren Zulieferer inzwischen intensiv daran die Energieeffizienz zukünftiger Flugzeuge noch weiter zu steigern. Hierfür wird derzeit vor allem ein großes Potenzial in der Verwendung sparsamerer Strahltriebwerke mit größeren Nebenstromverhältnissen sowie in der Wiedereinführung von Propellerantrieben gesehen, deren Betrieb aber energiereiche, tieffrequente, tonhaltige Schallwellen erzeugt, die den heutigen Kabinenwandaufbau nur gering geschwächt durchdringen und so den gewohnten Standard der Kabinenakustik sehr nachteilig beeinflussen können. In diesem Beitrag wird daher gezeigt, wie mit resonanten Schallminderungselementen und einem neuartigen Aufbau einer Flugzeugkabinenseitenwand, in den diese Elemente unter Berücksichtigung abgestimmter Entwurfsparameter integriert werden, eine relativ breitbandige Erhöhung der Schalldämmung leichtgewichtiger Bauweise im erforderlichen tieferen Frequenzbereich erreicht werden kann.

Vorkolloquium: Numerische Verfahren in der Strömungsakustik

Vorkolloquium: Numerische Verfahren in der Strömungsakustik

Organisation:

S. Becker, Lehrstuhl für Strömungsmechanik - FAU Erlangen

13:40	Numerical methods of Computational Aeroacoustics with a focus on the Hybrid Approach Stefan Schoder, Paul Maurerlehner [Abstract] Noise generated from aeroacoustic applications can be predicted by different methods. Relevant methods are analytical and empirical models, a hybrid (two-step) approach, and a direct simulation of flow-induced sound by solving the (compressible) conservation equations. In recent years, the hybrid approach has become a powerful method to simulate the acoustic field efficiently and reliably. A typical Computational Aeroacoustics (CAA) model solved in a hybrid style consists of two simulation steps. First, the flow field is computed by a Computational fluid dynamics (CFD) simulation and the aeroacoustic sources are calculated. Second, the Computational Acoustic (CA) model is solved to obtain the sound field. In this talk, we will present relevant numerical methods to achieve accurate results using a hybrid approach for predicting flow-induced sound generation of low Mach number flows. Details will be shown for the EAA radial fan benchmark case and a confined pipe-flow case. The results of both applications were achieved using the perturbed convective wave equation as the CAA model.
14:05	On the Relation Between Turbulence and Broadband Sound Generation Eman Bagheri, Florian Wachter, Stefan Becker [Abstract] In this work, we establish a relation between broadband sound generation in turbulent flows and the turbulence cascade mechanisms. Using the dimensional analysis of aeroacoustic source terms, a relation between acoustic time-scales and turbulent length scales is obtained. Based on these findings, a new method to estimate the grid cut-off frequency for hybrid aeroacoustic simulations is proposed. In hybrid aeroacoustic simulations, the maximum frequency content of the aeroacoustic sources is dependent on the maximum resolvable frequency in the flow simulation. The flow simulations are often partially resolved in which only turbulent structures larger than the local grid size can be captured. Using the new method and based on the maximum frequency of interest in the acoustic simulation, the optimal local grid-size for flow simulations can be determined. Furthermore, we perform multiple Large Eddy Simulations to show the capability of the new approach and to shed light on mechanisms of broadband sound generation. We also show the results of aeroacoustic simulations to verify the hypotheses presented in this work.
14:45	Ein Workflow zur Lokalisierung von hydroakustischen Schallquellen einzelner kohärenter Strömungsstrukturen auf Basis des akustischen Quellterms aus dem EIF-Ansatz am Beispiel eines nabenlosen Propellers Max Hieke, Hoshang Sultani, Otto Von Estorff, Frank-Hendrik Wurm [Abstract] Der durch die Zunahme des Schiffverkehrs gestiegene Hintergrundschallpegel in den Weltmeeren führte in den vergangenen Jahrzehnten zu einer zusätzlichen signifikanten Belastung der darin lebenden, marinen Fauna. Durch den als ”acoustic masking” bekannten Effekt werden die natürlichen Umgebungsgeräusche zusätzliche durch technische Schallemissionen überlagert, wodurch die Kommunikation sowie Orientierung dieser Tiere negativ beeinflusst wird. Neben interner Baugruppen wie den zumeist verwendeten Diesel- oder Elektromotoren ist die Hauptschallquelle der Schiffspropeller, der durch die Interaktion mit dem Fluid Druckfluktuationen an den Wänden und im Nachlauf initiiert, die als Schall weitergeleitet werden. Die Identifikation von Schallquellen am Propeller kann hierbei sowohl mittels Messungen als auch numerischen Analysen realisiert werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das hydroakustische Schallfeld eines nabenlosen Propellers mit Hilfe des EIF-Ansatzes, welcher zur Gruppe der HAS-Ansätze zählt, berechnet und die Quellgebiete auf Basis des integrierten akustischen Quellterms lokalisiert. Die für die Berechnung des Schallfeldes erforderlichen Druck- und Geschwindigkeitsfelder wurden auf Basis des SBES-Modells berechnet. Die transienten Druck- und Geschwindigkeitsfelder wurden weiterhin bezüglich ihrer periodisch, kohärenten Strömungsstrukturen mittels POD-Analyse gefiltert und die Quellterm-Verteilung separat ermittelt. Das Ziel dieser Arbeit ist es einen Workflow für die hydroakustische Analyse solcher Antriebe auf Basis von hydrodynamischen Druck- und Geschwindigkeitsfelder einer skalenaufgelösten Strömungssimulation zur Verfügung zu stellen.
15:10	Hybride Berechnung des Strömungsschalls rotierender Systeme mittels der „Moving-Least-Squares“-Methode zur räumlichen Interpolation Hoshang Sultani, Otto Von Estorff [Abstract] Für die Berechnung des Strömungsschalls sind möglichst akkurate numerische Verfahren erforderlich. Eine vielversprechende Methode zur räumlichen Interpolation stellt dabei die ”Moving-Least-Squares” (MLS) - Approximation nach Lancaster und Salkauskas dar. Die Besonderheit des Verfahrens besteht darin, auch bei unstrukturierten Netzen die Genauigkeit beizubehalten. Bei veränderlichen Netzen, wie sie bei rotierenden Systemen vorkommen, kann der Einsatz der MLS-Methode ohne Modifikation sehr rechenaufwändig werden. Im Rahmen dieses Beitrages werden zwei Möglichkeiten zur Erweiterung der MLS-Methode für die effiziente Anwendung bei rotierenden Netzen vorgestellt und anhand einer zweidimensionalen Zylinderumströmung, für dessen Schallfeld semi-analytische Lösungen vorliegen, verifiziert. Die erweiterte MLS-Methode wird anschließend zur hydroakustischen Simulation eines nabenlosen Propellersystems angewendet. Hierfür wurden die hydrodynamischen Strömungsfelder, die zur Ermittlung des Quellfeldes erforderlich sind, vorab von der Universität Rostock unter Anwendung der ”Stress Blended Eddy Simulation” (SBES) berechnet. Die Akustikberechnungen erfolgen mit dem sogenannten ”Expansion about Incompressible Flow” (EIF) - Ansatz nach Hardin und Pope beziehungsweise Shen und Sørensen. Dieser stellt ein hybrides Verfahren dar und gehört der Gruppe der ”hydrodynamic/acoustic splitting” (HAS) - Ansätze an.

Plenarvorträge Dienstag

Plenarvorträge Dienstag

Sitzungsleitung:

S.C. Langer, TU Braunschweig, Institut für Akustik O. Von Estorff, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung

10:45

Soundscape - Konzeption, Paradigmenwechsel und Intervention Brigitte Schulte-Fortkamp [Abstract] Soundscape ist eine ”akustische Umgebung, die durch eine Person oder eine Gruppe von Menschen im Kontext wahrgenommen, erfahren und/ oder begriffen wird” (DIN ISO 12913-1). Die Bedeutungen von Geräuschen und deren immanente bewertende Zuschreibungen sind die Schlüssel für die Evaluation von einer komplexen akustischen Situation. Der Kontext als wechselseitige Beziehung zwischen Person, Aktivität und Ort in Raum und Zeit beeinflusst die Bewertung durch die Hörempfindung, die Interpretation der Hörempfindung, und die Reaktion auf die akustische Umgebung. Anders gesagt: die Bewertung der Akustik einer Umgebung verlagert sich von der physikalischen Größe auf wahrnehmungsorientierte Größen, Geräusche werden in ihrer Komplexität gesehen und zwar in ihrer Ambivalenz bezogen auf Störung oder Passung in einer gegebenen Situation. Bezogen auf die Bewertung findet ein Paradigmenwechsel statt: Soundscape Evaluation startet bei der Wahrnehmung und geht erst nach deren Analyse über zur physikalischen Betrachtung. In diesem Kontext wird das Soundscape Verfahren zur technischen Innovation, die eine Intervention bezogen auf Planung und Neugestaltung durch Partizipation und Kooperation unter den Beteiligten ermöglicht. Konzeption, Modelle und Anwendungen für die Stadt der Zukunft, die auf neue Lebensqualität und Smart Growth Prinzipien setzt, werden vorgestellt.

11:30

…und immer noch kein bisschen leise! oder: 'Sie immer mit Ihrem Dezibel!' Christoph Erhard [Abstract] Der Vortrag gibt einen erfrischenden Einblick in die komplexe und breitgefächerte Welt der Akustik. Mit leichter Färbung zum Thema Fahrzeugakustik werden die verschiedensten Aspekte beleuchtet. Was waren Hypes in den vergangenen Jahrzehnten? Was haben Dialekte mit Sounddesign zu tun? Wie sag ich’s meinem Vorstand? Wie sag ich’s meinem Kunden? Sind die Fahrzeugakustiker wegen der vermeintlich geräuschlosen E-Antriebe bald arbeitslos? Dabei werden punktuell - meist - authentische Soundbeispiele mit gehörgerechter Wiedergabe durch den Autor dargeboten. Auch die Positionierung des Themas ”Akustik/NVH” in der Bedürfnispyramide wird erörtert. Das Spannungsfeld des Akustikingenieurs (m/w/d) im diffus/komplexen Umfeld wird beschrieben. Des weiteren wird eingegangen auf die teils divergierenden Erwartungen der beteiligten Personengruppen (Kund/innen, Entwickler/innen unterschiedlicher Hierarchiestufen, Berechnung, Testing, Qualitätssicherung, After Sales, Vorstände/Entscheider etc.). Es wird nicht eingegangen auf ein spezielles Akustikproblem und dessen Lösung, es werden auch keine Messergebnisse vorgestellt und keine Berechnungsmethoden vorgestellt. Vielmehr stellt der Vortrag eine Zusammenstellung von persönlichen Wahrnehmungen dar, so wie der Autor die Akustikentwicklung im Laufe seiner jahrzehntelangen Tätigkeit ”erlebt” hat. Airbus 380? Sportwagen-Sitze? Katzenjammer? Lockheed C5A Galaxy? Spielbank? Alles auch dabei...

Akustische Messtechnik und Sensorik (Poster)

Akustische Messtechnik und Sensorik (Poster)

Organisation:

O. Von Estorff, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung S. Lippert, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung

15:40	Microphone Calibration Estimation for Smartphones with Resonating Beer Bottles Maximilian Karl Scharf, Michael Schulte, Rainer Huber, Birger Kollmeier [Abstract] Due to the current trend of smartphones with audio-related applications, there is an increasing demand for consistent microphone data across device types with a comparably low precision (> 2-3 dB). This contribution considers the application of freely available Helmholtz resonators as reference whistles for rough estimates of sound level calibration. The reliability of these whistles as a reference sound source is influenced by the maximum possible sound pressure level that can be produced. It only depends on the geometry of the device. We show that these whistles can be used to define a consistent sound pressure level reference, independent of the whistler and discuss ways of mitigating the remaining level uncertainty caused by variations in skill of whistlers and the effect of background noise. In comparison to other possible ways of level calibration estimates for smartphones (e.g., level of own voice, level of common environmental sounds), the current method appears to be reliable and easily reproducible everywhere where beer bottles with defined dimensions are available.
15:48	Novel Flexible Piezoelectric Sensors for Acoustic applications Aniket Chakraborthy, Suresh Nuthalapati, Mehmet Sait Oezer, Anindya Nag [Abstract] Abstract: The work aims to develop novel flexible sensors for acoustic applications. The sensors have been fabricated using Zinc oxide (ZnO) and reduced graphene oxide (rGO) nanocomposites. These nanocomposites promise excellent piezoelectric properties and respond well to vibration and acoustic signals. Some of the primary attributes of these sensors are their high mechanical flexibility, reproducibility and stability in their responses. As a proof-of-concept, the prototypes have been tested to respond towards sounds with a specific range of frequencies. While the prototypes were connected to the end of the acoustic impedance tube for testing purposes, the penetration of the sounds through the sensors resulted in vibrations of the thin films and subsequently caused a change in the electrical responses of the sensors. The results of tailored sensors were compared with a reference microphone and evaluations were made. The next step would be to analyze the energy-harvesting capability of the sensors caused by these vibrations.
15:56	Autonomous Robotic Platform to Measure Spatial Room Impulse Responses Georg Stolz, Stephan Werner, Florian Klein, Lukas Treybig, Andreas Bley, Christian Martin [Abstract] In the field of Auditory Augmented Reality (AAR), one aim is to provide a listening experience that is as close as possible to a real scenario. Measured Spatial Room Impulse Responses (SRIRs) describes the acoustics of a room and can serve as a reference for acoustic simulations or parametrization of room acoustics. The SRIRs depend on the acoustic properties of the respective room but also on the recording and source positions in the room. A spatial high-resolution mapping of one or more rooms provides a time-consuming and annoying activity. This contribution presents a robotic system for automated measurements of SRIRs. The centerpiece is a mobile and autonomous robotic platform carrying a microphone array to enable high spatial resolution measurements for fixed sound source positions.
16:04	Das Akustikmodul für das IceCube Upgrade Joelle Savelberg, Jan Audehm, Charlotte Benning, Jürgen Borowka, Mia Giang Do, Christoph Günther, Oliver Gries, Dirk Heinen, Adam Rifaie, Christopher Wiebusch, Simon Zierke [Abstract] Das IceCube-Neutrino-Observatorium ist ein Großgerät der astrophysikalischen Grundlagenforschung. Es besteht aus 5160 Digitalen Optischen Modulen (DOMs), die in einer Tiefe von 1,5 bis 2,5 Kilometern über ein Volumen von 1 km3 im antarktischen Eis am geographischen Südpol installiert sind. Im Rahmen des IceCube Upgrade-Projektes werden im Jahr 2025 über 700 Module in der zentralen Region des Detektors hinzugefügt. Unter diesen Modulen werden zehn eigenständige Akustikmodule sein, welche in der Lage sind, akustische Signale von 5-40 kHz zu empfangen und zu senden. Ziel dieses akustischen Kalibrationssystems ist durch Trilateration der akustischen Laufzeiten eine Positionskalibrierung der Module mit einer Genauigkeit von etwa 10 cm über Distanzen von einigen 100 m im Eis zu erreichen. Das Akustikmodul besteht aus einem Druckgehäuse, einem Tonpilz-Transducer, Leistungs- , Kommunikations-, Steuerungselektronik und lokaler Datenerfassung. Mit der Fertigstellung des Upgrades wird ein Netzwerk für vielfältige akustische Messungen im antarktischen Gletschereis zur Verfügung stehen. In diesem Beitrag wird der Aufbau und die Funktion des Akustikmoduls dargestellt.
16:12	Sound source identification for tire-pavement interaction Jonathan Nowak, Manfred Haider, Manfred Kaltenbacher [Abstract] The traffic noise of passenger vehicles is dominated by tire-pavement interactions in the speed range of approximately 50 km/h to 130 km/h. The tire-pavement noise becomes even more relevant with increasing numbers of electric cars due to the absence of combustion engines. Therefore, we aim to identify the dominant sound sources at the rolling tire with different sound source localization algorithms. One of these algorithms is a new Inverse Scheme, which combines microphone array measurements and solving the acoustic wave equation in the frequency domain using the Finite Element Method (FEM). It solves the inverse problem of reconstructing sound sources within a given source domain from microphone array measurements. This new method allows us to take boundary conditions of the given measurement setup, for example partially reflecting obstacles and acoustic absorbers, into account. This contribution briefly presents the Inverse Scheme, the necessary steps to apply it in practice, and sound source identification results of a rolling tire. Further, the Inverse Scheme’s sound source identification results are compared to those of commonly known Beamforming algorithms. The measurement data was acquired with a measurement trailer for tire/road noise on Austrian roads.
16:20	Prüfen von Schallpegelmessern mit MEMS-Mikrofonen Christoph Kling, Sonja Walther [Abstract] MEMS-Mikrofone werden immer häufiger als günstiger Ersatz für teure Kondensatormessmikrofone auf Schallpegelmessgeräten eingesetzt. Soll ein Schallpegelmesser auf Konformität mit der Schallpegelmessernorm DIN EN 61672 geprüft werden, dann ergibt sich ein Problem. Denn einerseits gestattet die Norm, eine beliebige Mikrofontechnik zu verwenden, andererseits gehen die Prüfroutinen jedoch implizit von einem klassischen Kondensatormikrofon aus. Dieses ist elektrisch als einfacher Kondensator zu beschreiben. Es kann zum Beispiel in den elektrischen Prüfungen, bei denen die Kapsel durch einen Einspeiseadapter ersetzt wird, entsprechend einfach simuliert werden. Eine MEMS-Mikrofonkapsel dagegen ist ein komplexes elektronisches Bauteil. Ein einfaches Ersetzen allein genügt unter Umständen nicht. Um eine aussagekräftige Prüfung eines MEMS- Schallpegelmessers nach Norm durchzuführen, sind zusätzliche Tests notwendig und eventuell zusätzliche Adapter vom Hersteller bereitzustellen. Die PTB hat auf diese Weise bereits erfolgreich Schallpegelmesser mit MEMS-Mikrofonen geprüft. Auf Dauer muss jedoch die Norm an neuartige Techniken angepasst werden.
16:28	Characterization of differential MEMS microphones in the ultrasonic range in amplitude response and SNR. Judith Falkhofen, Marcus Wolff [Abstract] Can ordinary Micro-Electro-Mechanical-Systems (MEMS) microphones be used for near-ultrasonic applications? Manufacturers often provide little information about the signal-to-noise ratio (SNR) in the ultrasound (US) range and if they do, the data were determined manufacturer-specifically and are generally not comparable. Here, four different microphones from three different manufacturers are compared with respect to their amplitude response and noise floor. The deconvolution of an exponential sweep and a traditional calculation of the SNR are used. The equipment and methods used are specified, which makes it easy to repeat or expand the investigation. The SNR of MEMS microphones in the near US range is mainly affected by resonance effects. These can be matched for applications with low level signals and background noise such that the highest possible SNR can be achieved. Two MEMS microphones from Knowles performed best for the frequency range from 20 to 70 kHz; above 70 kHz an Infineon model has the best performance.
16:36	Vibroakustische Erfassung des Weichenzustandes von Straßenbahnen Andreas Fuchs, Emanuel Manhart, Karoline Alten [Abstract] Der oberirdische schienengebundene Verkehr stellt im innerstädtischen Bereich eine wesentliche Lärmquelle dar, die in Form von Direktschall oder über Gebäudeteile transmittierten Sekundärschall eine Belästigung für Anrainer sein kann. Im Hinblick darauf wurde auf dem in Wien verkehrenden Gleismesswagen über die letzten 4 Jahre ein akustisches Monitoring-System aufgebaut, mittels dessen der Schienenzustand des 430 km langen Straßenbahnnetzes überwacht wird. Straßenbahnweichen werden üblicherweise durch geschultes Personal halbjährlich inspiziert und erhalten auf Basis verschiedener Kriterien eine Zustandsnote zwischen A-D. Die Beurteilung erfolgt entsprechend den Vorgaben des jeweiligen Netzbetreibers und ist weder national noch international einheitlich. Im Projekt STRAWE wurde der akustische Hot-Spot der Weichenüberfahrt mittels vibroakustischer Sensorik untersucht, wobei neben dem instrumentierten Gleismesswagen auch mit kostengünstiger Sensorik nachgerüstete Regelfahrzeuge zum Einsatz kamen. Dabei konnten eindeutige Zusammenhänge zwischen der Zustandsnote einer Weiche und den Beschleunigungsdaten am Achslager sowie den in der unmittelbaren Nähe des Rad-Schiene-Kontaktes aufgenommen Schalldruckpegeln während der Überfahrt gefunden werden.
16:44	Akustische Laufzeit-TOMographie (ATOM) im Ultraschall-Frequenzbereich Najmeh Sadat Dokhanchi [Abstract] Acoustic travel time TOMography (ATOM) is a remote measuring technique that uses sound velocity to monitor indoor air temperature and airflow velocity distribution. The sound velocity can be derived experimentally from the travel times estimation along the sound propagation paths whose lengths are known. ATOM has so far been developed to determine the distribution of the air temperature throughout the entire room in the audible frequency range based on the determined sound travel times of early reflections up to third-order reflections. For real-world scenarios such as office environments, a transfer to the ultrasonic range can be practical since the usage of the room can not be disturbed by transmitting the signal to the room during the measurements. Moreover, the smaller dimensions of ultrasound sensors allow for more precise positioning of the sound sources and receivers in the room compared to conventional audible sensors. On the other hand, the strong directivity of the ultrasonic sound sources presents new problems such as reducing the number of early reflections. This study compares the performance of the ATOM measuring system in the ultrasonic versus audible range.

Akustische Messtechnik und Sensorik 1

Akustische Messtechnik und Sensorik 1

Sitzungsleitung:

C. Koch, Physikalisch-Technische Bundesanstalt J. Prager, Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) J. Scheuren, Müller-BBM GmbH

13:40	Eine hybride Deep-Learning-Zwei-Mikrofon-Impedanzrohr-Methode zur Vorhersage der Schallausbreitungscharakteristika in porösen Medien Martin Eser, Leon Emmerich, Caglar Gürbüz, Steffen Marburg [Abstract] Die Zwei-Mikrofon-Impedanzrohr-Methode ist ein standardisiertes Verfahren zur Ermittlung der Schallabsorptionseigenschaften poröser Medien unter senkrechtem Schalleinfall. Zur Vorhersage der In-situ-Absorptionseigenschaften werden jedoch die Schallausbreitungscharakteristika innerhalb des Materials, d.h. dessen intrinsische Wellenzahl und charakteristische Impedanz, benötigt. Es sind jedoch zusätzliche oder aufwändigere Messungen und weitere Berechnungen erforderlich, um diese Ausbreitungscharakteristika durch Messungen auf Labormaßstab zu bestimmen. Diese Arbeit stellt ein hybrides Verfahren vor, um die Ausbreitungscharakteristika auf Basis einer einzigen Zwei-Mikrofon-Impedanzrohr-Messung abzuschätzen. Hierzu wird die Oberflächenimpedanz eines Verbunds aus Probekörper und einer definierten Luftkavität hinter dem Probekörper gemessen. Die gemessene Oberflächenimpedanz wird anschließend in ein künstliches neuronales Netz gespeist, welches die Oberflächenimpedanz eines Verbunds aus demselben Probekörper und einer Luftkavität mit veränderter Dicke prognostiziert. Die vom Netz vorhergesagte sowie die gemessene Oberflächenimpedanz ermöglichen die Berechnung der Ausbreitungscharakteristika mit Hilfe der Zwei-Kavitäten-Methode. Es werden zwei Netzwerkarchitekturen hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit untersucht: eine vollständig verbundene Netzwerkarchitektur sowie eine U-förmige Netzwerkarchitektur. Beide Netzwerkarchitekturen können die zusätzliche Oberflächenimpedanz sowohl für numerische Daten als auch für gemessene Probekörper aus Melaminschaum mit guter Genauigkeit vorhersagen. Die U-förmige Netzwerkarchitektur bietet jedoch den Vorteil die hohe Frequenzauflösung des gemessenen Eingangssignals für dessen Prognose beizubehalten und ermöglicht somit eine hochaufgelöste Abschätzung der Schallausbreitungscharakteristika. Die vorgestellte Methode halbiert den experimentellen Aufwand der Zwei-Kavitäten-Methode.
14:00	Analyse zum Einfluss von Labeling-Fehlern im Kontext von Luftschall- und Vibrationsdatensätzen für maschinelles Lernen Christian Fuchs, Yannick Robin, Steffen Klein, Payman Goodarzi, Andreas Schütze, Tizian Schneider [Abstract] Bei jedem Datensatz für maschinelles Lernen müssen viele Prozessparameter aufgezeichnet werden. Jede Information kann von Relevanz sein und soll deshalb vollständig vorhanden sein. Je umfangreicher das Design of Experiment, desto höher die Zahl der Parameter. Der wichtigste Prozessparameter ist dabei die Zielgröße. Passieren Fehler bei der Aufzeichnung, der Zusammenfassung oder bei der Übertragung der Metainformationen der Prozessparameter, redet man von einem Labeling-Fehler. Fällt der Fehler nicht auf, dann werden maschinelle Lernalgorithmen vor falsche Tatsachen gestellt. Die Problemstellung lässt sich veranschaulichen, indem man versucht durch eine Hauptkomponentenanalyse (PCA) verschiedene Cluster zu erkennen, die sich der Zielgröße oder einem Prozessparameter zuordnen. An dieser Stelle ist es nicht eindeutig, ob man Cluster vergleichbarer Merkmale erkennt, die den Daten entstammen oder Cluster, die durch falsches Labeling entstanden sind. Ebenso könnten solche Cluster aufgrund fehlender Zusammenhänge in den Daten oder falschem Labeling nicht mehr erkennbar sein. Die Basis, auf welcher diese Cluster entstehen, können sowohl die tatsächlichen Daten sein oder Muster, die in fehlerhaftem Labeling enthalten sind. Um dieses Phänomen zu untersuchen, werden Luftschall- und Vibrationsdatensätze systematisch mit Labeling Fehlern versehen. Damit werden Praxisfälle simuliert, bei denen das Design of Experiment fehlerhaft ist oder Aufzeichnungs- oder Übertragungsfehler bei den Prozess- Metadaten aufgetreten sind.
14:40	KI-MUSIK4.0 Hardware Platform – Solution Approach for Utilizing Hardware Accelerated Data Processing in Acoustic Applications Darko Dujmovic, Hans Fleischmann, René Grünke, Johannes Blickensdorff [Abstract] In the BMBF-funded research project KI-MUSIK4.0, AI-enabled multi-sensor systems improve the efficiency and adaptability of industrial production and quality inspection systems. Details on the underlying modular embedded system architecture equipped with sensor interfaces and multivendor hardware AI-acceleration for data processing are presented. The transferability of the solution approach to industrial application scenarios is ensured by a system architecture that defines a scalable interaction of decentralized edge devices and centralized cloud computing platform services. The solution approach integrates different workflows and KPIs for developers, data engineers, management and production line.
15:00	Comparative Study Between Simulation and Experimental Guided Ultrasonic Wave Propagation on a Plate Like Structure Ahmed Bayoumi, Daniel Lozano, Jannis Bulling, Inka Mueller, Jens Prager [Abstract] Ultrasonic waves propagate in plate-like structures as Lamb waves, which is essential for many applications, from non destructive testing to structural health monitoring. In this context, the propagation of Lamb waves is often calculated in 2D cross-sectional models assuming a plane wavefront to reduce complexity. Under which conditions an acceptable accuracy of these models can be achieved compared to real wave propagation is an open question of model verification. This contribution presents a comparative case study between simulations and experiments. The presented approach is used to verify a 2D cross-sectional model with experimental data. The experimental setup for this case study consists of an aluminium plate. A rectangular piezoelectric transducer is mounted for guided wave excitation. A laser Doppler vibrometer (LDV) measures out-of-plane velocities on the plate. A 2D cross-sectional model based on the Scaled Boundary Finite Element Method (SBFEM) is used to simulate the wave propagation of the experimental setup. The first data points near the transducer are used to fit the excitation tractions of the model, while additional points farther from the source are used to validate the model. The comparison between the recorded measurements and the simulated velocities shows a high degree of compatibility.
15:20	Rückführbare Kalibrierung von Infraschallsensoren Marvin Rust, Christoph Kling [Abstract] Schallpegelmessungen im Infraschallfrequenzbereich gewinnen immer mehr an Bedeutung im praktischen Einsatz. Dabei wird der Frequenzbereich unter 10 Hz von den vorhandenen Messverfahren und den anzuwendenden Normen bisher nur unzureichend abgedeckt. Gleichzeitig existiert nur eine ungenügende und unvollständige Rückführung auf nationale Normale. Aus diesem Grund widmet sich das Projekt Infra-AUV ”Metrology for low-frequency sound and vibration” des European Metrology Program for Innovation and Research (EMPIR) der Entwicklung einer vollständigen Rückführungskette vom Primärstandard bis hin zum geprüften Schallpegelmesser für die Anwendung im Feld. In diesem Vortrag werden die aktuellen Entwicklungen an den Primär- und Sekundärmessplätzen für die Kalibrierung von Infraschallsensoren an der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt vorgestellt. Zur Realisierung der Einheit Pascal im Infraschallbereich wurde ein Primärmessplatz entwickelt, der den vertikalen Gradienten des statischen Luftdrucks als Stimulus nutzt. Dieser weltweit einzigartige Primärmessplatz wird derzeit in Vergleichen mit anderen traditionellen und neuartigen Primärmessverfahren validiert und laufend weiterentwickelt. Als zweiter Schritt erfolgt die Weitergabe der Einheit über ein an den Infraschall angepasstes Komparationsverfahren in einem geschlossenen Druckvolumen. Mit dieser Sekundärkalibrierung können verschiedene Sensortypen wie Messmikrofone, Mikrobarometer oder Schallpegelmesser für den Einsatz im Feld kalibriert werden. Mit den vorgestellten Messverfahren ist eine präzise Darstellung und Weitergabe der Einheit Pascal im Infraschallbereich bis hin zum Endanwendergerät möglich.

Akustische Messtechnik und Sensorik 2

Akustische Messtechnik und Sensorik 2

Sitzungsleitung:

J. Prager, Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) C. Koch, Physikalisch-Technische Bundesanstalt J. Scheuren, Müller-BBM GmbH

16:20	Entwicklung und Anwendung eines digitalen Kalibrierungszertifikats für digitale Schallpegelsensoren Michal Cieslak, Christoph Kling [Abstract] Bisher werden Kalibrierungszertifikate in Papierform erstellt, und nach erfolgter Kalibrierung zusammen mit dem Messgerät ausgeliefert. Für die weitere Verarbeitung müssen die ”analogen” Messwerte wieder manuell und an das individuell geforderte Format angepasst digitalisiert werden. Im Rahmen des vom BMWK geförderten GEMIMEG-Projekts wird von der PTB und deutschen Partnern unter anderem ein Digitaler Kalibierschein (engl. Digital Calibration Cerficate - DCC) entwickelt, der die Kalibrierinformationen digital, einheitlich und maschinenlesbar im XML-Format erfasst. Der DCC soll messgrößenübergreifend und weltweit standardisiert werden, so dass ein universelles Werkzeug entsteht, das von Mensch und Maschine gleichermaßen gelesen werden kann und trotzdem für alle Messgrößen uneingeschränkt anwendbar ist. In dieser Arbeit werden erste Ergebnisse aus Labortests vorgestellt, die darauf abzielen, zwei digitale Schallpegelsensoren zu kalibrieren und jeweils ein ”akustisches” DCC zu erstellen. Darüber hinaus werden die Schallpegelsensoren im digitalen Kompetenzzentrum Wind (engl. Digital Competence Center Wind - D-CCW) der PTB als verteiltes System geprüft und bewertet. Ziel ist es, den DCC erstmals formal und praktisch für akustische Messgrößen umzusetzen und die Anwendung an akustischen Instrumenten zu demonstrieren.
16:40	Mobile Roboterplattformen für raumakustische Impulsantwortmessung Pascal Jund, Tobias Walker, Manuel Isenegger, Hannes Wüthrich, Armin Taghipour [Abstract] Um die Sprachsignal-Qualität zu verbessern, verwenden Hörgeräte Signalverarbeitungsalgorithmen wie Noise Cancelling und Dereverberation. Stetig wachsende Kapazitäten der künstlichen Intelligenz öffnen neue Türen für die Klassifizierung von Räumen und Hintergrundgeräuschen, die auf grossen Datensätzen basieren. Diese gewonnene Information über die akustische Umgebung dient dem effektiveren Einsatz zukünftiger Signalverarbeitungsalgorithmen. Ein Aspekt dabei ist die Generierung von Datensätzen von Raumimpulsantworten, ausgemessen in räumlich-diskreten Schritten. Da solche Messungen sehr arbeits- und zeitaufwendig sind, sollen Roboterplattformen diese Messungen übernehmen. In diesem Paper werden zwei mobile Roboterplattformen vorgestellt, die automatisierte, raumakustische Impulsantwortmessungen durchführen. Das System ist auf zwei mobile Omron-Roboter aufgebaut. Beide Roboterplattformen können als Sender und Empfänger verwendet werden. Zwei KEMAR-Kunstköpfe werden als Sender (d.h., KEMAR-Mund-Lautsprecher oder alternativ ein Lautsprecher mit höherer Leistung) und Empfänger benutzt. Dabei hat die Empfänger-Seite bis zu 16 Kanäle, die für KEMAR-Mikrofone und Hörgeräte-Mikrofone verwendet werden können. Die Raumimpulsantworten werden durch die Log-Frequency-Sweep Methode ermittelt. Eine eigens entwickelte Bediensoftware dient der Planung und autonomen Ausführung der raumakustischen Impulsantwortmessungen. Sie ermöglicht die Generierung einer grossen Anzahl an erwünschten Messungen in Kürze. Die erhobenen Daten werden kartografiert in einer Datenbank zur weiteren Nutzung abgelegt. Einige Test-Ergebnisse werden hier berichtet, sowohl zur akustischen Messgenauigkeit als auch zur Positionierung und Mobilitätsfähigkeit des Systems.
17:00	Messung von positionsabhängigen Lautsprecher-Impulsantworten mit bewegtem Mikrofon Stephan Herzog [Abstract] In diesem Artikel wird die Bestimmung der Abstrahleigenschaften von Lautsprechern im Raum durch Messung von positionsabhängigen Impulsantworten behandelt. Zur Erfassung der Impulsantworten werden hier nicht Einzelmessungen an festen Positionen durchgeführt, sondern es erfolgt die Messung während der Bewegung des Messmikrofons über den interessierenden Raumbereich. Diese Art der Messung bietet gegenüber Einzelmessungen den Vorteil stark reduzierter Messdauer. Als Erweiterung zu bisher vorgestellten Verfahren mit Einzel- oder Multitönen wird durch das hier beschriebene Verfahren der gesamte Frequenzbereich lückenlos abgedeckt. Über die Kenntnis der Impulsantworten bzw. der Frequenzgänge über einen bestimmten räumlichen bzw. Winkelbereich kann das lineare Verhalten des Lautsprechers komplett beschrieben werden, in der vorgestellten Anwendung liegt der Fokus auf der Bestimmung des frequenzabhängigen räumlichen Abstrahlverhaltens des Lautsprechers. Im vorliegenden Beispiel erfolgt die Messung auf einer Linie im Nahfeld eines Zeilenlautsprechers. Als Testsignal werden Maximalfolgen eingesetzt, deren zyklische Korrelationseigenschaften für die kontinuierliche Messung von Impulsantworten ausgenutzt werden können. Bei passender Wahl der Mess-Parameter führt diese Art der Messung nahezu identischen Messergebnissen im Vergleich zu statischen Einzelmessungen.
17:20	Positionsbestimmung im Eis mit akustischen Signalen im Rahmen des IceCube Upgrades Oliver Gries, Jan Audehm, Charlotte Benning, Jürgen Borowka, Mia Giang Do, Christoph Günther, Dirk Heinen, Adam Rifaie, Joelle Savelberg, Christopher Wiebusch, Simon Zierke [Abstract] Das IceCube-Neutrino-Observatorium ist ein Großgerät der astrophysikalischen Grundlagenforschung. Es besteht aus 5160 Digitalen Optischen Modulen (DOMs), die in einer Tiefe von 1,5 bis 2,5 Kilometern über ein Volumen von 1 km3 im antarktischen Eis am geographischen Südpol installiert sind. Durch Rekonstruktion der zeitlichen Abfolge der gemessenen Signale der DOMs kann die Ursprungsrichtung und Energie astrophysikalischer Neutrinos bestimmt werden. Zu diesem Zweck ist eine möglichst exakte Kenntnis der DOM-Positionen erforderlich. Im Rahmen des IceCube Upgrade-Projektes werden im Jahr 2025 über 700 weitere Module in der zentralen Region des Detektors hinzugefügt. Unter diesen Modulen werden zehn eigenständige Akustikmodule sein, welche in der Lage sind, akustische Signale von 5-40 kHz zu empfangen und zu senden. Ziel dieses akustischen Kalibrationssystems ist es, durch Trilateration der akustischen Laufzeiten eine Positionskalibrierung der Module mit einer Genauigkeit von etwa 10 cm über Distanzen von einigen 100 m im Eis zu erreichen. Des Weiteren kann das akustische Netzwerk auch für glaziologische Messungen genutzt werden. In diesem Beitrag wird ein Überblick über das akustische Netzwerk gegeben und Testergebnisse der akustischen Module präsentiert.

Audiologische Akustik (Poster)

Audiologische Akustik (Poster)

Organisation:

O. Von Estorff, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung S. Lippert, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung

15:40	Evaluation of Active Occlusion Effect Cancellation using Subjective, Probe Tube and Coupler Measurements Florian Denk, Lukas Jürgensen, Hendrik Husstedt [Abstract] Users of hearing aids, headphones and other ear-worn devices frequently experience an unnatural or ”boomy” sound of their own voice. This is caused by the occlusion effect, i.e., an amplification of body-conducted voice components at low frequencies, and an attenuation of air-conducted high-frequency components. While the classic method to reduce the occlusion effect is to partially open the ear canal, previously demonstrated active control of the ear canal sound pressure to improve own-voice perception, referred to as Occlusion Effect Cancellation (OEC), is now provided by several commercial active noise control earphones. We evaluated the OEC functionality of four earphones by means of subjective ratings, probe tube measurements in real ears and measurements in a prototype coupler that features a simulation of body- and air conducted own voice components. Results show substantial benefits of OEC that differ between the devices, and that the various effects of ear canal occlusion across the whole frequency range have to be compensated for satisfactory own-voice quality. Measurements in the prototype coupler approximate the occlusion effects measured in real ears and may be a useful complement to tedious and potentially unrealiable probe tube measurements in human subjects.
15:48	Akustische Charakterisierung eines Computertomographen Niklas Thoma, Fabian Duvigneau, Daniel Juhre, Elmar Woschke [Abstract] Der steigende Anteil an bildgestützten Interventionsmethoden, wie der minimalinvasiven Chirurgie, rückt Defizite von bildgebenden Medizingeräten, wie dem Computertomographen (CT), in den Fokus. Ein Hauptaspekt ist die Geräuschemission der Systeme im Betrieb, welcher nicht nur die Patienten, sondern auch das medizinische Personal über Stunden ausgesetzt sind. Aus der zusätzlichen körperlichen und psychischen Belastung ergeben sich Konzentrationsschwächen, allgemeine Leistungsminderung und Stresssymptome, die bis hin zum Burnout führen können. Im vorliegenden Beitrag sollen erste Schritte auf dem Weg zu akustisch optimierten Gehäusen medizinischer Großgeräte gegangen werden. Dazu erfolgt zunächst eine ausführliche akustische Charakterisierung eines Computertomographen. Da es sich um ein Forschungs-CT handelt, das nicht durch die tägliche klinische Praxis dauerhaft in Benutzung ist, ergibt sich die Möglichkeit, den CT auch ohne Gehäuse zu untersuchen und so die dominierenden Schallquellen besser lokalisieren und quantifizieren zu können. Für die experimentelle akustische Charakterisierung kommen sowohl ein Mikrofonarray als auch Einzelmikrofone und ein binauraler Kunstkopf sowie Beschleunigungssensoren zum Einsatz. Für die Positionierung der Einzelmikrofone und des Messkopfes wurden repräsentative Punkte, wie die Position des Patienten und des Arztes, gewählt. Mit Kenntnis der Quellen und Transfermechanismen können in weiterführenden Arbeiten entsprechende Maßnahmen zur Schallreduktion erarbeitet werden.
15:56	Bestimmung des Übertragungsverlustes von Atemschutzmasken mittels eines 3D-Kopfmodells unter Berücksichtigung des Ansatzrohres Cleopatra Christina Moshona, Johannes Hofmann, André Fiebig, Ennes Sarradj [Abstract] Die Bestimmung des Übertragungsverlustes durch Einfügedämpfung ist eine einfache Methode, um den akustischen Einfluss von Atemschutzmasken zu approximieren. So konnten bisherige Untersuchungen zeigen, dass Atemschutzmasken als Tiefpassfilter fungieren und Frequenzen zwischen 2-7 kHz um bis zu 15 dB, bezogen auf FFP2-Masken oder Äquivalente, dämpfen. Das Ausmaß und die Bedeutung dieser Dämpfung für die empfundene Sprachqualität ist jedoch Gegenstand von Debatten, da die verwendeten Kopf- und Rumpfsimulatoren (HATS) die anatomischen Besonderheiten des Ansatzrohres sowie mögliche Kompensationsstrategien von Sprecher*innen vernachlässigen. Technische Messungen sind daher nicht deckungsgleich mit Ergebnissen, die auf Untersuchungen von natürlich erzeugten Sprachsignalen basieren. Um zu eruieren inwiefern die Güte solcher Approximationen verbessert werden kann, wurden ein existierendes 3D Kopf- und Ansatzrohr-Modell zusammengeführt. So entstand ein 3D Kopfmodell mit modularem Ansatzrohr, das in unterschiedlichen Konfigurationen gedruckt werden kann. Der Übertragungsverlust diverser Atemschutzmasken im trockenen und befeuchteten Zustand wird mittels reziproker Messung an zwei Stellen des gedruckten Modells (Lippen und Glottis) für die Konfiguration des Vokals /a/ bestimmt, für weitere Eckvokale approximiert und Messungen ohne Ansatzrohr gegenübergestellt. Abschließend werden die Messungen zu Aufnahmen von realen Sprecher*innen mit simulierter Hypo- und Hyperartikulation verglichen.
16:04	A hearing aid demonstrator to showcase aided benefits and raise awareness of own hearing ability Hendrik Husstedt, Lisa-Marie Simon, Florian Denk, Stefanie Goicke, Jennifer Albrecht, Tim Jürgens, Pernilla Kjaer Andersen, Lukas Jürgensen, Tobias Neher [Abstract] A significant proportion of people with hearing impairment wait many years until they seek treatment and some refuse it altogether. Untreated hearing loss has many negative consequences both for the individual and society in general. One reason for delayed intervention is that hearing-impaired individuals often fail to see the value of hearing treatment because they overestimate their own hearing abilities. To address this problem, we currently develop a hearing aid demonstrator that will allow people to experience potential aided benefits easily. More specifically, we work on a mobile, hygienic, and easy-to-use demonstrator, which can be used in clinical settings or at public events, for example. The demonstrator is developed as part of a cooperation between the University of Southern Denmark, the German Institute of Hearing Aids, and the University of Applied Sciences Lübeck, which is supported by the Interreg funding program of the European Union. In this contribution, we show the concept of the hearing aid demonstrator, explain the main technical implementation, and present its application in practice. We anticipate that the demonstrator will be of use for showcasing possible benefits from amplification and advanced hearing aid features and that this will lead to more hearing aid candidates seeking help.
16:12	Verhalten von zeitoptimierten intraoperativen ECAP-Messungen zur Bestimmung der Neural Health bei Variation der Aufnahmeelektrode Max Blümer, Alexander Elsholz, Anne Schröder, Konrad Schwarz, Mark Praetorius [Abstract] Bei 28 Patienten wird der Einfluss der Aufnahmeelektrode auf intraoperativ gemessene ECAPs mit der klinischen Software Maestro AutoART betrachtet. Die Stimulation pro Stimulationselektrode umfasste kontinuierliche, biphasische Rechteckpulse mit alternierenden Phasen und stetig steigender Amplitude. Neben der Variation der Aufnahmeelektroden (RE) von 4/11 wurde für eine Schätzung der Neural Health die Pause zwischen den Pulsphasen (IPG) mit 2.1µs/30µs variiert. Für alle 4 Paradigmen wurde bei einer Stimulationsintensität von 35nC nach 4.4s abgebrochen, falls die Parametrisierung nicht vorher erfolgreich war. Bei erfolgreicher Parametrisierung wurden die Amplitudenwachstumsfunktionen (AGF) ermittelt. Die Erfolgsrate der Parametrisierung war unbeeinflusst vom Paradigma. Die für die erfolgreiche Parametrisierung benötigte Stimulationsintensität unterschied sich nach Anzahl der RE. Die Parametrisierung für die Paradigmen 4/11 RE zeigte eine Korrelation des AGF-Schwelle für beide IPGs und AGF-Steigungen. Die Steigung der AGF veränderte sich mit zunehmender Distanz der Stimulations- und Aufnahmeelektrode. Für 2.1µs IPG ergab dies einen mittleren Unterschied von 0.29 (µV/nC)/mm Richtung Apex und 0.67 (µV/nC)/mm Richtung rundes Fenster sowie 0.37, bzw. 0.83 (µV/nC)/mm für 30µs IPG. Distanz hatte keinen signifikanten Effekt auf den AGF-Schwelle. Der minimierte Zeitaufwand resultierte in einer reduzierten Erfolgsrate im Vergleich zu bisherigen Studien. Die Genauigkeit der Steigung der AGF wurde mit wiederholten Messungen (4/11 RE) gezeigt.

Audiologische Akustik 1 - Verstehen und Wahrnehmung in virtueller Umgebung

Audiologische Akustik 1 - Verstehen und Wahrnehmung in virtueller Umgebung

Sitzungsleitung:

A. Ahrens, Technical University of Denmark, Hearing Systems B. Epp, DTU Health Tech L. Schell-Majoor, CvO Universität Oldenburg, Mediz. Physik und Cluster of Excellence Hearing4all

13:40	Vorhersagen der Sprachverständlichkeit in komplexen akustischen Umgebungen mit FADE und BSIM Merle Gerken, Christopher Hauth, Anna Warzybok [Abstract] Für die Bewertung von Sprachverstehen ist es von steigendem Interesse, dieses in realistischen Szenarien zu untersuchen. Im Gegensatz zu Laborversuchen mit nur einer Störgeräuschquelle ermöglicht die Verwendung komplexer akustischer Umgebungen ökologisch validere Untersuchungen der menschlichen Sprachverständlichkeit. Ergänzend zu subjektiven Messungen können Modellvorhersagen helfen, den Einfluss unterschiedlicher Faktoren auf die Spracherkennungsleistung in komplexen Szenen besser zu verstehen. Eine komplexe räumliche Umgebung in Form eines Wohnzimmers wurde in der ”Toolbox for Acoustic Scene Creation and Rendering” (TASCAR) implementiert. In diesem Raum wurden akustische Szenen an der Position eines virtuellen Zuhörers gerendert, wobei die Anzahl von Störgeräuschquellen sowie die Präsenz von Nachhall variiert wurden. Darauf aufbauend wurden die Sprachverständlichkeitsschwellen des deutschen Matrixtests mit dem Framework for Auditory Discrimination Experiments (FADE) und dem Binaural Speech Intelligibility Model (BSIM) für Hörer mit unterschiedlichen Hörschwellen simuliert. Des Weiteren wurden die Simulationen für normalhörende Probanden mit empirischen Daten verglichen. Die Simulationen geben Aufschluss über Interaktionen zwischen Hörvermögen und akustischer Komplexität auf die Spracherkennung. Hier zeigen sich mit steigender akustischer Komplexität erhöhte Sprachverständlichkeitsschwellen. Der Unterschied über die akustischen Komplexitäten ist für höhere Hörschwellen schwächer ausgeprägt. Mithilfe der Simulationen können akustische Bedingungen ausgewählt werden, die die Spracherkennung über verschiedene Hörergruppen hinweg gut differenzieren und auch alltägliche Hörsituationen gut widerspiegeln.
14:00	Mapping Aided Speech Recognition Thresholds for Model-based Hearing Aid Fitting Lena Schell-Majoor, Birger Kollmeier [Abstract] In common practice, mainly the audiogram is used to apply standard prescription rules for hearing aid fitting focusing on an optimized speech recognition performance. Model approaches simulating the results of listening experiments measuring. e.g., speech recognition thresholds (SRTs) are well suited to simulate and compare different hearing aid settings, if they appropriately model hearing impairment and aided hearing. For practical applications, performance predictions covering reasonable ranges of systematically varied hearing aid settings should therefore be employed. However, in order to include further dimensions influencing the individual hearing aid benefit, combined prediction maps from different models simulating different dimensions for optimizing hearing aid fitting (e.g., loudness perception, binaural hearing, and perceived audio quality) should be used. In this proof-of-concept-study the simulation framework for auditory discrimination experiments (FADE) is employed to compute SRT-maps by modeling aided SRTs for systematically varied gain-frequency-curves. FADE uses an automatic speech recognition system which can be used to predict SRTs of listeners with normal and impaired hearing with or without hearing-aid processing. First simulation results and their analyses will be shown and discussed including a comparison to standard prescription rules.
14:20	HINT-VR: A child-appropriate application for the self-assessment of spatial hearing abilities in VR Alexander Müller, Melissa Ramírez, Johannes M. Arend, Tobias Rader, Christoph Pörschmann [Abstract] At approximately five years of age, children already demonstrate the ability to use spatial hearing, an essential skill to achieve spatial release from masking, and, consequently, improved speech intelligibility in acoustically challenging situations. However, hearing loss and auditory processing disorders are prevalent in the young population. They are the most common causes of speech perception difficulties, particularly in noisy or reverberant environments such as classrooms, hampering academic progress and normal development if untreated. The Hearing in Noise Test (HINT) is a widely used, clinically approved measure to assess an individual’s spatial hearing abilities, facilitating timely diagnosis and treatment. Nevertheless, with the shortage of trained healthcare professionals, infrastructure, and resource limitations, these hearing health services are still unavailable to an important part of the world’s population. To address this concern, we present HINT-VR, a child-appropriate application for the self-assessment of spatial hearing abilities in VR. With a promising future in hearing healthcare, VR technologies are a cost-efficient alternative with great potential to assist tele-audiology, facilitating access to underserved communities and improving diagnosis and intervention services to audiological patients. The HINT-VR is a Unity-based open-source software that runs on commercially available head- mounted displays, enabling self-home testing of spatial hearing abilities.
15:00	Speech intelligibility in live-like virtual acoustic environments Julia Schütze, Stephan D. Ewert, Bernhard Seeber, Kirsten C. Wagener, Birger Kollmeier [Abstract] A mismatch exists between outcomes of ”classical” audiological tests and the perceived benefits of aided hearing-impaired patients in real life. This motivates more ecologically valid testing methods, expected to better reflect the patients’ performance in real-world situations. As candidates for ecologically valid testing scenarios, a set of three live-like audiovisual environments has been made publicly available by our collaborative research center. These environments include an average German living room with adjacent kitchen, an underground station and a pub. Speech intelligibility measurements in these scenarios were compared to a standard set-up. Acoustic scenes were created consisting of ambient background noise and interfering talkers at different positions. Speech intelligibility has been measured using the Oldenburg matrix sentence test (OLSA). The virtual acoustic environments were created using the room acoustics simulator RAZR and presented in a 24-channel loudspeaker array at levels between 67 dB and 74 dB. 19 normal-hearing, 29 aided and 24 unaided hearing-impaired listeners with different degrees of hearing loss participated. Speech intelligibility (50% speech recognition threshold, SRT) is compared between the different virtual acoustic environments and a standard set-up. Implications are discussed in the context of potential applications for measuring the benefit of hearing aids.
15:20	Vergleich allozentrischer Lokalisationsfähigkeit in sehenden und blinden Personen im Freifeld und in virtueller Akustik Stefanie Goicke, Florian Denk, Tim Jürgens [Abstract] Viele psychoakustische Studiendesigns zur Schallokalisation untersuchen die egozentrische Perspektive, bei der der Ort der Schallquelle relativ zum Ego, d.h. dem/r Zuhörenden eingeschätzt wird. Studiendesigns mit allozentrischer Perspektive, bei der z.B. der relative Ort zweier Schallquellen zueinander eingeschätzt wird, erfordern vom Zuhörer zusätzliche kognitive Ressourcen, da ein vom Ego unabhängiges räumliches Koordinatensystem gebildet werden muss. Diese Studie untersucht den Einfluss der Sehfähigkeit und der Darbietungsart auf die allozentrische Lokalisationsfähigkeit in der Azimuthebene. Ein spatial bisection Task wurde im Freifeld über 13 Lautsprecher auf einem Kreisbogen in 3 Metern Entfernung im Bereich ±24∘ durchgeführt, wobei 20 Normalsehende (sehend und verblindet), als auch acht blinde Personen gemessen wurden. Zusätzlich wurde das Experiment mittels kopfhörergebundener virtueller Akustik wiederholt. Alle Messungen wurden vorne, hinten und lateral links durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die allozentrische Lokalisationsfähigkeit vorne am genausten ist (Diskriminationsschwellen 11∘-16∘) und hinten und lateral schlechter. Es fanden sich keine signifikanten Unterschiede der Diskriminationsschwellen in Bezug auf die Sehfähigkeit. Individuelle Pinna und Torso Cues, wie sie bei der Freifeld-Messung genutzt werden, verbesserten das Abschneiden aller Versuchspersonen im Gegensatz zur Kopfhörerdarbietung. Waren sie nicht vorhanden, wie in der virtuellen Akustik, war die Lokalisationsgenauigkeit signifikant herabgesetzt. Insgesamt unterstreichen die Ergebnisse die Wichtigkeit individueller Außenohrakustik für präzise Schallokalisation.

Audiologische Akustik 2 - Cochlea-Implantante und Hohlräume A

Audiologische Akustik 2 - Cochlea-Implantante und Hohlräume A

Sitzungsleitung:

B. Epp, DTU Health Tech L. Schell-Majoor, CvO Universität Oldenburg, Mediz. Physik und Cluster of Excellence Hearing4all A. Ahrens, Technical University of Denmark, Hearing Systems

16:20	Audiovisuelle Kontaktzeitschätzung im Straßenverkehr bei Menschen mit bilateraler Cochlea-Implantat-Versorgung Tobias Weißgerber, Jannis Kuhmann, Marlene Wessels, Uwe Baumann, Daniel Oberfeld-Twistel [Abstract] Für die sichere Teilnahme am Straßenverkehr müssen Fußgänger:innen vor dem Überqueren einer Straße die verbleibende Zeit bis zu einer potentiellen Kollision (Kontaktzeit, time-to-collision, TTC) mit einem herannahenden Fahrzeug abschätzen können. Bei Nutzer:innen von Cochlea-Implantaten (CIs) ist die Wahrnehmung und Verarbeitung von Schallen gegenüber Normalhörenden (NH) sowohl im Frequenzbereich als auch im Dynamikbereich eingeschränkt. Ziel dieser Arbeit war der Vergleich der audiovisuellen TTC-Schätzung von CI-Nutzern mit einer NH-Gruppe. An der Studie nahmen 13 Personen mit bilateralen CIs und 15 NH teil. Sie schätzten in einer audiovisuellen VR-Simulation Kontaktzeiten für visuelle und audiovisuell präsentierte beschleunigende Fahrzeuge, wobei die tatsächliche TTC variiert wurde. Die visuelle Darbietung erfolgte über eine VR-Brille, für die akustische Simulation wurde Higher-Order Ambisonics (TASCAR Toolbox) eingesetzt. Bei rein visueller Präsentation wurde die TTC mit steigender tatsächlicher TTC zunehmend überschätzt, kompatibel mit einer aus früheren Studien bekannten inadäquaten Berücksichtigung der Beschleunigung. Wenn zusätzlich das Fahrzeuggeräusch präsentiert wurde, waren die Schätzungen signifikant genauer. Die akustische Information unterstützte also die Kontaktzeitschätzung. Es konnten keine signifikanten Unterschiede in der Kontaktzeitschätzung zwischen der CI-Gruppe und der NH-Gruppe festgestellt werden. Trotz der eingeschränkten Verarbeitung von Schallen scheint mit einer bilateralen CI-Versorgung bei der untersuchten Aufgabe eine ähnliche audiovisuelle Integration wie bei Normalhörenden zu gelingen.
16:40	Exponential Fitting of Spread of Excitation Curves in Cochlear Implants Pascal Nachtigäller, Theresa Linke, Uwe Baumann, Tobias Weißgerber, Tobias Rader [Abstract] The goal of this study was to examine the spread of neural excitation (SoE) in cochlear implants (CIs). Spread of Excitation (SoE) curves were measured using the using electrically evoked compound action potentials (ECAPs), recorded with a spatial forward-masking paradigm. For 17 patients, SoE profiles were measured at three locations, apical (electrode 3), medial (electrode 6) and basal (electrode 9). The SoE profiles classified with an analyzable response were fitted with two exponential functions for the apical and basal side respectively. Asymmetric SoE with measures, scaled for the apical and basal side separately, were used to parametrize the fitted curves. Significant di_erences between apical and basal distance measures were found for the apical and basal probe electrode (apical: di_erence in medians = 1.32 mm, Wilcoxon-test z = -2.46, p = .014, r = .55; basal: di_erence in medians = 0.62 mm, Wilcoxon-test z = -2.31, p = .021, r = .52), but not for the medial probe electrode. The basal distance measure was also found to significantly differ between recording sites. Further aim is to see whether these measures extracted from the parametrized SoEs are related to psychophysical measures like speech perception.
17:00	Modellbasierte Kodierungsstrategie für Cochlea Implantate Bernhard Seeber, Sitian Li [Abstract] Kodierungsstrategien für Cochlea Implantate leiten aus dem Audiosignal die elektrischen Pulsmuster für das Implantat ab, die durch die Pulsabfolge über Elektroden, die zeitliche Position der Pulse, Pulsamplituden und Pulsdauern charakterisiert sind. Der vorherrschende Ansatz extrahiert dazu die Hüllkurve in Frequenzbändern und moduliert damit die Amplitude hochratiger Pulsfolgen. Für die Kodierung von zeitlicher Feinstruktur zur Verbesserung des Hörens im Störschall und der Lokalisation müssen die Pulspositionen zeitlich variiert werden und die Pulsrate niedrig sein. Nachdem die Pulse nicht simultan an mehreren Elektroden wiedergegeben werden können, ist eine Priorisierung und eine Abschätzung der gegenseitigen Maskierung der Pulse nötig. Modelle können die Hörnervenantwort auf die elektrischen Stimuli prädizieren. Das S-BLIF Modell von Takanen und Seeber (2022) berücksichtigt die nichtlinearen Interaktionen der Hörnervenantwort aufgrund der Refraktärzeit, Adaptation und Faszilitation. Basierend auf dem Modell stelle ich einen grundlegend neuen Ansatz für Cochlea Implantat-Strategien vor, der das Modell in eine Schleife einbindet und die Signalverarbeitung in umgekehrter Richtung aufbaut: mit Hilfe einer Optimierungsstrategie wird ein elektrisches Stimulationsmuster durch Variation der Pulspositionen und Pulsamplituden gefunden, das eine vorgegebene Nervenantwort erzeugt. So ist es möglich, die neuronalen Pulsinteraktionen zu berücksichtigen und zeitliche Feinstrukturinformation zu kodieren und Modell-gesichert zu übertragen.
17:20	Approximation eines realistischen Rückkoppelpfades in einer Messbox für die messtechnische Beurteilung einer Rückkopplungsunterdrückung bei Hörgeräten Fabian Hettler, Florian Denk, Hendrik Husstedt [Abstract] Eine der wichtigsten Aufgaben von Hörgeräten ist es, akustische Signale durch Verstärkung wieder wahrnehmbar zu machen. Ein gewisser Anteil dieses verstärkten Signals gelangt vom Hörer des Hörgerätes wieder zurück zum Hörgeräte-Eingang, was durch den sogenannten Rückkoppelpfad beschrieben werden kann. Ist der rückgekoppelte Anteil zu groß kann eine ”kritische Rückkopplung” entstehen, welche sich als ein Rückkopplungspfeifen bemerkbar macht und die maximal mögliche Verstärkung von Hörgeräten einschränkt. Aus diesem Grund verfügen moderne Hörgeräte in der Regel über eine sogenannte Rückkopplungsunterdrückung, welche durch Methoden der digitalen Signalverarbeitung bei gegebenem Rückkoppelpfad eine größere rückkopplungsfreie Verstärkung ermöglicht. Diese zusätzlich gewonnene Verstärkung wird als ”Added Stable Gain” bezeichnet und kann unter anderem mit einem in der IEC 60118-16 beschrieben Verfahren ermittelt werden. Für eine realitätsnahe Prüfung sollte ein realistischer Rückkoppelpfad vorhanden sein. Ein möglicher Messaufbau besteht darin, einen Kunstkopf mit einer offenen Ankopplung zu verwenden, was aber einen gewissen Aufwand mit sich bringt. Daher soll im Rahmen dieser Arbeit untersucht werden, wie man mit einfachen Mitteln, z.B. mit einem Schallschlauch, einen realistischen Rückkoppelpfad in einer Messbox nachbilden kann. Dafür werden als Referenz sowohl an einem Kunstkopf als auch an Probanden gemessene Rückkoppelpfade herangezogen und mit den in der Messbox approximierten verglichen.

Bauakustik (Poster)

Bauakustik (Poster)

Organisation:

O. Von Estorff, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung S. Lippert, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung

15:40	Diskrepanzen zwischen Norm-Trittschallpegel und maximalem Schalldruckpegel im Fitnessstudio Christian Wachsmuth [Abstract] Zur Überprüfung des vorhandenen Schallschutzes in an Fitnessstudios angrenzenden Aufenthaltsräumen wird der gemessene Norm-Trittschallpegel mit den Anforderungen für ”besonders laute” Räume gemäß DIN 4109 verglichen. Weiterhin gibt die TA Lärm einen Immissionsrichtwert für die maximalen Schalldruckpegel für Gewerbe-betriebe, wie sie z. B. bei Benutzung von Sportgeräten entstehen, vor. Die Erkenntnisse aus den Messergebnissen stellen die Korrelation der Erfüllung von Anforderungen der zuvor genannten Regelwerke in Frage. Es zeigt sich, dass in einem Fitnessstudio der maximal zulässige Norm-Trittschallpegel eingehalten wird, wäh-rend der Immissionsrichtwert der maximalen Schalldruckpegel deutlich überschritten ist. Das (oft impulsartige) Absetzen schwerer Gewichte erzeugt überwiegend Körper-schall unterhalb von 100 Hz, der nach DIN EN ISO 717 nicht in den Norm-Trittschallpegel einbezogen wird. Ein hochwertiger schwimmender Estrich kann auf-grund seiner, meist unterhalb von 100 Hz liegenden Resonanzfrequenz, diesen Körperschall in den Aufenthaltsraum wenig mindern. Infolgedessen kommt es zu hohen Schalldruckpegeln, die gehört aber auch anhand von in Schwingung versetzten Gegenständen wahrgenommen werden. Hier zeigt sich eine deutliche Diskrepanz zwi-schen der Erfüllung von Anforderungswerten an den Norm-Trittschallpegel und der Immissionsrichtwerte. Bei einer ausschließlichen Betrachtung des Norm-Trittschallpegels kann es trotzdem zu hohen Immissionspegeln im angrenzenden Aufenthaltsraum kommen.
15:48	Digitale Baufortschrittskontrolle mithilfe KI-basierter akustischer Vorgangserkennung Gloria-Tabea Badel, Nicol Mencke, Dheeraj Tippani [Abstract] Die Bauwirtschaft ist einer der wichtigsten Wirtschaftsfaktoren in Deutschland (6% der gesamtwirtschaftlichen Bruttowertschöpfung). Die Branche ist dabei nicht nur in den primären Arbeitsprozessen der Leistungserbringung von einem hohen Anteil manueller Tätigkeiten geprägt. So obliegt auch heute noch die Interpretation der erbrachten Leistungen der einzelnen Gewerke der langjährigen Erfahrung von Planern und Bauleitern, welche während Kontrollgängen per schriftlicher Notiz oder Foto den Fortschritt dokumentieren. Ansätze der Digitalisierung können hier unterstützen, da die Komplexität bzgl. Prozessen, Beteiligten und Aufgaben in Bauprojekten signifikant ist und in Kombination mit den notwendigen Planungsaufgaben zu immensen Herausforderungen führt. Die primäre wissenschaftliche Aufgabenstellung dieses Forschungsprojektes zur digitalen Baufortschrittskontrolle liegt im automatisierten Abgleich von digitalen Planungsdaten und aktuellem Baustatus auf der Grundlage einer KI-basierten Analyse audiovisueller Daten. Der vorliegende Beitrag untersucht, wie ein solcher Vorgang der audiovisuellen Zustandserkennung aussehen kann. Es wird ein Algorithmus zur Unterscheidung von möglichen akustischen Signalen auf einer Baustelle entwickelt. Er wurde zunächst auf die Geräusche von Presslufthammer, Bohrmaschine und Motorenleerlauf beschränkt. Zusammen mit der Kenntnis über den geplanten Ablauf, sowie durch die Verknüpfung mit visuellen Daten können Rückschlüsse auf den Baufortschritt gezogen werden.
15:56	Berechnungsnachweise der Schalldämmung von Isolierglas Bernd Saß [Abstract] Zur Planung der Schalldämmung von Außenbauteilen kann die Schalldämmung einzelner Bauprodukte anhand von Bauteilsammlungen oder durch Schallprüfungen von Musterelementen nachgewiesen werden. Als Zulieferprodukt für Fenster und Fassaden werden dazu auch Nachweise der Schalldämmung von Isolierglas verwendet, etwa um den Nachweis gemäß einer Produktnorm oder nach DIN 4109-35 zu führen. Der Prüfnachweis erfolgt dabei nach DIN EN ISO 10140 oder im Zusammenhang mit der jeweils zugehörenden Produktnorm auch nach der DIN EN 12758 mit einer tabellarischen Übersicht einer Reihe von Glasaufbauten. In letzter Zeit häufen sich jedoch Nachweisblätter zur Schalldämmung von Isolierglas die nicht auf einer Prüfung oder einer Bauteilsammlung basieren sondern auf einer Berechnung, ohne jedoch das Berechnungsverfahren zu beschreiben. Auffällig bei solchen Blättern ist der Umstand das die nachgewiesenen Werte zum Teil deutlich über dem liegen können was nach den Prüferfahrungen im Labor zu erwarten wäre. Damit ergeben sich ggf fehlerhafte Zuordnungen und in der Folge Probleme bei der Schalldämmung der fertigen Bauprodukte. Ziel der Posterpräsentation ist es auf diese Art der Nachweisblätter aufmerksam zu machen und auf die Möglichen Probleme zu sensibilisieren.

Bauakustik 1 - Luftschalldämmung A

Bauakustik 1 - Luftschalldämmung A

Sitzungsleitung:

R. Neubauer, IBN Bauphysik GmbH & Co. KG M. Schneider, Hochschule für Technik Stuttgart

13:40	Bauakustik – Das HafenCity-Prinzip in der Praxis Bernd Kögel [Abstract] Mit der Entwicklung der Hamburger HafenCity und des damit verbundenen Heranrückens von schutzbedürftiger Wohnbebauung an gewerblich oder industriell genutzte Flächen (Ha-fengebiete) wurde das sogenannte Hamburger Fenster oder HafenCity- Fenster entwickelt. Dabei handelt es sich um besondere Fensterkonstruktionen, die im teilgeöffnetem Zustand einen ausreichenden Schallschutz gewährleisten, um in den Aufenthaltsräumen der Wohnun-gen dennoch einen gesunden Schlaf sicherzustellen. Je nach Höhe der Außenlärmbelastung wird das HafenCity-Prinzip durch unterschiedliche Maßnahmen umgesetzt. Dabei gehören einfache Öffnungsbegrenzungen ebenso zum Re-pertoire wie aufwändige Kastenfensterkonstruktionen, die heute bereits in den unterschied-lichsten Varianten technisch erprobt sind und sich in der Praxis bewähren. Das HafenCity-Prinzip wird zudem heute auch für sogenannte Schallschutzvorbauten ange-wendet, wobei das Schutzziel auch die Unterschreitung bestimmter Immissionsricht- oder -grenzwerte innerhalb des Schalschutzvorbaus sein kann. So wird bei Bauvorhaben, die aus allen Himmelsrichtungen lärmbelastet sind, beispielsweise gefordert, dass ”ruhige Seiten” in-nerhalb der Schallschutzvorbauten geschaffen werden. Als Voraussetzung für eine solche ”ruhige Seiten” wird gefordert, dass der Schallschutzvorbau deutlich geöffnet ist. Solche Schallschutzvorbauten mit einem großen Öffnungsanteil wurden bauakustisch unter-sucht und es wurden bauakustische Messungen am Bau durchgeführt und ausgewertet. Der Vortrag stellt diese Erkenntnisse vor und vertieft die daraus gewonnenen Erkenntnisse an-hand von Beispielen aus der Baugenehmigungspraxis.
14:00	Frequenzkammverfahren zur Messung von Schalldruckpegeldifferenzen bei sehr tiefen Frequenzen Marius Benkert, Matthias Blau, Volker Wittstock [Abstract] In der aktuellen Norm DIN EN ISO 16283-3 für die Messung der Schalldruckpegeldifferenz an Fassaden wird ein Frequenzbereich ab 50 Hz betrachtet. Aktuelle Debatten zu dem Thema tieffrequente Geräusche und Infraschall regen eine Erweiterung dieses Frequenzbereichs zu noch tieferen Frequenzen an. Da Lautsprecher bei sehr tiefen Frequenzen oftmals eine geringe Sendeleistung haben, wird die Messung der Schalldruckpegeldifferenz für diesen Frequenzbereich mit einem Multisinus vorgeschlagen. Damit wird die vorhandene Leistung auf einzelne Frequenzen aufgeteilt und der erreichbare Signal-Rausch-Abstand (SNR) erhöht. Anhand von Messungen im Maßstabsmodell wird gezeigt, dass eine Messung der Schalldruckpegeldifferenz unter Verwendung eines Multisinussignals möglich ist und ähnliche Ergebnisse wie mit Rauschen oder Sweep gemessene Pegeldifferenzen liefert. Die drei Messignale werden zudem hinsichtlich des erreichbaren SNRs und ihrer Robustheit gegenüber Nichtlinearitäten untersucht.
14:20	Analyse von Spektren zur Schalldämmung mittels Methoden der KI – erste Ansätze Michael Parzinger, Ulrich Schanda [Abstract] Im Rahmen eines Forschungsschwerpunktes an der TH Rosenheim zu Prognoseverfahren zum Schall- und Schwingungsschutz im Holz- und Leichtbau sollen auch Methoden der künstlichen Intelligenz für Prognoseberechnungen zum Schallschutz angewendet werden. Zur Abschätzung über das Potential der KI-Methoden werden zuerst Analysen von gemessenen Terzspektren zur Schalldämmung durchgeführt. An ausgewählten Datensätzen für bestimmte Baukonstruktionen werden physikalisch begründete Berechnungsansätze z.B. nach der Normenreihe DIN 12354 mit rein statistischen Verfahren wie z.B. GAMLSS (Generalisierte Additive Modelle für Lage-, Skalen- und Formparameter) verglichen. In den Verfahren abgeleitete Parameter können für Prognosezwecke verwendet werden; daraus ermittelte Erwartungswerte und Unsicherheiten von Einzahlwerten zur Schalldämmung werden vorgestellt. Die aus den Methoden hervorgehenden Intervallschätzer werden gegenübergestellt und miteinander verglichen. Die Validierung von Prognosewerten mit Testdatensätzen wird diskutiert.
15:00	Schallschutz-Vergleichsmessungen in der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt im Jahr 2022 Sylvia Stange-Kölling, Volker Wittstock [Abstract] Im Jahr 2022 fanden turnusgemäß die Schallschutz-Vergleichsmessungen der anerkannten Stellen für die Erteilung allgemeiner bauaufsichtlicher Prüfzeugnisse (abP) in der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt statt. Diese Vergleichsmessungen sind ein wichtiger Baustein für den Erhalt des hohen Qualitätsstandards bei bauakustischen Labormessungen. Sie setzen sich zusammen aus drei Teilmessungen sowie der Überprüfung von Lautsprechern und Hammerwerken. Die Messergebnisse der Prüfstellen werden mit einem vorab von der PTB für jede Teilaufgabe ermittelten Referenzwert verglichen. Die Luftschalldämmung wurde an einer einseitig stark absorbierenden Wand gemessen. Der Raum wurde von jeder Prüfstelle nach eigenem Ermessen mit den notwendigen Diffusoren ausgestattet. Weiterhin wurde die Trittschalldämmung einer horizontalen Raumanordnung gemessen. Als Zusatzaufgabe wurde der Absorptionsgrad einer Probe in einem bauakustischen Laborraum mit einem Volumen von ca. 50 m3 bestimmt. Ziel war es, die Verwendbarkeit üblicher Prüfstandsräume für solche Messungen insbesondere bei höheren Frequenzen zu prüfen. Dazu wurde der Messraum nach dem Verfahren aus DIN EN ISO 354 mit Diffusoren ausgestattet. Die Ergebnisse der einzelnen Messungen werden im Vortrag vorgestellt. Zudem werden die erzielten Standardabweichungen für die Luft- und Trittschalldämmung mit den Werten nach DIN EN ISO 12999-1 verglichen. Beim Absorptionsgrad kann der Vergleich mit den Werten der Absorptionsgradmessungen im Hallraum der PTB-Vergleichsmessungen aus dem Jahr 2019 erfolgen.
15:20	Baumessungen leichter mehrschaliger Trennwände mit flankierenden Ziegel-Außenwänden Kai Naumann, Martin Schneider [Abstract] In Mehrgeschossbauten werden Trennwände z. B. aufgrund der Flexibilität in der Grundrissgestaltung zunehmend als mehrschalige Trockenbaukonstruktionen ausgeführt. Am Knotenpunkt der Außenwand und der Trockenbau-Trennwand besteht eine gegenüber Anschlüssen mit massiven Trennwänden verminderte Stoßstellendämmung. Diese verminderte Stoßstellendämmung wird üblicherweise über das Mindest-Stoßstellendämm-Maß abgebildet. Im Auftrag des Bundesverbandes der Deutschen Ziegelindustrie wurde in 2020 an der HFT Stuttgart ein Forschungsprojekt abgeschlossen, in welchem konstruktive Maßnahmen zur Verbesserung der Stoßstellendämmung bei diesen Anschlussdetails mit monolithischen Hochlochziegel-Außenwänden untersucht wurden. Hierbei wurden gegenüber den Mindestwerten deutlich höhere Stoßstellendämm-Maße ermittelt. Für die betrachteten Anschlussvarianten wurden deshalb Zuschlagswerte ermittelt, um die positive Auswirkung der modifizierten Stoßstellen auf dem Weg Flanke-Flanke in der rechnerischen Prognose berücksichtigen zu können. Im Vortrag werden Prüfergebnisse aus Gebäudemessungen bei unterschiedlichen Anschlüssen und verschiedenen massiven monolithischen Ziegel-Außenwänden vorgestellt und rechnerisch ermittelten Prognosewerten gegenübergestellt.

Bauakustik 1 - Luftschalldämmung B

Bauakustik 1 - Luftschalldämmung B

Sitzungsleitung:

R. Neubauer, IBN Bauphysik GmbH & Co. KG M. Schneider, Hochschule für Technik Stuttgart

16:20

In-situ Messung der Schalldämmung von Bauteilen Gustav Luckinger [Abstract] Die Überprüfung der Schalldämmung von Fassaden bzw. Bauteilen, wie Fenstern erfolgt meist nach ÖNORM EN ISO 16283-3. Bei Verkehrslärm bzw. komplexeren Fassaden ist eine Überprüfung meist sehr schwierig und aufwendig. In diesem Beitrag wird eine adaptierte Methode basierend auf Schallintensität entsprechend ÖNORM EN ISO 15186-2 dargestellt und die Methoden gegenübergestellt.

16:40

Einfluss der Anschlussfugenausbildung auf die Schalldämmung von Fenstern Christian Lux, Dominik Hierl, Bernd Nusser, Georg Steiner [Abstract] Fenster sind hochwertige Außenbauteile, die in Gebäuden immer mehr Bedeutung erlangen. Sie regeln die Wärmedämmung und den Lichteinfall. Zusätzlich sind die Luftdichtheit und der Schallschutz prägnante Eigenschaften. Da diese Eigenschaften immer bedeutender für die Behaglichkeit der Wohnraumnutzer sind, werden Fensterflächen immer entscheidender und größer. Aus diesen Umständen heraus werden Fenster immer weiter optimiert und verbessert. In Punkto Schallschutz werden Fenster häufig gemäß EN ISO 10140-2 in Prüfständen gemessen, um geeignete Systeme für das jeweilige Bauprojekt zu finden. Dabei wird die Schalldämmung der Anschlussfuge zwischen Baukörper und Fenster eher stiefmütterlich behandelt. In diesem Punkt setzt die gegenständliche Untersuchung an. Es werden verschiedene Anschlussfugenbreiten mit unterschiedlichen Einbausituationen verglichen, um einen etwaigen Einfluss von Anschlussmaterialien wie bspw. Dichtfolien und Dichtstoffen hinsichtlich des Einflusses auf den ”Standardeinbau” (mit Fensterkitt) gemäß EN ISO 10140-1 im Prüfstand festzustellen. Hierbei wird der Fenstereinbau gemäß ÖNORM B 5320 umgesetzt (4-seitig verschraubt). Des Weiteren wird im Zuge dessen der Einfluss der Anzahl der Befestigungsmittel auf die Schalldämmung von Fenstern herausgearbeitet und bewertet. Die Untersuchung wurde im Fensterprüfstand des Akustik Center Austria umgesetzt.

Geräuschbeurteilung

Geräuschbeurteilung

Sitzungsleitung:

J. Steffens, Hochschule Düsseldorf, ISAVE S. Van De Par, CvO Universität Oldenburg, Abt. Akustik, Cluster of Excellence “Hearing4All”

13:40	Der Einfluss visueller Präsentationsmodi auf die Wahrnehmung von WEA-Stimuli in Probandenstudien Daphne Schössow, Dominik Kawczynski, Stephan Preihs, Jürgen Peissig [Abstract] Visuelle Informationen helfen den Probanden einer Laborstudie, sich besser in den Kontext präsentierter Soundscapes hineinzuversetzen. Bei der rein akustischen Präsentation fehlt den Versuchsteilnehmern oft der Bezug zur Schallquelle, vor allem wenn die Beteiligten zuvor noch nie der behandelten Schallquelle ausgesetzt waren. Daher werden in Studien zur Wahrnehmung von WEA-Schall oder zur Visualisierung geplanter Windparks häufig VR-Brillen bzw. die Anzeige auf einem Bildschirm oder einer Leinwand verwendet, um das Szenario darzustellen. Im Rahmen der hier präsentierten Untersuchung wurden in einer Laborstudie drei verschiedene Wiedergabemethoden für visuelle Stimuli miteinander verglichen: Die Präsentation auf drei den Probanden umgebenden Leinwänden, dieselbe Situation virtuell in VR nachgebildet und die Präsentation des originalen 360∘ Videos in VR. Bei den letzten beiden Varianten wurde der Fragebogen in VR ausgefüllt, bei der ersten Variante auf einem Tablet. Als Stimuli wurden Aufnahmen von Windenergieanlagen in unterschiedlichen Distanzen und eine Lautsprecher-basierte Audio-Wiedergabe mittels eines Ambisonics-Decodings gewählt. Die Probanden hatten neben der Bewertung der wahrgenommenen Lästigkeit auch die Aufgabe, den Abstand zu den präsentierten WEA einzuschätzen. Vorläufige Ergebnisse zeigen keine signifikante Unterschiede in den Bewertungen zwischen den verschiedenen Präsentationsmodi.
14:00	Transformation einer haptischen und auditiven Endkontrolle in ein akustisches Prüfsystem am Beispiel eines Kugelgewindetriebes Lothar Kroll, Matthias Klärner, Matthias Deckert, Nicolas Berger, Rea Eleni Lenser [Abstract] Aktuell wird die manuelle Prüfung von Kugelgewindetrieben haptisch und auditiv durchgeführt. Dabei werden Montage und korrekter Lauf kontrolliert. Die Anforderungen aus unterschiedlichen Branchen wie Medizintechnik, Aerospace oder Automotive nach reproduzierbaren und rückverfolgbaren Daten, steht dieser menschlichen Prüfung entgegen. Es ist das Ziel, ein Konzept zu entwickeln, welches den bestehenden Prozess substituiert und eine objektive Bewertung erreicht. Weiterhin steht im Fokus, das Know-how des Prüfenden zu erlernen und dadurch das System weiterzuentwickeln. Im Rahmen des Lean Managements soll die Abfolge der aktuell verwendeten Prüfroutine nicht verändert werden. Daher wird ein optisches Mikrofon eingesetzt, um das menschliche Hören in einem erweiterten Messbereich zu erfassen. Zusätzlich wird ein Körperschallsensor verwendet, um die Haptik des Prüfenden abzubilden. In Vorversuchen erfolgte die Identifizierung von fehlerhaften Kugelgewindetrieben durch charakteristische Frequenzen. Im anschließenden Feldversuch unter Produktionsbedingungen wurden diese bestätigt und zudem nachgewiesen, dass das beschriebene Verfahren zur Klassifizierung von fehlerhaften Kugelgewindetrieben eingesetzt werden kann. Der Nachweis zur Übertragbarkeit der haptischen und auditiven Prüfung auf ein akustisches Prüfsystem wurde damit erbracht.
14:40	Einfluss von Grundfrequenz und Ton-zu-Rauschabstand auf die Beschreibung und Bewertung tonaler Ventilatorgeräusche Eike Claaßen, Stephan Töpken, Steven Van De Par [Abstract] Ventilatoren sind eine alltägliche Schallquelle für Menschen. Neben einem meist breitbandigen Rauschen beinhalten Ventilatorgeräusche oft tonale Komponenten, welche häufig als unangenehm wahrgenommen werden. In der vorliegenden Studie wurden 24 an realen Ventilatorgeräusche angelehnte Prototypgeräusche mittels eines semantischen Differentials beurteilt. Das semantische Differential bestand aus 21 Adjektivpaaren mit jeweils einer sieben-stufigen Kategorialskala. Die Prototypgeräusche basieren auf dem gemittelten und geglätteten Spektrum realer Ventilatorgeräusche und zusätzlichen Einzel- oder Multitönen mit verschiedenen Grundfrequenzen (60 Hz, 180 Hz, 300 Hz) und 2-fach gestuften Signal- Rauschabständen (SNR). Die Ergebnisse zeigen, dass Geräusche mit einer Grundfrequenz von 60 Hz bis zu drei Skaleneinheiten stärker brummend und bis zu einer Skaleneinheit angenehmer wahrgenommen werden als Geräusche mit höheren Grundfrequenzen von 180 Hz oder 300 Hz. Eine Erhöhung des SNRs führt für eine Grundfrequenz von 60 Hz dazu, dass die Geräusche im Mittel als brummender, dunkler und wummernder wahrgenommen werden. Die höheren Grundfrequenzen von 180 Hz und 300 Hz werden als eher nicht brummend, heller und nicht wummernd empfunden. Für die zwei höheren Grundfrequenzen führt eine Erhöhung des SNRs zu einer unangenehmeren Beurteilung, nicht jedoch bei einer Grundfrequenz von 60 Hz. Offensichtlich wirken sich die verschiedenen Klangcharakteristika unterschiedlich auf die Geräuschbewertung aus.
15:00	Predicting Perceived Noisiness Ratings in Speech Signals Using Transformer-based Pretrained Language Models Wafaa Wardah, Sebastian Möller [Abstract] A major performance indicator of telecommunication services and networks is the perceived quality of transmitted speech signals, which can be categorized into dimensions such as noisiness, discontinuity, coloration, loudness, as well as overall quality. Modern machine learning techniques, especially deep learning, have made it possible to predict the perceived quality non-invasively, using the degraded signal only. Although these single- ended models produce results somewhat comparable to subjective ratings, predicting the noisiness level accurately has remained a challenge. An improvement in noisiness prediction will be useful in further progress towards standardizing methods for single-ended perceptual approaches for multi- dimensional analysis (P.SAMD) by the International Telecommunication Union. In this work, a speech quality database especially curated for noisiness degradation conditions is prepared and used to train a large pre-trained language model, XLS-R, in combination with various downstream deep learning architectures. We show that the success of the XLS-R feature extractor can be utilized in the task of predicting perceived noisiness in transmitted speech signals non-invasively.
15:20	Numerical study of noise and vibration behaviour of lightweight gearbox housing Khadijeh Farshi Ghodsi, Manuel Bopp, Manuel Petersen, Tobias Gohlke, Albert Albers [Abstract] The gearbox housing is one of the main components of an electric vehicle which has an influence on the NVH behaviour of the gearbox and overall vehicle, especially in the context of e-mobility. Vibrations inside the gearbox are mainly excited at the gear mesh and then transmitted to the housing through shafts and bearings, where it is radiated as air-borne noise. Because of the importance of reducing the weight of electric vehicles, housing structures are often target of lightweight design measures, which, in turn, often lead to worsened NVH behaviour. In this paper, the effects of different lightweight design measures on the vibrational behaviour of a gearbox housing are evaluated by numerical simulations. Firstly, the basic model (without lightweight design) has been simulated numerically in a commercial finite element software to extract the natural frequencies, mode shapes and frequency response functions for specific points of interest. These results have been verified by the measurement using 3D laser scanning vibrometer. Then, multiple variants of the electric vehicle gearbox housing are created in CAD and numerically simulated with different lightweight design. The results of the modal analysis provide valuable insights on the vibrational behaviour due to lightweight design measures.

Lärm am Arbeitsplatz (Poster)

Lärm am Arbeitsplatz (Poster)

Organisation:

O. Von Estorff, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung S. Lippert, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung

15:40

Bestimmung der Schalldämmung von Kinder-Gehörschutz Sandra Dantscher [Abstract] Die Schalldämmung von Gehörschutz, der in der EU in Verkehr gebracht werden soll, wird nach EN ISO 4869-1:2018 mit Hilfe einer subjektiven Methode (REAT, real ear attenuation at threshold) gemessen. In einem diffusen Schallfeld wird für die Versuchsperson einmal die Hörschwelle mit Gehörschutz und einmal ohne bestimmt. Dabei kommt terzbandbreites Rauschen an den Oktavband-Mittenfrequenzen von 63 Hz bis 8000 Hz zum Einsatz. Aus den Daten von jeweils 16 Versuchspersonen werden die Dämmwerte des Produkts berechnet. Dieses Messverfahren ist etabliert und gilt als Gold-Standard, wird aber bisher nur mit erwachsenen Personen praktiziert. Es erfordert eine ausreichend gute Reproduzierbarkeit der Hörschwelle, damit die Differenz aus offener und verschlossener Hörschwelle aussagekräftig ist. Es gibt bisher nur wenige Erfahrungen, wie gut sich das Verfahren auf Kinder übertragen lässt. Für speziellen Kinder-Gehörschutz besteht aber die Notwendigkeit, für die Ermittlung der Schalldämmung ein anwendbares Verfahren zu definieren. In einem laufenden Projekt der Arbeitsgruppe CEN/TC 159/WG 6 werden Anforderungen und Prüfverfahren für Kinder-Gehörschützer erarbeitet. Der vorliegende Beitrag fasst den aktuellen Stand im Hinblick auf die Schalldämmungsmessungen zusammen. Neben der Messung mit Kindern oder entsprechend ausgewählten Erwachsenen oder Heranwachsenden (Kopfgrößen, Ohrkanaldurchmesser) werden auch Alternativen zum o.g. REAT- Verfahren diskutiert, die auf objektiv ermittelten Daten basieren könnten.

15:48

Schallausbreitung und Auswirkung auf die Sprachverständlichkeit durch Luftreiniger in Bildungseinrichtungen unter Berücksichtigung unterschiedlicher raumakustischer Ausstattungsvarianten Jan Selzer, Ingo Albrecht, Florian Schelle [Abstract] Vor dem Hintergrund der möglichen Reduzierung einer Infektionsgefahr wurde der Einsatz mobiler Luftreiniger in Bildungseinrichtung mit staatlichen Mitteln gefördert. Jedoch mehren sich seitdem die Beschwerden über eine zu hohe Lärmbelastung im Unterricht. An zwei verschiedenen Modellen mit HEPA-Filter wurden zunächst die Geräuschemissionsangaben der Hersteller durch eigene Messungen überprüft. Auf Basis der selbst ermittelten Schallleistungspegel wurden Simulationen der Schallausbreitung und Sprachverständlichkeit für einen Klassenraum sowie einen Kita-Gruppenraum durchgeführt. Dabei fanden im Klassenraum zwei unterschiedliche raumakustische Ausstattungsvarianten (”weitgehend schallhart” und ”gemäß Stand der Technik”) Berücksichtigung. Für den Kita-Gruppenraum erfolgte die Simulation auf Basis einer real existierenden Einrichtung. Hier wurden die Simulationsergebnisse mit einer Vor-Ort-Messung verglichen. Die gemessene Schallleistung fiel für beide Luftreiniger- Modelle höher aus, als vom Hersteller angegeben. Die Ergebnisse der Simulationen zeigen, dass beide Geräte unter Verwendung des für die Räumlichkeit geforderten Luftvolumenstroms einen Schalldruckpegel im Raum erzeugen, der die Vorgaben zum Schutz der Gesundheit gemäß ASR A3.7 ”Lärm” verletzt. Auch eine ordnungsgemäße raumakustische Gestaltung und die simultane Verwendung mehrerer Luftreiniger mit niedrigerem Luftvolumenstrom pro Gerät können hier keine Abhilfe schaffen.

Lärm am Arbeitsplatz 1 - Extra-aurale Wirkung

Lärm am Arbeitsplatz 1 - Extra-aurale Wirkung

Organisation:

S. Dantscher, Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzl. Unfallversicherung H. Sukowski, Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin

13:40	Der Einfluss der akustischen Arbeitsumgebung auf kognitive Leistungen und das subjektive Erleben: Fortsetzung einer Laborstudie mit Beschäftigten Helga Sukowski [Abstract] Im Rahmen eines BAuA-Forschungsprojektes wird in einer Studie die Wirkung unterschiedlicher Geräusche auf eine Leseaufgabe sowie einen Konzentrationstest untersucht. Zudem werden subjektive Einschätzungen erfragt. Ergebnisse einer vorausgehenden Studie sowie Ergebnisse einer ersten Versuchsbedingung der laufenden Studie wurden im Tagungsband der DAGA 2020 sowie einem Vortrag auf der DAGA 2022 vorgestellt. In der aktuellen Studie werden drei unterschiedliche Geräuschbedingungen eingesetzt: (1) Ausschnitte aus einer Aufnahme in einem Großraumbüro, (2) Ausschnitte aus einer Aufnahme an einem Kassenarbeitsplatz im Textileinzelhandel, (3) das Geräusch einer Baustelle mit unterschiedlichen Maschinen und Fahrzeugen. Die Geräuschumgebungen (1) und (2) wurden vom IFA der DGUV im realen Arbeitsumfeld mit einem Kunstkopf aufgezeichnet. Alle Personen (bislang N=57; Alter 29-61 Jahre) bearbeiten die Leseaufgabe und den Konzentrationstest (KLT-R) einmal in einer Ruhebedingung und einmal in einer der drei Geräuschbedingungen. Zwischen beiden Messzeitpunkten liegt ca. eine Woche. Nach jeder Aufgabe wird jeweils die subjektive Einschätzung zu den Aspekten ”Anstrengung”, ”Konzentration”, ”selbst eingeschätzte Leistung” und ”Störung” erfragt. Die Auswertungen für die erste Geräuschbedingung hatten geringe bzw. keine Effekte auf die Leistung gezeigt. Es wurden aber deutliche Effekte auf die subjektiven Einschätzungen ermittelt. Im eingereichten Beitrag werden Ergebnisse für die weiteren Versuchsbedingungen sowie Vergleiche zwischen den verschiedenen Versuchsbedingungen vorgestellt und diskutiert.
14:00	Analyse und algorithmische Optimierung von Geräuschkulissen und Sprachkommunikation im OP-Saal Jan Rennies-Hochmuth, Mattes Ohlenbusch, Andreas Volgenandt, Till Spitz, Hannah Baumgartner, Christian Rollwage, Verena Uslar, Verena Weber [Abstract] Operationssäle stellen eine komplexe Arbeitsumgebung dar, in der Kommunikation zwischen verschiedenen spezialisierten Berufsgruppen unter stressigen Bedingungen mit zum Teil sehr ausgefeilter Technologie stattfinden muss. Eine Vielzahl von Informationen von Patientenakten, Medizingeräten und im OP-Saal anwesenden Personen müssen parallel abgerufen, überwacht, dokumentiert und kommuniziert werden - und das unter Stress, Multitasking und häufig sehr schwierigen akustischen Bedingungen. Dabei treten in nicht unerheblichem Maße unerwünschte Ereignisse auf (z.B. Seitenverwechslung oder intraoperativ vergessene Gegenstände). Fast alle Geräusche können dabei situationsbedingt aber auch sehr wichtige Informationen tragen und nicht nur als Störgeräusche wirken. Das BMBF-Projekt METIOR untersucht daher u.a., inwieweit mit Hearable-Technologien die Mensch-Mensch-Kommunikation verbessert werden kann, und wie auch unter OP-Lärm-Bedingungen eine robuste Sprachaufnahme gelingt, so dass Assistenzfunktionen wie Informationsabruf oder Gerätesteuerung und die Dokumentation von OP-Abläufen mithilfe von Sprache möglich sind. Der Beitrag berichtet von in sechs realen OPs durchgeführten Schallaufnahmen und deren Analyse in Bezug auf Pegel, Sprachanteile, Geräuschanteile und Sprachverständlichkeit, sowie über algorithmische Lösungen, die durch eine Kombination von Hearable-basierten Mikrofontechnologien und ein- und mehrkanaligen Signalverbesserungsstrategien eine robuste Sprachaufnahme sowie eine unangestrengte Kommunikation zwischen im OP anwesenden Menschen ermöglichen sollen.
14:20	Untersuchung des Effekts verschiedener Sidetone-Einstellungen auf die Reduktion des Sprachpegels sowie das subjektive Empfinden telefonierender Mitarbeitender im Büro Benjamin Müller, Noemi Herget, Mariella Laubengeiger [Abstract] Die bedeutendsten Störquellen bei der Arbeit in Großraumbüros sind aufgabenirrelevante Gespräche anderer Mitarbeitender - insbesondere hervorgerufen durch Telefonate. Sie bewirken eine Ablenkung von den eigentlichen Aufgaben und führen zu einer subjektiven Störung sowie kognitiven Leistungsbeeinträchtigung. Dieser sogenannte ”Irrelevant Speech Effect” (ISE) kann z.B. durch akustische und organisatorische Maßnahmen verringert werden. Aber lässt sich der den ISE hervorrufende Changing-State- Charakter von Sprache auch direkt an der Quelle (den telefonierenden Mitarbeitenden) reduzieren, indem Lombard- und Fletcher- Effekt genutzt werden? In dieser Studie wurde untersucht, welchen Einfluss neun verschiedene, über Kopfhörer wiedergegebene Sidetone-Pegel bei jeweils vier verschiedenen bürotypischen Hintergrundgeräuschbedingungen auf den Sprachpegel sprechender Personen sowie auf ihr subjektives Empfinden haben. Des Weiteren wurde getestet, welchen Sidetone-Pegel Probanden beim Telefonieren unter den vier verschiedenen Hintergrundgeräuschbedingungen selbst wählen würden. Die Ergebnisse zeigen, dass sich insbesondere durch den Lombard-Effekt erhöhte Sprachpegel beim Telefonieren durch eine richtige Einstellung des Sidetones wieder reduzieren lassen - und gleichsam als angenehm von den Probanden wahrgenommen werden.
15:00	Biophiles Design für die Ohren: Verbessern Naturgeräusche in Mikropausen die Aufmerksamkeits- und Stresserholung nach Arbeitsphasen? Katrin Frings, Isabel S. Schiller, Manuj Yadav, Sabine J. Schlittmeier [Abstract] Durch die zunehmende Digitalisierung und Urbanisierung verbringen Berufstätige immer mehr Zeit in Gebäuden. Auch hinsichtlich der Arbeitseffizienz kann der abnehmende Kontakt zur Natur problematisch sein, da angenommen wird, dass Naturreize die kognitive Leistung fördern und Stress abbauen. Mögliche Lösungen könnte das biophile Design bieten, welches Gebäude durch multimodale Naturelemente aufwerten soll. Ziel dieser Studie war es zu untersuchen, ob nach dem Arbeiten unter Bürolärm die Darbietung von Naturgeräuschen in Mikropausen die Aufmerksamkeits- und Stresserholung verbessern kann. Hierzu wurde ein Laborexperiment (N=75) mit einem 3x2-Design durchgeführt (Zwischensubjektfaktor Geräuschbedingung [Bürogeräusche, Ruhe, Naturgeräusche]; Innersubjektfaktor Messzeitpunkt [vor Pause, nach Pause]). Die Geräusche wurden über Kopfhörer bei LAeq = 55 dB(A) dargeboten. Das Experiment begann mit einer 15-minütigen Arbeitsphase und einer 40-minütigen Testphase mit einer Aufmerksamkeitsaufgabe unter Bürolärm. Die sich anschließende 6-minütige Mikropause wurde entweder von Naturgeräuschen, Bürolärm oder Ruhe begleitet, bevor die Aufmerksamkeitsaufgabe erneut absolviert wurde. Neben Leistungsmaßen wurden subjektive Bewertungen der Aufmerksamkeits- und Stresserholung mehrfach im Experimentalverlauf erhoben. Es werden die Ergebnisse der varianzanalytischen Datenauswertung präsentiert, die prüft, ob Naturgeräusche im Vergleich zur Bürolärm- aber ggf. auch im Vergleich zur Ruhebedingung zu besserer Erholung führen. Die Ergebnisse sollen Aufschluss darüber geben, ob auditives biophiles Design zu einem angenehmeren und gesünderen Arbeitsumfeld beitragen kann.

Lärm am Arbeitsplatz 2 - Gehörgefährdender Lärm, Emission und Arbeitsmedizin

Lärm am Arbeitsplatz 2 - Gehörgefährdender Lärm, Emission und Arbeitsmedizin

Organisation:

S. Dantscher, Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzl. Unfallversicherung H. Sukowski, Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin

16:20	Musik und Hörschäden: Aktuelle Schweizer Studien, Aktivitäten der Suva Bruno Buchmann [Abstract] Verschiedene Schweizer Studien befassten sich in den letzten Jahren mit dem Thema Gehörschutz bei Musikern. Sowohl in Berufsorchestern, als auch an Musikschulen, Musikhochschulen und bei Amateurformationen wurde untersucht, wer welche Gehörschutzmittel einsetzt, wann und warum diese getragen oder eben nicht benutzt werden. Die Resultate dieser Studien dienen als Grundlage für die Entwicklung von zielgruppenspezifischen Massnahmen. Dazu hat die Suva eine Arbeitsgruppe ins Leben gerufen, in welcher alle wichtigen Verbände und Institutionen eingebunden sind. Ein erstes Produkt dieser Arbeitsgruppe ist eine spartenübergreifende Internetseite, mit welcher Synergien genutzt und Informationen ausgetauscht werden. Auf der Seite finden sich spezifische Inhalte für Berufsmusiker, für Amateure und für Personen mit musikbedingten Hörschädigungen. Zudem werden Workshops, Referate oder Weiterbildungen für Orchester oder Musikschulen erarbeitet und durchgeführt. Gehörschäden sind die mit Abstand häufigste Berufskrankheit in der Schweiz. Davon sind leider auch Musikerinnen und Musiker betroffen. Die Suva engagiert sich für die Prävention solcher Krankheiten, seit Jahren auch in Form von Informationen und Sensibilisierungen bei den Berufsorchestern. Nun erfolgt auch in der Musikbranche der Schritt von der reinen Beratung hin zu einem Vollzug mit verbindlichen Massnahmen.
16:40	Untersuchung der Schallabstrahlung von unterschiedlichen industriell genutzten Klebebändern Jan Selzer, Ingo Albrecht, Zoltán Lampert, Ronny Herzog, Markus Haaß [Abstract] In industriellen Verpackungsbereichen unterschiedlicher Branchen werden Verpackungsmaschinen zum automatischen Verschließen von Kartons genutzt. Hierbei können in diesen Bereichen potenziell gehörgefährdende Schalldruckpegel hervorgerufen werden. Das Abrissgeräusch der eingesetzten Klebebänder ist die Quelle der Schallentstehung. Im Verkauf befindliche Klebebänder werden teilweise als Low-Noise- Produkte beworben. Jedoch gibt es nach aktuellem Wissensstand keine Messvorschriften und Angaben zu Schalldruckpegeln durch das Abrissgeräusch von Klebebändern an industriellen Verpackungsmaschinen. Um diese Wissenslücke zu schließen, werden im vorgestellten Beitrag die Unterschiede der hervorgerufenen Schalldruckpegel zwischen vergleichbaren Klebebändern systematisch untersucht. Eine Marktrecherche dient zur Identifikation vergleichbarer selbstklebender, einseitiger, industriell genutzter Klebebänder. Auf Basis einer getroffenen Auswahl von Klebebändern mit unterschiedlichen Klebstoffen und Trägermaterialen, wird die Untersuchung unter Laborbedingungen dargestellt. Dazu wurde eine Abrollmaschine und eine zugehörige Messmethode entwickelt, die es erlaubt Klebebänder unter kontrollierten Bedingungen abzuziehen. Dadurch kann ausschließlich das Abrollgeräusch der Klebebänder beurteilt werden. Aus den Labormessungen lassen sich Pegelspannen, Differenzen zwischen Klebebändern und ein mögliches Lärmminderungspotenzial in den Verpackungsbereichen der Betriebe durch den Einsatz von leiseren Klebebändern darstellen.
17:00	Die neue Arbeitsmedizinische Empfehlung 'Lärm' Florian Schelle, Peter Hammelbacher [Abstract] Arbeiten Beschäftigte unter Lärmeinfluss, müssen Arbeitgeber gemäß Verordnung zur arbeitsmedizinischen Vorsorge (ArbMedVV) ab Überschreiten des unteren Auslösewerts von 80 dB(A) eine arbeitsmedizinische Vorsorge anbieten. Diese ist ab 85 dB(A) verpflichtend. Die Inhalte und Untersuchungen im Rahmen dieser Vorsorge wurden bislang im DGUV Grundsatz G20 beschrieben. Dieser Grundsatz wurde durch die neue DGUV Empfehlung ”Lärm” abgelöst. Der vorliegende Beitrag zeigt die wesentlichen Neuerungen auf und erläutert deren Hintergründe und Konsequenzen. Insbesondere wurden die Hörverlustwerte gesenkt und berücksichtigen geschlechtsspezifische Unterschiede gemäß ISO 7029.
17:20	Berücksichtigung von Gehörschutz in der neuen „DGUV Empfehlung Lärm“ Peter Sickert [Abstract] Bei der Überarbeitung der DGUV Grundsätze für die arbeitsmedizinischen Untersuchungen wurde der Grundsatz G 20 ”Lärm” in die DGUV Empfehlung für die arbeitsmedizinische Beratung und Untersuchung ”Lärm” überführt. Dabei erhält die Beratung zum Gehörschutz sowohl für die untersuchten Personen als auch für die Unternehmen einen deutlich höheren Stellenwert. Für die Nachuntersuchung wird empfohlen, neben der üblichen Hörschwellenbestimmung die Tonaudiometrie zusätzlich mit Gehörschutz durchzuführen. Damit können Arbeitsmediziner oder Betriebsätze die Wirksamkeit des verwendeten Gehörschutzes beurteilen. Das Verfahren zum Vergleich mit den Baumusterwerten wird kurz dargestellt (mit Verweis auf die DGUV Information 212-003). Die Empfehlung für die arbeitsmedizinische Beratung beinhaltet neben den bekannten Themen, wie die richtige Auswahl von Gehörschutz, auch die verringerte Schalldämmung der Gehörschützer im praktischen Einsatz. Auf das Erreichen der Schalldämmung entsprechend Baumusterprüfung durch die sogenannte ”qualifizierte Benutzung” wird hingewiesen. Von Bedeutung ist auch die Beratung zum Verwenden von geeigneten Hörgeräten, die für Lärmarbeitsplätze zugelassen sind. Dies betrifft sowohl Hörgeräteträger als auch Personen, für die abzusehen ist, dass sie demnächst mit einem Hörgerät versorgt werden könnten.

Lehre und Geschichte der Akustik

Lehre und Geschichte der Akustik

Sitzungsleitung:

A. Gerlach, Robert Bosch GmbH

13:40	Einstieg in die DFG-Förderung Wieland Biedermann [Abstract] Die DFG zählt zu den größten Forschungsförderern in Europa und in Deutschland. Im Vortrag werden die wesentlichen Grundlagen für den Einstieg in die DFG-Förderung vorgestellt. Dazu zählen etwa typische Förderformate für die ersten Anträge, die Prozesse der Antragsbehandlung durch die DFG, Hinweise zu typischen Fallstricken und weiterführende Informationsquellen. Der Vortrag wird durch Hinweise zu Änderungen der DFG-Förderung in den letzten Jahren abgerundet.
14:00	Zum Abschluss der Katalogisierung der historischen akustisch-phonetischen Sammlung (HAPS) der TU Dresden Rüdiger Hoffmann [Abstract] Die Alleinstellung der im Jahre 1999 gegründeten, aus drei Vorgängereinrichtungen in Dresden, Berlin und Hamburg hervorgegangenen historischen akustisch-phonetischen Sammlung (HAPS) der TU Dresden ergibt sich daraus, dass sie die Erforschung des Sprachsignals sowohl in der vorelektronischen Zeit der Experimentalphonetik als auch in der Phase der elektronischen Sprachtechnologie bis zum Einzug des Computers in die Sprachlabore mit großer Vollständigkeit anhand von etwa 900 Exponaten dokumentiert. Über verschiedene Aspekte der Sammlung wurde seit 2004 in den historischen Sitzungen der DAGA regelmäßig berichtet, darunter 2013 über das Erscheinen des ersten Katalogbandes, in dem durch Dieter Mehnert die Bestände zur Experimentalphonetik erschlossen wurden. Nun, ein Jahrzehnt später, kann von der Fertigstellung des zweiten Katalogbandes berichtet werden, der die Exponate aus dem Bereich der Sprachakustik bis in die Computerära beschreibt. Damit liegt erstmals eine Übersicht darüber vor, inwieweit insbesondere die Entwicklung der Spracherkennung und Sprachsynthese seit der Nachkriegszeit in beiden deutschen Staaten anhand von Exponaten der HAPS dokumentiert werden kann. In dem Beitrag werden typische Beispiele aus den Beständen der Sammlung beschrieben.
14:20	Wiki.Audio: Eine interaktive Enzyklopädie der Akustik und Audiotechnik Dieter Leckschat, Christian Epe, Timo Grothe, Ralph Kessler, Malte Kob, Ingo Weismantel [Abstract] Eine nachwachsende Generation von Akustikern und Audioingenieuren informiert sich weniger aus klassischen Lehrbüchern, sondern bereits heute und noch mehr zukünftig aus Internetquellen, die leider oftmals von ungenügender inhaltlicher Qualität sind. Aus dieser Situation heraus wurde ein Projekt entwickelt, dessen Ziel die Erstellung einer laufend aktualisierten Audio-Enzyklopädie ist, die von einer offenen Gemeinschaft von Akustiker:innen und Toningenieur:innen mit Inhalten gefüllt wird: Wiki.Audio. Inspiriert durch die fachliche Bandbreite der Webseite des verstorbenen Tonmeisters Eberhard Sengpiel sollen folgende Themenbereiche in das wiki-Format transformiert oder neu erarbeitet werden: Grundlagen der Audiotechnik, Wahrnehmung, Akustik, Aufnahmetechnik, Wiedergabetechnik und Audio-Signalverarbeitung. Um Möglichkeiten des Internets zu nutzen, die über bestehende Webseiten hinausgehen, wird eine Datenbank von Wikis erstellt. Deren Programmierung erfordert dann Kenntnisse in HTML, PHP und/oder Javascript. Es soll Content-Ersteller:innen aber nicht zugemutet werden, diese Programmierung zu erlernen. Daher entstand das Konzept, Eingabemasken (templates) vorzubereiten, welche das Einpflegen von Inhalten ohne Programmierarbeit ermöglicht. Es entsteht also unter www.wiki.audio eine Anzahl von unterschiedlichen, vorbereiteten Webseiten, in die jeweils multimediale Inhalte (Texte, Bilder, Sounds, Videos) sowie interaktive Elemente, Links oder auch Quellcode eingetragen werden können. Auch soll die Erstellung sogenannter Kalkulatoren (bspw. für die Umrechnung von Einheiten, etwa Dezibel) möglich sein. Erste Beispiele der Templates werden im Beitrag vorgestellt.
14:40	Kompetenzorientierte Audiotechnik- und Akustik-Ausbildung im Studiengang Medientechnik Eva Wilk, Matthias Fehling [Abstract] Absolvent:innen des Studiengangs Medientechnik an der HAW Hamburg sollen in durch ihr Studium in die Lage versetzt werden, praxisnahe wissenschaftliche Methoden anzuwenden, um Events, AV-Produktionen, Festinstallationen und Ähnliches technisch zu planen, zu konzipieren und umzusetzen. Dazu setzen sie professionelle Werkzeuge zur Modellierung, Simulation, Planung, Integration sowie Programmierung ein. Für das Erreichen dieses Outcomes speziell im Bereich Audiotechnik und Akustik werden die zugehörigen Lehrveranstaltungen durch praktische Anteile sowie kompetenzorientierte Laborpraktika ergänzt. Durch die, im Verlauf des Studiums zunehmend offeneren, Aufgabenstellungen der Laborpraktika erarbeiten sich die Studierenden systematisch den komplexen Zusammenhang zwischen Raum- und Elektroakustik, Audiosignalverarbeitung, Audiomesstechnik und Steuerung. Zwei bestehende Laborpraktika zur Audiopraxis und -messtechnik wurden in Hinblick auf diese Zielstellung überarbeitet: Das Laborpraktikum zum ”Analogen Mischpult” wurde ersetzt durch ein ähnlich gelagertes, methodisch dem forschenden Lernen zuzuordnenden Praktikum mit digitalem Mischpult und Dante-Netzwerk. Das Laborpraktikum zur messtechnischen ”Qualitätskontrolle eines digitalen Mischpults” wurde durch eine Aufgabenstellung zur signal- und messtechnischen Analyse und Einrichtung von Hardware-basierten Festinstallations-Szenarios ersetzt. Hierzu waren umfangreiche Planungen zu technischer und methodischer Umsetzung sowie die Beschaffung der entsprechenden Hardware die Voraussetzung. Die Learning Outcomes und die Einbettung dieser kompetenzorientierten Laborpraktika in die weiteren Studieninhalte, sowie die Umsetzung und erste Evaluationsergebnisse werden vorgestellt.
15:00	An online course about acoustic simulations and auralization Lukas Aspöck, Anne Heimes, Michael Vorländer, Andreas Herweg, Olivier Dazel [Abstract] As part of the project Acoustics Knowledge Alliance (ASKnow), an online course including 30 lessons on the topic of acoustic simulations and auralization was created. It covers the required fundamentals of signal processing, gives an introduction into geometrical acoustics and wave-based simulation models for room acoustics, explains binaural synthesis and other spatial audio reproduction techniques. Additionally, several application examples of simulation and auralization in industry and research are presented. The online course is designed as an e-learning activity with gamification elements which can be taken as a standalone course by students. Teachers of in-person courses can also select individual lessons and materials as modules of blended learning. In addition to textbook style text and schematics, the course focuses on providing animations, interactive tools and various audio examples to let students experience the contents in an interactive way. The course material is free and will be made available on the ACOUCOU platform (www.acoucou.org).
15:20	Entwicklung eines Versuchstandes zur Geräuschuntersuchung am Fahrradkettentrieb Ertac Celik, Julia Rieß, Stefanie Retka, Christian Polster, Vadim Helwich [Abstract] In diesem Beitrag wird die Entwicklung eines Versuchsstandes zur Geräuschuntersuchung am Fahrradkettentrieb im Rahmen einer Abschlussarbeit in Kooperation mit der Firma SRAM und unter Leitung des im Jahr 2019 neu gegründeten Labors für Akustik an der Technischen Hochschule Würzburg - Schweinfurt vorgestellt. Ziel des Projektes ist es, Geräusche am Fahrradkettentrieb zu lokalisieren und Optimierungsmaßnahmen zu treffen. Hauptaugenmerk des Beitrags liegt auf der Entwicklung eines Versuchsstands zur Durchführung reproduzierbarer Messergebnisse. Die Messungen erfolgen für verschiedene Prototypen. Neben der Schwierigkeit der variablen Konstruktion, um verschiedene Fahrradtypen auf den Versuchsstand zu montieren, muss der Antrieb des Kettentriebes geräuscharm gestaltet werden. Untersucht werden drei im Fahrradbereich übliche Schaltungen mit jeweils drei unterschiedlichen Drehzahlen. Im Ergebnis steht eine systematische Detektion von Geräuschen zur weiteren Optimierung des Kettentriebes.

Lehre und Geschichte der Akustik (Poster)

Lehre und Geschichte der Akustik (Poster)

Organisation:

O. Von Estorff, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung S. Lippert, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung

15:40

Real-time signal processing as a tool to teach and to raise awareness – DSP and hearing loss simulation Bastian Epp [Abstract] Digital signal processing is omnipresent in science and technology. With the increasing role of digital electronics and computer processing in sensing and communication, this discipline can be considered a cornerstone of modern engineering and science education. The mathematical description of digital signals and system relies heavily on discrete mathematics and transformations that require a certain level of abstraction. Simple systems like filters to shape the spectral contents of an acoustic signal are described and designed in a complex-valued domain. The transfer of mathematical abstraction to an audible result often is a hindrance to make the required connections across abstraction levels. Here we present efforts to use an embedded low-cost real-time signal processing platform in the domains of engineering education and as a tool to raise public awareness of hearing loss. The two systems are based on BELA.IO with added hardware peripherals. The resulting systems allow real-time design and evaluation of digital filters, and to experience perceptual effects o hearing impairment. The processing platform is commercially available, and the implemented processing systems are freely available for educational purposes.

15:48

Bauakustik im Metaverse – das VR-Lernlabor der Universität Stuttgart zur Messung der Luftschalldämmung von Bauteilen Holger Röseler, Benjamin Müller, Jan De Boer, Matthias Brodbeck, Yuan Fang, Paul Kischkat, Philip Leistner, Michael Singer, Jan Zerelles [Abstract] Messtechnik ist grundlegender Bestandteil des ingenieurwissenschaftlichen Studiums. Messungen können jedoch aufgrund der Laborverfügbarkeit nur beschränkt angeboten werden. Die hier, am Beispiel eines Türenprüfstands (Messung Luftschalldämmung), vorgestellte Virtual Reality Laborumgebung kompensiert diesen Mangel. Eine Multi-User-Umgebung inklusive Sprachchat ermöglicht angeleitetes Experimentieren und zugleich kollaboratives Lernen im virtuellen Raum. Das (mess-)technische Verständnis wird durch die Kombination von Informationen mit der Immersion der Versuchsumgebung gesteigert. Die Messung kann normgerecht in VR durchgeführt werden - samt notwendiger Schritte wie beispielsweise Messung der Entfernung von Mikrofonen und Dodekaeder zu Oberflächen, Kalibrierung oder Wahl der Mikrofonpositionen. Das entwickelte VR-Labor basiert auf einer etablierten Game-Engine (Unity), die eine Plattform für die virtuelle Umgebung bietet. Sie ist jedoch für die Auralisation der akustischen Umgebung unzureichend. Hierfür erfolgte die Anbindung der akustischen Middleware WWISE, zur richtungs- und positionsabhängige Auralisierung einer Schallquelle im Raum. Dies gilt auch unter Verwendung frequenzabhängiger Schalldämm-Maße des Prüfbauteils sowie der Raumakustik der Prüfräume. Didaktisch eignet sich die Umgebung für blended Learning Konzepte und reines Online-Lernen. Somit lässt sich das VR-Labor zur Vorbereitung, aber auch zur kompletten Durchführung von Laborübungen einsetzen. Die notwendige Hardware (3D-Brille) wird leihweise zur Verfügung gestellt. Studierendenteams verbinden sich ortsunabhängig zusammen mit einem Versuchsbetreuer synchron mit dem Server, um die Versuche kollaborativ durchzuführen.

Meeresakustik und Wasserschall 1 - Teil A

Meeresakustik und Wasserschall 1 - Teil A

Organisation:

J. Abshagen, Wehrtechnische Dienststelle 71 I. Nissen, Wehrtechnische Dienststelle 71 G. Schmidt, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel A. Homm, Wehrtechnische Dienststelle 71

13:40	Entwurf geräuschoptimierter Propeller und akustische Detektion von Erosionserscheinungen an Propellerblättern Reinhard Schulze [Abstract] Due to the sufficiently good accuracy and very high computing speed, potential flow propeller calculation methods are at the focus of propeller designs. These fast methods make it possible to use complete mathematical optimization methods for the propeller design in the sense of inverse calculation methods. In order to minimize the noise radiation of the propellers, the optimality criteria are chosen in such a way, that a minimum pressure fluctuation level and a largely delayed cavitation inception for sheet-, tip-vortex- and hub-vortex-cavitation will be realized.The unified approach to the production of pressure fluctuations and broadband noise combined with extensive experience in noise measurements for full-scale provide a good noise prognoses from measurements in the model basin and cavitation tunnel. In addition, new aspects of noise scaling methods are discussed. On the basis of a theoretically well-established system of conditions for the coherent and incoherent components of multiple signal sources, it is also possible to deduce from the component-by-component measurements to the overall acoustic signature of a multiple-screw vessel. Very high- frequency measurements of underwater radiated noise of propellers allow conclusions to the risk of possible erosion on the propeller blades.
14:00	Prognose der Hydroakustik eines Zweischraubers unter Berücksichtigung des Phasenwinkels der Propeller Martin Scharf, Ulf Göttsche, Robert Beckmann, Raphael Bevand, Moustafa Abdel-Maksoud [Abstract] Die hydroakustische Abstrahlung von Schiffen steht insbesondere hinsichtlich ihrer Beeinträchtigung von maritimen Lebewesen im Fokus von möglichen Maßnahmen zur Emissionsreduzierung. Große Anteile der Schallpegel von Schiffen werden von der Propulsionsanlage emittiert, insbesondere im Fall auftretender Kavitation. Derartige Fälle konnten durch Strömungssimulationen mit Randelementeverfahren bereits erfolgreich modelliert werden. In diesem Beitrag wird ein solches numerisches Simulationsverfahren eingesetzt, um die Ausbreitung von Unterwasserschall in der Umgebung eines Schiffes mit zwei Propellern im Realmaßstab zu bestimmen. Dabei wird auftretende Kavitation mit einem partiell nichtlinearen Modell abgebildet und anschließend die Schallausbreitung im Fernfeld der Propeller mithilfe der Ffowcs Williams-Hawkings-Gleichung modelliert. Die Simulationen werden bei verschiedenen Phasenwinkeln durchgeführt. Anhand der gewonnenen Ergebnisse wird der Einfluss des Phasenwinkels zwischen beiden Propellern auf die Schallpegel an definierten Punkten im Fernfeld untersucht, indem die Laufzeiten der Schallfelder beider Propeller entsprechend des variierten Phasenwinkels angepasst werden. Mit diesem Ansatz wird die Phasenverschiebung der Schallsignale bei der Superposition der Schallfelder berücksichtigt. Die gewonnenen Ergebnisse bieten einen Einblick in das Potential zur Schallemissionsreduzierung durch die Anpassung des Phasenwinkels bei derartigen Propelleranordnungen.
14:20	Die Ermittlung von Materialparametern elastischer Elemente am Federprüfstand und Anwendungen in der schalltechnischen Prognose für Schiffe Carsten Zerbs, Andreas Müller, Ingmar Pascher [Abstract] Die Wirksamkeit der Entkopplung durch elastische Federelemente hängt von den dynamischen Eigenschaften dieser Elemente ab. Bei Müller-BBM in Planegg wird ein Prüfstand zur Ermittlung der dynamischen Steife verwendet, um die dynamischen Parameter im relevanten Frequenzbereich zu ermitteln. Er wurde konzipiert für die Prüfung von Federelementen, wie sie im Sonderschiffbau, dem Eisenbahnoberbau und der Fahrzeugtechnik Anwendung finden. Weitere Anwendungen sind Elemente zur Gebäudelagerung und Prüfungen bei Forschungs- und Entwicklungsprojekten. Die dynamische Federsteife wird dabei üblicherweise als Transfersteife ermittelt. Es besteht die Möglichkeit, weitere Materialparameter der Prüflinge zu ermitteln. Im Vortrag werden Ergebnisse zu Materialuntersuchungen präsentiert und Anwendungen für akustische Prognosen im Schiffbau beschrieben.
14:40	Experimenteller Nachweis zur Beeinflussung der Wasserschallsignatur eines Schiffsmodells mittels aktiver Struktur-Akustik-Regelung Steffen Ungnad, Andreas Müller, Carsten Zerbs, Delf Sachau, Anton Homm [Abstract] Die Wasserschallsignatur eines Schiffes wird mittels passiver Sonare zur Detektion und Identifikation verwendet. Die Fragestellung, inwieweit solch eine Signatur mit Hilfe von Inertialschwingerregern und Beschleunigungssensoren an Bord verfremdet werden kann, wird an einem skalierten Stahlschiffsmodell (Maßstab 1:8) untersucht. Dazu werden zunächst die zur Signaturbeeinflussung entworfenen adaptiven Steuerungskonzepte und -algorithmen im Labor an Land getestet, wobei eine Ist-Signatur über Inertialschwingerreger an Positionen von Motorersatzmassen im Bootsrumpf abgespielt wird. Im Anschluss werden tonale Anteile dieser Ist-Signatur über weitere Inertialschwingerreger vermindert, verstärkt oder hinzugefügt, um eine vorgegebene Soll-Signatur an vorher festgelegten Mikrofonpositionen außerhalb des Bootes zu erreichen. An der Messstelle der WTD 71 im Plöner See erfolgen experimentelle Untersuchungen mit dem Bootsmodell im Freifeld, um die Reproduzierbarkeit der an Land erzielten Ergebnisse in Wasser nachzuweisen.
15:00	Modellierung von Signatur-Komponenten bei Vorliegen von Doppler- Effekten Andreas Galka [Abstract] Mittels Hydrophonen lässt sich die hydroakustische Signatur von Schiffen erfassen. Als typische Signaturkomponenten treten schmalbandige stochastische Oszillationen auf. Die Modellierung solcher Komponenten kann mittels linearer Zustandsraum- Modelle erfolgen, wobei charakteristische Kenngrößen, wie etwa Frequenzen, als Modellparameter vorliegen. Im Fall von Relativbewegung zwischen Hydrophon und Schallquelle treten Doppler-Effekte auf. Als Folge davon werden die Frequenzen zeitabhängig. Dieser Beitrag diskutiert die Modellierung hydroakustischer Zeitreihen mittels linearer Zustandsraum-Modelle mit explizit zeitabhängigen Frequenzen. Dabei wird die Frequenz als Modellparameter durch drei neue Modellparameter ersetzt, die die Bewegung der Schallquelle relativ zum Hydrophon charakterisieren. Als Anwendungsbeispiel werden Ergebnisse der Modellierung einer Zeitreihe vorgestellt, die Signaturkomponenten zweier auf unterschiedlichen Kursen fahrender Schiffe enthält.
15:20	Untersuchung ausbreitungsspezifischer Aspekte bei Schiffsvermessungen Christian Haak, Jan Abshagen [Abstract] Bei der Bestimmung des Quellpegels eines Schiffes sind die akustischen Randbedingungen, die Meeresoberfläche und der Meeresboden, von großer Bedeutung. Daher wird bei einer Schiffsvermessung auch zwischen dem Quellpegel und dem abgestrahlten Wasserschall eines Schiffes, bei dem ausbreitungsspezifischen Aspekte mit einfließen, unterschieden. Während bei hinreichender Wassertiefe der Einfluss des Bodens vernachlässigt werden kann, ist der Einfluss des Lloyd-Mirror Effektes bei Oberflächenschiffen grundsätzlich von Bedeutung. Es werden Ergebnisse von Untersuchungen zum abgestrahlten Wasserschall des Forschungsschiffs ELISABETH MANN BORGESE (Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde) im Flach- und Tiefwasser im Hinblick auf ausbreitungsspezifische Einflüsse vorgestellt. Für die Untersuchung des Schallfeldes wurde eine vertikale Hydrophonkette sowohl als Driftboje als auch als feste Auslage verwendet.

Meeresakustik und Wasserschall 1 - Teil B

Meeresakustik und Wasserschall 1 - Teil B

Organisation:

J. Abshagen, Wehrtechnische Dienststelle 71 I. Nissen, Wehrtechnische Dienststelle 71 G. Schmidt, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel A. Homm, Wehrtechnische Dienststelle 71

16:20	Aktives System zur Reduktion der Schallreflexionen an getauchten Oberflächen Johannes Timmermann, Norbert Hövelmann, Tom Avsic, Delf Sachau, Lukas Grimm [Abstract] Aus strategischer Sicht ist es notwendig, Unterwasserfahrzeuge vor Aufklärung zu schützen. Denn moderne Sonarsysteme sind in der Lage, die Position von Wasserfahrzeugen präzise zu bestimmen. Hierzu senden sie Signale zur Reflexion an Oberflächen der Fahrzeuge aus, um sie anschließend zu detektieren und auszuwerten. Durch Formgebung und Materialwahl werden moderne Unterwasserfahrzeuge so optimiert, dass Schall nur minimal von ihren Oberflächen abgestrahlt und reflektiert wird. Diese passiven Maßnahmen sind besonders im mittleren und hohen Frequenzbereich effektiv. Um auch bei tieferen Frequenzen die Reflexionen wirksam zu reduzieren, wurde in dieser Studie ein aktives System entwickelt. Die eintreffenden Schallwellen werden dafür vor der Oberfläche gemessen und anschließend durch eine Regelung verarbeitet. Das System betreibt eine auf der Oberfläche applizierte Piezokeramik, um die Reflexionen der Schallwellen zu minimieren. Messungen im Laborversuch zeigen eine hohe Wirksamkeit des Systems unter Einwirkung sonarähnlicher Signale.
16:40	Hochperformante Berechnung der akustischen Rückstreustärke auf Basis der Kirchhoffschen Hochfrequenznäherung - Grundlagen Ingo Schäfer, Ralf Burgschweiger, Delf Sachau, Jan Ehrlich [Abstract] Numerische Verfahren wie die Randelement-Methode, Finite-Element-Methode, Raytracing oder approximative Verfahren ermitteln die für Sonaranwendungen wichtige akustische Rückstreustärke, das sogenannte Zielmaß, von Unterwasserobjekten. Diese Verfahren berücksichtigen sowohl die Hülle als auch die inneren Strukturen des betrachteten Objekts. Für komplexe Objekte steigt der erforderliche Rechenaufwand allerdings deutlich an. In diesem Beitrag wird eine sehr schnelle Variante der Kirchhoffschen Hochfrequenznäherung (Kirchhoff Approximation, KIA) beschrieben. Diese eignet sich vor allem für den nicht transmittierenden Anteil von Strukturen mit überwiegend konvexen Oberflächen, wie z.B. der Hülle. Eine optimierte mathematische Formulierung des KIA-Verfahrens nutzt moderne Prozessorarchitekturen, wie Multithreading, AVX-Befehlssatz und Cache-Anpassung, aus. Damit reduzieren sich, je nach verfügbarer Hardware, die Lösungszeiten auf bis zu 0,2% des bisher verwendeten Verfahrens. Dieser Beitrag geht auf den Algorithmus und dessen Umsetzung ein. Ein Posterbeitrag zeigt die erzielten Ergebnisse und Zeiten.
17:00	Einfluss der Resonanz auf die akustische Rückstreuung von Körpern im Wasser Jan Ehrlich, Ingo Schäfer, Arne Stoltenberg [Abstract] Im Rahmen der aktiven Schallortung bestimmt als wesentliche Größe das Zielmaß, die rückgestreute Schallintensität, die Entdeckungswahrscheinlichkeit von Unterwasserobjekten. Das Zielmaß wird durch Form, Aufbau und Material der Körper bestimmt. Dabei können Resonanzeffekte eine große Rolle spielen und zu einer signifikanten Erhöhung des Zielmaßes führen. In diesem Beitrag wird dieses Phänomen am Beispiel von kleinen Plastikkugeln in Simulationen und Messungen gezeigt, sowie der Effekt erklärt, der zu dem erhöhten Zielmaß führt. Trotz ihrer geringen Größe können die Kugeln an Stellnetzen in der Fischerei verwendet werden, um die Netze akustisch detektieren zu können.
17:20	Medienresonanz und Strukturresonanz von Hohlkörpern im Wasser Arne Stoltenberg, Christoph Biesler, Ingo Schäfer [Abstract] Die resonanten Moden von rotationssymmetrischen Körpern (Kegel / Zylinder) können im Wasser durch geeignete Schallwellen angeregt werden. Abhängig von der Abstrahlfähgkeit dieser Moden ins Fernfeld sind ihre durch Resonanz überhöhten Beiträge zum Zielmaß (der rückgestreuten Schallintensität) zu erfassen. Der experimentelle Nachweis dieser resonanten Moden wird mit verschiedenen Experimenten im Wassertank und im Hafenbecken der WTD 71 in Kiel geführt. Das monostatische Zielmaß der Versuchskörper wird für unterschiedliche Frequenzen mit den Ergebnissen der numerischen Zielmaßmodellierung verglichen. Durch Variation des Aspektwinkels der Körper können gerichtete Rückstrahlmuster der Moden detektiert werden.

Musikalische Akustik (Poster)

Musikalische Akustik (Poster)

Organisation:

O. Von Estorff, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung S. Lippert, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung

15:40	Influence of Vocal Tract Constrictions on the Recorder Sound Naomi Nordblom [Abstract] Die Untersuchung befasst sich damit, ob Blockflötist:innen den Klang ihres Instruments durch Formung des Mundraums beeinflussen können und ob der individuelle Mundraum verschiedener Musiker einen individuellen Klang erzeugt. Nach Wolfe und Smith (Laurin, 1998) sowie Chen et al. (2007) könnte eine Verengung im Vokaltrakt Turbulenz erzeugen, die sich im Klang als Rauschen bemerkbar macht. Zur Überprüfung dieser Hypothese wurde mit der CFD-Software OpenFOAM eine Blockflöte mit zwei verschieden geformten Mundhöhlen nachgebaut. Die eine Mundhöhle besitzt glatte Wände, während in die andere eine sich steil erweiternde Verengung eingebaut wurde, sodass nach deren Erweiterung durch Grenzschichtablösung Turbulenz entsteht. Verglichen wurden die Spektren von Innen- und Außenraum des Instruments mit verschiedenen Mundhöhlengeometrien. Die Simulationen zeigen zusätzliches Rauschen innerhalb der Flöte unterhalb des sechsten Harmonischen beim verengten Mundraum. In der Klangabstrahlung der Flöte lässt sich unter dieser Bedingung zusätzliches höherfrequentes Rauschen feststellen.
15:48	3D Modeling of a Guitar Using a Computer Tomography Scan Mohammed Siddique Akbar Dalwale, Mehmet Sait Oezer, Sebastian Merchel, M. Ercan Altinsoy [Abstract] This paper describes the development of a detailed 3D geometric model of an acoustical guitar. Modeling an instrument is a sophisticated task considering the individual parts and their complex shapes. The geometry of the parts visible from the outside can be measured using appropriate tools, but it is very difficult to measure the details of the internal parts like bracing, heels and other features by hand through the sound hole. Otherwise, it would be necessary to disassemble the guitar to measure the precise position and dimensions of the parts inside it. Reassembling the guitar could result in improper functioning. To avoid damaging the instrument by disassembling or taking inaccurate measurements through the sound hole, a computer tomography (CT) scan of the guitar body was performed. Using this method, cross-sectional images of the guitar body in all the three dimensions were extracted with 1 mm spacing between adjacent images. In total, approximately 2000 images were generated and used in developing the geometric model of the guitar. The 3D model will be further used to develop a vibro- acoustic simulation model of the guitar.
15:56	Harder Than (a) Rock - Evaluierung der Rolle perkussiver Komponenten der Begleitstimme für den Härteeindruck von Musikstücken Isabella Czedik-Eysenberg, Christoph Reuter [Abstract] Eine hohe wahrgenommene ”Härte” gilt als grundlegende stilprägende Eigenschaft im Klang von Musikgenres wie u.a. Heavy Metal, Hard Rock oder Hardcore Techno. Mithilfe digitaler Audiosignalanalyse-Methoden lassen sich Zusammenhänge zwischen dieser Eigenschaft und messbaren Signalmerkmalen ermitteln und zur Bildung von Vorhersagemodellen nutzen (Czedik-Eysenberg, 2021). Eine große Rolle spielen dabei etwa die perkussiven Klanganteile der Begleitstimme (ausgenommen Schlagzeug und Bass). Dabei stellen sich die Fragen: 1) Inwieweit sind jene perkussiven Klangkomponenten kausal für den empfundenen Härteeindruck verantwortlich? 2) Ist es möglich, den insgesamten Härteeindruck von Musikbeispielen aus unterschiedlichen Genres durch Manipulation dieses Faktors gezielt zu erhöhen/abzusenken? Um das zu evaluieren, wurden Musikausschnitte aus vier verschiedenen Genres (Metal, Elektronische Musik, Pop, Sonstiges) herangezogen und einer Quellentrennung mittels Spleeter (Hennequin et al., 2020) unterworfen. Anschließend wurde das ”other”- Signal (Begleitstimme ausgenommen Schlagzeug und Bass) durch Harmonisch-Perkussiv-Trennung (Fitzgerald, 2010) mittels LibROSA (McFee et al., 2015) aufgeteilt. Die Intensität der perkussiven Anteile gegenüber den harmonischen wurde verstärkt bzw. abgeschwächt, bevor das Gesamtsignal erneut zusammengesetzt wurde. Jene veränderten Klangbeispiele wurden in einem Hörversuch in Between-Subjects-Design von insgesamt 64 Versuchspersonen hinsichtlich der wahrgenommenen ”Härte” bewertet. Dabei zeigte sich insgesamt ein sehr signifikanter Effekt der vorgenommenen Signalmanipulation auf die Härtewahrnehmung, wobei deutliche Unterschiede zwischen den getesteten Musikgenres feststellbar waren.
16:04	Verbesserte Singing Voice Separation für Riddim-Alben Jens Johannsmeier, Kenneth Allan, Sebastian Stober [Abstract] Musikalische Source Separation beschäftigt sich mit dem Problem, ein Musikstück in separate Spuren, beispielsweise Gesang und Begleitung, zu zerlegen. Aktuelle Ansätze basieren in der Regel auf neuronalen Netzen, die end-to-end trainiert werden und gleichermaßen auf beliebige Musikstücke angewendet werden. Frei verfügbare Systeme, wie z.B. Spleeter oder Demucs, liefern bereits gute Resultate und sind auch von Laien nutzbar. Teils enthalten die Ergebnisse jedoch hörbare Artefakte. Dies gilt insbesondere für Musikstile, die in den Trainingsdaten unterrepräsentiert sind. Wir stellen einen Ansatz vor, um die Ergebnisse speziell für sogenannte Riddim-Alben, eine Tradition des jamaikanischen Reggae, zu verbessern. Hier singen verschiedene Künstler eigene Texte auf dieselbe musikalische Begleitung. Wir stellen Methoden vor, die sich dieses Wissen zunutze machen, um eine bessere Trennung in Gesang und Begleitung zu erzielen, als bestehende Systeme. Dabei werden die Stücke eines Albums zuerst mit herkömmlichen Methoden getrennt. Anschließend werden Unterschiede zwischen den erhaltenen Begleitungen geglättet. Eine Herausforderung hierbei ist, dass die jeweils verwendeten Begleitungen nicht immer exakt identisch sind, sondern kleine Unterschiede bestehen können. Eine qualitative Nutzerstudie kommt zum Ergebnis, dass die Teilnehmer unseren Ansatz der direkten Anwendung von Spleeter oder Demucs vorziehen. Dies zeigt, dass anwendungsabhängig Verbesserungen der Source-Separation-Performance erzielt werden können, auch bei state-of-the-art Systemen.
16:12	Measurements on non-linear vibrations of cymbals Malte Münster [Abstract] Although history of cymbals reaches back to early bronze age and although it’s mass distribution since ages, this wide spread musical instrument is not often taken as an item of research. So lots of acoustic phenomena stay unclear. Now and then it’s main musical purposes are time keeping and creation of space. All varieties of playing generate a sound of a wild but reproducible, complex mixture of stable, bifurcational and even chaotic behaviour of spectral components leading to the assumption of a more or less delayed conversion of longitudinal to bending waves. Hence this implies the existence of a special mechanism of energy storage at certain geometric non-linearities, more or less unequally distributed all over the cymbal. Measurements on energy distribution using techniques of laser vibrometrie, moreover confocal-laser-scanning-microscopy, FDM- and FEM-simulations were performed to explain the repercussions of production tools and possibly inhomogeneous bronze alloys used. In particular compaction and abrasion through hammering, machining and lathing causing macro- and micro changes in geometry and specific change of molecular crystal structure of the somehow impure alloy. Effects of ageing are studied likewise. This experimental survey leads to a possibly more precise formulation of sound phenomena of cymbals.
16:20	Goniometers are a Powerful Acoustic Feature for Music Information Retrieval Tasks Tim Ziemer [Abstract] Goniometers, also known as Phase Scopes or Vector Scopes, are audio metering tools that help music producers and mixing engineers monitor spatial aspects of a music mix, such as the stereo panorama, the width of single sources, the amount and diffuseness of reverberation as well as phase cancellations that may occur on the sweet-spot and in a mono-mixdown. In addition, they implicitly inform about the dynamics of the sound. Self-organizing maps trained with a goniometer, are consulted to explore the usefulness of this acoustic feature for music information retrieval tasks. One can see that goniometers are able to classify different genres and cluster a single album. The advantage of goniometers is the causality: Music producers and mixing engineers consciously consult goniometers to reach their desired sound, which is not the case for other acoustic features, from Zero-Crossing Rate to Mel-Frequency Cepstral Coefficients.
16:28	Sound Recognition with a Humanoid Robot for a Quiz Game in Educational Environment Md Rezaul Kabir Tutul, André Jakob, Ilona Buchem, Niels Pinkwart [Abstract] The use of humanoid robots for game-based learning is rapidly expanding from children’s education to higher education with the development of AI technology and computer hardware. In this study, we explored the concept of game-based learning with sound recognition by a humanoid robot. We developed a quiz game-based learning scenario in an educational environment using a humanoid Pepper robot and two buzzer buttons that produce two different artificial sound sequences. A convolutional neural network (CNN) was used to detect by means of the received sounds of the buzzers, which buzzer was pressed or in case of two buzzers pressed, which was pressed first. The classification algorithm is based on spectrograms generated by the Short-Time Fourier Transforms (STFT). An Android application for the Pepper robot was developed that uses a text-to-speech service to ask questions to the participants, a function to record the sounds as long as the participants press the buzzers, a classification algorithm to recognize the buzzer pressed first and a record function for the answer. Depending on the participant’s answer, the robot makes a happy or sad animation and awards points to that participant.
16:36	Congruency between fundamental frequency and spectral envelope: how does it affect the perception of musical instrument sounds? Simon Jacobsen, Kai Siedenburg [Abstract] Pitch and timbre perception centrally depend on sounds’ fundamental frequency (F0) and spectral envelopes (SE), respectively. However, timbre perception as a function of F0 has only sporadically been addressed in the literature. We used an analysis-synthesis approach to investigate congruency between F0 and SE in sound pleasantness and brightness ratings. A 2d synthesis space was derived from the analysis of around 1900 musical instruments and voice sounds. The space was sampled in its inner and outer parts, corresponding to sounds with low and high similarity to existing musical instruments. Sounds with congruent and incongruent F0-SE relations were synthesized. In experiment 1, participants rated the perceived pleasantness and brightness of these sounds. Inner parts of the space were rated as more pleasant compared to outer parts. Further, sounds with incongruent F0-SE statistics were only rated as less pleasant for high F0 discrepancies above two octaves. Finally, the first dimension of the space strongly correlated with brightness ratings when F0 was controlled for. In experiment 2, a more fine-grained resynthesis approach of selected instruments revealed congruency effects for smaller F0 separations. These results provide evidence for a constrained co-dependence of F0 and SE statistics in the sensory evaluation of harmonic sounds.

Musikalische Akustik 1

Musikalische Akustik 1

Sitzungsleitung:

C. Reuter, Universität Wien, Institut für Musikwissenschaft M. Kob, HfM Detmold, Erich-Thienhaus-Institut

13:40	Die Harfencister - ein vielsaitiges Hybrid-Instrument Lothar Kurtze, Adax Dörsam, Christian Jablonski [Abstract] Die Harfencister ist eine Kreuzung aus einer klassischen Cister, einer Harfe und optional einer modernen E-Gitarre mit elektrischen Abnehmern. Fünf Doppelsaiten der Cister erzeugen einen gewaltigen Klang und werden von zwölf Harfensaiten in der hohen Lage sehr harmonisch ergänzt. Jedoch ist die Herstellung eines solchen Instruments nicht nur aufgrund der hohen Zahl an Stahlsaiten mit der entsprechenden Spannung und der Form des Klangkörpers sehr komplex. Die Decke besteht aus Fichte, Zarge und Boden sind aus Makassar Ebenholz. Das Griffbrett ist aus Ebenholz, der Hals aus Cedro. Vorgestellt und vorgespielt wird ein in Quinten gestimmtes Instrument, von Tief nach Hoch: cC - gG -d1/d-a1/ a1/-e2/e2. Die drei Basssaiten sind oktaviert, die hohen a- und e- Chöre klingen unisono. Das Instrument, das bisher nur in 3 Exemplaren in Bad Goisern im Salzkammergut gebaut wurde, ist einerseits sehr komplex für Anfänger, gilt andererseits aber als eine ”Wundertüte” für den suchenden Könner!
14:00	Akustische Untersuchungen studentischer Arbeiten – Stahlsaiten-Gitarren Gunter Ziegenhals [Abstract] Der Beitrag widmet sich akustischen Untersuchungen an von Studenten des Studiengangs Musikinstrumentenbau der Westsächsischen Hochschule Zwickau (WHZ) während ihres Studiums gefertigten Instrumenten. Nach der Veröffentlichung zu Violinen auf der DAGA 2021 sowie zwei auf der Internetseite des Studienganges präsentierten Arbeiten zu Bratschen, Celli und Konzertgitarren sind im vierten Beitrag die Stahlsaiten-Gitarren das Thema. Entstanden sind die studentischen Arbeiten wiederum im Zeitraum FS 2013 bis HS 2019/2020. Hinsichtlich der Vorgehensweise wird das in den vorangehenden Untersuchungen verwendete Verfahren fortgesetzt; Aufnahme der Frequenzkurve und deren statistische Auswertung mittels Faktorenanalyse. Die betrachtete Stichprobe umfasst 17 studentische Arbeiten, ergänzt um die Messergebnisse der 10 Wettbewerbsinstrumente des Deutschen Musikinstrumentenpreises (DMIP) 2019 sowie vier weiteren Stahlsaitengitarren zweier Hersteller. Als Bewertungsreferenz konnten die Urteile von fünf Juroren bzgl. der 10 Wettbewerbsinstrumente herangezogen werden. Wie schon bei den klassischen Gitarren zeigt sich für einzelne Instrumente eine durchaus auch widersprüchliche Bewertung durch die Juroren, was auf Typstrukturen unter den Musikern zurückgeführt werden kann. Erkennbar ist aber ein eindeutiger Trend. Die Abstimmung der Instrumente sollte weder die mittleren Frequenzen bevorzugen noch zu viel Schärfe in den Klang bringen. Dafür sorgen schon die Anregespektren der Stahlsaiten.
14:20	Applying a Physical Model to Exemplars of Spanish Guitars Robert Mores [Abstract] A model has been proposed for classical guitars to translate parameters of construction to estimates for the frequency and relative power of vibrational modes, which relate to issues of sound (Mores, 2021a). The model applies for the signature modes, i.e. for the frequency range below 600 Hz. An archive has been published which covers bridge responses of valuable and historically important guitars (Mores, 2021b). This contribution uses the model and applies it to exemplars of the archive. Examples of symmetrically and asymmetrically braced guitars demonstrate the model’s capability to read matters of construction, reversely, from the bridge response function.
14:40	Charakterisierung von Gitarren mit Hilfe von Transferfunktionsmessungen Sebastian Merchel, Tom Wühle, M. Ercan Altinsoy [Abstract] Dieser Beitrag diskutiert die akustische Charakterisierung von Gitarren mit Hilfe von Transferfunktionen zwischen einer mit einem Impulshammer angeregten Resonanzdecke und dem abgestrahlten Schall. Dazu werden beispielhaft Messungen an Stahlsaitengitarren mit variierenden Materialparametern ausgewertet. Die verwendeten Gitarren konnten in vorangegangen Studien verlässlich allein auf Grund ihres Klanges unterschieden und nach Präferenz sortiert werden. Es stellt sich die Frage ob diese klanglichen Unterschiede mit Hilfe von Transferfunktionsmessungen erklärt werden können. Die Interpretation der Peaks der Transferfunktion wird durch eine Modalanalyse unterstützt. Der Artikel diskutiert weiterhin den Einfluss der Mikrofonposition sowie der Anschlagposition des Hammers auf dem Steg. Anschließend wird die Schallabstrahlung von manuell angezupften Saiten mit den gemessenen Transferfunktionen verglichen um deren Aussagekraft zu bewerten.
15:00	Wirkung der Klangfarben-Variabilität von Flöten auf Tonart und melodischen Verlauf Michael Haverkamp [Abstract] Wie in vorangegangenen Studien gezeigt wurde, weisen Flöten aus Renaissance und Barock eine deutliche Variation der Klangfarbe ”von Ton zu Ton” auf. Dies gehört zum damals gewohnten Klangbild und unterstützt die Sprachähnlichkeit zeitgemäßer Interpretation. Aber auch bei modernen Böhmflöten findet sich kein vollkommen homogener Ein-Register-Klang. Der Gesamtklang eines Instrumentes lässt sich auch bei ausgeprägter Variabilität der Klangfarbe subjektiv verdeutlichen, indem die Grundtonhöhe durch Transformation im Zeitbereich auf einen Wert normalisiert wird. Ein einheitlicher Grundton vereinfacht auch den objektiven, spektraler Vergleich. Dabei spielt der ikonische, d.h. assoziative Gehalt der Klangfarbe (”klingt wie ...”) eine wesentliche Rolle. In diesem Beitrag wird der Einfluss der Klangfarbenvariabilität von Nachbauten historischer Instrumente auf diatonische Skalen und zeitgenössische Phrasen phänomenologisch untersucht und exemplarisch demonstriert. Dazu wird eine Farbkodierung verschiedener spektraler, ikonisch relevanter Typen von Tönen verwendet. Wie verhält sich das Instrument klanglich in der Grundtonart, und wie wirken sich dem gegenüber Transpositionen in entfernte Tonarten aus? Wie stellt sich die besondere Expressivität chromatischer Sequenzen dar?
15:20	Akustischer Vergleich historischer Holzblasinstrumente des 18. Jahrhunderts mit modernen Holzblasinstrumenten Holger Schiema [Abstract] In der ersten Hälfte des 18. Jahrhunderts waren Holzblasinstrumente, wie das Chalumeau und die Barockoboe, in Kompositionen von G.Ph. Telemann, J.J. Fux und Ch. Graupner verbreitet. Die Instrumente ähnelten in der Griffweise heutigen Blockflöten und wurden mit Einfach- bzw. Doppelrohrblatt gespielt. Klanglich ordneten sich die historischen Holzblasinstrumente neben den Streichern, dem Cembalo und der Orgel harmonisch in die Musik ein. Der Beitrag beschäftigt sich zum einen mit den akustischen Unterschieden der historischen Instrumente, einer kurzen historischen Einordnung sowie der Beschreibung der Bauart und der daraus resultierenden klanglichen Aspekte. Hierbei wird auf die grundsätzlichen klanglichen Unterschiede eingegangen. Zum anderen soll der Vergleich dieser historischen Vorbilder mit heutigen modernen Holzblasinstrumenten, wie der Klarinette und der Oboe, erbracht werden. Auch hier sollen die akustischen Unterschiede dargestellt werden. Als Untersuchungsmethodik kommt neben der Eingangsimpedanzmessung auch die Auswertung von Frequenzspektren sowie der Zeitverläufe aufgezeichneter Musikeranspiele der Instrumente zum Einsatz.

Musikalische Akustik 2

Musikalische Akustik 2

Sitzungsleitung:

C. Reuter, Universität Wien, Institut für Musikwissenschaft M. Kob, HfM Detmold, Erich-Thienhaus-Institut

16:20	Der akustische Vergleich von Jazz-Trompeten aus unterschiedlichen Metallen Christoph Gilbert [Abstract] Motiviert durch die Beschränkungen der Europäischen Chemikalienverordnung REACH, hatten die Metallblasinstrumentenmacher von Werner Chr. Schmidt das Ziel, Instrumente herzustellen ohne jeglichen Einsatz von nickel- oder bleihaltigen Werkstoffen, wie dies im traditionellen Handwerk bisher unvermeidbar schien. Hierzu wurde ein Kooperationsprojekt durchgeführt, welches dieses Ziel am Beispiel von b-Trompeten mit Perinetventilen (Jazz- Trompeten) ermöglichte. Nach Bewältigung aller verarbeitungstechnischen Herausforderungen, konnten im Projekt mehrere baugleiche Funktionsmuster hergestellt werden, bei welchen sämtliche Einzelteile aus alternativen Metallen und Legierungen hergestellt wurden und auch im Fertigungsprozess auf nickel- und bleihaltige Werkstoffe verzichtet werden konnte. In diesem Beitrag werden die abschließenden Untersuchungen thematisiert, bei welchen die neuen Funktionsmuster mit Instrumenten traditioneller Bauart verglichen wurden. Hierbei kamen unterschiedliche akustische Verfahren zum Einsatz, welche sowohl die Schallabstrahlung als auch die Körperschallübertragung untersuchten. Außerdem wurden die Instrumente von professionellen Trompetern ohne Kenntnis über den Untersuchungsgegenstand nach einheitlichen Verfahren getestet und bewertet, um zusammenfassend zu zeigen, ob die neuen Instrumente die Anforderungen erfüllen, welche an ein Meisterinstrument gestellt werden.
16:40	Influence of Reed Chamber Shape on Air Consumption in Styrian Harmonicas Hannes Pomberger, Matthias Frank, Robert Höldrich [Abstract] Besides the sound of a Styrian Harmonica, a low air consumption is a major quality criterion. The air consumption depends on the tightness of the instrument, the quality of the used reed plates and on the shape of the reed chambers. This work investigates how the shape of the reed chambers influences the air consumption. Therefore, a special measurement setup is used to determine and compare the air consumption of several differently shaped reed chambers. FEM-simulations are used to show how the air flow through the reed chamber is influenced by the different shapes.
17:00	Einfluss von Frequenzmodulationen auf die Erkennung von Stimm- und Instrumentenklängen Michel Bürgel, Kai Siedenburg [Abstract] Die Klänge der menschlichen Stimme nehmen eine besondere Rolle in der auditorischen Verarbeitung ein. Stimmklänge werden in der Regel schneller und genauer erkannt als andere Instrumentenklänge. In musikalischen Mixturen sind Stimmklänge ein besonderer Anziehungspunkt der auditorischen Aufmerksamkeit. In vorangegangenen Experimenten erwiesen sich die Frequenzmodulationen des Gesangs als entscheidendes akustisches Merkmal, welches diese Rolle förderte. Ziel dieser Studie ist es, den Einfluss von Frequenzmodulationen auf die Erkennung von Gesangsstimmen und Instrumenten zu untersuchen. Für eine Reaktionszeitmessung wird eine Serie kurzer Töne von Gesangstimmen, sowie Streich- und Blasinstrumenten präsentiert, die Proband:innen als Stimm- oder Instrumentalklänge einstufen sollen. Die Zieltöne werden isoliert dargeboten oder eingebettet als Ton eines Dreiklangs welcher von einem Piano gespielt wird. Um den Einfluss der Frequenzmodulationen zu analysieren, wird jeder Ton in zufälliger Reihenfolge zweimal präsentiert, wobei in der Hälfte der Fälle die Frequenzmodulation innerhalb des Tones entfernt wurde. Auf Basis der spezifischen Verarbeitung menschlicher Stimmen erwarten wir, dass Stimmklänge deutlich kürzere Reaktionszeiten hervorrufen als Instrumenten klänge. Da der Gesang in musikalischen Szenen besser detektiert wird als andere Instrumente, vermuten wir, dass der Gesangsvorteil weiterhin bei Präsentation innerhalb eines Dreiklang bestehen bleibt. Wir vermuten, dass ein Fehlen der Frequenzmodulation sich beim Gesang in längeren Reaktionszeiten und geringeren Trefferraten widerspiegelt.
17:20	Schallabstrahlung von Musikinstrumenten am Übergang vom Nahfeld zum Fernfeld David Ackermann, Lina Campanella, Stefan Weinzierl [Abstract] Akustische Musikinstrumente weisen ein spezifisches, frequenz- und tonhöhenabhängiges Abstrahlverhalten auf. Während sich im Fernfeld die räumliche Abstrahlung einer Schallquelle durch eine frequenz- und winkelabhängige Funktion der Richtcharakteristik beschreiben lässt, weist das Abstrahlverhalten der Quelle im Nahfeld ein unkontrolliertes Verhalten auf. Hier führen Beiträge von räumlich verteilten schwingenden Flächen zu konstruktiven und destruktiven Überlagerungen, aus denen sich ein stark positionsabhängiges, spektrales Verhalten ergibt, bis hin zu Nullstellen des Schalldrucks bei bestimmten Frequenzen. Der Übergang zwischen Nahfeld und Fernfeld ist abhängig von der Frequenz, der Ausdehnung der Schallquelle aber auch von ihrem spezifischen Schwingungsverhalten, und kann daher nur empirisch bestimmt werden. Durch eine Messreihe wurde daher das Abstrahlverhalten von sieben akustischen Musikinstrumenten in nachhallfreier Umgebung mit einem 53-kanaligen linearen Mikrofonarray von 6,3 m Länge untersucht. Eine Analyse des entfernungsabhängigen Frequenzgangs ermöglicht eine Bestimmung des Übergangs zwischen Nahfeld und Fernfeld, der nicht nur für klassische Musikaufnahmen, sondern insbesondere auch für Simulationen und Auralisationen von Musikinstrumenten in virtuellen akustischen Realitäten von Bedeutung ist.

Numerische Akustik (Poster)

Numerische Akustik (Poster)

Organisation:

O. Von Estorff, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung S. Lippert, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung

15:40	Praxis der Lösung linearer Gleichungssysteme in Akustik und ihrer Signalverarbeitung Alexander Potchinkov [Abstract] Themen dieses Beitrags sind praktische Aspekte unter- und überbestimmter, reell- und komplexwertiger linearer Gleichungssysteme, wie sie in zahlreichen Berechnungsverfahren der Akustik und der Verarbeitung akustischer Signale auftreten. Zur Lösung der Gleichungssysteme werden Methoden und Verfahren der mathematischen Optimierung vorgestellt und angewendet. Optimierung erlaubt auch Lösungen nicht nur im Sinne der kleinsten Quadrate, sondern auch im Sinne der kleinsten Beträge, im Sinne der kleinsten Spitzenwerte und auch im Sinne von Kompromissen. Exemplarisch werden hier für die unterbestimmten Gleichungssysteme das Compressed Sensing mit Anwendungen in der akustischen Bildgebung und für die überbestimmten Gleichungssysteme der Entwurf nichtrekursiver Digitalfilter, wie sie z.B. für Arraysignalverarbeitung mit Mikrophonen und Lautsprechern benötigt werden, angeführt. Der Beitrag dient dem Anwender und nutzt allgemein verfügbare Programme der linearen und konvexen Optimierung und demonstriert deren Anwendung am Beispiel von Matlab-Codes. Darüber hinaus wird für spezifische Fälle überbestimmter Gleichungssysteme eine Methode entwickelt, die einen optimalen Kompromiss zwischen quadratischer bzw. absoluter und gleichmäßiger Approximation erlaubt. Hierfür wird eine Kategorisierung in globale und lokale Fehlermaße vorgenommen und ein Ansatz der Paretooptimierung eingeführt. Es entstehen so neue Abstandsmaße, die in diesem Beitrag zur Abgrenzung der bekannten Vektornormmaße als Paretomaße bezeichnet werden.
15:48	Waveguide-Modellierung im Zeitbereich mittels Volumen-Penalisierung Christian Westphal, Julius Reiss, Mathias Lemke [Abstract] Die numerische Simulation von Lautsprechern im Zeitbereich ist herausfordernd. Insbesondere die Modellierung von geometrisch komplexen akustischen Waveguides erfordert Geometrie-angepasste Gitter und entsprechende Randbedingungen. In diesem Beitrag wird eine Volumen-Penalisierungsmethode vorgestellt, mit der sich komplexe Geometrien in ein einfaches kartesisches Gitter einbetten lassen. Wie in einem vorangegangenen Beitrag gezeigt, können mit der Methode schallharte und Impedanz-behaftete Randbedingungen modelliert werden. Als Beispiel wird die Simulation eines Exponentialhorns als generischer akustischer Waveguide präsentiert. Die resultierende Abstrahlcharakteristik wird mit analytischen Lösungen verglichen, um die Simulationsergebnisse zu überprüfen. Zudem wird eine experimentelle Validierung mittels diskreter Mikrofonmessungen vorgestellt.
15:56	Sustainable Development and Deployment of an Acoustic FEM Research Software Harikrishnan K. Sreekumar, Christopher Blech, Sabine C. Langer [Abstract] Scientists develop research codes so as to process and produce scientific results through simulations and experiments. The resulting code base is of high value and potential but often suffers from poor software quality due to lack of knowledge about software engineering principles. As a result, the sustainability of the developed software is endangered limiting the code’s life to a narrow time span. To confront this problem to a large extent, one can adopt sustainable research code development and deployment approaches like continuous integration, testing, containerization and documentation. In this contribution, the various approaches are introduced in view of application to an acoustic research software based on finite element method (FEM). Finally, the adoption of these sustainable research code approaches has shown significant advantages in terms of ease of software development, usage, reproducibility of scientific results and software’s robustness. The successful application to the acoustic FEM research software and its effectiveness is presented with the help of a publicly accessible code repository.
16:04	A time-domain model for railway rolling noise Jannik Theyssen, Astrid Pieringer, Wolfgang Kropp [Abstract] The poster presents a modelling approach for railway rolling noise prediction developed at Chalmers during a recent PhD project. Rolling noise, which is caused by the roughness-excited vibration of the wheel and the track, is the dominant noise source in a wide range of vehicle speeds. The presented modelling approach is based on the time-domain, non-linear contact model WERAN. The model has been extended with a numerically efficient description of the structural vibration of the wheel and the track based on moving Green’s functions. Further, efficient models for the sound radiation from the wheel and track were developed and implemented, again using a Green’s functions approach. The Green’s functions are computed using combinations of the Waveguide Finite Element method (2.5D FE), the Wavenumber domain Boundary Element Method (WBEM / 2.5D BE), the Fourier domain BEM (FBEM), and spherical harmonics equivalent sources. This model provides a physics-based, time-domain description of the radiated sound based on the combined roughness between the wheel and the rail. There are several possible applications for a time-domain rolling noise model, for example in component design, condition monitoring, and, by auralising the noise, as an effective tool for communication with a broader public.

Numerische Akustik 1 - FEM und Anwendungen A

Numerische Akustik 1 - FEM und Anwendungen A

Sitzungsleitung:

S. Marburg, TU München, Lehrstuhl für Akustik mobiler Systeme W. Kreuzer, Institut für Schallforschung, ÖAW

13:40	Implementierung von Schweißpunkten und -nähten in der Energiebasierten Finite-Element-Methode Nicolai Rehbein, Boris Dilba, Henning Lohmann, Sören Keuchel, Olgierd Zaleski [Abstract] Für Akustiksimulationen im höheren Frequenzenbereich stellt die Energiebasierte-Finite-Elemente-Methode (EFEM) eine effiziente Weiterentwicklung der herkömmlichen Finite-Elemente-Methode (FEM) dar. Deterministische numerische Methoden, wie die FEM, stoßen speziell für große Strukturen im höheren Frequenzbereich an ihre Grenzen, da die Anzahl der Freiheitsgrade aufgrund der feinen Diskretisierung schnell handhabbare Dimensionen übersteigt. Der stochastische Ansatz über die energetische Betrachtung der Strukturantwort und akustischen Feldgrößen ist eine leistungsstarke Alternative. Dabei sind die Energiedichten die Unbekannten, die mit der EFEM ermittelt werden. Da die Energiedichte nicht oszillatorisch ist, kann die Diskretisierung frequenzunabhängig gewählt werden. Die Berechnungsnetze für die EFEM unterscheiden sich in mehrerlei Hinsicht von herkömmlichen FEM-Netzen. Insbesondere Schweißpunkte und Schweißnähte, die mit Solid- und Spider-Elementen modelliert werden, wurden von der EFEM bislang nicht unterstützt. Geeignete Algorithmen ermöglichen die Übersetzung von FEM-Netzen in EFEM-Netze. Insbesondere Übergänge, die die Wellenausbreitungsrichtung verändern spielen dabei eine wesentliche Rolle. Die Berücksichtigung von Schweißpunkten und -nähten in der EFEM stellt eine Neuerung dar. Insbesondere für Fahrzeugmodelle, in den meist viele Schweißpunkte und -nähte modelliert sind, vereinfacht es den Übersetzungsprozess stark, weil Schweißpunkte und -nähte nicht nachträglich manuell ergänzt werden müssen. Es werden verschiedene Ansätze vorgestellt. Die Güte der Verfahren wird durch Vergleiche von Akustiksimulationen gegenüber der FEM untersucht.
14:00	Time domain FE-formulation for the equivalent fluid model Paul Maurerlehner, Stefan Schoder, Manfred Kaltenbacher [Abstract] Acoustically absorbing materials such as acoustic foam can be described by the equivalent fluid model. The homogenized fluid’s acoustic behavior is thereby described by complex-valued, frequency-dependent material parameters (equivalent density and compression modulus). In this case, convolution integrals of the material parameters and the acoustic pressure arise when the acoustic wave equation is transformed from frequency to time domain. We circumvent the numerically demanding calculation of these integrals by introducing auxiliary differential equations (ADEs), which are coupled to the wave equation according to the ADE method. The set of coupled differential equations is solved using the finite element method (FEM). The methodology requires the equivalent fluid parameters to be modeled by a rational function representing the frequency-dependent material behavior (frequency response function - FRF). Thereby, the order of the FRF defines the number of additionally introduced ADEs and auxiliary variables. The derivation of the formulation is presented, and validation examples are shown.
14:20	Pseudodifferential mode parabolic equations and their applications to the modelling of scalar and vector acoustic fields in shallow water Pavel Petrov [Abstract] Pseudodifferential mode parabolic equations (PDMPEs) are a promising tool for solving 3D sound propagation problems in shallow-water acoustics. Within the PDMPE theory, acoustic field is represented in the form of an expansion over local normal modes, and the coefficients of this expansion are computed by solving a coupled system of equations for mode amplitudes. Their calculation can be greatly simplified by discarding back scattering and invoking one-way propagation approximation. Under this assumption, mode amplitudes can be obtained from parabolic equations either for the entire vector of mode amplitudes, or for individual modes if the adiabatic approximation also comes into play. A numerical solution of PDMPEs is discussed both cases, and computational examples are presented. Both sound pressure and particle acceleration fields are calculated. Practical applications in acoustic noise monitoring problems is discussed.
14:40	Implementing a Perfectly Matched Layer (PML) for Arbitrarily-Shaped Convex Domains in Acoustics Patrick Heidegger, Manfred Kaltenbacher [Abstract] The Finite Element (FE) method is a common approach for numerically solving partial differential equations of physics, e.g. acoustic sound generation and radiation. A main challenge for this numerical method is to deal with free radiation. Currently, the most general and effective approach is the so- called Perfectly Matched Layer (PML) method, i.e., artificial layers with damping properties that match the wave impedance between the physical radiation domain and the non- physical damping domain. These layers can be realized for arbitrarily-shaped but convex boundaries by applying a complex coordinate stretch to the domain’s outwards-normal direction, exploiting curvilinear coordinates. The coordinate transformation requires knowledge of geometric properties only retrievable from a sufficiently regular boundary. The so-called Automatically Matched Layer (AML) attaches the layer automatically by extruding the domain mesh at the finite-element solver level, extracting the geometric parameters using an empirically determined convention. We have implemented this approach in our in-house research software openCFS (www.opencfs.org). Here, we provide details of the formulation and its implementation in FEM. In addition, we investigated the implementation numerically, comparing simulations to analytical solutions in spherical-, cylindrical-, and cuboidal- shaped domains.
15:00	Multi-fidelity Meta-Modelle für akustische Simulationen im Frequenzbereich Thomas Kohlsche, Stephan Lippert, Otto Von Estorff [Abstract] Das Ersetzen von rechenintensiven numerischen Simulationen durch günstigere Meta- oder Surrogate-Modelle ist bei Anwendungen mit vielen Simulationsdurchläufen, wie bei einer Optimierung oder bei einer Unschärfequantifizierung (UQ), gängige Praxis. Das Surrogate dient als ein mathematisches Ersatzmodell, welches aus einer verhältnismäßig geringen Datenmenge eine Approximation der komplexen Simulation bildet. In akustischen Anwendungsfällen kommt es dabei oft vor, dass die Frequenzantwort aufgrund von Resonanzen und anderen Effekten so nichtlinear ist, dass nicht ausreichend Daten mit dem rechenintensiven Simulationsmodell erzeugt werden können, um ein verlässliches Meta-Modell zu erstellen, geschweige denn UQ oder eine Optimierung durchzuführen. In einem solchen Fall können multi-fidelity (MF) Methoden eingesetzt werden, die vereinfachte low-fidelity Modelle als zusätzliche Datenquelle verwenden. Der vorliegende Beitrag untersucht diesen Ansatz für akustische Finite-Elemente (FE) Modelle im Frequenzbereich, wobei gröbere Diskretisierungen zur Erzeugung von low-fidelity Daten verwendet werden. Anders als in wohlbekannten Techniken wie Multigrid-Solver oder MF-Monte-Carlo, werden die MF Daten als Basis für ein Meta-Modell genutzt, welches die Parameterabhängigkeiten des FE Modells modellieren soll. Ein parametrisiertes 2D Helmholtz-Problem wird als Testfall gezeigt und der Einsatz von Gaußprozessen als MF-Meta-Modell demonstriert. Verschiedene Herausforderungen des Ansatzes werden diskutiert und die Ergebnisse klassischen single-fidelity Meta-Modellen gegenübergestellt.
15:20	Modelling guided waves interacting with arbitrarily shaped inhomogeneities using SBFEM in combination with an extruded quadtree decomposition for 3D plates Daniel Lozano, Jannis Bulling, Jens Prager [Abstract] For structural health monitoring systems or non-destructive testing, it is crucial to study the interactions of ultrasonic-guided waves with inhomogeneities or damage in structural components. Simulation of these interactions poses a challenge. After the wave-damage interaction, the numerical model must reproduce features like mode conversion or wave scattering. Mathematically, damages are discontinuities in a computational domain, and each wave interacts differently because of the geometrical features. We propose a quadtree-based meshing in the current contribution to capture these geometrical characteristics. This kind of discretisation approach requires special techniques to couple cells of different sizes since, after a quadtree decomposition, the problem of so- called hanging nodes may arise. Transition elements based on high-order transfinite shape functions are used to solve this issue. The advantage is that these elements allow the correct coupling of the cells while retaining a high-order interpolation. Moreover, the reuse of the dynamic stiffness matrices can be exploited based on the similarity of the cells. This procedure makes the approach very efficient. Examples show the scattering characteristics of different guided wave modes after interacting with inhomogeneities and discontinuities in a plate.

Numerische Akustik 1 - FEM und Anwendungen B

Numerische Akustik 1 - FEM und Anwendungen B

Sitzungsleitung:

S. Marburg, TU München, Lehrstuhl für Akustik mobiler Systeme W. Kreuzer, Institut für Schallforschung, ÖAW

16:20	Modelling micro-perforated plates with Maxwell’s slip model in the frequency domain Jonas Helboe Jørgensen, Mads Herring Jensen [Abstract] When the dimensions of perforated plates are in the micrometer scale the Knudsen number for air under atmospheric pressure starts to be significant. In the range of 0.001<Kn<0.1 it is suitable to use a slip flow boundary condition instead of a no slip boundary condition. In this study we implement the Maxwell slip model in the frequency domain and studies its effect on the frictional losses. The abstract studies a perforated plate next to an oscillating plate. This configuration is widely used for MEMS sensors and actuators. The damping in this configuration is dominated by the squeeze film damping between the oscillating plate and perforated plate, and the viscous losses from air passing through the perforated plate. The implementation of Maxwell slip model insures a correct simulation of the viscous losses when the geometrical scales are small (1-5 µm). The inclusion of the slip model results in lower frictional losses and thus a lower impedance of the perforated plate. This is of interest when designing perforated plates with dimensions on the micrometer scale.
16:40	Blocked Forces Messung zur Bestimmung von Eingangsdaten zur numerischen Akustik-Simulation eines Kaffeevollautomaten Sören Keuchel, Christiane Gillner, Joscha Piepiorka, Olgierd Zaleski [Abstract] Im Bereich der Haushaltsgeräte ist die Akustik ein wichtiges Produktmerkmal zur Klassifizierung der Wertigkeit. Zum Beispiel werden in Verbrauchermagazine die Schalldruckpegel als Unterscheidungsmerkmal aufgeführt. Im vorliegenden Beispiel eines Kaffeevollautomaten ist dies am Morgen besonders wichtig aufgrund der ruhigen Umgebung. Bei Kaffeevollautomaten aber auch vielen weiteren technischen Systemen breitet sich sowohl der Direktschall als auch der Körperschall ausgehend von verschiedenen Anregungskomponenten aus. Der Körperschall führt je nach Strukturverhalten des Gehäuses zu einer unterschiedlichen Akustik. Um die effizientesten Maßnahmen zur Verbesserung der zu ermitteln, muss das System zunächst verstanden werden. Die numerische Simulation ist das Mittel der Wahl um die physikalischen Wirkmechanismen zu verstehen und in die Pfade in Relation zu setzen. Ein Vorteil ist die getrennte Betrachtung vom Luftschall- und Körperschallpfad, was bei einer Messung nicht ohne weiteres getrennt bestimmt werden kann. Ein Nachteil der numerischen Simulation ist jedoch der zum Teil hohe Aufwand bei der Anregungsmodellierung, wie zum Beispiel durch die Pumpe oder das Mahlen der Bohnen. Als Lösung wird in diesem Beitrag die Verwendung einer Blocked Forces Messung zur Bestimmung der Eingangsdaten vorgestellt. Der Strukturpfad und die späteren Varianten werden über ein numerisches Modell abgebildet. Es sollen das Vorgehen und repräsentative Ergebnisse dargestellt werden.
17:00	Combining optical ray tracing and acoustical finite elements for the simulation and optimization of a photoacoustic cell Péter Rucz, Judit Angster, Agnes Sophia Meidert, Gustav Schelling, András Miklós [Abstract] Photoacoustical trace gas analysis exploits the photoacoustic phenomenon for the measurement of the concentration of different gas species. Resonators are applied in the detection for amplifying the acoustical signal and thus enhancing the signal to noise ratio. The present contribution focuses on the simulation of a photoacoustic cell by means of the acoustical finite element method and optical ray tracing for modeling the excitation of the cell by the incoming light. The combination of these two techniques allows for the computation of the spatially distributed source term and the acoustical response of the cell. The model also includes viscothermal losses at the walls of the resonator. The paper introduces the approach for combining the optical ray tracing with the finite element model. Beam patterns of an optical system consisting of a high power UV LED and lenses are simulated by means of geometrical ray tracing. A photoacoustic cell is examined using both 2D axisymmetric and 3D finite element models with the aim of optimizing the geometry to attain a high photoacoustic signal while keeping the background signal at a moderate level. Finally, the results of both optical and acoustical simulations are compared to measurements.

Perceptual Optimization of Dynamic Binaural Rendering 1

Perceptual Optimization of Dynamic Binaural Rendering 1

Organisation:

A. Neidhardt, TU Ilmenau, Fachgebiet Elektronische Medientechnik C. Pörschmann, TH Köln, Institut für Nachrichtentechnik

13:40	Distributed low-delay virtual reality with head-tracked parametric binaural rendering Giso Grimm, Angelika Kothe, Volker Hohmann [Abstract] We present a system that enables distributed virtual acoustics for interactive communication. In this context, communication situations with alternating roles require a very low delay in sound transmission, particularly for musical communication, where the upper limit of tolerable delay is between 30 and 50 ms. Our system can achieve latencies between 20 ms (local network) and 100 ms (intercontinental), with typical values of 30-40 ms. This is far below the delay achieved by typical video-conferencing tools (100-500 ms) and is sufficient for seamless speech communication and music applications. The system’s virtual acoustics engine is based on a simple physical sound propagation model. Binaural signals are generated via a parametric HRTF model, data-driven techniques were used to optimize the HRTF for human perception. Head tracking can be used both locally for binaural rendering and at the remote acoustic models for head orientation dependent directionality of remote interlocutors. For behavioral analysis, other sensor data, such as EOG or EEG, can be sent to a central data logging system in addition to head motion data. In addition to a technical description of the system, we show here example data for a distributed measurement of head motion behavior in speech communication.
14:00	On the use of real/virtual tests for the perceptual optimization of binaural rendering Sebastia V. Amengual Gari, Owen Brimijoin, Nils Meyer-Kahlen, Paul Calamia, Philip Robinson [Abstract] Several techniques for the capture and rendering of binaural scenes exist. In particular, microphone array processing has proven to be particularly flexible, although to date, no method has been proven to be able to generate perceptually authentic percepts when compared to a real sound source in discrimination tests. In this contribution we present several pilot tests in which we compared binaurally generated sounds, rendered from measured Spatial Room Impulse Responses (SRIR), against real loudspeakers in the room, following both plausibility and transfer-plausibility paradigms. In these tests we investigated both spatial rendering as well as contextual aspects. Regarding rendering aspects, we investigated the required spatial resolution of early reflections, the frequency resolution of late reverberation, and the requirements for dynamic rendering of early reflections. The results suggest that all of the examined parameters can be simplified without significant perceptual effects. In terms of contextual variables, we evaluated the effects of listener expertise and stimuli on detection rates, concluding that both listener expertise and stimuli play an important role in the perceptual ratings. We will review the results of the experiments and potential avenues for perceptually motivated computational optimization of binaural rendering.
14:20	Perceptual decision making in spatially dynamic auditory scenes Robert Baumgartner, Roberto Barumerli, David Meijer [Abstract] Our perception of the environment is based on beliefs about its hidden states. Those beliefs are constantly updated to resolve uncertainty and accommodate potential changes in the environment. Bayesian inference is a powerful framework to describe this process given the stochastic nature of sensory signals. Statistically optimal solutions obtained by Bayesian inference often resemble perceptual decisions of human listeners surprisingly well, although humans are expected to approximate those solutions much more efficiently through heuristics. To gain a better understanding of the underlying human algorithms, we tested 32 young adults on an auditory localization task with preceding auditory (low precision) or audiovisual (high precision) spatial sequences. For every trial, the sequence of azimuth angles and its duration was generated by a stochastic process with a fixed change-point hazard rate and termination probability. We developed a near-Bayesian observer model that can accurately fit the localization responses of individual listeners by allowing for variability in sensory noise, inferred hazard rate, and response noise. In ongoing analyzes, we explore heuristic model simplifications that may even better explain the results. Identifying the human brain’s perceptual mechanisms could inform dynamic binaural rendering to simultaneously improve computational efficiency and perceptual relevance.
15:00	Application of non-rigid registration to photogrammetrically reconstructed pinna point clouds for the calculation of personalised head-related transfer functions Katharina Pollack, Piotr Majdak, Hugo Furtado [Abstract] Individual head-related transfer functions (HRTFs) are crucial for plausible immersive binaural audio playback and their numerical calculation requires a detailed three-dimensional (3D) representation of the listener-specific pinnae geometry. In recent years, photogrammetry has become an attractive geometry acquisition approach without the need for professional equipment. However, geometry errors such as noise and outliers remain in the photogrammetry output, i.e., 3D pinna point clouds, potentially causing a degradation of the listener’s sound-localisation performance. By applying non-rigid registration (NRR) algorithms to photogrammetrically reconstructed pinna geometries, we aim at improving the calculation of personalised HRTFs. To this end, we evaluated HRTFs calculated based on ground-truth, photogrammetry-based, and non-rigidly registered point clouds. We show that NRR algorithms are able to improve the 3D pinnae representation for the calculation of personalised HRTFs.
15:20	Magnitude-Corrected and Time-Aligned HRTF Interpolation: Effect of Interpolation and Alignment Method Johannes M. Arend, Christoph Pörschmann, Stefan Weinzierl, Fabian Brinkmann [Abstract] Virtual acoustic realities require head-related transfer functions (HRTFs) on a spatially dense sampling grid with many directions. A common method for obtaining high-quality HRTFs is acoustic measurements. To reduce measurement time, cost, and complexity of measurement systems, a promising approach is to capture only a few HRTFs on a sparse sampling grid and then upsample them to a dense HRTF set by interpolation. However, interpolating sparsely sampled HRTFs is challenging because small directional changes result in significant changes in the HRTF phase and magnitude response. Previous studies considerably improved interpolation results by time-aligning the HRTFs in preprocessing, but magnitude interpolation errors, especially in contralateral regions, remain a problem. We propose an additional post-interpolation magnitude correction derived from a frequency-smoothed HRTF representation. Employing all 96 individual simulated HRTF sets of the HUTUBS database, we show that the additional magnitude correction significantly reduces interpolation errors compared to state-of-the-art methods applying only time-alignment. In particular, we show that the magnitude correction works with all recent time-alignment and interpolation approaches and consistently improves interpolation results, highlighting the generic nature of the algorithm. Thus, the proposed method can further reduce the minimum number of HRTFs required for perceptually transparent interpolation.

Perceptual Optimization of Dynamic Binaural Rendering 2

Perceptual Optimization of Dynamic Binaural Rendering 2

Organisation:

A. Neidhardt, TU Ilmenau, Fachgebiet Elektronische Medientechnik C. Pörschmann, TH Köln, Institut für Nachrichtentechnik

16:20	Towards Modeling Dynamic Head-Above-Torso Orientations in Head-Related Transfer Functions Fabian Brinkmann, Dannie Smith, William J. Anderst, Sebastia V. Amengual Gari, David Lou Alon, Stefan Weinzierl [Abstract] The torso and shoulder affect the head-related transfer function (HRTF) by means of reflection and diffraction. The reflection is strongest if the ear, source, and shoulder are approximately aligned and superimposes a comb-filter upon the HRTF magnitude spectrum that can have a depth of up to 5 dB above approximately 700 Hz. In case the direct sound path to the ear is obstructed by the shoulder or torso, they act as a low-pass with a high frequency damping of up to 20 dB. However, relatively little is known about the exact nature of the torso effect for different head-above-torso orientations with current data being based either on simplified geometric models, a neutral head-above-torso orientation, or head-above torso rotations in a single plane. To close this gap, we developed a 3D head and torso model that can rotate its head with three degrees of freedom based on a schematic model of the average healthy young cervical spine. The model can be used to numerically simulate HRTFs for the physically possible range of head-above-torso orientations. The model is intended to analyze the torso effect in more detail and to acoustically model dynamic head-above-torso movements for virtual acoustic reality.
16:40	On the monaural contribution to HRTF discrimination Shaima'A Doma, Cosima A. Ermert, Janina Fels [Abstract] The validation of different acquisition methods for head-related transfer functions (HRTF) often involves a direct comparison of HRTF spectra. Differences regarding monaural cues (i.e., single-ear differences between the datasets) as well as binaural cues (i.e., changes in inter-aural cross-correlation, time and level differences) can be identified between the HRTF sets. In this work, a listening test paradigm is presented that examines the contribution of monaural differences to the audibility of HRTF changes, while minimizing the variation of binaural cues. The reasoning behind the approach as well as its validity are discussed. A parametric model for just noticeable differences, developed based on the experimental results, is further introduced.
17:00	Investigating the Effect of Head Movement on the Perception of Reproduction Artefacts of Moving Sources Matthieu Kuntz, Bernhard Seeber [Abstract] This study investigates the auralization artefacts of moving sources presented over a loudspeaker array in an anechoic chamber. We test the hypothesis that following the movement of the source with head turns reduces the perception of reproduction artefacts compared to staying still. Stimuli were reproduced using different panning techniques and combinations thereof. Participants were asked to rate the amount of dynamic timbral artefacts they perceived on a 7-point scale, ranging from inaudible to extremely audible, as a pink noise sound source moved from -30∘ to 30∘ or vice-versa. Participants performed the task with a static head and when instructed to follow the source’s movement by turning their head. Trials were blocked by source speed and the movement direction was alternated to ensure participants could easily follow the sound source and get used to its speed. Pilot data show that ratings of the perceived artefacts dropped by up to one unit when participants are asked to follow the movement of a sound source. This could be useful for real-time rendering to reduce computational resources allocated to the auralization of foreground sources when listeners move.
17:20	Investigation of the minimum required spatial resolution of moving sound sources Tim Lübeck, Christoph Pörschmann [Abstract] Sound field synthesis and manipulation in the Spherical Harmonics (SH) domain has become an established method in research and the consumer sector. The maximum order of the sound field SH representation is associated with the maximum spatial resolution of the virtual acoustic environment. The influence of the spatial resolution (SH order) of single non-moving sound sources has been investigated intensively in previous studies, and the minimum spatial resolution, which is indistinguishable from a high spatial resolution, has been determined. In real-life scenarios, however, sound sources may also move in the presented sound scene. So far, it has barely been studied whether and how the minimum perceptible spatial resolution changes for moving sound sources. This work presents a listening experiment applying dynamic binaural synthesis and examining the minimum required spatial resolution of moving sound sources. Participants compared SH order-limited anechoic sound sources moving with a fixed speed and distance with the same sound sources rendered at an order of 35. Using an ABX test design, we determined the threshold of indistinguishability. The results show that moving sound sources require significantly lower SH orders than non-moving sound sources.

Psychoakustik 1 - Teil A

Psychoakustik 1 - Teil A

Sitzungsleitung:

J. Verhey, OvG-Universität Magdeburg, Abteilung Experimentelle Audiologie B. Schulte-Fortkamp, HEAD-Genuit-Stiftung K. Genuit, HEAD acoustics GmbH R. Sottek, HEAD acoustics GmbH

13:40	Ein Ton macht noch keine Harmonie – Der Einfluss von Tonhaltigkeit und Dissonanz auf Präferenzurteile Anna Rieger, Steven Van De Par, Hans-Peter Rabl, Arne Oetjen [Abstract] Produkt- bzw. Maschinengeräusche mit deutlich hörbaren tonalen Komponenten werden häufig als lästig empfunden. Wenn zusätzlich eine Interaktion mehrerer tonaler Komponenten in Geräuschen stattfindet, was in realen Szenarien beispielsweise durch die Überlagerung tonaler Komponenten durch verschiedene Aggregate, wie Motoren und Getrieben, stattfindet, dann können Geräusche unterschiedlich tonal, aber auch unterschiedlich konsonant und dissonant wahrgenommen werden. Vorangehende Hörexperimente haben gezeigt, dass die Dissonanz bei ähnlicher Tonhaltigkeit der Geräusche einen großen Einfluss auf die Präferenzurteile hat. Des Weiteren konnte bereits ein grundlegendes Empfindungsmodell für die ”Dissonanz” sowie ein Präferenz-Prädiktor entwickelt werden, die die Subjektivdaten in hoher Güte vorhersagen konnten. In den hier vorgestellten Versuchen wurde das Zusammenspiel zwischen der empfundenen Tonhaltigkeit und der sich aus mehreren Tonkomponenten ergebenden Dissonanz auf die Präferenzurteile untersucht. In der Analyse wird aufgezeigt, auf welche Weise und in welchem Umfang die wahrgenommene Ausgeprägtheit der Tonhaltigkeit durch Interaktion mehrerer Tonkomponenten die allgemeine Geräuschqualität beeinflusst. Da verschiedene Grade der Dissonanz nur durch die gleichzeitige Anwesenheit tonaler Komponenten entstehen können, ist das Zusammenspiel beider Größen bei der Bildung eines Präferenzurteils von einer speziellen Natur. Dies wird sowohl bei der Modellierung der Interaktion beider Größen als auch im Vorhersagemodell der Dissonanz berücksichtigt.
14:00	Einfluss des Infraschalls auf die Wahrnehmung von Amplitudenmodulationen im Hörfrequenzbereich Björn Friedrich, Holger Joost, Thomas Fedtke, Jesko Verhey [Abstract] Mehrere Studien haben gezeigt, dass Infraschall durch das Gehör wahrgenommen werden kann, wobei der zugrundeliegende Mechanismus noch nicht vollständig geklärt ist. Eine Hypothese ist, dass Infraschall über eine Amplitudenmodulation von Signalen im Hörfrequenzbereich wahrgenommen wird. Falls das so ist, müsste die Amplitudenmodulation mit gleichzeitig anwesendem überschwelligen Infraschall interagieren. Welchen Einfluss hätte beispielsweise die Anwesenheit eines monofrequenten überschwelligen Infraschallsignals auf die Wahrnehmung einer solchen Amplitudenmodulation? Zur Klärung dieser Frage wurde die Modulations-Detektionsschwelle eines amplitudenmodulierten tieffrequenten Trägertons in Ab- und Anwesenheit von monofrequentem Infraschall bestimmt. Die Pegel des Infraschalls und des Trägertons wurden auf Basis der individuellen Hörschwelle gewählt; die Modulationsfrequenz stimmte mit der Frequenz des Infraschalls überein. Die Modulations- Detektionsschwelle in Anwesenheit des Infraschalls wurde für zwei Phasenrelationen von Infraschall und Modulation bestimmt: phasensynchron und gegenphasig. Zusätzlich wurde als Referenz die Modulations-Detektionsschwelle in Abwesenheit des Infraschalls bestimmt. Das Experiment ergab, dass die Anwesenheit des Infraschalls zu einer Änderung der Modulations- Detektionsschwelle führte. Dieser Effekt war phasenabhängig, wobei sich individuelle Unterschiede sowohl in der Stärke des Effekts als auch bei der Phasenabhängigkeit zeigten. Insgesamt deuten die Ergebnisse darauf hin, dass Infraschall die Wahrnehmung von Amplitudenmodulationen im Hörfrequenzbereich beeinflusst.
14:20	The Auditory Mismatch Negativity as an EEG-derived Measure of Predictive Coding Lukas Vollmer, Elisabeta Balla, Björn Kampa, Janina Fels [Abstract] The predictive coding framework of neuronal processing hypothesizes that the layers in the processing hierarchy propagate prediction errors rather than abstractions of sensory input. In the auditory system a detuned tone in the sequence of a well-known melody would represent a source of such a prediction error. Instead of the tone being processed and sequentially integrated with the rest of the sequence (feedforward), it is compared to the expected next tone in the sequence, predicted from memory (feedback). Previous research has shown that deviant stimuli in a sequence of standards elicit the mismatch negativity (MMN) response. The MMN is a component of the scalp-recorded electroencephalogram (EEG) that is suggested to carry the prediction error. Within the predictive coding framework, it is thus expected that deviant stimuli elicit different MMNs in response to various deviating features of the stimulus. In this work, the aim is a systematical analysis of differences between MMNs to stimuli which deviate in one, or a combination of two features.
15:00	Modeling the Listening Area of Envelopment Stefan Riedel, Lukas Gölles, Franz Zotter, Matthias Frank [Abstract] Listener envelopment requires a low interaural level difference and a low interaural coherence as perceptual cues, which is challenging to reproduce over an extended listening area using multi-channel loudspeaker systems. In this contribution we establish and evaluate a vector- based model, which allows us to efficiently predict envelopment across the listening area for arbitrary 2D and 3D loudspeaker systems. The model incorporates the free-field sound pressure level decay of the individual loudspeakers, which is an important design criterion for large-scale loudspeaker systems.
15:20	A Model Of Binaural Interaction Based On Two Correlators Mathias Dietz, Jörg Encke, Anna Dietze, Bernhard Eurich, Jonas Klug [Abstract] Most classic models of binaural processing are partly built on assumptions that have been challenged or even contradicted by physiologic or psychoacoustic data. We show that, by abandoning unproven assumptions, two cross-correlating units can already account for 98% of the variance of over 300 tone-in-noise detection thresholds across eight studies, by optimizing three free parameters. From there, new assumptions have to be made, en route to extending the ”two correlator concept” to a comprehensive binaural model. The first assumption is a mechanism that introduces incoherence interference across frequency channels. It reduces interaural coherence discrimination sensitivity if less coherent channels exist in spectral proximity. Incoherence interference differs from the classic assumption of wider binaural filters, since it has no effect if the masker coherence is constant across frequency bands. It resolves the inconsistency that accounting for some datasets requires wide filters while others require narrow filters. Within the classic model construct, so-called delay-lines were needed to simulate residual binaural sensitivity, even at large interaural time differences. Using peripheral filter bandwidths for binaural models, however, renders the delay-lines unnecessary. It is shown that the increased temporal coherence of narrow filters serves the same purpose but with fewer assumptions and contradictions.

Psychoakustik 1 - Teil B

Psychoakustik 1 - Teil B

Sitzungsleitung:

J. Verhey, OvG-Universität Magdeburg, Abteilung Experimentelle Audiologie B. Schulte-Fortkamp, HEAD-Genuit-Stiftung K. Genuit, HEAD acoustics GmbH R. Sottek, HEAD acoustics GmbH

16:20	Ein einheitliches Modell der Wahrnehmung auditorischer Frequenzänderungen Kai Siedenburg, Jackson Graves, Daniel Pressnitzer [Abstract] Die Änderungen im Frequenzgehalt von Klängen ist eine der grundlegendsten Informationen über das Verhalten von Klangquellen. In Wahrnehmungsstudien wurden solche Veränderungen meist separat untersucht, entweder als Aspekte der Tonhöhe oder der Klangfarbe. Hier schlagen wir ein einheitliches Modell der subjektive Beurteilungen von Frequenzänderungen vor. Unser Modell kombiniert auditive Korrelate akustischer Dimensionen auf klangspezifische und zuhörerspezifische Weise. Dazu führen wir verallgemeinerte Shepard-Töne ein, die die simultane Manipulation der Spectral Fine Structure (SFS) und der Spectral Envelope (SE) erlauben. In einer Reihe von Verhaltensexperimenten beurteilen Versuchsteilnehmende die Frequenzänderung in Tönen, die sich in SFS, in SE oder in beiden Dimensionen unterschieden. Klassische Eigenschaften von Shepard-Tönen können für SFS- oder SE-Verschiebungen beobachtet werden. Bei gleichzeitigen, antagonistischen SFS- und SE-Änderungen beobachten wir einen Kompromiss zwischen Cues. Ein auditorisches Modell zeigt, dass die Gewichtung von Cues von der Art des Klangs abhängt. Bei harmonischen Klängen legten die Teilnehmenden mehr Gewicht auf SFS-bezogene Cues, während unharmonische Klänge zu einer stärkeren Gewichtung von SE-bezogenen Cues führten. Darüber hinaus wurden diese Faktoren durch interindividuelle Unterschiede von Teilnehmenden moduliert. Wir argumentieren, dass Frequenzänderungen über die adaptive Kombination einer Vielzahl von Cues verarbeitet werden. Dies ähnelt der Ableitung anderer grundlegender auditiver Dimensionen wie der räumlichen Position.
16:40	Modeling the fluctuation strength of technical sounds Roland Sottek, Thiago Lobato, Julian Becker [Abstract] Fluctuating sounds easily attract the listener’s attention and have a significant impact on sound quality, so their appropriate quantification in terms of human perception is an important task. However, currently there is no standardized calculation method and, especially for technical sounds, no approach that can reliably estimate the perceived fluctuation strength of sounds. This paper describes an algorithm for calculating the perceived fluctuation strength of technical sounds and extends a method we presented in a previous paper in DAGA 2022. The algorithm is based on the roughness calculation in the ECMA-418-2 standard and the HSA (high-resolution spectral analysis) for identifying low-rate modulations. We have validated the algorithm using the results of jury tests with technical sounds and synthetic data. The algorithm is expected to be included in a future version of the ECMA-418-2 standard.
17:00	Modeling the perceived tonal loudness of multiple tonal components Thiago Lobato, Roland Sottek [Abstract] Tonal signals play an important role in many acoustic applications, such as electric vehicles, IT equipment, music, and home appliances. Psychoacoustic metrics such as tonality, described in the ECMA 418-2 standard, are used to adequately evaluate these sounds. This algorithm is based on the Sottek Hearing Model which is particularly well suited for cases where there is a single dominant tonal component. However, some sounds may have various tonal components such as harmonic/inharmonic complexes that may evoke different tonality perceptions. To investigate the possible effect on tonal loudness of complex sounds, we conducted listening tests to determine a.) whether there is a difference between harmonic and inharmonic stimuli in terms of their loudness and b.) how the tonal loudness of a tonal complex changes by varying its individual components. We used the results to improve the modeling of the tonality algorithm described in ECMA 418-2.

Raumakustik (Poster)

Raumakustik (Poster)

Organisation:

O. Von Estorff, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung S. Lippert, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung

15:40

Zur Raumakustik der Laeisz-Halle Hamburg und der Glocke in Bremen Klaus-Hendrik Lorenz-Kierakiewitz, Benjamin Pfändner [Abstract] Bevor die Elbphilharmonie der Stadt Hamburg als eine neue besondere Veranstaltungsstätte zur Verfügung stand, fanden klassische und romantische Konzerte hohen Niveaus und Anspruchs vor allem in der 1908 eingeweihten neobarocken Laeisz- Halle (früher: Musikhalle Hamburg) am Johannes-Brahms-Platz statt. Ebenfalls im Norden der Republik findet sich in Bremen seit 1928 das expressionistische Konzerthaus ”Die Glocke”, derem großer Saal der Ruf einer hervorragenden Akustik innewohnt. Im Rahmen der Untersuchungen der Raumakustik Europäischer Konzertsäle wurden durch den Verfasser im ersteren Saal im März 2001 und in letzterem Saal im Juni 2021 raumakustische Messungen durchgeführt, welche hier samt Auswertung und deren Ergebnissen im Detail vorgestellt und miteinander verglichen werden sollen. Dabei soll weiters die Frage versucht werden zu beantworten, was die Besonderheiten des Klangs dieser beiden Säle ausmacht, diese sollen und im Kontext mit anderen historischen europäischen Konzertsälen betrachtet werden.

Raumakustik 1 - Qualitätsfragen und Fallstudien A

Raumakustik 1 - Qualitätsfragen und Fallstudien A

Sitzungsleitung:

U. Schanda, Technische Hochschule Rosenheim K.-H. Lorenz-Kierakiewitz, Peutz Consult GmbH

13:40	Mehrdimensionale Clusteranalyse raumakustischer Parameter: Welche Werte sprechen für eine besonders gute Konzertsaalakustik? Klaus-Hendrik Lorenz-Kierakiewitz, Christoph Reuter, Benjamin Pfändner, Stefan Ostrowski [Abstract] Die Methode der mehrdimensionalen Repräsentation raumkustischer Werte verschiedener Räume und Nutzungstypen (Lorenz-Kierakiewitz et al. seit 2017) ermöglicht eine vergleichende Analyse von raumakustischen Daten auf der Basis von derzeit mehr als 500 Datensätzen aus eigenen Messungen von Räumen und der Literatur entnommenen Daten mit sehr umfangreichen Möglichkeiten der Auswertung. In den vorangengangenen Untersuchungen (Lorenz-Kierakiewitz et al. seit 2019) konnte mit Hilfe dieser Analysemethode gezeigt werden, dass Räume aufgrund ihrer raumakustischen Werte spezifische, für ihre Nutzungsart charakteristische Cluster in drei- oder mehrdimensionalen Visualisierungen des Parameterraums bilden, innerhalb derer bezüglich ihrer Hörsamkeit als besonders gut bewertete Räume charakteristische Schwerpunkte (Centroide) und Wertebereiche aufweisen. Im vorliegenden Beitrag soll mithilfe dieser Methode aufbauend auf diesen Ergebnissen und der derzeit vorliegenden Datenbasis der Frage nachgegangen werden, innerhalb welcher charakteristischer Wertebereiche Konzertsäle bezüglich ihrer Akustik als besonders gut bewertet werden, und ob sich aus dem Ergebnis allgemeingültige Aussagen zu objektiven Voraussetzungen für besonders gut bewertete Konzertsaalakustiken gewinnen lassen. Ein Hauptaugenmerk soll hierbei auf mögliche Unterschiede zwischen historischen und aktuellen Sälen gelegt werden sowie zwischen europäischen und außereuropäischen Sälen, um auch zeitliche/geschichtliche und kulturelle/geografische Einflüsse in zukünftige Auswertungen einbeziehen zu können.
14:00	Text mining of audio-visual descriptors for concert halls Jonas Heck, Josep Llorca-Bofí, Aakriti Jain, Michael Vorländer [Abstract] Within the research project ”Person-focused Analysis of Architectural Design”, it is a goal to elaborate a method which categorizes architectural design based on vocabulary describing audio-visual perception of built environments. The first step is to understand which dimensions are of importance to assess and verbalize the perception. Such a vocabulary can be collected by applying experimental methods such as individual vocabulary profiling. But in this case, it origins from already existing text-based sources. First, a selection of texts is performed, which is used to develop and apply a text mining methodology to extract audio-visual attributes. The machine learning methodology is explained, and the results are statistically evaluated. It is finally discussed whether text mining helps to develop a reference vocabulary, aimed to generally describe audio-visual perception. Those descriptors are to be compared to objective parameters from the acoustic and visual domain.
14:20	Systematische Untersuchung der Reliabilität von Raumakustik-Bewertungen in Online-Hörversuchen Markus Von Berg, Lukas Prinz, Jochen Steffens [Abstract] Die Wahrnehmung und die Bewertung von Raumakustik werden häufig in Laborstudien untersucht, um eine kontrollierte Audiowiedergabe sicherzustellen. Dies wiederum erschwert die Akquise hinreichend großer Stichproben für aussagekräftige Ergebnisse. In diesem Experiment wurde daher der Effekt unkontrollierter Onlineversuchsbedingungen auf die Reliabilität der Bewertung von Raumakustik systematisch untersucht. Dazu wurden die perzeptiven Evaluationen von Raumimpulsantworten aus einer Labor- und Onlinestudie miteinander verglichen. Um mögliche Auswirkungen der Wiedergabebedingungen im Onlineversuch möglichst präzise zu erfassen, wurden Impulsantworten aus einer Datenbank ausgewählt, in denen die raumakustischen Parameter Nachhallzeit, Stärkemaß, Klarheitsmaß, Seitenschallmaß, Treble Ratio und Early Bass Level jeweils möglichst isoliert von anderen Größen variierten. Alle Parameter wurden entweder der ISO 3382-1 entnommen oder von Parametern der Norm abgeleitet. Die Impulsantworten wurden mit Sprachaufnahmen gefaltet, und für die Bewertung der daraus entstehenden Stimuli wurde der Room Acoustical Quality Index (RAQI) verwendet. Die Versuchspersonen wurden zudem nach Musikalität und Vorerfahrung mit Akustik gefragt und die individuelle Wiedergabesituation der Online-Versuchsteilnehmer wurde mit dem kürzlich vorgestellten Headphone and Loudspeaker Test analysiert. Im Rahmen des Beitrags werden die Ergebnisse der Labor- und Onlinestudie in Bezug auf Reliabilität und Validität verglichen und diskutiert sowie Erkenntnisse in Bezug auf den perzeptiven Einfluss etablierter technischer Raumakustikparameter dargelegt.
15:00	Raumakustik im Denkmalschutz Moritz Späh, Xiaoru Zhou, Ting Zhang, Avijah Neumann [Abstract] Die Raumakustik in denkmalgeschützten Gebäuden bzw. Räumen ist ausgesprochen wichtig, da nur eine gute und dauerhafte Nutzung von Räumen und Gebäuden zu deren Erhalt beiträgt. Oftmals werden Räume, die unter Denkmalschutz stehen, entsprechend denkmalgerecht saniert, sie sind aber aufgrund dieser Sanierung nicht oder nur eingeschränkt nutzbar. Mittels raumakustischer Maßnahmen, die modernen Nutzeranforderung an den Raum entsprechen und die auch die Anforderungen des Denkmalschutzes berücksichtigen, können Räume deutlich besser einer dauerhaften Nutzung zugeführt werden. In einem vom BBSR geförderten Forschungsprojekt wurden anhand dreier Reallabore die Wechselwirkungen von raumakustischen und denkmalschützerischen Anforderungen untersucht und Lösungen erarbeitet, die individuell für die Räume zu einer guten Raumakustik führen, die aber auch generell auf andere Situationen übertragbar sind. Über das Projekt, die Reallabore und über die Lösungsvorschläge für eine gute Raumakustik im Denkmalschutz wird in diesem Beitrag berichtet.
15:20	Case study: La Geode, Paris. Measurements and simulations of the focussing phenomenon in a discretized hemispherical building Melita Antovska, Jean-Baptiste Bodin, Wari Delgado [Abstract] Abstract: La Géode is a monumental building, unique of its kind, a fusion of art, architecture and sound. Although it was a masterpiece at first, the modern flavour of the building evaporated, along with economic and governance changes, renovations are currently taking place. The aim of the project is to predict the best possible solution for the modernised interior of the structure, adapted to the up to date IMAX cinema halls, offering an unforgettable experience to its visitors. This study presents the involvement of room acoustics in the project. A theoretical overview of the acoustic phenomena in the hemispheric volume is presented and MLSSA measurements were conducted. Four sequential complexities of geometrical model were constructed to simulate the Room Impulse Response, as close as possible to the measured, taking into account the focussing phenomena. The initial simulations were done using Geometrical Acoustics Software (CATT Acoustics) and the great similarities between the measurements results and the simulations confirmed the relevance of the calculations for the design of the room. The geometry complexity and its effects on the results are studied in detail and comparisons with measurements are shown. Key words: La Géode; room acoustics; RIR measurements; GA; CATT Acoustics simulations.

Raumakustik 1 - Qualitätsfragen und Fallstudien B

Raumakustik 1 - Qualitätsfragen und Fallstudien B

Sitzungsleitung:

U. Schanda, Technische Hochschule Rosenheim K.-H. Lorenz-Kierakiewitz, Peutz Consult GmbH

16:20	MusikRaumAkustik: Ein Pilotprojekt zur Verbesserung der Akustik in Proben- und Aufführungsräumen der Amateurmusik Saskia Meißner, Arnold Meißner, Christoph Karle, Stefan Balke [Abstract] Um eine angenehme Balance zwischen einer klaren Akustik und einer akzeptablen Lautstärke beim gemeinsamen Musizieren zu finden, empfiehlt die ISO 23591 eine Spanne von Raumvolumen und Nachhallzeiten für Proberäume. Entscheidend für einen effektiven Probenbetrieb ist, dass sich die Musizierenden gegenseitig hören können. In der Realität sind die Proberäume der Ensembles der Amateurmusik oft viel zu klein, was zu sehr hohen Schalldruckpegeln oder schalltoten Räumen führt. Das Pilotprojekt MusikRaumAkustik des Bund Deutscher Blasmusikverbände (BDB) in Baden- Württemberg bietet Ensembles eine Serviceberatung zur Verbesserung der Akustik von Proberäumen. Das kostenfreie Beratungsangebot kann von über 2.500 Blasmusikensembles sowie Chören, Akkordeon-, Sinfonie- und Gitarrenorchestern in Baden-Württemberg genutzt werden. Auch Musikkulturvereine außerhalb von Baden-Württemberg können am Serviceangebot partizipieren und teilnehmen. Für die Beratung wird die Anzahl Musizierender, ihre Besetzung sowie die Volumina der Räume erfasst und eine Messung der Nachhallzeiten durchgeführt. Der Bedarf für ausreichend große Proberäume wird aufgezeigt, insbesondere für Blasmusikensembles. Anhand eines Fallbeispiels werden typische Verbesserungsmöglichkeiten aufgezeigt, mit denen die Vereine die Akustik ihrer Proberäume nachhaltig verbessern können, um zum Einen die Transparenz zu erhöhen und zum Anderen die Schalldruckpegel zu senken.
16:40	Sanierung des Musiksaals im Deutschen Museum in München Birgit Dietze [Abstract] Der Musiksaal im Deutschen Museum in München wird als Ausstellungsraum für Musikinstrumente und auch als Veranstaltungsraum z. B. für Konzerte mit den dort ausgestellten Musikinstrumenten genutzt. Im Zuge der Sanierung des Sammlungsbaus im Deutschen Museum wurde der Musiksaal umfassend saniert. Die für die Akustik maßgebenden Elemente, wie Holzboden und Rabitzdecke in Form eines Tonnengewölbes wurden rückgebaut und erneuert. Die Rabitzdecke wurde durch eine Trockenbaukonstruktion ersetzt. Auch die Ausstellung mit den vorhandenen Musikinstrumenten wurde neugestaltet und umstrukturiert. Die Herausforderung bestand darin die Akustik im Saal nach der Sanierung zu erhalten. Um dies zu erreichen wurde u. a. eine umfassende Analyse der Rabitzdecke im Bestand durchgeführt. Bei Abbruch der Rabitzdecke wurden an verschiedenen Stellen Stichproben entnommen und untersucht, um in weiterer Folge das Schwingungsverhalten der Decke zu berechnen. Auf Basis der Ergebnisse wurde die Ausführung der Trockenbaukonstruktion dimensioniert. Des Weiteren wurden Nachhallzeitmessungen im Bestand mit Musikinstrumenten, ohne Musikinstrumente, nach Abbruch der Rabitzdecke und nach Fertigstellung des neuen Musiksaals durchgeführt. Auf Basis der Bestandsanalyse wurde ein Simulationsmodell des Musiksaals mit Berücksichtigung der Ausstellungsgegenstände inklusive Musikinstrumente erstellt und Akustikmaßnahmen in verschiedenen Varianten dimensioniert. Durch diese umfassende Untersuchung konnte eine sehr gute Übereinstimmung der akustischen Verhältnisse vor und nach Umbau des Musiksaals erzielt werden.
17:00	Raumakustik bei der Sanierung der Jesus-Christus-Kirche Berlin-Dahlem Christoph Böhm, Reiner Gehret, Annika Moll [Abstract] Üblicherweise werden Akustiker bei Sanierungen oder Neubauvorhaben beauftragt, um die akustischen Gegebenheiten in Zukunft zu verbessern oder bereits beim Bau auf geeignete Maßnahmen für eine angemessene akustische Qualität hinzuwirken. Im vorliegenden Fall, der Sanierung der Jesus-Christus-Kirche in Berlin-Dahlem, lag der akustische Fokus bei der Sanierung auf dem unbedingten Erhalt der raumakustischen Eigenschaften. Mit ihrer weit über die Grenzen Berlins hinaus bekannten Akustik, insbesondere auch für musikalische Aufnahmen, lebt die Kirche von ihren besonderen raumakustischen Eigenschaften. Im Zuge der Sanierung sollte eine Wärmedämmung in den akustisch relevanten Dachaufbau eingebracht werden, um den Energieverbrauch zu reduzieren. Zudem wurde erwartet, dass die akustisch wirksame Dämmschicht im Dachaufbau im Zuge der Öffnung des Daches erneuert werden muss. Der Aufbau bewirkt als maßgebliche absorbierende Oberfläche im Raum den charakteristischen Verlauf der Nachhallzeit. Dieser Beitrag beschreibt die Untersuchung der Raumakustik im Bestand, die Analyse des speziellen Dachaufbaus mit Hallraummessungen und die planerischen Schlussfolgerungen. Es wurde nach der Analyse der Materialien im Bestand eine geeignete Materialkombination gefunden, mit der die Ziele erfüllt werden konnten und die bei der nun abgeschlossenen Umsetzung der Maßnahme zum Einsatz kamen.

Sound Analysis for Music and Audio Signals 1

Sound Analysis for Music and Audio Signals 1

Organisation:

J. Abeßer, Fraunhofer IDMT M. Müller, International Audio Laboratories Erlangen S. Stober, OvG-Universität Magdeburg

16:20	Real-Time Pitch Estimation for Creative Music Game Interaction Peter Meier, Simon Schwär, Gerhard Krump, Meinard Müller [Abstract] Music-based games are an important genre in the gaming community and have become increasingly popular with games like SingStar and Guitar Hero. These types of games are usually based on reactive game mechanics, where the player must hit a certain note at a certain time in order to score points in the game. In this contribution, we present a game prototype that goes beyond purely music-reactive game mechanics and focuses more on the creative aspect of making music in games. In particular, we developed a jump-and-run game that can be controlled via traditional input devices such as gaming controllers but also uses the player’s singing voice to interact with the game world. To this end, we estimate the pitch of a microphone signal in real time and use it as a creative input to the game. This input can be used to control parts of the game world, e.g. by singing and adding stair-like elements that allow the player to overcome obstacles and reach the end of a game level. With our game prototype we demonstrate how game designers can incorporate musical challenges into a familiar game environment while allowing musicians to creatively explore and practice their musical skills.
16:40	Analyse von Deep Learning Methoden für eine Orca Geräusch Erkennung Nils Bohnhof, Jan-Ole Perschewski, Sebastian Stober [Abstract] Orcas sind hochintelligente Tiere mit einer komplexen Kommunikations- und Populationsstruktur. Aufgrund von Nahrungsmangel, Umweltverschmutzung, Schiffslärm und anderen Faktoren sind Orca Arten, wie der Southern Resident Killer Whale, vom Aussterben bedroht. Daher ist es wichtig, Orcas unter dem Hauptaspekt der Kommunikation, Lokalisierung und sozialen Interaktion zu untersuchen. Meeresbiologen haben in der Vergangenheit hunderte von Stunden an Unterwasseraufnahmen abgehört, um mögliche Orca Stimmen zu entdecken. Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung und Analyse von robusten Methoden zur automatischen Erkennung von Orca Geräuschen. In dieser Arbeit werden tiefe neuronale Netze auf gelabelten Audiodateien trainiert, welche vom Orcalab zur Verfügung gestellt wurden. Erstmalig werden Methoden zur Augmentierung, Regularisierung, Datenrepräsentationen und Modellarchitekturen auf diesem Datensatz untersucht. Darüber hinaus wird eine neuartige Methode der Datenvorverarbeitung vorgestellt, welche die gelabelten Orca Geräusche besser ausnutzt. Außerdem werden teilüberwachte Methoden aus dem Bildbereich in die Audioklassifikationsdomäne übertragen und angepasst, welche zuvor ungenutzte ungelabelte Daten verwenden. Das beste Modell verbesserte den F1-Score des Basismodells von 0.69 auf 0.90 auf dem von Orcalab bereitgestellten Testdatensatz. Auf dem Orca Activity Sub-Challenge Datensatz der Interspeech ComParE Challenge 2019 erreichte das Modell auf dem Testdatensatz einen AUC von 0.903, welches einer Verbesserung des Basismodells um 0.037 entspricht.
17:00	Linear stability analysis for bends and overbends on the blues harmonica Alfred Förtsch [Abstract] In jedem Kanal einer Bluesharp befinden sich zwei durchschlagende Zungen, eine Blas- und eine Ziehzunge. Beide Zungen und die durch Vokaltrakt und Instrument strömende Luft führen selbsterregte Schwingungen mit gemeinsamer Frequenz aus. Beim Bending und bei Overbends hängt diese Spielfrequenz von den Eigenfrequenzen der beteiligten Zungen und von der Geometrie des Vokaltrakts ab. Dieser Zusammenhang soll mit Hilfe einer linearen Stabilitätsanalyse durchleuchtet werden. Dazu wird eine von Johnston 1987 angegebene Admittanzformel für das linearisierte Zungensystem aktualisiert, darin auftretenden Parameter wurden gemessen. Für die Eingangsadmittanz des Vokaltrakts beim Bluesharpspiel sind mir keine Werte bekannt. Daher werden Impedanzmessungen für das Bending auf dem Saxophon aus der Literatur übernommen und durch eine 1-Moden-Resonatorkurve gefittet. Eine lineare Stabilitätsanalyse anhand eines Plots von Real- und Imaginärteilen ermöglicht dann quantitative Aussagen über mögliche Spielfrequenzen bei gegebener Resonanzfrequenz des Vokaltrakts. Insbesondere wird dabei sichtbar, wie sich mit identischer Vokaltraktgeometrie abwechselnd ein Drawbend und ein Overblow spielen lassen, die einen Ganzton verschieden klingen.
17:20	Hierarchical Approaches for Sound Activity Detection in Music Recordings Michael Krause, Meinard Müller [Abstract] Many Music Information Retrieval (MIR) tasks can be formulated as activity detection problems. Given a music recording, the general task is to identify all time frames or sections in which certain classes of sound events occur. For example, singing voice recognition is about identifying all sections in which at least one singer is active. Similarly, instrument activity detection aims at detecting those sections in which a specific musical instrument (e.g., a violin, trumpet, or timpani) or a group of instruments (e.g., strings or brass instruments) is played. In this contribution, we consider activity detection tasks in which the classes to be detected form hierarchical relationships. For instance, extending the binary singing activity detection problem, one may consider the singer’s gender (male, female) and voice type (soprano, alto, tenor, bass). Likewise, musical instruments can be arranged according to various hierarchical taxonomies. Based on an appropriate formalization, we present different strategies to exploit the hierarchical relationships and discuss novel loss functions that promote consistency across hierarchical levels. By integrating these loss terms into a deep learning model, our experiments show how one can perform joint activity detection across hierarchically ordered sound event classes.

Strömungsakustik in der Energiewende 1

Strömungsakustik in der Energiewende 1

Organisation:

F. Czwielong, Lehrstuhl für Strömungsmechanik - FAU Erlangen C. Ocker, Hochschule Aalen

13:40	Lokalisierung von Schallquellen an einer skalierten Windenergieanlage Christof Ocker, Esther Blumendeller, Philipp Berlinger [Abstract] Das Bevölkerungswachstum und der weltweite Trend zur Elektrifizierung führen zu einem hohen Energieverbrauch, der mit erneuerbaren Energien gedeckt werden sollte. Um eine Überlastung der Netzkapazitäten zu vermeiden, besteht eine Herausforderung darin, den Strom in der Nähe des Verbrauchers zu erzeugen. Dies führt zu geringeren Entfernungen zwischen Windkraftanlagen und Wohngebieten. Daher besteht die Notwendigkeit die Mechanismen der Lärmerzeugung zu verstehen und Optimierungsstrategien zur Lärmreduktion zu entwickeln. Es wird eine experimentelle Untersuchung an einer skalierten Windenergieanlage in einem Windkanal mit einem Mikrofonarray vorgestellt. Unsere Studie beinhaltet die Lokalisierung und Quantifizierung von aerodynamischen Schallquellen an rotierenden Windkraftanlagenblättern. Das Ziel ist die Identifikation der Faktoren, die einen Einfluss auf die Quellspektren haben. Dazu wurden Windkanalmessungen für drei verschiedene Blattgeometrien (NACA 4412-Form, Clark-Y-Form und Sichelform), fünf Anstellwinkeln zwischen -2∘ und +8∘ und fünf Windgeschwindigkeiten zwischen 5 m/s und 13 m/s durchgeführt. Die Mikrofonarray-Technik in Kombination mit rotierenden Beamforming-Verfahren ermöglichen den Vergleich der Schallquellenverteilung und Quellstärken für verschiedene Blattgeometrien und Betriebspunkte trotz des hohen Hintergrundlärms im Windkanal.
14:00	Ist der Blattspitzenlärm von Windturbinen Infraschall? Frank Kameier [Abstract] In genügender Nähe zu einer Windturbine hört man Geräusche, die gelegentlich auch als Wusch-Wusch-Geräusch bezeichnet werden. Betrachtet man diese störende Hörbarkeit genauer, so spielen aerodynamische Entstehungsmechanismen eine Rolle, die akustisch und signalanalytisch interessant sind. Ein sogenannter Blattspitzenwirbel generiert Druckschwankungen, die im Zusammenwirken mit dem rotierenden System der Turbine als Modulation zu deuten sind. Ob es sich um eine Amplituden- oder Phasenmodulation handelt, kann messtechnisch nicht differenziert werden. Simulationsergebnisse helfen weiter, was mittels einer einfachen grafischen Programmierumgebung (DASYlab) gezeigt wird. Das Simulationsergebnis gibt auch Aufschluss über den Anteil des Infraschalls, den eine Windturbine möglicherweise emittiert.
14:20	Tieffrequenter Lärm einer Windturbine mit direkt angetriebenem Generator Hanns Christoph Rauser [Abstract] Durch den Ausbau der erneuerbaren Energien und die damit verbundene Verringerung der Abstände zwischen Energieerzeuger und Wohnbebauung erhöht sich die Lärmbelastung der Bevölkerung. Insbesondere der tieffrequente Lärm von Windturbinen wird seit über 30 Jahren intensiv und kontrovers diskutiert. Der Vortrag zeigt die ersten Ergebnisse einer Studie, die 2013 mit der Untersuchung des tieffrequenten Lärms einer Windturbine mit direkt angetriebenem Generator begonnen wurde und in 2023 abgeschlossen werden soll. Der Vortrag gibt einen Einblick in die Schwierigkeiten bei den akustischen Messungen und bei der Rückführbarkeit der Messergebnisse auf das individuelle Hörempfinden von Betroffenen mit den derzeit gültigen Regeln und Normen. Ein Vergleich zu Strömungsmaschinen, wie sie in der Kälte- und Klimatechnik eingesetzt werden, zeigt die strömungsakustischen Unterschiede. Die Studienergebnisse können dazu beitragen, die Problematik der Schallemissionen von Windturbinen besser zu verstehen, um die komplexe Akustik von Windturbinen zu verbessern und dadurch die Akzeptanz dieser Form der erneuerbaren Energieerzeugung in der Bevölkerung zu erhöhen.
14:40	Auswertung von akustischen Messungen in Bezug auf Belästigungszeiträume gemeldet von Anwohnenden eines Windparks Esther Blumendeller, Po Wen Cheng [Abstract] Der Ausbau der erneuerbaren Energienutzung ist eine der großen gesellschaftlichen Aufgaben in Europa und bedarf daher der Akzeptanz und Unterstützung durch die Bevölkerung. Bei Windenergieanlagen (WEA) an Land werden die Beschwerden der Anwohner häufig Geräuschen zugeordnet, die durch den Betrieb der Anlagen verursacht werden könnten. Im Zuge des Verbundprojektes Inter-Wind werden akustische, seismische und meteorologische Messdaten in Kombination mit Belästigung von Anwohnenden am Windpark Tegelberg auf der Schwäbischen Alb untersucht. Im Rahmen von zwei Messkampagnen 2020 und 2022 wurden daher akustische Messungen im Bereich eines Windparks und mehrerer Wohngebäude in Tallage in ca. 1 km Entfernung zum Windpark durchgeführt. Hierbei liegt der Fokus auf dem tieffrequenten und Infraschall. Parallel dazu konnten Anwohner Belästigungszeiträume über eine Geräuschmelde-App dokumentieren und unter anderem Belästigungsstärke und Geräuschbeschreibung definieren. Erst das ermöglicht eine Filterung und Auswertung der akustischen Daten ausschließlich in Bezug auf die Belästigungszeiträume. Zusätzlich können meteorologische Parameter und WEA-Betriebsparameter für die Zeiträume ermittelt werden. In diesem Beitrag werden zunächst die Rahmenbedingungen der Untersuchung und anschließend erste Ergebnisse vorgestellt. Diese Studie wird gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschluss des Deutschen Bundestages (03EE2023B).
15:00	Anwohnendenbelästigung durch WEA-Emissionen – eine interdisziplinäre Analyse Florian Müller, Gundula Hübner, Johannes Pohl [Abstract] Durch den gesteigerten Ausbau von Erneuerbaren Energien kommen Menschen zunehmend in Berührung mit Windenergieanlagen (WEA) innerhalb ihres unmittelbaren Lebensumfeldes. Dabei können sich Akzeptanzkonflikte aufgrund von Belästigung durch WEA-Emissionen entwickeln. Im Verbundprojekt Inter-Wind wurden in einer Feldstudie an einem Windpark auf der Schwäbischen Alb umfangreiche Messungen objektiver Messdaten synchron mit dem subjektiven Erleben der Anwohnenden erfasst. Nachdem in einer Befragung stark belästigte Anwohnende identifiziert wurden, wurden zeitgleiche Messungen zu zwei Untersuchungszeiträumen in 2020 und 2022 an den WEA und im Ort durchgeführt. Es wurden meteorologische, akustische und seismische Messdaten sowie Betriebsparameter des Windparks erhoben, während parallel die Anwohnenden mittels einer App Beschwerdezeiträume meldeten und beschrieben. Die Appdaten deuten auf höhere Belästigungsraten in den Abend- und Nachtstunden hin. In der Zusammenschau der interdisziplinären Daten, zeigen sich Hinweise darauf, dass hohe Umdrehungszahlen sowie eine hohe Variabilität der Umdrehungszahlen in Zusammenhang mit Belästigung der Anwohnenden stehen. Durch den Vergleich beider Messzeiträume kann die Stabilität dieser Muster unter unterschiedlichen Bedingungen geprüft werden. Diese Studie wird gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages (03EE2023A).
15:20	Numerische Optimierung der aeroakustischen Eigenschaften von Kiteleinen eines Kitewindkraftwerks Lukas Saur, Leon Schöps, Stefan Becker [Abstract] Flugwindkraftwerke sind die Zukunft der Windenergie, da sie die Nutzung starker und stetiger Höhenwinde zur Erzeugung elektrischer Energie ermöglichen. Erste Testanlagen lassen 120 qm große Kites in einem speziellen Energiegewinnungszyklus auf bis zu 800 m Höhe steigen. Problematisch ist der laute Pfeifton, der bei hohen Windgeschwindigkeiten (Re = 4300) durch die Leinen des Kitesegels erzeugt wird. In vorherigen Schallmessungen von umströmter Kiteleinen in einem aeroakustischen Windkanal wurde gezeigt, dass mithilfe spiralförmiger Oberflächenerhebungen (Helix) die strömungsinduzierte Schallabstrahlung von Kiteleinen um mehrere Dezibel gesenkt werden kann. Mithilfe von Aeroakustiksimulationen wurde nun der Strömungsschall von vereinfachten Kiteleinen mit variierenden Helixgeometrien numerisch untersucht. In StarCCM+ erfolgt die Berechnung der strömungsmechanischen Größen mithilfe einer DDES-Simulation, die Ausbreitung der akustischen Größen wird mithilfe des FWH-Modells berechnet. Die Ergebnisse der aeroakustischen Simulationen werden mit vorhandenen Messergebnissen verglichen. Durch eine automatisierte Optimierung wurde eine Oberflächengeometrie bestimmt, welche die tonale Schallentstehung unterdrückt und eine Schallreduktion von mehr als 10 Dezibel verspricht. Weiterführende Untersuchungen des Geschwindigkeitsfeldes im Nachlauf von Kiteleinen mit spiralförmigen Oberflächenerhebungen bieten weitere interessante Forschungsmöglichkeiten.

Strömungsakustik in der Energiewende 2

Strömungsakustik in der Energiewende 2

Organisation:

F. Czwielong, Lehrstuhl für Strömungsmechanik - FAU Erlangen C. Ocker, Hochschule Aalen

16:20	Akustik von Wärmepumpen – Die strömungsakustische Wechselwirkung von Wärmeübertragern und Axialventilatoren Felix Czwielong, Jonathan Steffes, Julia Soldat, Stefan Becker [Abstract] Im Zuge der Energiewende zeigten sich Wärmepumpen als Alternative zu fossilen Brennstoffen für die Beheizung von Wohnhäusern. Dabei benötigen die Wärmepumpen keinen fossilen Energieträger wie Gas oder Heizöl vor Ort, sondern werden über elektrischen Strom betrieben. Der elektrische Strom kann dabei aus erneuerbaren Energiequellen wie zum Beispiel Wind oder Solar stammen. Allerdings weisen Wärmepumpen hohe Schalldruckpegel auf, welche in unmittelbarer Nähe der bewohnenden Menschen emittiert wird. Vor allem die Außeneinheit der Wärmepumpen stellt in diesem Zusammenhang eine Problematik dar, weil diese störende Geräusche erzeugt, welche sowohl von den Bewohnern, als auch von den umliegenden Nachbarn wahrgenommen werden können. Aus diesem Grund wird beispielsweise eine nächtliche Drosselung von Wärmepumpen von Seiten des Staates vorgeschrieben, damit die Schallemissionen in der Nacht gesenkt werden. In den Außeneinheiten werden oftmals Axialventilatoren verwendet, welche die primäre Schallquelle in diesen Anlagen darstellen. Die Schallabstrahlung der Ventilatoren wird dabei maßgeblich von den eingebauten Wärmeübertragern beeinflusst, sodass durch die strömungsakustische Wechselwirkung eine erhöhte Schallabstrahlung der Gesamtanlage entsteht. Basierend auf experimentellen und numerischen Untersuchungen werden Ursachen für die erhöhte Schallabstrahlung der Ventilatoren im Strömungsfeld der Wärmeübertrager aufgezeigt. Zusätzlich werden Möglichkeiten zur akustischen Optimierung von Wärmepumpen abgeleitet.
16:40	Akustik von Wärmepumpen Marc Schneider [Abstract] Elektrisch betriebene Wärmepumpen sind eine Schlüsseltechnologie der Energiewende. Dabei nehmen Luft/Wasser-Wärmepumpen aktuell den größten Anteil ein. Diese werden in der Regel außerhalb des Gebäudes aufgestellt, was zu einer Lärmbelästigung der umliegenden Gebäude führen kann. Dabei ist (neben dem Verdichter) zumeist der Ventilator die dominante Schallquelle. Die emittierte Schallleistung der Wärmepumpe hängt neben dem Aufstellungsort vor allem auch von der Geometrie und Einbausituation der Komponenten ab. Wichtig in diesem Zusammenhang ist der Einfluss von saugseitigen Wärmeübertragern in der Zuströmung von Axialventilatoren, was dem ”Standardaufbau” solcher Wärmepumpen entspricht. Zur Beurteilung der strömungsakustisch relevanten Vorgänge kommen dabei Strömungssimulationen (CFD) des Gesamtgerätes zum Einsatz, wobei die hinreichende Berücksichtigung der Zustömturbulenz eine besondere Herausforderung darstellt, v.a. wenn man Akustiksimulationen (CAA) der Wärmepumpen durchführen möchte. Neben einem meist breitbandigen Rauschen beinhalten Ventilatorgeräusche oftmals tieffrequente tonale Komponenten, die abhängig von den Einbaubedingungen mehr oder weniger stark ausgeprägt und damit störend sein können. In diesem Kontext stellt die Lärmwirkung der Wärmepumpen auf den Menschen einen weiteren wichtigen Aspekt dar. Dabei genügt es zumeist nicht, die auf der Basis physikalischer Überlegungen entstandenen Grenzwerte der aktuell gültigen TA-Lärm bzw. die Anforderungen der Ökodesign-Richtlinie (ErP) einzuhalten. Zur Erfassung der (subjektiven) menschlichen Wahrnehmung bieten sich eher Methoden der Psychoakustik an.
17:00	Effizientes und schallarmes Axialventilatorsystem mit neuartigem zonal optimiertem Nachleitrad Frieder Lörcher, Sandra Hub [Abstract] Axialventilatoren, angewendet beispielweise in Wärmepumpen oder Kältegeräten, werden zwecks niedriger Lärmentstehung häufig ohne Nachleitrad eingesetzt. Dadurch wird ein höherer Energiebedarf der Ventilatoren in Kauf genommen, denn durch Nachleiträder kann der Energieverbrauch bei einem vorgegebenen Fördervolumenstrom erheblich gesenkt werden. Zudem stellt die benötigte Motoraufhängung häufig dennoch eine zusätzliche Lärmquelle dar. Im vorgeschlagenen Beitrag wird die aeroakustische Lärmentstehung einer Rotor-Stator Wechselwirkung, wie sie typischerweise durch ein Nachleitrad oder eine Motoraufhängung gegeben ist, experimentell und numerisch mit der Lattice-Boltzmann Methode untersucht, wobei basierend auf den validierten Simulationsergebnissen Strömungsvisualisierungen durchgeführt werden, die einen Einblick in die Entstehungsmechanismen der relevanten Schallquellen geben. Darauf aufbauend werden Optimierungsansätze generiert und numerisch und experimentell analysiert. Zur industriellen Anwendbarkeit der optimierten Nachleitradgeometrien wird parallel das Erreichen einer Wirkungsgradmaximierung und der notwendigen Trageigenschaften des Nachleitrads sichergestellt. Als Ergebnis wird ein Axialventiltorsystem mit Nachleitrad präsentiert, das die Eigenschaften ”hohe Effizienz”, ”niedrige Schallentstehung” sowie die ”Tragfunktion für den Motor” in sich vereint. Charakteristisch für das Nachleitrad ist eine auffällige Einteilung des Nachleitradbereichs in zwei Zonen, eine radial äußere und eine radial innere, wobei diesen Zonen schwerpunktmäßig die akustische und die energetische Optimierung zugeordnet werden kann; und die durch einen umlaufenden Zwischenring getrennt werden, der aerodynamische aber insbesondere auch steifigkeitsfördernde Wirkung hat.
17:20	Akustische Vermessung einer Wärmepumpe für Hörexperimente und Simulationen Lara Stürenburg, Hark Braren, Lukas Aspöck, Janina Fels [Abstract] In den letzten Jahren nimmt die Wärmepumpe bei der Wärmeversorgung von Gebäuden eine immer größer werdende Rolle ein. Die akustischen Eigenschaften von Luft-Wasser-Wärmepumpen haben dabei einen entscheidenden Einfluss auf die Akzeptanz bei den Endnutzern. Nicht nur der Ventilator und der Verdichter tragen zur Geräuschentwicklung bei, sondern auch die Einbausituation der Komponenten, der Aufstellungsort sowie der Betrieb. In diesem Vortrag wird vorgestellt, wie eine Wärmepumpe in einem reflexionsarmen Halbraum betrieben und vermessen werden kann und welche Vor- und Nachteile derartige Messungen im Vergleich zu Messungen in einer Klimakammer haben. Zusätzlich wird beschrieben wie, neben der Durchführung von psychoakustischen Analysen und rein akustischen Probandenstudien, ein umfassendes Simulationsmodell für VR-Studien umgesetzt wird.

Plenarvortrag Mittwoch

Plenarvortrag Mittwoch

Sitzungsleitung:

S. Lippert, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung

11:30

Der Einfluss von anthropogenem Unterwasserschall auf Meerestiere – Konzepte für Forschung und Umweltmanagement Frank Thomsen [Abstract] Das Thema Unterwasserschall und sein Einfluss auf Meereslebewesen hat in den letzten Jahren stetig an Bedeutung gewonnen. Da die Schallausbreitung unter Wasser wesentlich effektiver funktioniert als an der Luft, ist der akustische Kanal der wichtigste Sinneskanal bei Meeressäugetieren, Fischen und vermutlich auch bei Wirbellosen. Wale und Delfine zum Beispiel, nutzen Schallwellen zur Kommunikation, Orientierung, Beuteortung und vermutlich auch zum Belauschen von Artgenossen. Menschliche Aktivitäten wie beispielsweise Schifffahrt, geophysische Untersuchungen des Meeresbodens oder auch der Ausbau von Offshore Windanlagen erzeugen Unterwasserschall, der die Meereslebewesen beeinträchtigen und noch in vielen Kilometern Entfernung zur Schallquelle Verhaltensreaktionen auslösen kann. Je nach Intensität und Dauer des empfangenen Lärms sind auch Hörschädigungen und sogar nicht-auditorische Verletzungen möglich. In Europa werden der Eintrag und die Auswirkungen von Unterwasserschall in der EU-Meeresschutz-Rahmenrichtlinie behandelt. Dabei wurden neue Konzepte zum Management von anthropogenen Schalleinträgen aufgestellt. In der Auswirkungsforschung werden innovative Methoden wie beispielsweise die Observierung von Walen mittels Drohnen und agentenbasierte Modellierung im Rahmen von Schallgutachten angewandt. Dabei hat sich insbesondere durch den weltweit intensivierten Ausbau von erneuerbaren Energien auf See die Dringlichkeit für Forschung und Umweltmanagement dramatisch verstärkt, zu gangbaren Lösungen zu kommen, die den Ausbau nicht verzögern, aber gleichzeitig auch die Meeresumwelt schützen.

Akustik in Großraum-Schulen, offenen Lernlandschaften, Kitas, Krippen etc.

Akustik in Großraum-Schulen, offenen Lernlandschaften, Kitas, Krippen etc.

Organisation:

C. Ruhe, hörgerecht planen und bauen, Prisdorf C. Nocke, Akustikbüro Oldenburg

17:40	Offene Raumkonzepte in Schulen - Ein Überblick über Anforderungen und Lösungsansätze Christoph Böhm, Annika Moll [Abstract] Klassenräume und Schulgebäude werden bis heute größtenteils für den klassischen Frontalunterricht geplant. Auch wenn heute moderne Unterrichtskonzepte mit Gruppenarbeit, selbstständigem Lernen und Mediennutzung im Unterricht zum Alltag gehören, gibt es selbst im Neubau nur wenige Schulen, die auf die daraus resultierenden Anforderungen auch baulich eingehen. Aktuelle Schulkonzepte, die immer häufiger zum Einsatz kommen, mit offenen Lernlandschaften oder z. B. Cluster-Anordnungen, sollen den neuen Lehr- und Lernkonzepten folgen, bringen jedoch ganz neue Anforderungen an die Raumeigenschaften, unter anderem die Akustik, mit sich. So steht nicht mehr einzig die Sprachverständlichkeit und die reine Lärmreduzierung im Vordergrund, sondern auch die akustische Trennung von Gruppen untereinander. Es sollen Störungen vermieden und gleichzeitig eine räumliche Offenheit beibehalten werden. Hier ergeben sich offensichtlich Parallelen zu den Herausforderungen in Großraumbüros. In diesem Beitrag werden die international vorhandenen raumakustischen Anforderungen an offene Schulkonzepte zusammengefasst und mit den aktuell vorhandenen Anforderungen in Deutschland verglichen. Dabei werden auch die Parallelen zu Großraumbüros aufgegriffen und bewertet. Diese Arbeit entstand innerhalb eines Projektes für einen externen Auftraggeber. Ziel ist ein Entwurf für raumakustische Anforderungen und Lösungsansätze für neue Schulbauten und Umgestaltungen mit offenen Raumstrukturen.
18:00	Eine Fallstudie zu offenen Lernlandschaften – Raumakustische Parameter und Erfahrung aus 10 Jahren Nutzung Holger Brokmann [Abstract] Das Oberstufengebäude der Beruflichen Schulen Witzenhausen wurde im Rahmen einer Kernsanierung von einer klassischen Schulstruktur mit mittlerem Flur und abgehenden Klassenzimmern in offene Lernbereiche umgebaut und im August 2011 eingeweiht. Nach dem Umbau waren keine Türen mehr vorhanden. Es wurden großflächig akustische Maßnahmen an Decken und Wänden umgesetzt. Durch die Messung unterschiedlicher raumakustischer Parameter wurde untersucht, inwieweit die Raumakustik den zum Zeitpunkt des Baus geltenden Vorgaben aus der DIN18041:2004-05 sowie der heutigen Version entsprach. Die Schallausbreitung wurde durch die Messungen mit einer Referenzschallquelle untersucht. Der Beitrag diskutiert zudem die Erfahrungen der Lehrer:Innen über die letzten 10 Jahre der Nutzung der offenen Lernbereiche im Hinblick auf die akustische Qualität.
18:20	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 Verbesse-rung 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 Richt-wirkung 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 raumakus-tische Kenngrößen.
18:40	Nachhallzeiten von Klassenräumen, eine bundesweite Erhebung Carsten Ruhe [Abstract] Ausgelöst durch den Beitrag zur DAGA2022, dort Abb. 8, entstand die Idee, nicht nur die Kolleg:innen des FA Bau- und Raumakustik und der VMPA-Güteprüfstellen, sondern auch weitere Personenkreise aus dem schulischen Bereich und aus den Unfallkassen der Länder um Daten von Nachhallzeit-Messungen in Klassenräumen aus den letzten drei Jahren zu bitten. Dabei wird auch abgefragt, ob die Messungen wegen Beschwerden, als Vorbereitung einer Sanierung oder als Abnahmemessungen nach Fertigstellung ausgeführt wurden. Möglicherweise lässt sich aus den Beschwerde-Fällen auch ein Schluss auf die Bedeutung der tiefen Frequenzen ziehen? Bisher liegen Ergebnisse nicht nur der etwa 160 eigenen, sondern auch aus etwa 300 weiteren Messungen, verteilt auf mehrere Bundesländer vor. Aus diesen Werten ist bereits zu erkennen, dass die Nachhallzeiten im Mittel überall (deutlich) ungünstiger sind als die Sollwerte nach DIN 18041. Die statistische Auswertung wird belegen, dass die Kultusministerien der Länder zur konsequenten Umsetzung eines inklusiven Schulunterrichtes bei ihren Bauministerien - und diese bei den beauftragten Architekturbüros - umfangreiche Raumakustik-Nachbesserungen einfordern müssen. Dafür wird diese Erhebung die Grundlagen liefern.

Akustische Messtechnik und Sensorik 3

Akustische Messtechnik und Sensorik 3

Sitzungsleitung:

J. Scheuren, Müller-BBM GmbH J. Prager, Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)

8:40	Akustisches Vorfelderkundungssystem in Eis für eine zukünftige Raumfahrtmission Mia Giang Do, Jan Audehm, Charlotte Benning, Dominique Malik, Sharif El Mentawi, Christoph Günther, Oliver Gries, Dirk Heinen, Andreas Nöll, Adam Rifaie, Shreyans Sakhare, Joelle Savelberg, Christopher Wiebusch, Yuting Ye, Simon Zierke [Abstract] Für die Suche nach extraterrestrischem Leben im Sonnensystem ist Jupiters Eismond Europa ein interessanter Kandidat. Bisherige Beobachtungen deuten auf die Existenz eines globalen Ozeans unter dem Eispanzer des Mondes hin. Eine zukünftige Mission zur Erkundung des Wasserreservoirs erfordert das Durchdringen der massiven Eishülle. Die Entwicklung von Schlüsseltechnologien für eine solche Mission ist Gegenstand der von der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR initiierten TRIPLE-Projektlinie (Technologies for Rapid Ice Penetration and Subglacial Lake Exploration). Im Rahmen von TRIPLE wird eine elektrothermische Sonde als Transportsystem für wissenschaftliche Nutzlasten in einem terrestrischen Analogszenario eingesetzt. Für die Mission ist es entscheidend, dass die Schmelzsonde Hindernisse auf dem Weg zum Wasserreservoir und den Eis-Wasser-Übergang frühzeitig erkennt. Die Entwicklung eines hybriden Vorfelderkundungssystems bestehend aus einem Sonar und Radar ist Teil des Projekts TRIPLE-FRS. Dabei ist eine der größten Herausforderung die Integration eines Schallwandlers in den Kopf der Schmelzsonde. Eine mögliche Lösung bietet die Verwendung des Schmelzkopfs als Frontmasse eines Tonpilzschallwandlers. Somit ist ebenfalls eine direkte akustische Kopplung des Schallwandlers an das Eis gewährleistet. In diesem Vortrag wird neben der Vorstellung des Systems auch die Analyse erster Messungen eines Testsystems zur Vorfelderkundung in Gletschereis präsentiert.
9:00	Transformer Architektur zur gitterfreien Schätzung der Quellstärke und Position mehrerer Schallquellen aus Mikrofonarraydaten Adam Kujawski, Ennes Sarradj [Abstract] Herkömmliche Verfahren zur Charakterisierung von Schallquellen mit Mikrofonarrays erfordern üblicherweise die Verwendung eines Fokusgitters. Abhängig von der Gitterauflösung sind diese Verfahren oft rechenintensiv oder in ihrer Rekonstruktionsgenauigkeit begrenzt. In dieser Arbeit wird eine Deep Learning Methode zur gitterfreien Charakterisierung von Schallquellen unter Verwendung einer Transformer Architektur vorgestellt, die ausschließlich mit simulierten Daten trainiert wird. Im Gegensatz zu bereits bekannten gitterfreien Modellarchitekturen erfordert der vorgestellte Ansatz ein einzelnes Modell, um eine unbekannte Anzahl von Quellen zu charakterisieren. Das Modell bildet die Quelleigenschaften als räumlich verteilte Cluster ab. Die Integration über die Komponenten eines Clusters ermöglicht die Bestimmung der Gesamtstärke jeder einzelnen Quelle. Ein Vergleich mit bewährten Mikrofonarrayverfahren anhand synthetischer und experimenteller Daten demonstriert die Leistungsfähigkeit der Methode.
9:20	Acoustic tomography monitoring of indoor air temperature under multiple optimal and non-optimal positions of transceiver Cherif Othmani, Sebastian Merchel, M. Ercan Altinsoy [Abstract] The accurate monitoring of the air temperature is critical to the effective operation of enclosed spaces. Assume having to take air temperature measurements at several positions within an enclosed space (1.3 m × 1.0 m × 1.2 m). Perhaps unexpectedly, thermistors may be not sufficient to achieve a high-quality measurement, where several drawbacks appear when using these conventional sensors such as emitting heat. To address this challenge, the Acoustic travel-time TOMography (ATOM) technique offers an alternative to the conventional sensors based on measuring the transmission sound velocity signals. The ATOM setup requires very thorough knowledge of the transceiver positions to the accurate estimating of the input travel-times. This research presents an extensive collection of optimal positions that have been developed based on the best coverage ray-paths within an echoic box with consideration of reflections of first and second order. The performance of each optimal position is assessed with an example of reconstruction of temperature using ATOM and then compare it to what is observed on thermistor. Results demonstrate how the optimal position with the maximum charge of ray paths within each voxels is pre-eminent to handle the monitoring process.
10:00	Untersuchungen zur Optimierung primärer Schallleistungsquellen Kevin Picker, Volker Wittstock [Abstract] Primäre Schallleistungsquellen sind der Ausgangspunkt für eine metrologische Rückführung der Kenngröße Schallleistung. Die wesentliche Eigenschaft primärer Schallquellen besteht darin, dass ihre Schallleistung durch ihre intrinsischen Eigenschaften bekannt ist und nicht aus dem äußeren Schallfeld abgeleitet wird. Daher können sie zur Darstellung der Schallleistung sowie zur Kalibrierung anderer Schallleistungsquellen verwendet werden. Die an der PTB gewählte Realisierung primärer Schallquellen besteht aus einem eingebettet schwingenden ebenen festen Körper. Die in einen Halbraum abgestrahlte Schallleistung dieser Quelle kann über das diskretisierte Rayleigh-Integral berechnet werden. Als Eingangsgröße hierfür dienen Oberflächenschnellen, die mit einem Laser-Scanning-Vibrometer gemessen werden. Im Vortrag werden die aktuellen Untersuchungen zur Optimierung dieser Quellen vorgestellt. Hauptaspekte sind dabei die erforderliche Diskretisierung der Quelloberfläche, die Berücksichtigung von Luftdruck- und Temperatureinflüssen sowie die Richtcharakteristik der Quellen.
10:20	Überarbeitung der ISO 3744: Vereinfachung der wichtigsten Rahmennorm zur Bestimmung von Schallleistungspegeln Fabian Heisterkamp [Abstract] Der Schallleistungspegel ist die wichtigste Kenngröße, um die Geräuschemission von Maschinen und anderen Produkten zu vergleichen und damit den Lärm am Arbeitsplatz, zu Hause und in der Umwelt zu reduzieren. Er ist z. B. eine wichtige Voraussetzung für den Verkauf und Kauf besonders geräuscharmer Produkte im Sinne des Sell and Buy Quiet-Konzepts. ISO 3744:2010 ist die Rahmennorm, auf die sich die meisten produktspezifischen Normen und gesetzlichen Anforderungen für die Bestimmung des Schallleistungspegels beziehen. Sie wird von Laboren, Akustik-Beratern und Herstellern verwendet. Aufgrund seines Aufbaus und seiner Länge ist das aktuelle Dokument nur wenig anwenderfreundlich. Der Hauptteil von ISO 3744:2010 enthält so viele Informationen, dass das grundlegende Konzept der Schallleistungsermittlung verdeckt wird. Um die Praxistauglichkeit der ISO 3744:2010 zu verbessern, wurden drei Projekte gestartet: 1. Eine Überarbeitung und Umstrukturierung der ISO 3744 mit einem vereinfachten Hauptteil und einer Reihe von Anhängen für Spezialfälle; 2. eine neue Norm: ISO/CD 5114-1 über die Unsicherheit von Schallleistungspegeln, bestimmt aus Schalldruckpegeln; 3. eine neue Norm: ISO/CD 26101-2 zur Bestimmung der Umgebungskorrektur, die bei der Bestimmung von Schallleistungspegeln verwendet wird. Diese neuen Normen enthalten Informationen, die nur von wenigen Anwendern benötigt werden. Die wichtigsten Aspekte aller drei Committee Drafts (CD) werden vorgestellt und erläutert.
10:40	Tropophonometer: Richtcharakteristik für Mikrofone und Schallquellen Sonja Walther, Sönke Seidel, Christoph Kling [Abstract] Das Tropophonometer ermittelt halbkugelförmige Richtcharakteristiken von Mikrofonen und Schallquellen insbesondere im Ultraschallbereich. Der Aufbau wurde bereits vor einigen Jahren auf der DAGA vorgestellt, ist seitdem aber wesentlich weiterentwickelt worden. Es wird nun eine stabilere und somit auch präzisere Mechanik verwendet, wobei durch Nutzung von Timegating Reflexionen ignoriert werden können, die außerhalb eines Ellipsenbereiches auftreten. Weiterhin wurde mit neuen Messroutinen der Signal-Rausch-Abstand deutlich verbessert. Neben der Vorstellung des überarbeiteten Messplatzes werden in diesem Vortrag auch Messergebnisse präsentiert - unter anderem von MEMS-Mikrofonen und optischen Mikrofonen.
11:00	Vorschläge zur Überarbeitung der (DIN EN) ISO 9614 Volker Wittstock, Spyros Brezas, Fabian Heisterkamp [Abstract] Der Schallleistungspegel ist die wichtigste Kenngröße zur Beschreibung der Geräuschemission von Maschinen und anderen Produkten. Er wird benötigt, um Lärm am Arbeitsplatz, zu Hause und in der Umwelt zu reduzieren, z. B. für den Verkauf und Kauf besonders geräuscharmer Produkte im Sinne des Sell and Buy Quiet-Konzepts. Innerhalb eines von der BAuA finanzierten Forschungsprojekts wurden an der PTB umfangreiche Untersuchungen zur Schallleistungsbestimmung mit Intensitätssonden durchgeführt. Durch analytische Rechnungen konnte gezeigt werden, dass einige der heute in der (DIN EN) ISO 9614 verwendeten Schallfeldindikatoren ungeeignet sind, um die Qualität des gemessenen Schallleistungspegels einzuschätzen. Eine umfangreiche Messreihe hat diese Erkenntnisse untermauert. Daraufhin wurden Vorschläge für die Überarbeitung der (DIN EN) ISO 9614 erstellt, die vor allem eine wesentliche Verbesserung der Anwendbarkeit zum Ziel haben. Die Messungen sind danach in allen Terzen von 50 Hz bis 10 kHz durchzuführen. Die gesamte Messstrategie ist auf die Erreichung einer bestimmten Genauigkeitsklasse für den A-bewerteten Schallleistungspegel ausgerichtet, wobei in einzelnen Terzbändern größere Unsicherheiten zulässig sind. Im Vortrag werden die hauptsächlichen Projektergebnisse sowie die Vorschläge für die Überarbeitung der Norm vorgestellt. Eine so überarbeitete Norm wird es Maschinenherstellern erleichtern, die Geräuschemissionen ihrer Produkte selbst zu ermitteln. Zudem wird der Aufwand zur Überprüfung der Geräuschemissionsangaben von Maschinen reduziert.

Akustische Metamaterialien 1

Akustische Metamaterialien 1

Organisation:

H. Atzrodt, Fraunhofer Institute for Structural Durability and System Reliability LBF F. Langfeldt, Institute of Sound and Vibration Research, University of Southampton

14:00	Vibroakustische Metamaterialien zur Reduktion der Schallabstrahlung einer Fahrzeugtür Marvin Droste, Sebastian Rieß, Heiko Atzrodt, Sebastian Melzer, Jan Troge, Adrian Struß, Andreas Lühring, Jan Clausen [Abstract] In dem vorliegenden Beitrag wird das Potenzial vibroakustischer Metamaterialien zur Geräusch- und Schwingungsreduktion für den Einsatz in Fahrzeugen beispielhaft an einer Fahrzeugtür untersucht. Ziel ist es durch den Einsatz vibroakustischer Metamaterialien die Körperschallausbreitung und folglich die Schallabstrahlung der Fahrzeugtür zu reduzieren. Der Fokus liegt auf der Entwicklung und Umsetzung unterschiedlicher Resonatorkonzepte, welche für eine serientaugliche Fertigung geeignet sind. Die Resonatoren sind ausgelegt eine Schwingungsreduktion im Frequenzbereich um 500 Hz zu erreichen. Zur Validierung der Konzepte werden Resonatoren in eine Fahrzeugtür integriert und das vibroakustische Verhalten experimentell charakterisiert. Die Messungen zeigen, dass durch den Einsatz von vibroakustischen Metamaterialien eine Reduktion des Köper- und Luftschalls im adressierten Frequenzbereich erreicht werden kann.
14:20	Optimierung vibroakustischer Metamaterialien mit lokalem Resonanzeffekt anhand der Strukturintensität Nikolai Kleinfeller, Marvin Droste, Heiko Atzrodt, Christian Adams, Tobias Melz [Abstract] Der Vektor der Strukturintensität (STI) ist der Leistungsdichte- oder Energiestromvektor der Vibroakustik. Dessen Vektorfeld beschreibt den Energiefluss des Körperschalls und liefert ein erweitertes Verständnis zum Körperschalltransfer innerhalb einer schwingenden Maschinenstruktur. Vibroakustische Metamaterialien (VAMM) auf Basis des lokalen Resonanzeffekts nutzen die vibroakustischen Eigenschaften speziell abgestimmter Resonatoren zur Erzeugung einer Schwingungsreduktion innerhalb eines Stoppbandes in einem definierten Frequenzbereich. Die Resonatoren werden dazu meist periodisch, in einem Abstand kleiner der halben Wellenlänge der zu beeinflussenden Frequenz auf der Grundstruktur aufgebracht. Erste energetische Untersuchungen von VAMM in der Literatur zeigen, dass bei Anregungen innerhalb des Stoppbandes unterschiedliche energetische Beteiligungen der Resonatoren vorliegen. Im Rahmen des Beitrags wird daher untersucht, ob über den Vektor der STI eine lokale Bewertung der energetischen Beteiligung einzelner Resonatoren erfolgen kann. Auf diese Weise können in der Auslegung der VAMM Resonatoren mit geringer energetischer Beteiligung identifiziert und auf diese Weise eine Besetzungsreduktion der Resonatoren realisiert werden, wodurch Material und Gewicht bei nahezu gleichbleibendem vibroakustischem Verhalten eingespart werden kann. Auf Basis numerischer Simulationen werden in diesem Beitrag verschiedene Zielfunktionen zur Durchführung einer STI-basierten Besetzungsreduktion verglichen und ein zielführendes Auswahlkriterium definiert. Die Ergebnisse werden abschließend an einem Messaufbau im Labor validiert.
14:40	Modellierung von Metamaterialien als effektives Medium in der energiebasierten Finite-Elemente-Methode Henning Lohmann, Nicolai Rehbein, Sören Keuchel, Olgierd Zaleski, Otto Von Estorff [Abstract] Die frequenzabhängige Diskretisierung mit klassischen Verfahren, wie der Finiten-Elemente-Methode, schränkt die Berechnungsmöglichkeiten akustischer Wellenausbreitung im Fall von großen Modellen im hohen Frequenzbereich stark ein. Dagegen bieten energiebasierte Ansätze durch das Verwenden der Energiedichte als Primärvariable und einer, auf der Laplace-Gleichung basierten, Beschreibung der Ausbreitung von Schwingungsenergie eine Methodik, die Berechnungen im Frequenzbereich bis 20kHz und darüber hinaus ermöglicht. Für Berechnungen mit der energiebasierten Finite-Elemente- Methode können klassische FE-Modelle verwendet werden, welche ursprünglich für einen niedrigen Frequenzbereich, beziehungsweise statische Berechnungen, erstellt worden sind. Nach einer automatisierten Aufbereitung des Modells, lässt sich unter Kenntnis der Eingangsleistung die Energiedichteverteilung im Modell bestimmen. Akustische Metamaterialien eignen sich durch ihre speziellen Eigenschaften sehr gut für eine akustisch optimierte Konstruktion. So kann die Ausbreitung von Schwingungsenergie in bestimmten Frequenzbereichen gezielt unterdrückt werden und der Dämpfungseffekt einer Struktur verstärkt werden. In diesem Beitrag wird eine Möglichkeit der Integration von Metamaterialien in die energiebasierte Finite-Elemente-Methode vorgestellt und anhand von akademischen und praxisbezogenen Beispielen untersucht.
15:00	Interaktionsparameter von akustischen Meta-Atomen als zusätzliche Freiheitsgrade zum Tuning von Metamaterialien Felix Kronowetter, Lisa Pretsch, Yan Kei Chiang, Anton Melnikov, Shahrokh Sepehrirahnama, Sebastian Oberst, David Powell, Steffen Marburg [Abstract] Akustische Metamaterialien bestehen meist aus einer periodischen Anordnung von Meta-atomen und diese Meta-atome basieren wiederum häufig auf dem Konzept lokaler Resonanzen. Im Rahmen einer theoretischen Studie wird hier die Interaktion zweier Meta-atome und deren Auswirkung auf die transmittierte Schallleistung untersucht. Wir treffen die Annahme, dass keinerlei Änderungen des Druckfeldes auftreten und können somit ein zweidimensionales Gebiet untersuchen. Ausgehend von einem Wellenleiter mit perfekt absorbierenden Randschichten untersuchen wir den Einfluss von Parametern (Abstand, Rotation und Verstimmung der Meta-atome) auf die Ausbildung von Moden und den Transmissionsverlust. Dabei betrachten wir die Hohlraum- Resonanzfrequenzen der Meta-atome und deren Interaktion. Es zeigt sich, dass spezielle Konfigurationen zu modaler Degeneration führen und wir Maxima im Transmissionsverlust verzeichnen. Über eine geschickte Wahl der Parameter können also die Eigenschaften von finit-periodischen akustischen Metamaterialien eingestellt und zum Beispiel eine Verbesserung der Stabilität der Resonanzfrequenz gegenüber Fertigungstoleranzen erreicht werden.
15:20	Vibroakustische Metamaterialien zur Reduktion der Schalltransmission von Lärmschutzwänden Sebastian Rieß, Marvin Droste, William Kaal, Heiko Atzrodt, Peter Rath [Abstract] In dem vorliegenden Beitrag wird die Reduktion der Lärmtransmission einer Acrylglas-Lärmschutzwand mit vibroakustischen Metamaterialien untersucht. Verkehrslärm an Autobahnen, Flughäfen oder Bahnstrecken beeinträchtigt die Lebensqualität und das Wohlbefinden der Anwohner. In Ballungsräumen wird Wohnraum immer knapper und Anwohner rücken näher an stark frequentierte Verkehrsstraßen. Hierdurch steigen die Anforderungen an Lärmschutzwände. Zur Reduktion der Lärmtransmission einer 15 mm dicken Acrylglas-Lärmschutzwand, wurde ein vibroakustisches Metamaterial ausgelegt, auf ein Lärmschutzwand-Ausschnitt der Größe 650 x 900 mm2 aufgebracht und experimentell untersucht. Das vibroakustische Metamaterial ist aus einem regelmäßigen Array aus Kunststoff-Membranresonatoren aufgebaut, die auf die Acrylglas-Lärmschutzwand aufgeklebt sind. Die Resonatoren sind abwechselnd auf eine Resonanzfrequenz von 1150 Hz und 1500 Hz abgestimmt. Hiermit werde zwei überlappende Stoppbänder erzeugt. Mit Strukturdynamik-Messungen konnte ein Stoppband-Frequenzbereich von 600 bis 3800 Hz festgestellt werden. Messungen der Schalltransmission haben eine maximale Transmissionsreduktion gegenüber einer konventionellen Acryl-Glas-Lärmschutzwand von 15 dB im Terz um 2000 Hz ergeben. Durch das hinzufügen einer dämpfenden Bitumenschicht auf die Schwingmembran des Resonators konnte eine weitere Transmissionsreduktion um etwa 1,5 dB im selben Terz erzielt werden. Neben der Realisierung der Resonatoren aus Kunststoff wurde eine Ausführung aus Zink entwickelt, die sich großserientechnisch im Druckguss-Verfahren herstellen lässt und eine höhere Witterungsbeständigkeit aufweist.

Akustische Metamaterialien 2

Akustische Metamaterialien 2

Organisation:

H. Atzrodt, Fraunhofer Institute for Structural Durability and System Reliability LBF F. Langfeldt, Institute of Sound and Vibration Research, University of Southampton

16:20	Finite Element Simulation of a Single Cavity Slow-Sound Metamaterial Richard Martin, Bruno Schuermans, Nicolas Noiray [Abstract] In acoustic systems with mean flows, disturbances in the form of pressure oscillations modulate the velocity of the flow. These velocity oscillations can have negative side effects in aero- and thermo-acoustic systems, because they can contribute to positive feedback loops, leading to limit cycles and unwanted noise. Acoustic metamaterials can be applied to such systems to mitigate these effects. In this study, a slow-sound acoustic metamaterial is proposed to reduce the acoustic admittance of an orifice with a bias flow, resulting in smaller velocity fluctuations in the flow for a given pressure excitation, while maintaining a high permeability to the mean flow. In previous studies, the slow-sound effect was created by an array of cavities, distributed along a duct. The reduction of the effective speed of sound in the longitudinal direction led to a shift of the resonances and anti-resonances to lower frequencies. In this study, the same effect is demonstrated with only one side-wall cavity. A finite element model of a duct with a homogeneous side-wall impedance is compared to models with one, and ten side-wall cavities.
16:40	Self-Complementary composite sound absorbing metamaterials Semere B. Gebrekidan, Marcus Mäder, Sung-Jin Song, Steffen Marburg [Abstract] Sound absorbing materials that meet the standard for industrial application have been sought in order to mitigate noise. Conventional porous materials have limited low-frequency absorption. As a result, acoustic metamaterials (AMs) have been employed to overcome the constraints. An inclusion of porous material has been proven to be effective to improve the bandwidth of AMs, however the practical application and integration to dynamic structures have been challenging due to the low stiffness and strength of porous materials. In this paper, we numerically show that self-complementary structures, such as log- periodic saw-toothed planar and log-spiral structure, can achieve improved performance with a minimum inclusion of porous material (40%), compared to metaporous materials, without compromising the absorption performance while improving structural strength. In addition, modifying the opening of the Helmholtz resonator with a self-complementary shape results in an improved absorption bandwidth owing to viscous and resonant dissipation. The findings provide a method to mitigate noise by incorporating acoustic metamaterials into aircrafts, cars, and machineries without sacrificing strength and durability.
17:00	Design, Fabrication and Testing of Microacoustic Metagratings at Ultra-High Frequencies Anton Melnikov, Sören Köble, Severin Schweiger, Yan Kei Chiang, Steffen Marburg, David Powell [Abstract] The recently proposed bianisotropic acoustic metagratings offer promising opportunities for passive acoustic wavefront manipulation, which is of particular interest for flat acoustic lenses and ultra-high frequency ultrasound imaging. In this work we scale up the concept of acoustic metagratings to MHz frequencies for airborne ultrasound and thus to a microscopic size of metagrating geometry. This leads to strongly increasing thermoviscous effects, which cause a drop in efficiency and a frequency reduction of the transmission peak. We present several microacoustic metagrating designs optimized for refraction of a normally incident wave towards -35∘ at 2 MHz, with and without including the thermoviscous effects in the modeling approach. Furthermore, we fabricate and experimentally investigate the designs, demonstrating the feasibility of microacoustic metagratings for anomalous refraction at ultra-high frequencies.
17:20	Sound design of a Classical Guitar using Metamaterial Geometries Rolf Bader [Abstract] Metamaterials are able to shape the sound of vibrating bodies in unusual ways, like adding frequency band-gaps, heavy attenuation, cloaking, or other properties not found in nature by applying negative Young’s modulus or negative density. This is achieved by complex geometries rather than new materials. Arbitrarily designing the sound of a classical guitar is therefore possible with such methods. Several approaches are discussed, like adding masses or tubes to a guitar top plate, using 3D printed materials like PLA, or adding magnets to a guitar top plate, which can easily be altered even by players. Using laser interferometry, microphone array, or impedance tube measurements, the sound properties of such guitars and geometries are investigated, and the transient behaviour, altered mode shapes, or complex energy distributions are shown. Viscoelastic damping due to complex structures is also investigated. It appears that within reasonable ranges, classical guitar sounds can be modeled in terms of shaping or designing their sound properties, both transient and during their steady-state.
18:00	Numerical study of plate-type acoustic metamaterial panels made of sustainable materials Felix Langfeldt, Yuan Sim, Jordan Cheer [Abstract] Plate-type acoustic metamaterials (PAM) consist of a thin baseplate with periodically attached masses. Even though PAM can be very lightweight, their low-frequency sound transmission loss can be substantially higher than the corresponding mass-law due to so-called anti-resonances. This makes PAM particularly interesting for noise control applications that have strict constraints on the mass and size of noise control treatments, such as aeronautical applications. The typically narrow bandwidth of these metamaterials can be broadened, for example, by stacking multiple PAM layers with different anti-resonance frequencies. Further improvement at higher frequencies is possible by filling the air gap between the PAM layers with porous materials. In recent years, the vibroacoustic properties of PAM have been studied extensively, but most previous studies used materials for the manufacturing of PAM that are difficult to recycle (e.g. metals or polymers). In this contribution, first results of a numerical study of the low-frequency sound insulation of a double-PAM panel composed entirely of sustainable materials will be presented. Different possible materials will be assessed in terms of their applicability to the PAM (baseplate and masses) as well as the porous filling, their environmental footprint, and their impact on the sound transmission loss of the panel.
18:20	Designing active acoustic metamaterials Georg Fischer, Albert Zhykhar, Jan Küller, Agostino Troll [Abstract] In recent years Metamaterials gained a lot of interest from the research community in acoustics. One potential benefit of acoustic metamaterials lies in the ability to design compact absorber systems that are efficient at low frequencies. For this case resonators can be used as building blocks of the metamaterial. From that follows, that the effective frequency bandwidth of metamaterials is narrow by nature. To design metamaterials that are also effective for broadband or time variant scenarios, incorporating active components is a promising way. To develop an active metamaterial it is advantageous to combine methods from different disciplines such as acoustics and electronics. This article will show a way to systematically design active acoustic metamaterials making use of the transfer-matrix-method. We focus ourselves on metamaterials made of periodically arranged locally resonant structures referred to as unit cells that are applied to one-dimensional waveguides. Here, the active components are realized as electro dynamic loudspeakers. The designs are simulated with the proposed methods and evaluated by measurements with the transmission tube.
18:40	Noise Cancellation in Wind Farm Using Acoustic metamaterials Prateek Mittal, Giorgos Christopoulos, Sriram Subramanian, Santeri Kaupinmäki [Abstract] The adverse health impacts of noise emitted from wind turbines on nearby human habitats and wildlife have become a major roadblock in harnessing wind energy to its crucial role. Existing strategies modulated the wind turbine blades to reduce noise, but they compromised the energy output of the wind farms. Here, we have proposed a novel approach utilizing acoustic metamaterials (AMM) to attenuate the noise propagating towards nearby human habitats and reduce it to acceptable limits. The proposed approach combines acoustic holography and a genetic algorithm approach to determine the optimal layout (position, size, and number) of AMMs inside a wind farm. Moreover, this work presents a novel idea of segmented AMM to reduce AMM area to a bare minimum. A significant reduction of 91% (in Pa) in acoustic pressure is achieved at the target location, acquiring 50% of the AMM area for a single wind turbine case, and the same model can be extended for multiple turbine layouts inside a wind farm. This work opens futuristic pathways for installing AMMs as aesthetically pleasing sculptures nearby human habitats to enhance visual appeal to the environment and enables the placement of additional wind turbines to enhance the energy throughput with minimum noise.

Audiologische Akustik 2 - Cochlea-Implantante und Hohlräume B

Audiologische Akustik 2 - Cochlea-Implantante und Hohlräume B

Sitzungsleitung:

L. Schell-Majoor, CvO Universität Oldenburg, Mediz. Physik und Cluster of Excellence Hearing4all B. Epp, DTU Health Tech A. Ahrens, Technical University of Denmark, Hearing Systems

8:40

Untersuchung akustischer Rückkoppelung bei der menschlichen Phonation mittels Particle Image Velocimetry Christoph Näger, Stefan Kniesburges, Stefan Becker [Abstract] Die menschliche Stimme entsteht in einem komplexen Zusammenspiel aus Strömung, Strukturschwingung und Akustik. Dieser Prozess wurde lange Zeit mithilfe einer linearen Quelle-Filter-Theorie beschrieben, bei der angenommen wird, dass die akustischen Eigenschaften des Vokaltrakts lediglich das Quellsignal filtern, jedoch keinen Einfluss auf die Schallquelle selbst nehmen, welche aus der Stimmlippenschwingung und der Luftströmung durch den Larynx besteht. Bei der realen Phonation gibt es allerdings Zustände, bei denen diese Annahme nicht valide ist, insbesondere dann, wenn ein Maximum in der frequenzabhängigen Vokaltrakteingangsimpedanz nahe bei der Oszillationsfrequenz der Stimmlippen liegt. In dieser Arbeit verwenden wir ein synthetisches Larynx-Modell, um akustische Rückkoppelung im Phonationsprozess zu untersuchen. Dafür nutzen wir einen Vokaltrakt variabler Länge, um dessen akustische Eigenschaften auf die Oszillationseigenschaften der synthetischen Stimmlippen abzustimmen. Um das Ausmaß akustischer Rückkoppelung auf die Strömung im Experiment zu quantifizieren wenden wir High-Speed Particle Image Velocimetry im Vokaltrakt an, aus deren Strömungsfeldern eine aeroakustische Quelltermanalyse durchgeführt wird. Die akustischen Eigenschaften des Vokaltrakts werden im Vorfeld mittels Finite-Elemente-Simulationen bestimmt. Es zeigt sich, dass für alle Konfigurationen akustische Rückkoppelung auf das Strömungsfeld gefunden werden kann. Die Stärke der Rückkoppelung ist stark davon abhängig, wie hoch die frequenzabhängige VT-Eingangsimpedanz im Bereich der Oszillationsfrequenz der Stimmlippen ist.

9:00

Aeroakustische Analyse der menschlichen Stimmentstehung im numerischen Modell Stefan Kniesburges, Sebastian Falk, Bernhard Jakubaß, Paul Maurerlehner, Stefan Schoder, Manfred Kaltenbacher, Matthias Echternach, Anne Schützenberger, Michael Döllinger [Abstract] SimVOICE ist ein numerisches Modell zur Simulation des Stimmentstehungsprozess. Neben der gesunden Phonation wurden auch irreguläre Stimmlippenschwingungen realistisch abgebildet. Dies ermöglicht neue Einblicke in den strömungsbedingten Schallentstehungsprozess der Phonation. SimVOICE ist ein hybrides Computermodell, das die Finite-Volumen-Methode für die Strömungssimulation mit der Finiten-Element-Methode für die Schallentstehung und -ausbreitung kombiniert. Die Bewegungen der Stimmlippen wurden aus Messungen anhand exzidierter Schweinekehlköpfe nachgebildet. Schallquellen und -ausbreitung wurden im FEM Modell auf Basis der Strömungsfelder simuliert. Für diese Studie wurden verschiedene Fälle der Glottisschlussinsuffizienz (GSI) modelliert, jeweils für symmetrisch und asymmetrisch schwingende Stimmlippen. Die Ergebnisse zeigen einen zunehmenden permanenten Luftstrom durch die Glottis für zunehmenden GSI-Grad. Ferner zeigt sich, dass der Energietransfer von der Strömung in die Stimmlippen mit steigendem GSI-Grad und zusätzlich bei asymmetrischen Stimmlippenschwingungen stark abnimmt. Die Folge ist eine Verminderung der Phonationseffizienz, was einer klinisch zu beobachtenden verkürzten Phonationszeit entspricht. In gleicher Weise zeigt der Cepstral Peak Prominence (CPP) Parameter eine Abnahme harmonischer Töne im Schallsignal gegenüber dem Grundrauschen korrespondierend zur verminderten Stimmqualität. Die Ergebnisse bestätigen, dass ein kompletter Glottisschluss und symmetrische Stimmlippenschwingungen wichtige Kriterien für eine gesunde Phonation sind. Einschränkungen von PatientInnen wie verkürzte Phonationsausdauer und Abnahme der Stimmqualität konnten im Modell realistisch reproduziert werden.

Audiologische Akustik 3 - Charakterisierung des Hörsystems

Audiologische Akustik 3 - Charakterisierung des Hörsystems

Sitzungsleitung:

L. Schell-Majoor, CvO Universität Oldenburg, Mediz. Physik und Cluster of Excellence Hearing4all B. Epp, DTU Health Tech A. Ahrens, Technical University of Denmark, Hearing Systems

9:40	Synchronization effects in the cochlea – a deviating view on auditory preprocessing Bastian Epp, Marcus Lari Jørgensen, Sofus Christian Gamwell Dawids, Liv Moretto [Abstract] Acoustic signals in the air are mechanically preprocessed by the inner ear before they are transformed into electric pulses to be processed by the brain. In the inner ear of mammals, the mechanical pre-processing shows a mapping of frequency to place, resulting in a frequency dependent location of the evoked mechanical oscillations. These oscillations in the healthy inner ear show nonlinear and active behaviour, thought to be essential for the properties of the auditory system. In this study, we investigate the role of the nonlinear phenomenon of entrainment and clustering in various models of the inner ear. This phenomenon is not considered in the most frequently used models of auditory processing and implicitly discarded in the analysis of experimental data in the frequency domain. Here we investigate properties underlying the clustering of entrained oscillators in models of the mechanical inner ear at various levels of abstraction. The results show that clustering is a robust phenomenon across all investigated models and consistent with experimental data. This complex phenomenon challenges filter-based models of the cochlea and the auditory nerve. The implications of these results for neural processing and perception are discussed.
10:00	Evaluating Models for the Simulation of Cochlear Hearing Loss Thomas Deutsch, Janina Fels [Abstract] Hearing loss constitutes a widespread problem in our society and in a majority of cases, the origin of the hearing loss are deteriorations or other deficiencies of the cochlea. The realistic or at least plausible simulation of the respective sensory impairments may be considered desirable for a number of reasons. Among these are the enablement of normal-hearing people to comprehend the difficulties and impairments associated with hearing loss and the conduct of listening experiments in which the hearing abilities of normal-hearing participants are impaired intentionally. For this contribution, a number of existing models for the simulation of hearing loss were gathered. The performance of these simulators was subsequently evaluated and compared by means of measurements and listening experiments. Implementations were adjusted where necessary, in order to facilitate comparability of the models. The possibility to specify a target audiogram was defined as a necessary common feature. We present our findings in terms of the metrological and perceptive evaluation of these models and expand on suitable methods, such as the measurement of non-linear input-output characteristics and the implemented filters, as well as the design of further listening experiments. Implications of the results and possible future applications of the evaluated models are discussed.
10:20	Mithörschwellen von Chirpsignalen mit einem breitbandigen Verdeckungsrauschen Jan Hots, Jesko Verhey [Abstract] Zur objektiven Abschätzung des mittleren Hörvermögens werden in der Hirnstammaudiometrie häufig breitbandige Chirpsignale eingesetzt. Liegt bei einem Patienten ein asymmetrischer Hörverlust vor so wird zur Messung des Hörvermögens des schlechteren Ohres das Überhören auf das bessere Ohr durch eine geeignete Vertäubung verhindert. Im Unterschied zur Vertäubung in der Tonaudiometrie muss in der Hirnstammaudiometrie mit breitbandigen Chirpsignalen auch das Vertäubungsgeräusch breitbandig sein. Insbesondere bei der Messung mit Knochenleitungshörern stellt sich hier die Frage nach dem korrekten Vertäubungspegel. Im vorliegenden Beitrag werden für verschiedene Reizdarbietungen die Mithörschwellen in einem Hörversuch bestimmt. Zunächst werden für beide Ohren die monauralen Mithörschwellen der Chirpsignale bestimmt. Hierzu werden Chirpsignal und Rauschen über einen Einsteckhörer präsentiert. Dann wird die Mithörschwelle für ein Chirpsignal bestimmt, das über einen Knochenleitungshörer kontralateral dargeboten wird. Hierzu wird ipsilateral der Rauschpegel so gewählt, dass das Signal in diesem Ohr unhörbar ist. Kontralateral wird der Rauschpegel gemessen, bei dem das Chirpsignal gerade noch wahrnehmbar ist. Die Ergebnisse liefern eine Orientierung zum korrekten Vertäubungspegel in der Hirnstammaudiometrie mit diesen Signalen.
10:40	Unterstützung der Identifikation von mit Infraschall evozierten späten Potentialen mit Hilfe von Deep Learning Christian Koch [Abstract] Die Exposition mit Infraschall nimmt in unserer hochtechnisierten Welt weiter zu und mögliche gesundheitlichen Auswirkungen rücken immer mehr ins öffentliche Bewusstsein. In vielen Laborstudien hat sich gezeigt, dass objektive Methoden für eine Einschätzung der Wirkung von Infraschallsignalen auf den Menschen benötigt werden und die Erfassung von Hirnsignalen mit Hilfe der Elektroenzephalographie könnte hier wertvolle Beiträge leisten. Allerdings erschweren geringe Signalstärken und Rauschen die Erkennung der Signale. Im Beitrag wird gezeigt, wie neuronale Netze helfen können, späte evozierte Signale (late auditory evoked potentials - LAEP), die von Infraschallstimuli hervorgerufen werden zu erkennen. Zwei speziell designte, aber eher einfache Netzwerke, ein fully-connected Netzwerk mit 3 Schichten und ein 2-Schicht-Autoencoder wurden auf gemessene LAEP angewandt und Ergebnisse im hörbaren Frequenzbereich wurden als Lerndaten und Targets verwendet. Um die Fähigkeit der Netzwerke, mit Infraschall evozierte Potentiale zu erkennen, quantitativ beurteilen zu können wurden Korrelationsfaktoren zwischen Netzwerkergebnissen für Validierungs- bzw. Testdaten und Targets ermittelt. Es zeigte sich, dass beide Netzwerke Infraschallsignale identifizieren konnten und sich komplementär verhielten. So lassen sich sehr gut die Parameter der Netzwerke optimieren und sie können einen wertvollen Beitrag für die objektive Untersuchung der Wirkung von Infraschall liefern.
11:00	Neuronale Korrelate von sprachähnlichen Amplituden- und Frequenzmodulationen Stefan Uppenkamp, Finjas Künnemann, Enrico Krajewski [Abstract] Sprachsignale zeichnen sich einerseits durch die periodische Anregung des Vokaltraktes und die Aufprägung spektraler Merkmale durch die Formanten für unterschiedliche Sprachlaute aus, andererseits spielen aber auch zeitliche Merkmale wie Amplituden (AM)- und Frequenzmodulation (FM) eine große Rolle für die Verständlichkeit. Ziel der hier vorgestellten Studie ist es, mit auditorischer funktioneller MR-Tomographie die Beiträge von FM und AM zur Aktivierung im auditorischen Kortex und in den sprachspezfischen Arealen der Hirnrinde zu untersuchen. Als Stimuli werden neben einem nicht-semantischen Sprachsignal (International Speech Test Signal, ISTS) als ein möglichst sprachähnlicher Kontrollstimulus vier weitere akustische Bedingungen, nämlich sinusförmig amplitudenmoduliertes Rauschen sowie Rauschstimuli mit sprachähnlicher Amplitudenmodulation, sprachähnlicher Frequenzmodulation sowie der Kombination von beidem verwendet. Daraus ergibt sich ein 2x2-Design, mit zwei zusätzlichen Kontrollbedingungen, dem oben erwähnten Sprachsignal und einer Ruhebedingung. Die wesentliche Fragestellung ist, inwieweit Aktivierungskarten für die verschiedenen modulierten Stimuli der Aktivierung beim Sprachsignal ähneln, und ob es systematische Unterschiede zwischen FM- und AM-Stimuli gibt. Erste Ergebnisse zeigen wie erwartet generell größere Aktivierungsareale bei zunehmender Komplexität der akustischen Reize. Dabei ergibt sich insbesondere auch ein systematischer Unterschied zwischen den AM- und den FM-Stimuli. Frequenzmodulierte Stimuli zeigen einen Verarbeitungsort in eher medialen Regionen des Kortex, während für die AM-Stimuli der Aktivierungsschwerpunkt weiter lateral lokalisiert ist.

Bauakustik 2 - Trittschall und Gehschall

Bauakustik 2 - Trittschall und Gehschall

Sitzungsleitung:

M. Schneider, Hochschule für Technik Stuttgart R. Neubauer, IBN Bauphysik GmbH & Co. KG

8:40	Trittschallminderung von thermischen Anschlusselementen für Balkone ohne und mit Auflagen aus Prüfstands-Messungen Christoph Fichtel, Raffael Dettling, Jochen Scheck [Abstract] Die aktuelle DIN 4109 stellt erstmals Anforderungen an die Trittschalldämmung von Balkonen, die im Rahmen eines Schallschutznachweises nachgewiesen werden muss. Die Trittschallminderung von thermischen Anschlusselementen ist zur Einhaltung der Anforderungen, vor allem bei stark bewehrten Elementen, nicht immer ausreichend. In diesem Fall sind zusätzliche Maßnahmen erforderlich. Im Rahmen einer Bachelorarbeit wurde die Trittschallminderung von Balkon-Anschlusselementen in Kombination mit Deckenauflagen untersucht. Messungen wurden an Labor Prüfaufbauten nach EAD 05001-01-0301 und im Deckenauflagenprüfstand nach DIN EN ISO 10140 durchgeführt. Die Auswertungen zeigen, dass die Gesamt- Trittschallminderung von Anschlusselement und Auflage sowohl am EAD Prüfaufbau gemessen, als auch durch rechnerische Addition der frequenzabhängigen Trittschallminderungen und anschließende Einzahlwert-Bildung bestimmt und für den Schallschutznachweis verwendet werden werden kann.
9:00	Trittschalldämmung von Balkonen in Gebäuden Lucas Heidemann, Jochen Scheck, Berndt Zeitler [Abstract] In DIN 4109:2018 sind erstmals Anforderungen an die Trittschalldämmung von Balkonen enthalten. Vor diesem Hintergrund wurde ein Labor- Prüfverfahren für Anschlusselemente von Balkonen, Loggien und Laubengängen entwickelt und anhand von Messungen und Simulationen überprüft, worüber u.a. bei der DAGA 2022 berichtet wurde. In diesem Beitrag werden Messergebnisse von thermisch getrennten Balkonen in Gebäuden analysiert. Anhand von Luft- und Körperschallmessungen konnten die maßgeblichen Übertragungswege bestimmt und die Ausführungssicherheit beurteilt werden. Des Weiteren wurden die Ergebnisse dazu verwendet, die Genauigkeit von Prognoserechnungen nach DIN EN ISO 12354-2 zu überprüfen.
9:20	Bestimmung des Norm-Trittschallpegels durch direkte Messung und mit Übertragungsfunktionen Christopher Knuth, Stefan Schoenwald, Jochen Scheck, Berndt Zeitler [Abstract] Zur Berechnung der Schallübertragung von gebäudetechnischen Anlagen und Treppen im Massivbau nach DIN EN 12354 wird der Norm-Trittschallpegel von Decken und Wänden benötigt. Dieser kann berechnet oder messtechnisch bestimmt werden. Bei Messungen an Decken wird das Norm-Hammerwerk verwendet. Für die messtechnische Bestimmung an Wänden, die u.a. in DIN 7396 zur Charakterisierung von Entkopplungselementen für Massivtreppen benötigt wird, wird eine Alternative zum Norm- Hammerwerk benötigt. Ein elektrodynamisches Hammerwerk und ein mechanisches ”Pendel”-Hammerwerk ermöglichen die Anregung von Wänden, jedoch sind solche Alternativen nicht am Markt verfügbar. Im Rahmen einer Bachelorarbeit wurden deshalb Untersuchungen zur indirekten Bestimmung des Wand-Trittschallpegels mit Übertragungsfunktionen nach DIN EN 10848 und der blockierten Kraft des Norm-Hammerwerks durchgeführt. Im ersten Schritt erfolgte eine Charakterisierung der verschiedenen Hammerwerke am Empfangsplattenprüfstand nach DIN EN 15657. Die Kraftspektren der alternativen Hammerwerke stimmen mit dem des Norm-Hammerwerks gut überein, so dass diese grundsätzlich zur direkten Messung des Norm-Trittschallpegels von Wänden geeignet sind. In weiteren Schritten wurden Messungen in Prüfständen nach DIN EN ISO 10140 durchgeführt, um die Methoden ”in-situ” zu validieren. Der Vergleich zwischen direkter und indirekter Methode zeigte, dass die Bestimmung mit den Übertragungsfunktionen im bauakustisch relevanten Frequenzbereich mit ausreichender Genauigkeit funktioniert.
10:00	Aufbau eines Empfangsplattenprüfstands an der OTH Regensburg Anna Rieger, Christoph Höller [Abstract] Im Rahmen des Forschungsprojekts SPlanRoB (Schalltechnische Planungsgrundlagen für Rohrleitungen und Befestigungselemente) wurde an der OTH Regensburg im Labor für Bauphysik ein neuer Empfangsplattenprüfstand eingerichtet. Ein Empfangsplattenprüfstand ermöglicht die Bestimmung der Körperschallleistung von gebäudetechnischen Anlagen gemäß DIN EN 15657. Er besteht aus einer frei gelagerten Betonplatte mit bekannter Masse und Dämpfung. Aus der gemessenen mittleren Schnelle der Platte während des Betriebs einer gebäudetechnischen Anlage lässt sich die Körperschallleistung der Anlage ermitteln. In diesem Beitrag wird die Auslegung, der Aufbau und die messtechnische Charakterisierung des neuen Prüfstands an der OTH Regensburg beschrieben. Darüber hinaus erfolgt ein Abgleich mit einem Finite-Elemente-Modell der Empfangsplatte. Mit Hilfe des FE-Modells lassen sich u.a. optimale Sampling-Strategien zur Messung der mittleren Schnelle untersuchen sowie das Modalverhalten der Platte näher analysieren. In diesem Beitrag werden erste Ergebnisse präsentiert und Vergleiche mit anderen Empfangsplattenprüfständen gezogen.
10:20	The Perception of Low Frequency Impact Sound from Walking in a Virtual Environment Wolfgang Kropp, Nata Amiryarahmadi [Abstract] Impact sound insulation is one of most critical issues to ensure a good indoor environment in lightweight buildings such as wooden houses. Even in cases where the impact sound insulation is fulfilled, people perceive the sound from e.g. walking neighbors as very disturbing. To ensure a coherent evaluation of different floor designs by listening test a test facility has been created which allows for the simulation of impacts sound. It consists of four parts; measured walking forces, floor models, an auralisation system which consists of a grid of loudspeakers simulating the vibration of the floor and a receiving room furnished as a common living room. A listening test is carried out for 13 different floors with different impact sound spectra at frequencies below 100 Hz. The results indicate that the judged annoyance strongly correlates with the judged loudness, thumpiness and partly with reverberation. There is a substantial spread observed in the judgement of annoyance by the subjects participating in the listening tests. The data indicate that the spread at least partly depends on individual experience with impact sound, but also on age.
10:40	Trittschallschutz von Wohnungstrenndecken – Konstruktive Lösungen für den erhöhten Schallschutz nach DIN 4109-5 Andreas Rabold [Abstract] Werden mit dem Bauherren Vereinbarungen zu einem Schallschutzniveau getroffen, das über die Mindestanforderungen nach DIN 4109-1 hinausgeht, kann der Bauherr mehr als nur den Schutz vor unzumutbaren Belästigungen aus fremden Wohn- und Arbeitsbereichen erwarten. Gerade bei der Trittschallübertragung von Trenndecken ist dies jedoch allein durch die Vereinbarung eines geringeren zul. L’n,w nicht gewährleistbar, wie verschiedenste Untersuchungen zur Wahrnehmung der Trittschalldämmung von Trenndecken zeigten. Ursache ist die ungenügende Korrelation zwischen der subjektiv wahrgenommenen Trittschallübertragung und dem L’n,w als Anforderungsgröße. Ein deutlich besserer Zusammenhang wird durch die Hinzunahme des Spektrum-Anpassungswerts CI,50-2500 im erweiterten Frequenzbereich erreicht. Wird für die erhöhten Anforderungen ein zul. L’n,w + CI,50-2500 festgelegt, so muss auch die Möglichkeit für einen Nachweis der Einhaltung in der Planungsphase zur Verfügung stehen, um die praktische Umsetzung zu ermöglichen. Für Trenndecken in Holzbauweise wurden hierzu bereits die Bauteilkataloge erweitert, statistische Auswertungen zum Zusammenhang zwischen Ln,w + CI,50-2500 und L’n,w + CI,50-2500 durchgeführt und bewährte Konstruktionen anhand vorhandener Baumessungen zusammengestellt. Für den Massivbau fehlen hierzu noch entsprechende Untersuchungen, um eine sichere Planung zu ermöglichen. Der Beitrag soll durch die Auswertung verschiedener Baumessungen im Massivbau eine Datenanalyse ermöglichen und damit einen Beitrag zur sicheren Planung von Trenndecken leisten.
11:00	On the Measurement and Rating of Walking Noise according to DIN EN 16205 Heinrich Bietz, Volker Wittstock, Gert Bauerfeind [Abstract] Die Norm DIN EN 16205 beschreibt ein Verfahren zur Messung des Gehschalls. Dies ist das Geräusch einer Deckenauflage, die auf einer Bezugs-Betondecke installiert ist und durch ein Normhammerwerk angeregt wird. Die Messung erfolgt hierbei in dem Raum, in dem sich die Deckenauflage befindet und in dem die Anregung erfolgt. Das Ergebnis wird als A bewerteter mittlerer Norm-Schalldruckpegel angegeben. Bei dem Messverfahren wird auch das vom Normhammerwerk erzeugte Eigengeräusch durch eine zusätzliche Messung berücksichtigt. In der aktuellen Fassung wurde die Norm um einen Anhang erweitert, der für schwimmende Bodenbeläge eine alternative Messgröße zur Bewertung des ”wahrgenommenen Gehschalls” (RWS = Radiated Walking Sound) beschreibt. Die Berechnung des RWS erfolgt im Wesentlichen über eine Lautheitsbewertung des gemessen Schalldruckspektrums. Der Europäische Verband der Laminatbodenhersteller (EPLF) hat einen Ringversuch organisiert, der zur Evaluierung dieser Messgröße bei der Bewertung von Laminatunterlagen dienen soll. Die PTB hat an diesem Ringversuch teilgenommen und in Absprache mit der EPLF weiterführende Auswertungen vorgenommen, unter anderem zur Korrelation zwischen RWS und dem A-bewerteten Norm-Schalldruckpegel. Hierzu wurden auch Daten aus einem früheren Ringversuch herangezogen. Die Ergebnisse der Auswertungen und sich daraus ergebende Schlussfolgerungen werden in dem Vortrag vorgestellt.

Bauakustik 3 - Haustechnische Anlagen A

Bauakustik 3 - Haustechnische Anlagen A

Sitzungsleitung:

C. Höller, OTH Regensburg V. Wittstock, Physikalisch-Technische Bundesanstalt

14:00	Bestimmung der Schallleistung von Aufzugschächten aus Massivholz mit Hilfe eines Körperschall-Ersatzquellenverfahrens Adrian Blödt, Christoph Höller [Abstract] Aufzugschächte stellen eine wichtige Lärmquelle in Mehrfamilienhäusern dar. Für Aufzugschächte im Massivbau existieren empirische Daten und beispielhafte Baumuster, mit deren Hilfe eine konservative Auslegung ohne Prognose möglich ist. Aufzugschächte aus Massivholz werden derzeit mit zunehmender Häufigkeit in Gebäuden in Holzbauweise eingesetzt. Die Auslegung erfolgt oftmals durch Erfahrungswerte der Planer. Zur Prognose der Lärmbelästigung durch Aufzugschächte aus Massivholz wurde ein Ersatzquellenverfahren für Körperschallquellen untersucht. Zunächst wurde die Übertragung von einer bekannten eingeleiteten Körperschallleistung zu einem Schalldrucksignal in angrenzende schutzbedürftige Räume bestimmt. Zum Einsatz kam dabei ein instrumentierter Impulshammer als definierte Körperschallquelle. Im zweiten Schritt wurde aus der zuvor ermittelten Übertragungsfunktion und dem gemessenen Schalldruckpegel im laufenden Betrieb auf die Schallleistung des Aufzugs zurückgerechnet. Die Messung wurde validiert, indem in anderen, baugleichen Gebäuden der Schalldruckpegel in angrenzende Räume prognostiziert und mit Messergebnissen verglichen wurde. Die Vorgehensweise, Quelldaten zur Schallleistung am Bau zu ermitteln, liegt in der Tatsache begründet, dass ein Aufzugsystem praktisch nicht im Labor aufgebaut und gemessen werden kann. Deshalb sind für ”große” Schallquellen Verfahren notwendig, die eine Messung der Quelleigenschaften am Bau ermöglichen.
14:20	Schallschutz bei Aufzugsanlagen – Teil 1: Messergebnisse Volker Schmidt, Klaus Focke [Abstract] Zur Abnahme oder im Beschwerdefall ist eine Messung der Geräusche eines Aufzugs üblich. Dabei liefert die Messung nach DIN EN ISO 10052 in Verbindung mit DIN 4109-4 gerade so viel Informationen, dass eine Beurteilung im schutzbedürftigen Raum mit Anforderungswerten möglich ist, da i. A. die Geräuschentwicklung der Aufzugsanlage als ”Black Box” auf einen kennzeichnenden Wert reduziert wird. Das komplexe System Aufzug mit seiner Vielzahl von unterschiedlichen Körperschallquellen wird nur wenig differenziert. Messergebnisse aus Prüfstand-Situationen liegen für Aufzüge im Unterschied zu anderen gebäudetechnischen Anlagen nicht vor. Dennoch ist, für eine detaillierte Planung oder, wenn Anforderungswerte nicht erfüllt werden und eine weitergehende Beratung notwendig ist, ein Messwert für die gesamte Aufzugsanlage nicht hilfreich. In DIN 8989 wurden Hinweise über zusätzliche Informationen, die bei Messungen ermittelt werden sollten, aufgenommen. Die Aufschlüsselung der Messungen wird anhand von Beispielen gezeigt, damit für eine sachgerechte Planung differenzierter vorgegangen werden kann. Neben Messergebnissen im Empfangsraum werden auch Messungen zu den sonstigen Schalldruckpegeln von Aufzugsanlagen gemäß DIN 8989 gezeigt. Eine hohe flächenbezogene Masse der Schachtwand kann nicht alle Probleme beseitigen und das Potenzial mancher Aufzugsanlage erkennt man erst nach besonders sorgfältigem Einbau.
14:40	Schallschutz bei Aufzugsanlagen - Teil 2: Rechnerische Ansätze Klaus Focke, Volker Schmidt [Abstract] In DIN 8989 werden für die Minderung der Körperschallübertragung Anforderungen an die flächenbezogenen Massen des Baukörpers sowie an maximale Körperschallpegel gestellt, um einen Schalldruckpegel von ≤ 30 dB(A) einzuhalten. Parallel zur Bearbeitung von DIN 8989 wurde ein eigenes Verfahren aufgrund des Zusammenhangs zwischen Schnellepegeln, Schalldämm-Maß und abgestrahlter Schallleistung entwickelt. Damit wurden die in DIN 8989 enthaltenen Vorschläge für die flächenbezogenen Massen nachvollzogen. Das Verfahren hilft aber auch, um bei der Planung systematischer vorgehen zu können, z. B., wenn die einzuhaltenden Anforderungen von LAF,max,n ≤ 30 dB(A) wie für Arbeitsräume oder einen erhöhten Schallschutz abweichen. Beispielberechnungen zeigen die Auswirkungen von Körperschallabstrahlungen auf die Kennwerte LAF,max,n und LAF,max,nT in unterschiedlichen großen Räumen. Weitere Ergebnisse für die Situation eines direkt angrenzenden Raumes bewerten den Einfluss der jeweiligen flankierenden Bauteile und der Schachtwand auf den Schalldruckpegel. Anhand dieses Verfahrens kann auch von messtechnisch ermittelten Luftschallpegeln (sie-he Teil 1 des Beitrags) auf die eingeleitete Körperschallenergie geschlossen werden. Die Ergebnisse für unterschiedliche Körperschallereignisse bei einer Aufzugsfahrt werden mit den Vorgaben in DIN 8989 verglichen.
15:00	Schallschutz bei Aufzugsanlagen - Teil 3: Praktische Anwendung DIN 8989 Johanna Schwarzbard, Klaus Focke [Abstract] DIN 8989:2019-08 bietet Orientierungshilfen für die schalltechnische Planung von Aufzügen im Gebäude. Insbesondere für die bauakustische Planung ist die enthaltene Dimensionierung von Schachtwänden von Interesse. In der Norm werden schutzbedürftige Räume von Wohngebäuden mit der Anforderung an den Mindestschallschutz von LAF,max,n ≤ 30 dB(A) bis zu einen Raumvolumen von 125 m3 in drei Größenordnungen klassifiziert. Für das Vorgehen bei Räumen mit einem Volumen von über 125 m3 werden keine Angaben gemacht oder Hinweise gegeben. Ebenso werden weder Vorgehensweisen für die Planung von Wohnungen mit Anforderungen an einen erhöhten Schallschutz in Zusammenhang mit dem Kennwert LAF,max,n noch für Unterrichts- und Arbeitsräume mit der Anforderung von LAF,max,n ≤ 35 dB(A) beschrieben. Die Ergebnisse von Messungen an Aufzugsanlagen (Teile 1 und 2 des Beitrags) zeigen die unterschiedlichen Immissionen von Aufzugsanlagen, so dass differenzierter vorgegangen werden kann. Der Beitrag zeigt Beispielraumsituationen, bei denen aufgrund der Erfahrung aus Messergebnissen entweder von den Vorgaben in DIN 8989 abgewichen werden kann, weil sie schalltechnisch unkritischer sind, bzw. weil für die zu planenden Situationen in DIN 8989 keine eindeutige Vorgehensweise definiert ist.
15:20	Kennwerte für die schalltechnische Prognose von gebäudetechnischen Anlagen am Beispiel einer Wärmepumpe Tobias Kruse, Fabian Schöpfer, Andreas Mayr, Ulrich Schanda [Abstract] Durch den zunehmenden Einsatz von regenerativen Heizsystemen steigt der Anteil von Wärmepumpen nicht nur im Neubau sondern auch in der Sanierung. In Gebäudekonzepten ohne Keller oder bei Aufstockungen werden Wärmepumpen auch in Geschoßen mit Wohnnutzung aufgestellt und betrieben. Vor allem in Gebäuden in Holzbauweise stellen die bei Wärmepumpen typischen tieffrequenten Körperschallanregungen eine Herausforderung dar. Zukünftig steht Fachplanern mit Teil 2 und Teil 36 der DIN 4109 allerdings ein Prognoseverfahren für Geräusche aus gebäudetechnischen Anlagen und damit auch für Wärmepumpen zur Verfügung, um die Thematik bereits im Planungsprozess berücksichtigen zu können. Verfahren zur messtechnischen Bestimmung der erforderlichen quellseitigen Eingangsdaten liefert unter anderem DIN EN 15657. Dieser Beitrag zeigt Erfahrungen bei der vollständigen Erfassung der benötigten Quelldaten von Wärmepumpen im Rosenheimer Technologiezentrum Energie und Gebäude (roteg) der Technischen Hochschule Rosenheim. Die Herausforderungen der schalltechnischen Charakterisierungen ergeben sich vor allem bei bereits werkseitig vorgesehener körperschalltechnisch optimierter Aufstellung der Anlagen. Anhand von aktuellen Messerfahrungen wird die Frage der Systemgrenze zwischen Quelle und Empfangsstruktur diskutiert.

Bauakustik 3 - Haustechnische Anlagen B

Bauakustik 3 - Haustechnische Anlagen B

Sitzungsleitung:

C. Höller, OTH Regensburg V. Wittstock, Physikalisch-Technische Bundesanstalt

16:20

Experimental Investigation of the Governing Vibration Excitation Mechanism in Waste Water Pipe Systems Yohko Aoki, Alexander Filand, Sven Öhler, Bernd Kaltbeitzel [Abstract] Structure-borne sound of waste water pipe systems often dominates the noise from sanitary installations in buildings. The drain pipe system is composed of several pipe elements, (1) straight cylindrical section, (2) inlet (T-joint), and (3) bend. When water flows through a pipe system, the vibration is excited by the water fall at the inlets and the bend, and by the turbulent water flow adhering to the inner wall of the pipe elements. The vibration is transmitted to building elements via fixing elements like pipe clamps. This study aims to experimentally investigate the dominant vibration excitation with reference to the flow rate. The physical arrangement of the pipe system is based on the set-up given in standard EN 14366-1, and further modified in order to focus on single excitation source. A total of five different pipe arrangements were tested with four different flow rates. The vibration response of the pipe was evaluated in terms of the blocked force at the fixing point on the wall. The experimental results indicate that the dominant excitation source is dependent on the flow rate. The significance of the flow-induced force on bend increases with the flow rate.

16:40

Schalldämmung von Trockenbau-Installationsregistern Sven Öhler, Simon Müller, Bernd Kaltbeitzel [Abstract] Im Neubau sowie in der Sanierung kommen vermehrt industriell vorgefertigte Trockenbau-Installationsregister zum Einsatz, die bereits ab Werk vollständig mit Sanitärinstallationen vorbereitet sind. Durch ihren Einsatz kann die Bauzeit deutlich verkürzt, aber auch die Rückbauphase vereinfacht und damit die Recycelbarkeit gesteigert werden. Bei der Herstellung, für den Transport und beim späteren Einbau der Trennwandregister sind allerdings konstruktionsbedingt Maßnahmen notwendig, die unmittelbar Einfluss auf die schallschutztechnischen Eigenschaften haben. Werden an Registerwände Schallschutzanforderungen gestellt, z. B. wenn die Installationswand zwei Hotelzimmer voneinander trennt, so sind diese selten und wenn, dann nur mit hohem Material- und Montageeinsatz erreichbar. Voruntersuchungen an Registerwänden zeigen, statisch erforderliche Aussteifungsprofile (Tiefenstreben), die Wandtiefe, das Einbringen von Einblasdämmung (EBD) in den Hohlraum der Wände sowie die Art und Weise der Beplankung, beeinflussen die Luftschalldämmung der Trockenbau-Installationsregisterwände. In einem laufenden Forschungsvorhaben, gefördert vom Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung BBSR, werden systematische Untersuchungen der Zusammenhänge durchgeführt und daraus bereits praktische und innovative Lösungen abgeleitet. Der Beitrag gibt eine Projektübersicht und fasst die gewonnenen Ergebnisse und Erkenntnisse zusammen.

Bauakustik 4 - Holzbau & spezielle Konstruktionen A

Bauakustik 4 - Holzbau & spezielle Konstruktionen A

Sitzungsleitung:

C. Höller, OTH Regensburg V. Wittstock, Physikalisch-Technische Bundesanstalt

17:40	Integrative Ansätze zur Körperschallentkopplung im mehrgeschossigen Holzbau Theresa Müller, Philip Leistner [Abstract] Der Schallschutz im Holzbau erweist sich besonders in mehrgeschossigen Gebäuden als Herausforderung. Die geringe flächenbezogene Masse und konstruktive Restriktionen von derartig leichten Konstruktionen führen zur erhöhten Übertragung von Körper- und Trittschall überwiegend im tieffrequenten Bereich. Besonders dieses tieffrequente Schallübertragungsverhalten im Inneren von Gebäuden gilt es zu vermeiden. Bisherige Verbesserungsmaßnahmen beschränken sich auf Beschwerungen meist aus mineralischen Werkstoffen ober-, inner- und unterhalb der Rohdecken (z.B. schwimmender Estrich, Tilgersysteme, Unterdecke), wobei viele dieser Zusatzschichten elastisch bzw. entkoppelt gelagert werden. Die damit verbundene Materialkombination verschlechtert die Klimabilanz, erhöht die stoffliche und konstruktive Komplexität und verhindert nachhaltiges Recycling. Im Rahmen der Untersuchung von integrativen Ansätzen als eine der Zielsetzungen des Exzellenzclusters IntCDC an der Universität Stuttgart und im Gegensatz zum konventionellen Planungsprozess, stehen mithilfe interdisziplinarer Planungsansätze und digitaler Technologien neue Methoden zur Verfügung, die den Entwurfs- und Planungsprozess von Architektur und Bauwesen modernisieren. Dadurch kann das dynamische Tragverhalten aus akustischer und struktureller Sicht frühzeitig im Planungsprozess berücksichtigt werden. Mittels integrativer Ansätze (Co-Design) können innovative Lösungskonzepte realisiert werden, die das Schwingungsverhalten von Geschossdecken verbessern und im Vergleich zu herkömmlichen schwingungsreduzierenden Maßnahmen weniger zusätzliche Masse und verschiedenartige Materialien benötigen.
18:00	Schallschutz von Brettsperrholzdeckenaufbauten im Wohnbau Heinz Ferk, Christopher Leh, Markus Mosing, Selina Vavrik-Kirchsteiger, Jan Kasim, Bernd Nusser [Abstract] Der zunehmende Trend zu nachhaltigem Bauen führt auch zu einer steigenden Anwendung von Brettsperrholz für Deckenkonstruktion im Wohnbau. Werden die Anforderungen der bautechnischen Bestimmungen für den Trittschall in der Praxis erreicht, ist in der Regel auch die Anforderung an die Luftschalldämmung erfüllt, sofern auch die Flankenschallübertragung entsprechend beachtet wurde. In manchen Fällen kann jedoch trotz Erfüllung oder Unterschreitung dieser Einzahl-Anforderungen die subjektive Bewertung ungünstiger ausfallen. Dies tritt zum einen offenbar insbesondere dann auf, wenn im tieffrequenten Bereich zu starke Spitzen bzw. ein zu starker Gradient des Terzbandverlaufes des Trittschallpegels erkennbar wird. zum anderen können Effekte, die zu einer deulichen Anhebung im Mittel- und höherfrequenten Bereich führen, Beschwerden verursachen. Letztere sind aber oft auf Körperschallbrücken zurückzuführen. Im Beitrag werden Messungen am Prüfstand und inSitu an verschiedenen Deckenaufbauten gezeigt und die Wirkung verschiedener Fußbodenaufbauten und Deckenuntersichten näher betrachtet. DIe Analysen zeigen, dass mit geeigneten Aufbauten gute Ergebnisse erzielt werden können, es aber jedenfalls empfehlenswert ist, sich bei der Auswahl von Varianten und Maßnahmen auf den Terzbandverlauf der Trittschalldämmung zu stützen bzw zumindest den Spektrumanpassungswert CI, 50-2500 in die Betrachtung einzubeziehen und jedenfalls auf die Vermeidung von Schallbrücken in der Ausführung zu achten.
18:20	Einfluss der Anregungsart auf den Trittschallpegel von Holzbalken- und Holzmassivdecken Alexander Stenitzer, Christian Lux, Bernd Nusser, Heinz Ferk [Abstract] In diversen Veröffentlichungen wird gezeigt, dass die Trittschallpegel durch alternative Trittschallquellen stärker mit der subjektiven Wahrnehmung korrelieren als jener durch das Normhammerwerk. Im Zuge des Forschungsprojektes ”Sound.Wood.Austria” wurden deshalb Holzbalken- und Holzmassivdecken neben dem Normhammerwerk auch mit dem modifizierten Normhammerwerk sowie dem japanischen Gummiball (EN ISO 10140-5, Anhang E & F) angeregt und untersucht. In diesem Beitrag werden die Zusammenhänge der Trittschallpegel durch die verschiedenen Anregungsarten und die daraus resultierenden Abweichungen bei der Einstufung der Deckenkonstruktionen gezeigt. In weiterer Folge werden die resultierenden Erkenntnisse jenen aus bisherigen Publikationen gegenübergestellt.

Bewegte akustische Quellen in einem Medium mit und ohne Strömung 1

Bewegte akustische Quellen in einem Medium mit und ohne Strömung 1

Organisation:

C.H. Kasess, Institut für Schallforschung, ÖAW H. Waubke, Institut für Schallforschung, ÖAW M. Ochmann, Berliner Hochschule für Technik H. Siller, DLR, Abteilung Triebwerksakustik, Berlin

14:00	Zwischen Doppler-Effekt und Schwebung – Eine Untersuchung zu rotierenden Quellen Marcus Mäder, Steffen Marburg [Abstract] In vielen alltäglichen Situationen ist es möglich, bewegte Quellen und deren akustische Abstrahlung wahrzunehmen. Dazu gehören beispielsweise Martinshörner, die bei der Vorbeifahrt den allgemein bekannten Doppler-Effekt erzeugen. Die dabei einstehende Frequenzmodulation ergibt sich durch den zeitveränderlichen Abstand zwischen Quelle und Empfänger. Ein zweiter akustischer Effekt ergibt sich bei der Schwingung von rotierenden kreisförmigen Scheiben. Die rotationsbedingte Störung der Symmetrie hat zur Folge, dass sich doppelte Schwingungsformen in der Frequenz trennen und entsprechende Resonanzen im Frequenzbereich erzeugen. Die sich dadurch ergebende Amplitudenmodulation ist im Bereich der Akustik als Schwebung bekannt. Bereits publizierte Arbeiten der Autoren diskutierten diesen Zusammenhang in der Vergangenheit. In der vorliegenden Arbeit steht die theoretische Untersuchung von bewegten Monopolquellen im Vordergrund, wobei die benannten Effekte näher untersucht werden. Die Quellen bewegen sich auf einer Kreisbahn und sind zueinander korreliert. Die Schallabstrahlung erfolgt in einen halbunendlichen Raum.
14:20	Akustische Holographie für eine bewegte Quelle Holger Waubke, Christian H. Kasess, Prateek Soni [Abstract] Die Lokalisation von Quellen an bewegten Fahrzeugen ist ein häufiges Problem für die Beam Forming Methode und die akustische Holographie. Die Bewegung des Fahrzeugs führt zu einer Verschiebung im Wellenzahl Frequenz Raum. Die Methode soll hier auf Zugsvorbeifahrten mit bekannter und konstanter Geschwindigkeit angewendet werden. Kritisch ist die geringe Anzahl an Mikrophonen und die Instationarität, welche es nicht erlaubt Spektralleistungsdichten aus mehreren Zeitfenstern zu schätzen. Die Holographie ermittelt die Druckverteilung vor dem Fahrzeug ohne die Annahme von Mono- oder Multipolen, die üblicherweise bei der Beam Forming Methode angesetzt werden.
14:40	Detektion von tonalen Geräuschen von Flugzeugen im Landeanflug Henri Siller, Simon Kieffer, Louis Vaille, Sébastien Legrand [Abstract] Bei einigen modernen Flugzeugmodellen können im Landeanflug kurze tonale Geräusche auftreten. Solche Ereignisse werden vom DLR in Zusammenarbeit mit der Lufthansa und den Flughäfen Frankfurt und München anhand von Audiodateien der Fluglärmüberwachungsanlagen zusammen mit Bahndaten der Flugzeuge aus Radar- oder Flugschreiberdaten untersucht. Das Ziel ist die Entwicklung von workflows für die automatisierte Analyse der Audiodaten zur Detektion von tonalen Ereignissen. Die Audiodaten werden dazu im Frequenzbereich untersucht, um tonale Komponenten zu identifizieren, denen dann mit Hilfe von Bahn- und Performancedaten der Flugzeuge Schallquellenmechanismen zugeordnet werden sollen. Durch zeitliche Synchronisation mit bekannten Flugbahndaten können die akustischen Signale bestimmten Segmenten der Anflugroute und den zeitlichen Verläufen der im Flugzeug aufgezeichneten Parametern, wie den Triebwerksdrehzahlen und den Klappenstellungen zugeordnet werden. Das geschieht anhand von anonymisierten Datensätzen, die Lufthansa im Rahmen von Betriebsvereinbarungen bereitstellt. Parallel dazu werden Methoden erarbeitet, um die Flugbahnen im Landeanflug aus den akustischen Daten näherungsweise zu bestimmen. In Zukunft sollen auf dieser Basis zum einen die von Fluglärmberechnungsverfahren benötigten Schallquellenmodelle verbessert werden, zum anderen aber auch Möglichkeiten identifiziert werden, wie solche Töne durch operationelle Verfahren oder technische Modifikationen an den Flugzeugen reduziert werden können.
15:00	Effiziente Rücktransformation bei 2.5D BEM für bewegte Quellen Christian H. Kasess, Wolfgang Kreuzer, Holger Waubke [Abstract] Die 2.5D Randelementmethode (BEM) eignet sich sehr gut um das Schallfeld im Bereich von langen Strukturen mit konstantem Querschnitt zu berechnen. Der Schalldruck an einer Empfängerposition wird berechnet, indem das 3D-Problem durch eine Vielzahl von 2D-Problemen ersetzt wird, welche das Wellenzahlspektrum bezüglich der Längskoordinate repräsentieren. Durch eine Fourierrücktransformation wird der Schalldruck im Ortsraum berechnet. Für stationäre Quellen wurde bereits gezeigt, dass sich ein Filon-Ansatz, bei dem der Oszillationsterm analytisch berücksichtigt wird, zur Berechnung der vom Quellspektrum unabhängigen Rücktransformation sehr gut eignet. Im Gegensatz zu einer stationären Quelle kann bei einer bewegten Quelle die Rücktransformation nicht unabhängig vom Quellspektrum durchgeführt werden. Bei einer gleichförmigen Bewegung wird das Quellspektrum an von der Wellenzahl in Längsrichtung und der Geschwindigkeit abhängigen Punkten ausgewertet. Da das Spektrum aber typischerweise in diskreter Form vorliegt, ist es notwendig dieses zu interpolieren. Welche Interpolationsmethode hierfür geeignet sind und wie stark der Einfluss der Methode ist, wird im Detail untersucht. Weiters werden Möglichkeiten betrachtet, die notwendige Anzahl an Quadraturpunkten für die Rücktransformation zu reduzieren. Ein Ansatz ist hierfür die Berücksichtigung der Gruppenlaufzeit des Signals. Der dadurch extrahierte Phasengradient kann in den Oszillationsterm der Rücktransformation übernommen werden. Vorläufige Ergebnisse zeigen, dass dieser Ansatz die Anzahl notwendiger BEM-Berechnungen reduzieren kann.
15:20	Assessing the Performance of Microphone Array Methods Using a Virtual Test Environment Timo Schumacher, Henri Siller [Abstract] Modern microphone arrays allow the separation and analysis of complex acoustic sound sources. The technique enjoys a widespread use for both static and moving test configurations. Within the German Aerospace Center, the Engine Acoustics Department uses microphone arrays to measure aircraft acoustic sources in-flight. In addition to the test configuration and the conditions of the measurement, the quality of the results strongly dependents on the used evaluation method and chosen parameters, which can strongly influence the results. For the selection of a suitable method as well as parameters an objective evaluation of the quality of the results is necessary. Up to now, this has often been cumbersome. At the DAGA 2022 a methodology was presented to quickly make an objective statement whether an evaluation method is suitable for localizing sources. However, it was only demonstrated for a simple setup of two monopol sources. The aim of this presentation is to extend the methodology to a virtual test environment. This VTC allows the realistic simulation of flyover microphonarray recordings. Since conditions of the measurement can also be controlled, it is thus possible to estimate how microphone array investigations are affected by various environmental influences.

Bewegte akustische Quellen in einem Medium mit und ohne Strömung 2

Bewegte akustische Quellen in einem Medium mit und ohne Strömung 2

Organisation:

C.H. Kasess, Institut für Schallforschung, ÖAW H. Waubke, Institut für Schallforschung, ÖAW M. Ochmann, Berliner Hochschule für Technik H. Siller, DLR, Abteilung Triebwerksakustik, Berlin

16:20	Inverse 2.5D Boundary Element method for moving sound source Prateek Soni, Holger Waubke, Christian H. Kasess, Wolfgang Kreuzer [Abstract] In order to obtain the distribution of sound sources on a moving train, the feasibility of using the inverse boundary element method in the wavenumber domain with respect to the length coordinate, i.e. with a 2.5D approach is considered in this work. For the 2.5D method to be applicable, the train is considered to have a constant cross-section along the direction of motion. Furthermore, the train is assumed to move at a constant speed and measurements are done on a microphone array with a regular rectangular grid aligned vertically and parallel to the direction of motion. In the first step, the 2D cross-section the train is discretized with different velocity boundary conditions and the respective transfer functions to the microphones are derived. Based on these transfer functions it is attempted to determine a distribution of different velocity sound sources on the train using microphone array measurements. The resulting ill-posed inverse problem requires the use regularization methods to be effectively solved but in the absence of a-priori information solutions may vary across frequencies and thus additional changes are required to get correct solution for the under-determined system which is the topic of current investigations.
16:40	Tracking and Classification of Unmanned Aerial Vehicles with Microphone Arrays Bence Csóka, Péter Fiala, Péter Rucz [Abstract] The topic of this paper is the automatized tracking and classification of Unmanned Aerial Vehicles (UAV) by processing measurements with microphone arrays. The position estimation of sound sources is based on the Delay-and-Sum method, which is the superposition of the suitably delayed and amplified received sound signals. The Delay-and-Sum method can be enhanced further by using beamforming algorithms, for example MUSIC (Multiple Signal Classification). This algorithm is based on the eigenvalue decomposition of the cross-spectral matrix of the received signals. Beamforming can be used to create amplitude maps, which are visual representations of the source distribution. Tracking moving sound sources can be done with MUSIC complemented with the Kalman-filter algorithm. Our goal is to determine the position of moving sound sources with beamforming and tracking, then to focus on the estimated position, enhance the sound source and improve the signal-to-noise ratio. The enhanced signals can be used more effectively for the classification of UAVs by looking for unique features in the spectra of their emitted sound.
17:40	Quantitative Charakterisierung von Schallquellen mit Mikrofonarrays bei der Vorbeifahrt von Zügen Mikolaj Czuchaj, Simon Jekosch, Adam Kujawski, Ennes Sarradj [Abstract] Der Zugverkehr ist eine der wichtigsten Transportmöglichkeiten für Menschen und Güter und ist zudem umweltfreundlich. Um den Komfort des Zugverkehrs für Fahrgäste und die Lebensbedingungen von Menschen in der Nähe von Bahnstrecken zu verbessern, ist es wichtig, den vom Zug und von der Strecke (vom Gleis) ausgehenden Lärm zu verringern. Hierfür ist eine genaue Identifizierung der bei einer Zugvorbeifahrt vorkommenden Schallquellen notwendig, denn durch eine präzise quantitative Charakterisierung der Quellen hinsichtlich Ihrer Schallleistung, sowie ihrer räumlichen Position können gezielter lärmmindernde Maßnahmen entwickelt werden. Im Rahmen des europäischen Projekts TRANSIT wurden Methoden zur Charakterisierung und Trennung der sich an einem Zug befindenden akustischen Quellen entwickelt und getestet. Die Autoren entwickelten dabei eine auf dem CLEANT Verfahren beruhende Mikrofonarraymehode, welche auf Messdaten aus Zugvorbeifahrten angewendet wurde. Die Methode erlaubt eine Trennung der bei einer Zugfahrt vorkommenden Geräusche wie den Rollgeräuschen, aerodynamischen Geräuschen oder Antriebsgeräuschen und eine genaue Lokalisierung dieser akustischen Quellen. Dies ermöglicht eine klare Erkennung der Lärm verursachenden Komponenten am Zug, wie zum Beispiel der Radpaare oder des Pantographen. Zusätzlich wurde auch die Möglichkeit untersucht, die Richtcharakteristik von einzelnen Quellbereichen mit der Methode zu schätzen. Die Ergebnisse aus der Anwendung der Methode werden im folgenden Beitrag präsentiert.
18:00	Gerichtete Schallabstrahlung einer Quadkopter-Drohne bei unterschiedlichen Flugzuständen Gert Herold, Ennes Sarradj [Abstract] Fluggeräte mit mehreren Rotoren (Multikopter) erfreuen sich steigender Verbreitung in vielfältigen Einsatzgebieten. Ihre Schallabstrahlung zeichnet sich in der Regel durch dominante tonale Anteile sowie eine starke Richtcharakteristik aus. Dabei können je nach Flugzustand Unterschiede beobachtet werden. In diesem Beitrag wird eine Quadkopter-Drohne der Klasse C0 (< 250 g) im Schweb- sowie im Geradeausflug untersucht. Dabei werden sowohl die spektrale Zusammensetzung, die Richtcharakteristik als auch das abstandsnormierte Schalldruckspektrum der Emissionen ausgewertet. Dabei wird die hierfür benötigte Position der Drohne im Raum ebenfalls aus akustischen Messungen mithilfe eines Mikrofonarrays bestimmt. Darüber hinaus wird untersucht, über welchen Zeitraum mindestens gemessen werden muss, um quantitativ repräsentative Ergebnisse zu erhalten.
18:20	Surveillance UAVs in a Bat’s World Lohith Dunna, Swaroop Meloth, Steffi Reinhold, Berndt Zeitler, Tessa Taefi, Veit Dominik Kunz [Abstract] The goal of this study is to monitor the number and type of bats located in a specific, hard-to-reach area, without disturbing their natural flight behaviour. This can be achieved by acoustic monitoring of the bat’s ultrasonic echoes. By attaching an acoustic sensor to an unmanned aerial vehicle (UAV), a large area can be covered. However, it has been shown that bats may be either attracted or deterred by UAVs. What specifically is causing this effect is still unclear. Our hypothesis is that the bats can hear the UAV’s ”whining”. We measure the sound level of drone drivetrains up to 100 kHz in the laboratory and apply an environmental damping model of sound. Our findings suggest that dedicated species of gleaning bats can still hear much of the UAV noises, whereas the ”non-gleaning” bats are less affected. We further researched, which parameters have the most influence on the emitted noise by varying the type of Electronic Speed Controller (ESC), motor, and diameter of propeller blades. An optimum drone drivetrain setup for further in-situ investigations is presented in this paper.

Emerging Methods and Applications of Acoustic Holograms

Emerging Methods and Applications of Acoustic Holograms

Organisation:

A. Athanassiadis, Heidelberg University K. Melde, MPI for Medical Research

9:00	Acoustic Hologram Design Using Differentiable Simulation Michael Brown, Ben Cox, Bradley Treeby, Antonio Stanziola [Abstract] Various methods have been proposed for the design of acoustic holograms, however, these typically have relied on approximate physical models. For example, many works use a thin-element approximation, modelling pixels as 1D resonators that introduce a thickness-dependent phase and amplitude shift at each point. This neglects scattering off the profile and considers reverberations as occurring within isolated columns, potentially resulting in model/experiment mismatch. Here, we investigate whether by using accurate and differentiable acoustic simulations it is possible to exploit these interactions (i.e., multiple scattering, absorption), to enhance the fidelity of the generated fields. The wave propagation is modelled using an in-house differentiable simulator named j-Wave [Stanziola et al., 2022, DOI: 10.48550/arXiv.2207.01499]. Initially, the hologram has uniform speed of sound, density, and absorption. The gradient of these parameters with respect to a loss-function encapsulating the target field (e.g., normalised cross-correlation with the target image regularised by the field norm) is calculated with backpropagation and optimised using gradient descent. The method is then validated using holograms fabricated using a Stratasys J835 multi-material 3D printer. It’s found that using a more accurate physical model that accounts for absorption and multiple scattering can enhance the fidelity of the resulting fields.
9:20	Topology Optimization for Acoustic Reflector Design to Improve Acoustic Trapping Santeri Kaupinmäki [Abstract] Acoustic levitation is in part limited by the strength of the acoustic trap, which in turn is bounded by the amount of available acoustic energy in the levitation domain. We seek to design a reflector at the edge of the levitation domain that maximizes the amount of acoustic energy for a given array of sources. A gradient-based topology optimization method is used to determine the optimal design of the acoustic reflector which maximizes the acoustic energy, defined as the integral of the squared pressure, in a specified region of interest. The gradient is determined using the adjoint-state method, and the optimization is done iteratively using the L-BFGS-B algorithm. The printability and general physical realizability of the optimal designs are discussed.
9:40	Directed 3D Assembly using Compact Holographic Sound Fields Kai Melde, Minghui Shi, Heiner Kremer, Senne Seneca, Christoph Frey, Ilia Platzman, Christian Degel, Daniel Schmitt, Bernhard Schölkopf, Peer Fischer [Abstract] The creation of whole 3D objects in one shot is an ultimate goal for rapid prototyping, most notably biofabrication, where conventional methods are typically slow and apply mechanical or chemical stress on biological cells. Fundamentally, this also requires the creation of full 3D fields that define the target objects’ whole shape at once. In this talk, I will present our technique to form compact 3D sound fields by the combined output of multiple acoustic holograms. The holograms can be optimized for in the same domain using a projected gradient descent approach. Finally, I will share experimental results for one-step assembly of matter in 3D. The technique is contactless and shown to work with solid microparticles of positive acoustic contrast, including silica gel particles, hydrogel beads and biological cells inside standard labware. The structures can further be fixed via curing of the surrounding medium. In contrast to our previous work, this approach to particle trapping does not require opposing waves, supporting surfaces or scaffolds.
10:00	Dynamic patterning of microparticles with acoustic impulse control Drinkwater Bruce, Luke Cox, Anthony Croxford [Abstract] This paper describes the use of impulse control of an acoustic field to create complex and precise particle patterns and then dynamically manipulate them. We first demonstrate that the motion of a particle in an acoustic field depends on the applied impulse and three distinct regimes can be identified. The high impulse regime is the well-established mode where particles travel to the force minima of an applied continuous acoustic field. In contrast acoustic field switching in the low impulse regime results in a force field experienced by the particle equal to the time weighted average of the constituent force fields. We demonstrate via simulation and experiment that operating in the low impulse regime facilitates an intuitive and modular route to forming complex patterns of particles. The intermediate impulse regime is shown to enable more localised manipulation of particles. In addition to patterning, we demonstrate a set of impulse control tools to clear away undesired particles to further increase the contrast of the pattern against background. We combine these tools to create high contrast patterns as well as moving and re-configuring them. These techniques have applications in areas such as tissue engineering where they will enable complex high fidelity cell patterns.
10:20	Selective tweezers: from reconfigurable to high frequency active holograms Michael Baudoin, Olivier Bou Matar, Jean-Claude Gerbedoen, Zhixiong Gong, Antoine Riaud, Jean-Louis Thomas, Roudy Sahely, Aude Sivery, Alexis Vlandas [Abstract] Single beam acoustical tweezers open some tremendous perspectives for the precise selective manipulation, assembly and mechanical properties testing of microscopic objects, cells and microorganisms. In this presentation we will first present two techniques, one based on reconfigurable holograms [1] controlled by inverse filter technique and one based on static active holograms [2,3], to synthesize complex wavefields. Then, we will discuss the possibilities offered by different types of beams (focused beams [4] and focused vortex) to trap objects selectively in 2D and 3D. Finally, we will demonstrate the possibilities offered by these techniques to manipulate microparticles [2,3] and cells [5] down to micrometric precision [6]. [1] Riaud et al. , Phys. Rev. Appl., 4: 034004 (2015) [2] A. Riaud et al., Phys. Rev. Appl., 7: 024007 (2017), [3] M. Baudoin et al., Science Advances, 5: eaav1967 (2019) [4] Z. Gong, M. Baudoin, Phys. Rev. Appl., 18: 044033 (2022) [5] M. Baudoin et al., Nature Comm., 11: 4244 (2020) [6] Al Sahely et al., arXiv:2203.05214
10:40	Single-beam acoustical tweezers: a new tool to probe soft and biological matter Diego Baresch [Abstract] The controlled manipulation of matter using the radiation pressure of light is well established as a powerful tool in the physical and biological sciences: ”optical tweezers” use a single laser beam to trap individual particles with precisely controlled forces. The piconewton force range and nanometer spatial resolution make optical tweezers ideally suited to probe biomolecular interactions, colloidal systems, or even living cells. Despite the wide applicability of optical tweezers in biological and soft matter physics, the challenge remains on probing bulk soft materials such as cell colonies or biological tissue, which require much larger stresses to be significantly deformed. Using the radiation pressure of sound, rather than light, we have developed single-beam acoustical tweezers, which can trap elastic particles as large as 400 microns with forces up to the micronewton range, reducing the beam intensity by 5 orders of magnitude compared to their optical counterpart. The main characteristics of this technique open prospects to investigate mechanisms where large deformations and stresses are required, involving turbid or opaque-to-light media or requiring the gentle manipulation of fragile objects. We will present the basic physical mechanisms underpinning acoustical tweezers and their application to manipulate individual microbubbles involved in various biomedical applications of ultrasound.
11:00	Patterned Release from Antibubbles using Acoustic Holograms Athanasios Athanassiadis [Abstract] Acoustically-triggered chemical processes typically make use of high-intensity ultrasonic fields in batch reactors. Although such sonochemical methods are well-established, traditional sonochemistry is not appropriate when trying to trigger chemical processes with high spatial specificity, as is the goal in many applications to acoustic assembly, fabrication, or biological triggering. Such applications demand mechanisms that can be remotely triggered at relatively low intensities, with high spatial precision. Here we introduce an acoustically-responsive system to meet these needs based on stabilized antibubbles. Antibubbles consist of micron-scale liquid cores entrapped within a gas bubble, both of which are stabilized by a fumed silica shell. By adjusting the fabrication process, different payloads can be enclosed within the antibubble cores, and released on-demand by acoustic excitation. We demonstrate that the antibubbles respond strongly to ultrasound, and can be burst using relatively low-intensity sound fields compared to conventional microbubbles. The specific bursting behavior and threshold can be tuned by adjusting the fumed silica during fabrication. Finally, we show that by embedding antibubbles in a gel, the payloads can be released in arbitrary patterns generated by acoustic holograms.

Fahrzeugakustik (Poster)

Fahrzeugakustik (Poster)

Organisation:

O. Von Estorff, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung S. Lippert, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung

15:40	Experience NVH Performance on Vehicle Level in Real-Time based on Powertrain Test Bench Data Bernd Philippen, Ben Uerlichs, Philipp Sellerbeck [Abstract] A new method is presented for synthesizing vehicle interior noise in real-time using the NVH simulator and source data from an engine test bench. While the simulator’s vehicle driving model controls the engine on the test bench, the source signals are recorded and directly fed into a filter matrix for interior noise synthesis, while wind and tire noise can be added as well. The filters are created from condensed transfer functions of an associated vehicle TPA model, in which all relevant airborne and structure-borne noise paths are considered. The filter design is optimized for minimal delay of the resulting sound synthesis. The time needed in the common approach for measurements and creation of the powertrain noise dataset is skipped and the resulting sound is produced in real-time. Using this method, engineers and decision makers can experience the effects of powertrain modifications immediately and interactively in a realistic environment, including masking noise.
15:48	Simulative und experimentelle Optimierung eines Fensterprüfstandes zur Bestimmung des Schalldämmmaßes von Pkw-Dichtstulpen Markus Müller, Otman Salih, Martin Fischer [Abstract] Im Fokus dieses Beitrages steht die Optimierung eines Entwicklungsprüfstandes zur Erfassung des Schalldämmmaßes von Pkw-Dichtstulpen, auch Tüllen genannt. Dieser Prüfstand basiert auf dem Konzept eines klassischen Fensterprüfstands, wobei sich allerdings der Senderaum (Hallraum) komplett innerhalb eines Empfangsraumes (reflexionsarmer Schallmessraum) befindet. Die Dimensionen des (mobilen) Hallraums entsprechen in etwa 2,5 m x 2,3 m x 2,1 m. Zu Beginn erfolgte die messtechnische Bewertung der akustischen Eigenschaften des Hallraumes (Nachhallzeit, Eigenfrequenzen und Eigenmoden, Resonanzfrequenzen und Raummoden). Anschließend wurde eine simulative Optimierung dieser Raumeigenschaften durchgeführt. Die vielversprechendsten Optimierungen wurden experimentell umgesetzt und bewertet, wie z.B. die Wirksamkeit von windschiefen Segeln, die geometrische Modifikation von Raumwänden (Abschrägungen) und weitere. Zusätzlich stand die Erfassung der Schallintensität im reflexionsarmen Schallmessraum (Empfangsraum) im Fokus. Neben den Raumeigenschaften dieses Messraumes wurde insbesondere die Nutzung unterschiedlicher Hüllflächen sowie entsprechender Hüllflächen-Scanmethodiken und Messmittel (PP- und PU-Sonde) untersucht. Die Ergebnisse dieser Untersuchung wurden mit entsprechender Literatur gegenübergestellt und diskutiert. Abschließend wurde eine Messprozedur definiert, welche die Erfassung von reproduzierbaren Messergebnissen für Pkw-Dichtstulpen ermöglicht.
15:56	Numerical Analysis of Input Force Uncertainties on Vibroacoustic Results Rafaella Dantas, Marinus Luegmair [Abstract] In the vibroacoustic analysis of a vehicle, stochastic simulation under input uncertainty is extremely important to obtain reliable predictions. Despite this, the input force parameters are usually considered as deterministic values. As there may be uncertainties in excitation forces during bench tests, this contribution assesses the influence of input forces variations on the resulting frequency response functions using FE simulations. This approach allows different test scenarios to be analyzed in a very fast way, while ensuring that only the force parameters are varied. First, it will be shown how a high variation of the phase, magnitude and direction of a set of input forces affect the frequency response functions. As large variations do not reflect the reality of the bench tests, a new study with smaller variations is performed in the subsequent analysis. Based on this, it is determined whether the uncertainty of input forces in bench tests has a major impact on the responses that will be later used in the vehicle design.
16:04	Der Klang alter (2-Takt-)Motorräder – Teil IV Udo Wagner, Peter Holstein, Maik Gollnick, Daniel Herfert, Peter Bogatikov [Abstract] Die zum 50. Jubiläum der DAGA begonnene Serie zur akustischen Untersuchung ”alter” Motorräder (vorwiegend 2-Takter) wollen wir mit einem vierten Teil fortsetzen. Neben den rein akustischen Auswirkungen, die im Wesentlichen durch den Motor und die Ansaug-Abgasanlage dominiert werden, wird die gesamtheitliche Akustik(und Vibration) natürlich auch durch die mechanische Konstruktion, die Verbindungsqualität innerhalb der Konstruktion und die im Laufe der Zeit aufgetretenen Verschleißerscheinungen bestimmt. Im Beitrag werden deshalb Untersuchungen an repräsentativen Rahmen von 2-Taktfahrzeugen vorgestellt. Die Daten werden dabei mit High-Speed-Kameras aufgenommen. Die Rahmen werden mit verschiedenen Methoden angeregt. Zusammen mit bildgebenden akustischen Methoden entstehen so interessante Abbilder technik-historischer Aspekte.
16:12	Predictive Substructuring of the Round-Robin test bed – a no-code approach Mathias Kohrmann [Abstract] The SEM Technical Division on Dynamic Substructures was recently presented with a new Round-Robin test bed, as a vehicle for further method development and engagement in the community. The test bed consists of a solid four-unit frame structure and two wing structures of different thicknesses, that can be assembled in various configurations. Adding in an active vibration source on the frame structure, we have all that is needed to try and apply experimental substructuring and TPA methods. Specifically: those methods that have predictive potential, such as blocked-force TPA and virtual (acoustic) prototyping. This contribution presents an approach that uses only high-level software, specifically designed for test-based FRF modelling using the Virtual Point Transformation, In-Situ Blocked Force Characterization and Frequency Based Substructuring. We will apply methods and procedures that are becoming widespread in the automotive industry, in the transformation to modular sound & vibration engineering. To that end, all relevant structures will be measured using commonly available measurement equipment, such as a modal hammer and regular triaxial accelerometers. Based on the challenge presented in this round robin, we will demonstrate how to simulate the coupling and vibration propagation for different virtual assemblies, without the need for any coding skills.

Fahrzeugakustik 1

Fahrzeugakustik 1

Sitzungsleitung:

C. Erhard, Erhard Automotive NVH Consulting

8:40	Quantifying Data Uncertainty on a Vehicle Luggage Compartment Floor Wei Xu, Christian Adams, Tobias Melz [Abstract] Vibroacoustic properties specify among others the quality of vehicles and contribute to customer satisfaction. In the early design phase model-based analysis like finite element (FE) analysis is conducted to predict vibroacoustic properties and design the vibroacoustic behavior. However, deterministic models are unable to fully capture unknown and unexpected variances of the actual vibroacoustic behavior. Underlying data uncertainty reduces the quality of model-based predictions and limits their applicability. This paper implements a Bayesian based statistical model calibration in the FE model of a vehicle luggage compartment floor to quantify data uncertainty. Probabilistic simulations are conducted using uncertain model parameters that are subject to a non-informative prior distribution. The prior distribution is updated by a likelihood function that accounts for measured natural frequencies and mode shapes. The resulting posterior distribution quantifies data uncertainty in model parameters of the vehicle luggage compartment floor. Model- based prediction can be improved by including probability density function that captures the gap between measurement and prediction. Moreover, a parameter study regarding relevant coefficients in the likelihood function is carried out. It is evaluated how a suitable likelihood function can be properly constructed for the Bayesian based statistical model calibration.
9:00	Numerische Transferpfadanalyse zur modellbasierten Optimierung des Geräuschverhaltens von Antriebssträngen Stefan Wischmann, Gerwin Pasch, Georg Jacobs, Joerg Berroth [Abstract] Die unter dem Begriff Noise, Vibration and Harshness (NVH) zusammengefassten fühl- und hörbaren Eigenschaften technischer Produkte stellen ein entscheidendes Kriterium im Rahmen der Kaufentscheidung von Kunden dar. Dementsprechend nimmt die Relevanz von Strukturdynamik und Akustik als Entwicklungsziel technischer Produkte stetig zu. Daher kommt der Modellierung und Optimierung des akustischen Verhaltens von antriebstechnischen Systemen im Entwicklungsprozess eine zentrale Rolle zu. In diesem Zusammenhang haben sich elastische Mehrkörpersimulationsmodelle (eMBS) etabliert, um die Auswirkungen von Design-Entscheidungen auf das dynamische Verhalten in Form von Körper- und Luftschall auf Systemebene effizient zu bewerten und zu quantifizieren. Um Systeme mit Hilfe numerischer Systemsimulationsmodelle zu optimieren, ist einerseits die Wahl geeigneter Modelle für die dynamischen Anregungen, die Übertragungswege von der Anregung zum Empfänger (typischerweise das Ohr des Fahrers) und die Abstrahlung entscheidend. Andererseits müssen Optimierungsmaßnahmen zielgerichtet abgeleitet werden. In diesem Beitrag wird daher eine Methode zur Modellierung und Optimierung des strukturdynamischen Verhaltens eines Antriebssystems mit Hilfe von Finite-Elemente- und elastischen Mehrkörpersimulationsmethoden sowie numerischer Transferpfadanalyse vorgestellt. Die Stärke der Methodik wird anhand von Simulationsergebnissen sowie von Validierungsfällen, die auf Basis von Messergebnissen für die gegebenen Antriebsstrangkonfigurationen diskutiert werden, illustriert.
9:20	Probabilistische Modellierung der Admittanzantwort einer Autokarosserie mit Hilfe eines Variational Autoencoder Ersatzmodells Arne Hildenbrand, Johannes D. Schmid, Steffen Marburg [Abstract] Im Bereich der vibroakustischen Fahrzeugauslegung ist es schwer bzw. mit sehr großem Rechenaufwand verbunden alle Unsicherheiten zu quantifizieren. Trotz immer komplexerer Modelle ist jedes System mit einer inhärenten Varianz behaftet. Oft ist der Varianzbereich notwendig, um im Auslegungsprozess robustere Entscheidungen treffen zu können. Um die Varianz des Modells zu bestimmen, müssen viele Auswertungen berechnet werden, was angesichts der Komplexität der numerischen Modelle viel Zeit in Anspruch nimmt. Bei hochdimensionalen Systemen, wie der Schwingungsantwort einer Fahrzeugkarosserie, müssen viele Stichproben gezogen werden, um die unbekannte Verteilung zuverlässig zu modellieren. Dies kann vermieden werden, indem die probabilistische Verteilungsfunktion hinter den Daten gelernt wird. Machine Learning Ansätze zeigen in diesem Bereich großes Potenzial. Daher wird hier ein spezielles neuronales Netz, der Variational Autoencoder, verwendet. Der Autoencoder kombiniert ein Encoder mit einem Decoder Netz, um die Transformation von einer (latenten) Basisverteilung zu einer Approximation der datenbeschreibenden Verteilung zu lernen. In diesem Beitrag wird die bestehende Datenbasis um künstliche, leicht zu generierende Stichproben erweitert, indem die gelernte Verteilungsfunktion realisiert wird. Die künstlichen Stichproben haben die gleichen Eigenschaften wie die Trainingsstichproben und können somit als Ersatzmodell des numerischen Modells verstanden werden. Abschließend wird gezeigt, dass durch diesen Ansatz die Anzahl an benötigten Stichproben signifikant verringert werden kann.
9:40	Tonhaltigkeit: Pegel- oder Lautheitsbezug? Arne Oetjen, Nikolai Bischoff, Uwe Letens [Abstract] Durch die zunehmende Elektrifizierung der Antriebsstränge spielen tonale Komponenten bei der Betrachtung der Gesamtgeräuschqualität eines Fahrzeugs eine immer größere Rolle. Zur Analyse der Tonhaltigkeit existieren verschiedene algorithmische Verfahren. Diese bilden den menschlichen Höreindruck durch eine geeignete Verarbeitung verschiedener Signaleigenschaften wie den Tonpegelüberschuss oder den Lautheitsbeitrag des beobachteten Tons nach. Als Basis für die hier vorgestellten Untersuchungen dient ein Verfahren zur Identifikation tonaler Komponenten , das auch bei instationären Geräuschen zeitlich kontinuierliche Verläufe von Tonkomponenten mit konstanter oder variabler Frequenz extrahiert (”Tracking”). Dieses Verfahren erlaubt die Implementierung verschiedener Paradigmen bei der Quantifizierung der Tonhaltigkeit. Die Wahl der zugrundeliegenden Ausgangsgröße zur Tonhaltigkeitsberechnung hat einen großen Einfluss auf das Verhalten der Analyseergebnisse. Bei Verfahren, die den Pegelüberschuss als Grundlage nutzen, ist das Analyseergebnis unabhängig vom Gesamtpegel des Geräuschs während lautheitsbasierte Methoden einen großen Einfluss des Gesamtpegels auf die wahrgenommene Tonhaltigkeit ergeben. Je nach Art und Gestaltung der Höraufgabe ähneln Subjektivurteile dem einen oder dem anderen Berechnungsparadigma: der erste, spontane Höreindruck ähnelt den lautheitsbasierten Vorhersagen während die Analyse von Geräuschdetails bei längerer oder wiederholter Präsentation des Stimulus mit den Vorhersagen auf Basis der Pegelüberschüsse korrespondiert. Ausgehend von dieser Beobachtung werden unterschiedliche Berechnungsansätze für mehrere Geräuschbeispiele untereinander verglichen und die Aussagekraft für fahrzeugakustische Fragestellungen diskutiert.
10:20	Investigations of the influence of an artificial head on acoustic characteristics of vehicle cabins based on FE simulation results Haiko Brücher, Matthias Wegerhoff, Denis Beljan, Tim Kamper [Abstract] The application of artificial heads for the test-based investigation of NVH problems has been established for many years. As building physical prototypes for testing purposes is cost- and time-intensive, the role of simulation becomes more and more important in the development process in almost any industry branch. As part of this trend, the simulation of NVH problems is also growing rapidly. In planning virtual measurements in car cabins, questions about the interdependency of the artificial head and the testing environment arise, necessitating the finding of efficient modeling techniques. This work investigates the influence of an artificial head on the acoustic characteristics of a vehicle cabin by application of FE-based simulation. Therefore, an FE model of an empty cabin is constructed. It is then equipped with an FE model of an artificial head. For the empty cabin as well as the equipped cabin, the resulting cavity modes are computed and differences are presented in detail. Several cabin configurations differing in size and shape are investigated.
10:40	In-Vehicle ANC Testing Stefan Bleiholder, Frank Kettler, Christian Landauer [Abstract] The technical term Active Noise Cancelling (ANC or RNC, Road Noise Cancelling) describes the reduction of unintentional low frequency noise components in vehicle cabins by generating phase inverted soundwaves. It helps to reduce sound-damping material and weight and increases acoustic comfort for the driver and passengers. The control parameters and input signals are typically derived from the in-vehicle microphones and acceleration sensors converting chassis vibration into audible, acoustic signals. The tuning and fine adjustment of ANC algorithm settings in a vehicle often require iterative drive tests today, including the known disadvantages such as time consumption, reproducibility and efficiency. A test setup is introduced and discussed, allowing testing and tuning of ANC systems in vehicles under laboratory conditions. The system’s trigger signals from the vehicle microphones and acceleration sensors, typically connected via A2B bus, are recorded during test drives and are then applied again in the laboratory environment. Particular attention should be paid to the correct timing and mixing of the recorded signals, to ensure proper and realistic ANC performance in the lab including feedback ANC control.
11:00	Nichtlineare Störgeräuschsimulation im Fahrzeuginnenraum Andreas Rauter, Lukas Utzig, Marcus Mäder, Konrad Weisheit, Steffen Marburg [Abstract] Störgeräusche im Fahrzeuginnenraum führen zu einer erheblichen Beeinträchtigung der wahrgenommenen Qualität. Dadurch kommt es zu Kundenbeschwerden, die hohe Garantiekosten verursachen und das Markenbild schädigen. Die den Störgeräuschen zugrundeliegenden physikalischen Phänomene sind Ruckgleiten (stick-slip) für Knarzen und wiederholter Kurzzeitkontakt für Klappern. Deren nichtlineares Verhalten begrenzt die Aussagekraft von aktuell im Fahrzeugentwicklungsprozess eingesetzten Simulationsmethoden. Nur Methoden zur Berechnung nichtlinearer Schwingungsphänomene sind in der Lage, Kontaktzustände abzubilden und Störgeräusche zu prognostizieren. In dieser Arbeit wird eine Methode zur Störgeräuschsimulation weiterentwickelt, um ihre Prognosegüte zu erhöhen. Die Erweiterung erlaubt, Oberflächengeschwindigkeiten des oszillierenden Systems zu berechnen und damit die abgestrahlte Schallleistung auch für komplexe Anregungsszenarien zu quantifizieren. Der Abgleich mit Versuchsergebnissen zeigt die Notwendigkeit der Erweiterung der Methode. Zusätzlich werden die Berechnungsergebnisse mit Hilfe eines Prüfstands validiert. Das gezeigte Verfahren ermöglicht eine verbesserte Prognose von Störgeräuschen im Fahrzeuginnenraum und bildet so einen wichtigen Baustein in der numerischen Fahrzeugakustik.

Fahrzeugakustik 2

Fahrzeugakustik 2

Sitzungsleitung:

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

14:00	Auf das Reifen-Fahrbahn-Geräusch abgestimmte schallabsorbierende Unterbodenverkleidungen Klaus Pfaffelhuber, Michael Scheinhardt, Johann Grebert [Abstract] Im Zuge des Wandels vom Verbrennungsmotor zu reinen E-Antrieben treten die Reifen-Fahrbahn-Geräusche massgeblich in den Vordergrund. Schallpegelmindernd wirken unter anderem strassenseitig absorbierende, textile Unterbodenverkleidungen. Das Schallabsorptionsspektrum dieser Bauteile lässt sich durch zusätzliche, auf der Fahrzeugseite angebrachte Massenahmen noch besser an das Reifen-Fahrbahn-Geräusch anpassen. Transferpfaduntersuchungen mit derartig optimierten Verkleidungen bei verschiedener topologischer Belegungen des Unterbodens zeigten deutliche Schallpegelminderungen am Vorbeifahrtmikrofon*. Dies insbesondere bei den abgewandten Reifen. Es wird gezeigt, wie bei textilen Unterbodenverkleidungen derartige Abstimmungen realisiert werden können. *DAGA 2020 Untersuchungen zur Schallpegelreduktion des Reifen-Fahrbahngeräuschs durch absorbierende KFZ-Unterbodenverkleidungen mittels Transferpfadanalyse
14:20	MISOR - ein Ansatz zur exakten Beschreibung des Reifen-Fahrbahngeräuschs Jannis Klaus, Friedemann Vogel [Abstract] Nicht nur bei Elektrofahrzeugen, sondern auch bei modernen Verbrennungskraftfahrzeugen ist das Reifen-Fahrbahngeräusch (RFG) die lauteste Teilschallquelle. Es zeigt sich, dass das RFG sehr sensibel von äußeren Einflüssen abhängt. Das stellt sich in der Praxis als Problem dar, weil Messungen nicht immer reproduzierbar sind und auch die Prognosegüte und damit die Entwicklungsarbeit Unschärfen unterliegt. Neben dem Temperatureinfluss, der je nach Reifen unterschiedlich ausgeprägt ist, spielt die Fahrbahn eine tragende Rolle. In der Vergangenheit wurde der Fahrbahneinfluss nur für das rollende Rad näher untersucht. Mit der sich ändernden Gesetzgebung, bekommt aber der Pegel des beschleunigten Reifens die größte Bedeutung. Um diesen Einfluss systematisch zu erfassen wurde ein Ringversuch durchgeführt. Hierbei wurden europaweit verschiedene zertifizierte Strecken mit verschiedenen Reifensätzen und zwei Testfahrzeugen vermessen. Es zeigt sich, dass der Fahrbahneinfluss nicht absolut, sondern abhängig vom Reifen ist. Durch statistische Verfahren lässt sich aber ein mittlerer Streckeneinfluss eliminieren, welcher dann in einem MISOR-Korrekturfaktor mündet. MISOR steht für Master-ISO-Road und lässt sich als virtuelle mittlere ISO-Fahrbahn verstehen. Nach Ermittlung des MISOR-Korrekturfaktors einer Strecke können Reifenmessungen und Grenzwerte auf die Master-ISO-Road referenziert werden. Erst dieses Prozedere ermöglicht einen fairen Vergleich von Reifenmessungen unterschiedlicher OEMs und Hersteller auf weltweit verteilten Strecken.
14:40	Prognosewerkzeuge zur gesetzeskonformen Auslegung von AVAS Nils Schönfeld, Stephan Gsell, André Fiebig [Abstract] Elektrifizierte Fahrzeuge sind insbesondere bei niedrigen Geschwindigkeiten aufgrund der fehlenden Verbrennungsgeräusche sehr leise, weshalb weltweit Gesetze für künstliche Fahrgeräusche zur Warnung von Passanten existieren. Die Geräusche werden mit einem sog. Acoustic Vehicle Alerting System (AVAS) erzeugt, mit dem gewisse Mindestschalldruckpegel in bestimmten Frequenzbereichen eingehalten werden müssen. Die Erstellung des Geräusches geschieht aktuell in einem iterativen, teils zeitaufwändigen Prozess aus der Komposition des Klangs am Rechner und der Messung der Pegel auf einer Außengeräuschmessstrecke, bis sowohl die gesetzlichen als auch die subjektiven Anforderungen der Fahrzeughersteller erfüllt werden. Zur Reduktion des Messaufwands werden Methoden vorgestellt, wodurch mithilfe gemessener Übertragungsfunktionen bereits am Rechner Vorhersagen über die zu erwartenden Pegel getroffen werden können. Diese Übertragungsfunktionen wurden auf der Außengeräuschmessstrecke erstellt und mittels verschiedener Auswertungsansätze mit dem Quellsignal aus dem AVAS- Steuergerät verrechnet. Zu der Betrachtung gehört auch die Berücksichtigung des Rollgeräuschs, welches gerade bei den höheren für AVAS relevanten Geschwindigkeiten (EU/China: 20 km/h, USA: 31 km/h) nicht zu vernachlässigen ist. Da die gesetzlich geforderte Messvorschrift zu größeren Unsicherheiten führen kann, werden darüber hinaus statische Parameter in die Berechnungen mit einbezogen. Weitere Varianzen ergeben sich durch die wechselnden Umgebungsbedingungen auf der Außengeräuschmessstrecke sowie in der Betrachtung der Positionierung des Lautsprechers am Fahrzeug.
15:00	Production Quality Testing for Automotive Electric Drive Units with AI- Enabled Anomaly Detection based on NVH Data Johannes Blickensdorff, Andrei Degtiarev, Kashaf Gulzar, Hans Fleischmann, René Grünke [Abstract] Within the BMBF-funded research project KI-MUSIK4.0 project an AI-enabled hardware platform is being developed that allows improvement of industrial and quality testing processes by implementing machine learning (ML) and feature extraction (FE) methods - in combination with big data cloud computing services, real time multichannel data acquisition and NVH signal processing features. We discuss the current status of the signal-based system architecture and implemented anomaly detection methods on system level for our electric drive units end of line use case. Derived results based on high volume real world automotive production NVH data will be presented.
15:20	Fahrzeuggeräusche in Form und Farbe - Entwicklung eines Crossmodalen Ansatzes zur Erfassung Subjektiver Bewertungen von Elektrifizierten Fahrzeugen Sarah Ambros, Michael Kuka, Isabella Czedik-Eysenberg, Richard Von Georgi, Christoph Reuter [Abstract] Einleitung: Während ein Großteil der Fahrgeräusche bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren verdeckt werden (z.B. Otto/Simpson/Wiederhold 1999), treten bei elektrifizierten Fahrzeugen Chassis-Resonanzen und andere Geräuschanteile besonders während des Anfahrens und rekuperativen Bremsens deutlicher hervor und beeinflussen die Qualitätseinschätzung. Besonders tonale Komponenten, klangliche Schärfe und Lautheit gelten bei Elektrofahrzeugen als klangliche Anzeichen minderer Qualität (Doleschal/Verhey 2022). Da bislang meist nur diese von Aures 1985 eingeführten Klangmerkmale berücksichtigt wurden, soll eine umfangreiche Signalanalyse zu einem differenzierteren Ergebnis beitragen. Fragestellung: Anhand welcher klanglichen Merkmale lassen sich Elektrofahrzeug-Fahrgeräusche in ihrer Qualität bewerten? Folgende Hypothese soll getestet werden: Klangliche Schärfe und Pitch Salience korrelieren negativ mit Valenz, Excitement sowie höherem Arousal. Explorativ soll untersucht werden, welche zusätzlichen Features einen Beitrag zur Varianzaufklärung leisten (α=.05). Methode: In einer Pilotstudie wurden 38 Anfahr- und Bremsgeräusche unterschiedlicher Elektrofahrzeuge (original/spektral- manipuliert) auf einer Skala von 1-10 auf ihre Qualität beurteilt (n=11). Nachdem diese Geräusche in Signalanalyse-Toolboxen (MIRToolbox/Essentia/Librosa/DataMiningSuite/AudioCommonsTimbralModels) auf mehr als 150 Klangmerkmale hin analysiert wurden, zeigte sich besonders bei Anfahrgeräuschen, dass Features wie PercussiveEnergy, SpectralFlux und Roughness negativ mit Hörer:innen-Bewertungen korrelieren (r=.761;p<.001). Aufbauend auf diesen Ergebnissen wird eine Onlinestudie (n=100) durchgeführt, in der crossmodale Zuordnungen sowie der Einfluss möglicher interner Verarbeitungsprozesse in das Berechnungsmodell für die Bewertung von Elektrofahrzeug-Fahrgeräuschen einbezogen werden.

Fahrzeugakustik 3

Fahrzeugakustik 3

Sitzungsleitung:

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

16:20	Technologischer Überblick über passive und aktive Maßnahmen zur Minimierung der akustischen Signatur von Fahrzeugen Michael Dominik Clasen, Delf Sachau [Abstract] Schallemissionen von Fahrzeugen erzeugen sogenannte akustische Signaturen. Diese können zur Ortung und Identifikation des Fahrzeugs genutzt werden. Daher werden akustische Signaturen von Fahrzeugen gezielt beeinflusst. In der Regel soll die Schallabstrahlung minimiert werden. Dazu gibt es passive und aktive Methoden. Passive Maßnahmen nutzen Materialien zur Körperschall- und Schwingungsdämpfung im Entwicklungs- und Konstruktionsprozess. Auch das Überarbeiten von Bauteilen in bestehenden Fahrzeugen kann das Abstrahlmaß verringern. Zudem kommen aktive Maßnahmen zur Schwingungs- und Schallreduktion zum Einsatz, wie ”Active Vibration Control” und ”Active Noise Control”. Diese können nicht dämmbare Schallanteile durch Gegensignale aktiv beeinflussen und im Idealfall auslöschen. Dieser Beitrag stellt den Stand der Technik vor, betrachtet die fahrzeugtechnische Anwendbarkeit und sichtet bereits am Markt verfügbare Produkte.
16:40	Frequency limitation for optimized perception of local active noise control Felix Holzmüller, Alois Sontacchi [Abstract] Active noise control is an emerging technique for the reduction of unwanted disturbances. A signal is generated and played back, which should ideally resemble the disturbances but with inverse phase. Due to the principle of destructive interference, noise will be reduced. This technique can not only be used with headphones, but also with loudspeakers in a room. Whereby with the latter, global and local applications must be distinguished. With local active noise control, small spatial zones of comfort are created, where sufficient attenuation is achieved. Fields of application include for example aviation or the automotive sector. The extents of these zones are typically indirectly proportional to the frequency, outside of them an increased noise level can be observed. Therefore, active noise control for such local applications has a high local dependence and variance without the use of head- tracking algorithms. Literature and preliminary experiments suggest that a reduction of the highest controlled frequency improves the spatial robustness with just little decline of noise reduction performance. Through a listening experiment, it should be determined if this approach results in a more comfortably perceived experience. Additionally, the optimal upper frequency limits should be found for different stimuli and acoustic scenarios.
17:00	Akustische Eigenschaften naturfaserverstärkter Kunststoffe Boris Dilba, Franziska Stehle, Christiane Gillner, Sören Keuchel, Olgierd Zaleski, Axel Herrmann [Abstract] Die in dieser Arbeit untersuchten naturfaserverstärkten Kunststoffe bestehen aus Verstärkungsfasern (Naturfasern) und Matrixfasern (thermoplastische Fasern). Sie werden aus Vliesstoffen durch einen Thermoformingprozess hergestellt, indem die Matrixfaser aufgeschmolzen und das Material versteift wird. Die resultierenden Verbunde sind hochporöse, feste Materialien, die sich durch den geringen Anteil von Feststoff (Verstärkungs- und Matrixfasern) am Gesamtvolumen auszeichnen. Mit der Möglichkeit diese Eigenschaft über die Materialzusammensetzung und den Fertigungsprozess zu beeinflussen, können ebenfalls die akustischen Eigenschaften der naturfaserverstärkten Kunststoffe verändert werden. Im Rahmen des Forschungsvorhabens AirCOmp werden naturfaserverstärkte Kunststoffe entwickelt, die eine erhöhte Schalldämmung aufweisen und im Automobilbereich z. B. als Türinnenverkleidung Anwendung finden. Die hierzu verwendete Bindefaser ist der Biokunststoff Polylactid, welcher aus natürlichen Rohstoffen hergestellt wird. Somit kann das entwickelte Bauteil aus den Naturfasern und Polylactid ohne vorherige Trennung kompostiert werden. Als Naturfasern kommen Bastfasern und Baumwolle zum Einsatz, letztere beeinflusst durch deren Feinheit die Porengröße und -anzahl sowie die daraus resultierenden akustischen Dämmeigenschaften des Materials. In diesem Beitrag werden die akustischen Eigenschaften von naturfaserverstärkten Kunststoffen mithilfe von Messungen und Simulationen untersucht. Den Ausgangspunkt für den Aufbau entsprechender Simulationsmodelle bildet das Biot-Modell für poröse Medien. Die Validität der Modellierung wird mithilfe von Messungen aufgezeigt. Abschließend werden die akustischen Eigenschaften für verschiedene Materialzusammensetzungen diskutiert.
17:20	Reproduzierbarkeit des dynamischen Verhaltens von Leichtbaustrukturen in experimentellen Untersuchungen unter Berücksichtigung von Unsicherheiten Armin Erraji, Jan Hauschulte, Niklas Jürgens, Thomas Böttcher, Lutz Eckstein [Abstract] In der Fahrzeugentwicklung spielen akustischer Komfort und ein möglichst geringes Fahrzeuggewicht eine zentrale Rolle. Eine Möglichkeit zur Erreichung dieser Ziele ist der Einsatz von Leichtbaukomponenten. Zur Auslegung der Komponenten werden Simulationen eingesetzt, deren Güte im Abgleich mit Messergebnissen anhand von Korrelationsmetriken wie dem Frequency Response Criterion (FRAC) oder dem Modal Assurance Criterion (MAC) bewertet wird. Unsicherheiten in den Experimenten, wie z.B. eine ungenaue Sensorpositionierung oder der Einfluss von Sensormassen, bleiben bei der Bewertung zumeist unberücksichtigt. Insbesondere die zwei Korrelationsmetriken FRAC und MAC sind jedoch sehr sensitiv in Bezug auf kleinste Änderungen am betrachteten System. Außerdem ist anhand der Kriterien keine Differenzierung der Bewertung hinsichtlich einzelner Komponenten, wie z.B. Frequenzverschiebungen oder Pegeln, möglich. Die Interpretierbarkeit der Metriken ist daher eingeschränkt. Um diese Herausforderung zu adressieren, wird eine neue Metrik vorgestellt, die spektralen Signale anhand der Eigenschaften von Peaks inklusive deren spektraler Umgebung klassifiziert und auf Basis der Übereinstimmung zuordnet. Der Zuordnung findet sowohl auf der globalen Strukturebene als auch auf der lokalen Sensorebene statt. Dadurch kann quantitativ die Güte der Reproduzierbarkeit unter anderem anhand von Frequenzverschiebungen und Pegeldifferenzen beschrieben werden.
18:00	Analyse der Temperaturabhängigkeit von Klebstoffen auf die Vibroakustiksimulation der Fahrzeugkarosserie Sophie Cram, Marinus Luegmair, Marcus Mäder, Steffen Marburg [Abstract] Die Betrachtung von Unsicherheiten ist für aussagekräftige Simulationen in der frühen Entwicklungsphase besonders relevant - unter anderem bei der Vibroakustiksimulation der Fahrzeugkarosserie: Aus Verteilungsfunktionen der unsicheren Input-Parameter werden verschiedene Parametersätze generiert, mit denen die Finite-Elemente-Fahrzeugsimulation wiederholt durchgeführt werden. Dank der mehrfachen Simulation können die Output-Daten statistisch verarbeitet werden. Bisher wird der Einfluss von Temperaturschwankungen bei der Simulation nicht in Betracht gezogen. In diesem Beitrag liegt der Fokus daher auf der Temperaturabhängigkeit des Karosserieklebstoffes. Basierend auf Messdaten wird das Schubmodul des Klebstoffes in der Simulation variiert und die Simulationsergebnisse der Karosserieschwingungen statistisch ausgewertet. Um eine realistische Temperaturstreuung abzubilden, werden tatsächliche Wetterdaten über den Zeitraum eines Jahres betrachtet. Aus den Ergebnissen erfolgt eine Bewertung zur zukünftigen Betrachtung des von der Temperatur abhängigen Klebstoffes in der Vibroakustiksimulation.
18:20	Design and Evaluation of Auditory Warning Sounds for Motorcyclists Serkan Atamer, Robert Rosenkranz, Colin Ballantyne, Alina Kuttler, M. Ercan Altinsoy [Abstract] Motorcyclists are often not be seen by other traffic users and may find themselves in high risk situations. In this case, timely warnings conveyed to the motorcyclists can be very helpful to avoid danger. Currently, the ability to provide warnings is limited to those which are displayed on the dashboard of the vehicle. However, riders do not regularly look at the dashboard - this presents a problem for more urgent warnings upon which immediate rider reactions are required. While audio has traditionally been ignored on the motorcycle due to the limited effectiveness of a loudspeaker at speed, the use of helmet mounted Bluetooth systems is starting to become more common. Therefore, intuitive, easy-to-understand acoustical warning signals for frequently occurring warning scenarios can be extremely valuable for the safety of a motorcyclist. First, the limitations of the auditory channel in the bike-riding context such as ambient noise floor and in helmet audio system characteristic were quantified. Subsequently, a set of standardized warning tones feasible within these limitations was defined. Finally, their suitability was validated in psychoacoustical evaluations.
18:40	Die Bedeutung von Einführungsgeräuschen für das Messen von Wummern, Brummen, Dröhnen Jesko Verhey, Florian Doleschal [Abstract] Die Empfindungen Wummern, Brummen und Dröhnen werden im Allgemeinen mit Schallen verbunden, die eine tieffrequente tonale Komponente enthalten. Schwankt die Amplitude dieser Komponenten über die Zeit, wird das Signal im Allgemeinen als wummernd wahrgenommen, schwankt sie nicht, so wird das Signal als brummend empfunden. Ein Signal wird als dröhnend empfunden, wenn es zusätzlich noch höherfrequente Komponenten enthält, deren Frequenzabstände der Frequenz der tieffrequenten Komponente entsprechen. Auf der letzten DAGA [Verhey, Badel, Doleschal, DAGA 2022] in Stuttgart wurden Messdaten zur Interaktion der drei Empfindungen vorgestellt. Als Signale wurden Fahrzeuginnengeräusche verwendet. An den Messungen nahmen junge normalhörende Versuchspersonen teil, die bisher keine Messungen zu diesen Empfindungen durchgeführt haben und auch nicht in der Fahrzeugakustik tätig waren. Um diesen Nichtexperten die Bedeutung dieser drei Empfindungen näherzubringen, wurden zu Anfang der Messungen Einführungsgeräusche vorgespielt, die die für die Empfindungen wesentliche Signalcharakteristika aufwiesen. Im vorliegenden Beitrag wird nun untersucht, inwieweit diese Einführungsgeräusche die Messergebnisse beeinflussen. Hierzu werden Ergebnisse von Nichtexperten mit einer solchen Einführung mit denen von Nichtexperten ohne diese Einführung verglichen. Zusätzlich wird untersucht, inwieweit sich die Ergebnisse der Nichtexperten von denen von Experten unterscheiden.

Flugzeugakustik (Late Poster)

Flugzeugakustik (Late Poster)

Organisation:

O. Von Estorff, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung S. Lippert, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung

15:40

Towards numerical noise prediction for future electrified aircraft engines Shangheng Wu, Marc Ramos Friedmann, Luis Jason McMillan, Christian Adams, Matthias Lang, Thomas Geyer [Abstract] Recently, research on electrified aircraft engines is receiving increased attention, with the aim to reduce emissions and noise in civil aviation. One key component of novel electrified aircraft engines is the electric motor. As motors with the required power density are not available yet, it is reasonable to predict and to optimize the noise and vibration of such motors through detailed numerical simulations. In this study, an 8-pole and 48-slot interior permanent magnet synchronous motor is used as a case study to demonstrate the capability of such simulations in predicting electric motor noise. Electromagnetic vibrations caused by the radial electromagnetic stress within the air-gap are a key factor to generate the motor noise. In a first step, the radial electromagnetic stress in the air-gap is obtained based on the Maxwell stress tensor method in conjunction with electromagnetic simulation applying finite element analysis. Second, the calculated electromagnetic stress spectrum is used as the excitation source for a structural harmonic response analysis based on the mode superposition method. Third, the sound pressure is determined assuming 2D free-field radiation. The multi-physical model established in this paper provides a useful model for predicting motor noise in future electric aircraft propulsions. Scaling the results to higher force density will be addressed in future research.

15:48

From Sound to Vision: Applying Beamforming to Reduce Parasitic Noise for Fault Detection Leon Paul Steinhoff, Ann-Kathrin Koschlik, Maria Soria-Gomez, Emy Arts, Veit Dominik Kunz, Florian Raddatz, Gerko Wende [Abstract] The number of applications of drones or unmanned aircraft systems (UAS) has rapidly increased over the last years. The widespread commercial use of UAS and their reliable and safe operation requires novel maintenance, repair and overhaul (MRO) schemes. Most commercial UAS consist of multiple rotary propellers, which are prone to damage, wear and tear. Propeller blade damage can cause increased mechanical stress on UAS components, performance degradation and decreased stability. Acoustic camera measurements of partially damaged blades show higher sound pressure levels (SPL) at the blade tips and an individual frequency response. With the rotating propellers being the main source of emitted sound, an acoustic detection system is proposed to identify damaged propeller blades without the need to intervene in the UAS’s hardware or software and seamlessly integrate the inspection with the UAS operation. To isolate the acoustic signature of the individual propeller blades and reduce parasitic environmental noise, an acoustic camera (CAE Systems Bionics M112) is used. The output data of the microphone array is processed using beamforming algorithms to isolate the individual propeller sound. In the following step, the data is processed by a neural network, which is trained to diagnose the propeller’s health state.

Flugzeugakustik - Äußere Schallquellen

Flugzeugakustik - Äußere Schallquellen

Sitzungsleitung:

T. Geyer, DLR, Institut für Elektrifizierte Luftfahrtantriebe, Cottbus S. Schade, DLR, Abteilung Triebwerksakustik, Berlin

9:00	Validierung eines analytischen Modells zur Schallausbreitung durch eine Fanstufe Juliane Pilgrim, Maximilian Behn, Ulf Tapken [Abstract] Im Rahmen einer Messkampagne wurde die Ausbreitung akustischer Moden durch eine Rotor-Stator-Stufe am DLR-Versuchsstand CRAFT experimentell untersucht. Der CRAFT-Referenz-Fan ist repräsentativ für ummantelte Antriebe von Kleinflugzeugen und weist alle relevanten subsonischen Fanschallquellen auf, die auch an großen Flugzeugtriebwerken auftreten. Ausgewählte Moden wurden gezielt mithilfe eines Lautsprecherarrays im Austrittskanal angeregt und stromauf in Richtung Fan abgestrahlt. Das austrittseitige Schallfeld, welches sich aus den abgestrahlten sowie am Fan reflektierten Anteilen zusammensetzt, sowie das in die Einlaufsektion durch den Fan transmittierte Schallfeld wurden durch Mikrofonarrays vor und hinter der Fanstufe abgetastet. Die gemessenen Transmissions- und Reflexionskurven sollen der Validierung zwei kombinierter analytischer Modelle dienen. Es wird ein Modell genutzt, welches die Ausbreitung der Moden durch unbelastete, gleichmäßig angeordnete Schaufeln beschreibt, die als Platten modelliert werden. Um den Einfluss der Strömungsumlenkung durch die Schaufeln auf die Moden zu berücksichtigen, wird ein weiteres Modell hinzugezogen. Insgesamt zeigt sich eine gute Übereinstimmung der berechneten Reflexionsgrade mit den experimentellen Daten, wobei im hohen Frequenzbereich größere Differenzen auftreten. Mit Modenstreuung verbundene Einbrüche der Transmission bei hohen Frequenzen werden nicht durch das Modell erfasst, welches für fast alle Moden eine starke Transmission vorhersagt. Zwar werden die Pegel der Streumoden, insbesondere bei Mehrfachstreuungen, unterschätzt, grundlegende Trends jedoch gut wiedergegeben.
9:20	Analytische, numerische und experimentelle Untersuchung des tonalen Rotor-Stator Interaktionsschalls in einer langsam drehenden, ummantelten Fanstufe Stephen Schade, Lukas Klähn, Robert Jaron [Abstract] To reduce the noise emissions of future aircraft, a detailed understanding of the source mechanisms of fan noise is required. In order to experimentally investigate fan noise, DLR recently started to operate the new CRAFT (Co/Counter Rotating Acoustic Fan Test) rig, which is representative for urban and regional aircraft fan stages. In the noise measurements of the reference fan stage a significant difference (>10dB) is evident between the sound levels radiated upstream and downstream. To identify the acoustic effect that leads to the level difference, the tonal noise generation is evaluated analytically as well as numerically and the results are compared with the experimental data. The fan noise prediction tool PropNoise is used to provide the analytical noise prediction and the Navier-Stokes solver TRACE is used to perform Harmonic Balance simulations. The investigation shows that the phase propagation angle of the dominantly excited acoustic mode has a strong impact on the noise generation. Upstream, the mode propagation direction is almost parallel to the stator leading edge angle, whereas downstream the mode propagation direction is almost perpendicular to the stator vanes. This results in a weaker excitation of the upstream propagating mode and a stronger excitation of the downstream propagating mode.
9:40	Setup for experimental study of porous plate acoustics and local flow features John Kershner, Thomas Geyer, Justin Jaworski [Abstract] Porous plates are investigated as a means to reduce trailing-edge noise in the greater effort to reduce aircraft noise pollution. Inspired by nature’s silent flier, the owl, porosity has been shown to be effective for noise reduction in previous theoretical and experimental works, where a single dimensionless parameter controls the effects of porosity on the sound field. Prior experiments using a vortex ring have validated predictions to the sound scaling on flight speed and associated changes in directivity, and we seek to test now the acoustics and flow features of porous plates characterized by this same dimensionless porosity parameter in a wind tunnel. A phased microphone array and subsequent beamforming analysis enable the collection of detailed source maps near the porous edge, and radially-spaced microphones measure the directivity changes of the generated noise. In addition to acoustic measurements, flow measurements are taken with a hot-wire probe. This approach enables the investigation of how local flow changes due to geometric details of the plate porosity might affect the overall flow about the plate and the aerodynamic sound field. Notable acoustic and flow measurement results will be presented and compared across the range of the dimensionless porosity parameter.

Innenlärm in Flugzeugen (Poster)

Innenlärm in Flugzeugen (Poster)

Organisation:

O. Von Estorff, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung S. Lippert, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung

15:40	Aufbau eines Modells zur Simulation der Netzwerkkommunikation in Systemen zur aktiven Schallreduktion in Propellerflugzeugen Rahman Amin [Abstract] Zukünftige Kabinenmanagementsysteme in Flugzeugen bieten die Möglichkeit mehrere Softwareapplikationen auf einer gemeinsamen Rechen- und Kommunikationsplattform zu betreiben. Zum Beispiel kann neben der Lichtsteuerung auch Anwendungen wie Aktive Schallreduktion (ANC) auf dem gleichen System betrieben werden. Im Rahmen dieses Projektes werden erste Voruntersuchung zur Verteilung des ANC-Systems auf mehrere eingebettete Systeme sowie deren Kommunikation untereinander durchgeführt. Hierzu soll von einem ANC-Regler im Frequenzbereich zunächst ein Modell zur Netzwerksimulation aufgebaut werden. Die Verteilung des ANC-Regelalgorithmus erfolgt dabei auf mehrere Module. An jedem Modul sind jeweils bis zu zwei Lautsprecher und zwei Mikrofone angeschlossen. Für die Kommunikation zwischen den Modulen wird ein echtzeitfähiges Kommunikationsprotokoll ausgewählt und ein Modell für eine mehrkanalige Regelung implementiert. Anschließend wird das Regelverhalten unter Einfluss bei Störung der Übertragung, wie beispielsweise Latenzen, untersucht. Die Simulation erfolgt über Matlab/Simulink.
15:48	Numerische und Experimentelle Voruntersuchungen für ein System zur Aktiven Schallreduktion in Propellerflugzeugen Tahsin Simsek, Lukas Fred Fuszenecker, Kay Kochan [Abstract] Propellergetriebene Hybrid-Elektroflugzeuge stellen eine erhebliche Herausforderung an die Kabinenakustik dar, da im niederfrequenten Bereich der Kabine mit hohen Geräuschpegeln zu rechnen ist. Maßnahmen zur Lärmreduzierung mit der aktiven Geräuschkontrolle (ANC) können einzelne hohe Töne im Geräuschspektrum reduzieren. In diesem Projekt geht es zunächst um die numerischen und experimentellen Voruntersuchungen. Für die numerische Voruntersuchung wird ein vereinfachtes akustisches Kabinenmodell in COMSOL Multiphysics auf Basis der Finite Element Methode aufgebaut. Das Kabinenmodell verfügt über Lautsprecher, Mikrofone und variablen Kabinenlärmspektren. Mit Hilfe von MATLAB/Simulink soll ein ANC-Regler im Frequenzbereich aufgebaut werden, durch eine Kopplung der Teilsimulationen soll eine tonale Lärmminderung an den Passagierplätzen zu erzeugt werden. Im Rahmen der experimentellen Voruntersuchungen soll das Schwingverhalten eines Kabinenwandpaneels mithilfe einer Modalanalyse analysiert werden. Hierfür werden verschiedene Anreger-Positionen eines Modal-Shakers ausgewählt. Ziel dabei ist es gleichzeitig die optimale Position der elektrodynamischen Exciter herauszufinden. Anschließend sollen in einem Rumpfausschnitt eines A320 akustische Messungen durchgeführt werden. Diese erfolgen im eingebauten Zustand des Paneels sowie dem elektrodynamischen Exciter. Es ist zu untersuchen, wie sich der Schalldruckpegel innerhalb der Kabine bei Anregung eines Exciters verhält bzw. welcher Schalldruckpegel bei einer entsprechenden Exciter-Leistung vom Paneel abgestrahlt wird.
15:56	Untersuchung und Optimierung der Schallpfade in die VIP-Kabine Benedikt Plaumann, Tom Ziegner, Tjerk Tews, Jan Hansen [Abstract] Im LuFo-Projekt ENTIRETY erforscht die HAW Hamburg zusammen mit den Projektpartnern Lufthansa Technik und dem Zentrum für angewandte Luftfahrtforschung, welches die relevanten Transferpfade für den Schalleintrag in die Flugzeugkabine sind und wie diese optimal reduziert werden können. Dabei liegt ein besonderer Fokus auf der VIP-Flugzeugkabine von Single-Aisle- Flugzeugen wie etwa dem A320. VIP-Flugzeugkabineneinbauten weisen mit zahlreichen harten Reflektionsflächen und steif angebundenen Abstrahlflächen in vielfältigsten Formen und Varianten besondere Herausforderungen für die Analyse und Optimierung von ohnehin besonders anspruchsvollen Akustikanforderungen auf. Auch wenn das Projekt ENTIRETY erst einige Monate läuft, so konnten in zahlreichen Messkampagnen und Versuchsaufbauten an der HAW Hamburg zusammen mit den Projektpartnern interessante Erkenntnisse zu den wesentlichen Transferpfaden auf entweder bereits bekannte abstrahlende Oberflächen wie das Lining wie auch auf Befestigungspunkte für besondere VIP- Ausstattung etwas auf Seat Tracks erzielt werden. Diese rücken sowohl im Bereich der Lining Brackets wie auch der Seat Tracks die Strukturschallpfade in Fokus. Diese ersten Erkenntnisse werden auf dem Poster vorgestellt. Sowohl die zu Grunde liegenden Annahmen, verwendeten Mess- und Analyseverfahren wie auch die ersten Ergebnisse selbst können auf der Basis des Posters mit dem interessierten Fachpublikum der DAGA in Kontakt und zur Diskussion gebracht werden.

Innenlärm in Flugzeugen 1

Innenlärm in Flugzeugen 1

Organisation:

M. Wandel, Airbus Operations GmbH W. Gleine, HAW Hamburg, Dep. Fahrzeugtechnik und Flugzeugbau

10:40

Modelling Aspects for High-fidelity, Large-scale Aircraft Cabin Noise Simulations Christopher Blech, Yannik Hüpel, Sabine C. Langer [Abstract] A reduction of cabin noise in future aircraft configurations is one key measure for improving health and comfort conditions, meeting upcoming legal requirements and ensuring a customer’s acceptance of novel technologies. Since manufacturing of prototypes is costly, many of the early design stages are conducted virtually, while a holistic modelling approach is aimed for. High-fidelity, wave-resolving vibroacoustic simulations of aircraft fuselages allow for detailed analyses of novel systems including complex excitations and allow for the maximum potential for studying noise reduction measures. The effect of design and material changes on the interior noise of aircraft cabins can be investigated automatically, but the findings crucially depend on suitable modelling assumption. This contribution gives an overview on the modelling of fuselage domains relevant for the sound transmission into the cabin. Vibroacoustic modelling aspects are concisely provided for the airframe, the insulation, the interior lining and the cabin itself. The assumptions and derived research questions are supported by experimental studies. Furthermore, the aircraft system model is embedded into a simulation chain from realistic excitations to planned auralisations in the frame of running projects at the institute.

11:00

Angepasste Modellierungsvorschriften für vibroakustische Untersuchungen von Flugzeugrümpfen Ray Dewald, Thomas Klimmek, Stephan Algermissen, Christian Hesse, René Winter [Abstract] Aufgrund der im European Green Deal festgelegten Ziele zur Reduzierung des Energiebedarfs fokussiert sich die Luftfahrtindustrie verstärkt auf die Erforschung energieeffizienterer Antriebskonzepte. Diese führen häufig wegen der Verwendung größerer Fans oder Propeller zu akustisch relevanteren Problemstellungen. Das Ziel des DLR-Projekts INTONATE besteht im Aufbau eines digitalen Fadens zur akustischen Komfortbewertung des Kabinenlärms mittels Simulationen für zukünftige Flugzeugentwürfe. Ein notwendiger Schritt in dieser Simulationskette ist die genaue Vorhersage der Strukturschwingungen. Im Rahmen dessen beschäftigt sich dieser Artikel mit dem Aufbau und der Validierung eines parametrischen Finite-Elemente (FE) Modells der Primärstruktur einer Flugzeugkabine zur Entwicklung allgemeiner Modellierungsvorschriften für den vibroakustisch-relevanten Frequenzbereich. Eine adäquate Abbildung der Vibrationsweiterleitung erfordert eine deutliche Erhöhung des Detailgrads. Dies umfasst neben der Erhöhung der Netzfeinheit sowohl die Verwendung von Schalenelementen zur Modellierung der versteifenden Rumpfelemente als auch die diskrete Modellierung der Nietverbindungen. Anhand von Experimentaldaten einer vibroakustisch detailliert vermessenen Rumpfstruktur wurde eine Modelloptimierung bezüglich der Vorhersagefähigkeit von Schwingungsverhalten durchgeführt. Der Fokus hierbei lag auf die Anpassung der Nietverbindungen, insbesondere ihrer Materialparameter. Die Modellvalidierung erfolgte mit dem Modal Assurance Criterion (MAC) im niedrigeren Frequenzbereich und mittels eines statistischen Verfahrens, dem sogenannten Energy Correlation Criterion (ECC), im höherfrequenten Bereich.

Innenlärm in Flugzeugen 2

Innenlärm in Flugzeugen 2

Organisation:

M. Wandel, Airbus Operations GmbH W. Gleine, HAW Hamburg, Dep. Fahrzeugtechnik und Flugzeugbau

14:00	Automatisierte Modellerstellung zur Berechnung von Innenlärm in Flugzeugen Stephan Algermissen, Christian Hesse, Ray Dewald [Abstract] Die Schadstoffemissionen zukünftiger Flugzeuggenerationen werden einen immer größeren Anteil an der Gesamtbewertung eines Flugzeugs einnehmen. Gerade im Hinblick auf die derzeitige Energiekrise sind alternative Antriebe und Energieträger verstärkt im Fokus der Forschung. Ihre Integration in den Flugzeugentwurf kann zu grundlegenden Veränderungen im Bereich des Rumpfdesigns und der Position und Art der Antriebe führen. Insbesondere beim Übergang von Strahl- zu Propeller-Triebwerken ändert sich die Charakteristik der Lärmemission deutlich und stellt damit neue Anforderungen an Schallschutzmaßnahmen für die Passagiere. Das DLR-interne Projekt INTONATE hat es sich zur Aufgabe gemacht, den Pfad des Lärms von der Quelle bis zum Ohr des Passagiers mittels Simulationen abzubilden. Auf diese Weise kann bereits im Flugzeugvorentwurf eine Bewertung des Innenlärms vollzogen werden. Der folgende Artikel beschäftigt sich mit der Erstellung eines Finite-Elemente (FE) Modells der Primär- und Sekundärstruktur einer Flugzeugkabine inklusive aller Kavitäten. Auf der Basis von bereitgestellten Geometriemodellen und Luftfahrtzeugdatensätzen im Common Language for Aircraft Design (CPACS) Format werden die einzelnen Modelle im FE-Programm Ansys mittels des erstellten Python-Moduls cpacs2ans fusioniert. Die CPACS-Definitionen steuern hierbei die Kontakterstellung der geometrischen Modelle, die Materialien sowie die Fluid-Struktur-Interaktionen. Die Vorgehensweise wird am Beispiel eines real existierenden Rumpfaufschnitts demonstriert.
14:20	Wissensbasierte Modellgenerierung für die Vorhersage von Kabinenlärm im Kontext des Flugzeugvorentwurfs Christian Hesse, Jan-Niclas Walther, Pia Allebrodt, Martin Wandel, Stephan Algermissen, Ray Dewald [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 und regt diese zu Schwingungen an. Diese Schwingungen pflanzen sich über die Rumpf- sowie Kabinenstruktur in den Innenraum fort, wo sie von Bordpersonal und Passagieren wahrgenommen werden. Insbesondere bei der Auslegung neuer, klimaeffizienter Konzepte im Kontext des Flugzeugvorentwurfs sind üblicherweise keine ausreichenden Informationen für eine detaillierte Modellierung von Rumpfstruktur und Kabinenbauteilen vorhanden, welche eine aussagekräftige Vorhersage der Schwingungen und damit des Kabinenlärms erlaubt. Zur gezielten Anreicherung von Vorentwurfsdaten mit Wissen zur numerischen Detailanalyse wird das wissensbasierte Werkzeug FUGA (Fuselage Geometry Assembler) entwickelt. Der vorliegende Beitrag beschreibt die wissensbasierte Geometrie- und Modellgenerierung in FUGA für die Kabinenlärmprognose. Modellierungsgrundlage bilden dazu Luftfahrzeugdatensätze im Vorentwurfsdatenformat CPACS (www.cpacs.de). Diese beschreiben zunächst die äußere Hülle des Vehikels und werden um detaillierte Strukturinformationen erweitert, welche die Randbedingungen im Kabinenentwurf definieren. Für die Kabinenbauteile werden mittels quelloffenem Geometriekernels OCCT (Open Cascade Technology) Geometrien in dem Detaillierungsgrad bereitgestellt, wie sie für anschließende Analysen benötigt werden. Die Geometriemodelle können anschließend in quelloffenen (bspw. gmsh) oder kommerziellen Vernetzern diskretisiert und für die numerische Analyse weiterverwendet werden.
14:40	Acoustic Flight-Lab - Eine einzigartige Integrationsplattform zur Optimierung vibro-akustischer Maßnahmen an Flugzeugen Martin Wandel, Christian Thomas, Mark Teschner [Abstract] Das ”Acoustic Flight-Lab” ist eine einzigartige Integrationsplattform für die Optimierung der vibro-akustischen Eigenschaften von Flugzeugkabinen. Sie besteht aus einem generischen Flugzeugrumpf und einem einzigartigen Lautsprechersystem, welches eine physikalisch korrekte Reproduktion der Anregung ermöglicht. Auf diese Weise können mit Hilfe des Acoustic Flight-Lab realitätsnahe ”Flugtest” - Messungen unter kontrollierten Laborbedingungen mit einer sehr großen Anzahl an Messpunkten durchgeführt werden. Parallel dazu wird ein finite Elemente basiertes Simulationsmodell der kompletten Messumgebung stetig weiterentwickelt. Durch den kombinierten Ansatz von Messung und Simulation wird ein umfassendes Verständnis der Schallübertragung in die Kabine erreicht. Auf diese Weise können akustischen Maßnahmen hinsichtlich des Gewichts, der Installation, der Architektur und Wirksamkeit insbesondere im Hinblick auf zukünftige neue Antriebskonzepte optimiert werden. In diesem Beitrag wird ein Überblick über die Arbeiten am Acoustic FlightLab vorgestellt und ein Schwerpunkt auf die Validierung des kompletten Transferpfads von der von der Anregung bis zum Kabinenpegel gelegt.
15:00	Measurement and simulation combined high fidelity approach for studying aircraft cabin noise Pankaj Joshi, Yannick Hoven, Patrick Cordes [Abstract] Ein verstärkter Focus auf den Einsatz von nachhaltigen Materialien und ein stetiges Bestreben nach verbesserter Performanz bei gleichbleibender oder niedrigerer Masse für Seitenwandaufbauten von Flugzeugkabinen erfordern eine frühzeitige Ermittlung von akustischen Parameter wie dem Schalldämmmaß. Da die tatsächliche Einbausituation der Komponenten einen Einfluss auf die akustischen Übertragungseigenschaften hat, ist es erstrebenswert, die Tests im Einbauzustand durchzuführen. Dies ist nur mit erheblichen Kosten und speziellen großformatigen Demonstratoren möglich. Um eine Senkung der Kosten solcher Test zu erzielen, wird vielfach auf numerische Simulationen zurückgegriffen. Der vorliegende Beitrag zeigt eine Prozesskette in der experimentelle Untersuchungen von der Materialprobe bis zum Einbauzustand mit numerischen Modellierungen begleitet werden. Hiermit wird das Ziel verfolgt in jedem Schritt der Entwicklung eine passende experimentelle und numerisch modellierte Untersuchung anbieten zu können.
15:20	Mögliche Potentiale mikroperforierter Absorber in einer neuartigen Flugzeugkabinenwand Christian Wischmann, Wolfgang Gleine, Daniele Usai [Abstract] Kosten- und Umweltbelange führen bereits seit längerem zu einer Entwicklung hin zu effizienteren Flugantriebssystemen. Zukünftig könnten propellerartige Flugantriebssysteme an Bedeutung gewinnen. Diese führen jedoch zu tieffrequenten tonalen Schalleinträgen in die Kabine, was sich bei gegenwärtigem Kabinendoppelwandaufbau, bestehend aus Rumpfstruktur, Glaswollisolierung und Seitenwandpanel, besonders negativ auf den akustischen Komfort des Passagiers in einer Flugzeugkabine auswirken kann. In einem neuartigem Kabinenwandkonzept, zur Lösung akustischer, thermischer und feuchtetechnischer Herausforderungen, wird ein breitflächiger Luftkanal in den Zwischenraum einer Kabinendoppelwand integriert. Zur Erhöhung niederfrequenter Schalldämmeigenschaften der Kabinendoppelwand wird der Luftkanal mit akustischen Metamaterialien (engl. Plate-type Acoustic Metamaterials) und Helmholtz-Resonatoren ausgelegt. Aufbauend auf den hiermit erreichten Eigenschaften wird das Potenzial von mikroperforierten Absorbern, als zusätzliches, in die neuartige Kabinendoppelwand eingebrachtes Schallminderungselement für eine Erhöhung der Schalldämmeigenschaften im niederfrequenten Bereich diskutiert.

Innenlärm in Flugzeugen 3

Innenlärm in Flugzeugen 3

Organisation:

M. Wandel, Airbus Operations GmbH W. Gleine, HAW Hamburg, Dep. Fahrzeugtechnik und Flugzeugbau

16:20	Hygrothermische Isolationseigenschaften einer neuartigen Flugzeugkabinenwand mit akustischen Schallreduktionselementen Daniele Usai, Wolfgang Gleine, Christian Wischmann [Abstract] Die Nachfrage nach einer neuen, nachhaltigen Flugzeuggeneration drängt die Luftfahrtindustrie zu Propellerantriebssystemen. Diese zeichnen sich durch ein tieffrequentes Geräusch aus, das durch die herkömmliche Isolierung aus Glaswollmatten nicht wirksam gedämpft werden kann. Ein weiteres Problem in der Flugzeugkabine ist die Ansammlung von Feuchtigkeit in den Hohlräumen zwischen der Verkleidung und dem Rumpf. Die Hauptfolgen sind eine kontinuierliche Feuchtigkeitsansammlung im Inneren der Glaswollmatten, die zu einer Verschlechterung der Isolationseigenschaften führt, sowie die Entstehung von Korrosion an der Struktur. Eine Lösung könnte darin bestehen, das herkömmliche Isolationssystem zu überdenken und auf eine modularere und funktionellere Kabinenwand auszurichten, bei der mehrere Elemente zum allgemeinen akustischen und thermischen Komfort in der Kabine beitragen. Ein hinter der Verkleidung installierter belüfteter großflächiger Kanal ist das Hauptmerkmal eines neuen Doppelwandkonzepts, das auf einem multidisziplinären Ansatz basiert, der darauf abzielt, sowohl die akustischen als auch die thermischen Herausforderungen zu lösen. Die kombinierte Integration verschiedener akustischer Elemente wie PAM (Plate-type Acoustic Metamaterials), HR (Helmholtz Resonators) und des Luftstroms selbst beeinflusst die Temperaturverteilung im Inneren der Wand. Daher liegt der Fokus dieser Arbeit auf der experimentellen und numerischen Bewertung des thermischen Profils der neuen Doppelwand sowie der Feuchteverteilung im Vergleich zu einer konventionellen Flugzeugkabinendoppelwand.
16:40	Anwendung von Helmholtz-Resonatoren mit integrierten Biegebalken in der Flugzeugkabine Hannah Hoppen, Felix Langfeldt, Wolfgang Gleine, Otto Von Estorff [Abstract] Um effizienteres Fliegen zu ermöglichen, tendiert die derzeitige Entwicklung der Flugzeugtriebwerke zu größer werdenden Nebenstromverhältnissen bzw. zu Antrieben mit Propellern. Einhergehend mit dieser Veränderung treten ausgeprägte tieffrequente Töne im Schallspektrum in der Kabine auf, die hohe Schallpegel im Vergleich zum Hintergrundrauschen aufweisen. Um den Komfort der Passagiere zu verbessern, können Resonatoren, wie z. B. Helmholtz-Resonatoren, in die Flugzeugseitenwand eingebaut werden. In einem Beitrag der Autoren zur DAGA 2019 wurde ein neuartiges Konzept für einen Helmholtz-Resonator mit erhöhter Bandbreite vorgestellt. Dazu wurde ein U-förmiger Schlitz als Hals des Helmholtz-Resonators gewählt, sodass ein Biegebalken in der Deckplatte des Resonators entsteht. Dieser Biegebalken sorgt für einen zweiten Resonanzmechanismus, der unabhängig von der Helmholtz-Resonanz abgestimmt werden kann, um die Bandbreite des Absorbers zu erhöhen. Im gegenwärtigen Beitrag wird durch numerische Simulationen und repräsentative Labormessungen gezeigt, wie das Schalldämmmaß einer Flugzeugseitenwand durch den Einbau von leichtgewichtigen Helmholtz-Resonatoren mit integrierten Biegebalken erhöht werden kann. Im Vergleich zu bisherigen Untersuchungen der Autoren liegt der Zielfrequenzbereich in dieser Arbeit im besonders herausfordernden Bereich der Doppelwandresonanzfrequenz, unterhalb 300 Hz.
17:20	Herausforderungen und Lösungsansätze für die Integration von aktiven Lärmminderungsmaßnahmen in propellergetriebenen Passagierflugzeugen Kay Kochan [Abstract] Turboprop-Flugzeuge sind bei der Einführung von flüssigen Wasserstoff als Energieträger eine nahliegende Lösung. Für die Kabinenakustik stellen solche Propellerflugzeuge jedoch eine große Herausforderung dar, da hohe tonale Lärmpegel im niedrigen Frequenzbereich in der Kabine erwartet werden. Einen Beitrag zum Erfolg ökoeffizienter Antriebstechnologien, leisten daher auch akzeptable Kabinenlärmpegel. Eine Lärmminderung mit konventionellen passiven Maßnahmen stößt jedoch schnell an ihre Grenzen, da diese nur mit erheblichen zusätzlichen Gewicht wirksam werden. Alternativ bieten aktive Lärmminderungsmaßnahmen die Möglichkeit die einzelnen hohen Töne im Lärmspektrum zu reduzieren. Die aktiven Lärmminderungsmaßnahmen haben dabei bereits im Labor sowie im Flugzeug (z.B. Saab 2000) bewiesen, dass diese bei tonalen Lärmproblemen sehr effizient wirken. Herausfordernd für den kommerziellen Einsatz aktiver Lärmminderungsmaßnahmen ist jedoch die hohe Systemkomplexität. Es ist zu erwarten, dass für zukünftige Flugzeugkabinensysteme das Konzept der Integrierten Modularen Avionik konsequent weiter entwickelt wird. Dieses Konzept erlaubt es, digitale Kabinen-Service-Plattformen zu etablieren. Aktive Lärmminderung wird in diesem Fall zu einer Applikation unter vielen und würde sich zentrale Ressourcen mit weiteren Applikationen teilen. Dies kann zu einer erheblichen Kostenreduktion führen und einen breiten kommerziellen Einsatz aktiver Schallreduktion in Propellerflugzeugen ermöglichen. Diese Veröffentlichung geht auf die Herausforderungen und Lösungsansätze für eine mögliche Integration von aktiven Lärmminderungsmaßnahmen in zukünftige Propellerflugzeugen ein.
17:40	Räumliches Audiosystem für Headsets mit aktiver Schallreduktion für Hubschrauberpiloten Florian Ernst, Delf Sachau [Abstract] Hubschrauberpiloten sind während des Fluges beträchtlichen Arbeitsbelastungen ausgesetzt. Hohe Lärmpegel im Cockpit steigern den Stress zusätzlich und tragen zur Ermüdung der Besatzung bei. Diese Belastungen werden einerseits durch den Einsatz von Headsets als Gehörschutz und andererseits durch intelligente Unterstützungssysteme reduziert. Audio-Signale übermitteln Informationen an den Piloten. Gleichzeitig kann er die visuellen Anzeigen und das Umfeld des Hubschraubers beobachten. Aktuelle Forschung zielt auf die Verwendung von räumlichen Audiosignalen auch zur Übermittlung von Richtungs- und Positionsinformationen ab. Diese Verfahren sind jedoch störanfällig gegenüber Umgebungsgeräuschen. In diesem Paper wird ein räumliches Audiosystem für ein Headset mit aktiver Lärmreduktion (ANC) vorgestellt. Ein am Kopfhörer montiertes Head- Tracking-System erfasst dabei die Blickrichtung des Piloten. Akustische Informationen für den Piloten werden durch die Faltung mit entsprechenden kopfbezogenen Übertragungsfunktionen zu räumlichen Signalen verarbeitet und über den Kopfhörer ausgegeben. Das ANC-System reduziert störende Hintergrundgeräusche des Hubschraubers. Experimente bestätigen die Funktionalität des Systems und zeigen eine Verbesserung des Situationsbewusstseins der Besatzung.
18:00	Influence of congruent audio tones on pleasantness ratings for vertical whole-body vibration on an aircraft seat bench Stephan Töpken, Louis Krause, Steven Van De Par [Abstract] Noise and vibration are two physical factors that can reduce the perceived comfort of passengers in an aircraft during flight. To facilitate a pleasant vibro-acoustic configuration, the interaction of noise and vibration needs to be clarified. In this study, 20 participants rated the pleasantness of sinusoidal whole-body vibrations in the vertical direction while seated on a typical aircraft seat bench in the presence of acoustic stimuli, consisting of a synthetic broadband aircraft cabin noise either with an acoustic tone at the congruent frequency or without. The vibration signals covered four frequencies and two vibration levels and the ratings were made on a 9-point categorical scale with 5 labels. The overall level of the acoustic stimulus was always 74 dB(A) and the tone-to-noise ratio was 15 dB in the corresponding third octave band. The results showed that the embedding of a congruent audio tone caused the vibration to be rated as more unpleasant than without a tone for all tested frequencies. The effect was more pronounced for a vibration level of 102 dB(Vib), which was generally rated as rather pleasant, and smaller than one category unit for a vibration level of 114 dB(Vib), which was already perceived as rather unpleasant.

Lärmentstehung und -ausbreitung 1

Lärmentstehung und -ausbreitung 1

Sitzungsleitung:

F. Strigari, Bundesanstalt für Straßenwesen W. Bartolomaeus, Bundesanstalt für Straßenwesen

14:00	Verification of a Transient Model for the Simulation of Curve Squeal on the basis of On-Board Noise Monitoring Data from Stockholm Metro Astrid Pieringer, Peter Torstensson [Abstract] Curve squeal is an intense tonal noise emitted by railway vehicles negotiating tight curves. It is attributed to self-excited vibrations of the railway wheel during ’imperfect’ curving. Modelling curve squeal poses a challenge since the phenomenon is non-linear and transient. In this work, a previously developed model for the simulation of curve squeal during transient curving is verified based on on-board noise monitoring data from Stockholm metro. The time-domain squeal model combines pre-calculated impulse response functions for track and wheel dynamics with Kalker’s variational method for transient rolling contact. The model includes the coupling between vertical and tangential dynamics and considers varying contact positions on wheel and rail along the curve. The low-frequency curving behaviour is included by a pre-calculation with a software for simulation of three-dimensional dynamic vehicle-track interaction. In previous work, a statistical analysis was carried out based on data collected with an on-board noise monitoring system during approximately 1.5 years of regular operation by two vehicles on Stockholm metro. Results showed, amongst others, that curve squeal occurrence increases with decreasing curve radius, and after rail grinding. Simulations are carried out with the curve squeal model to replicate and analyze observations from the noise monitoring on Stockholm metro.
14:20	A phase gradient material for both high sound absorption and transmission loss: design and analysis Ze Zhang, Hervé Denayer, Claus Claeys, Elke Deckers [Abstract] In this paper, a phase gradient material of high sound absorption and transmission loss is proposed and validated. The material is composed by cells containing air and porous materials with different lengths, forming a unit cell. Firstly, an efficient analytical model was proposed to predict the reflection and transmission coefficient of such a system. This model makes use of admittance relations and a wave decomposition of the periodic scattered and transmitted field. Furthermore, this model is used to predict the ideal phase gradients on both sides of the material to obtain both a high transmission coefficient and a high reflection coefficient. Based on the insights gained, trade-offs are made to arrive at a realistic material with physical material parameters. Lastly, the design is verified and validated.
14:40	Korrelation und statistische Untersuchung des Rollgeräusches zweier Rollgeräuschanhänger Bernhard Baumgartner, Andreas Fuchs, Manfred Haider [Abstract] Zur Bestimmung des Rollgeräusches in Abhängigkeit verschiedener Straßendeckschichttypen kommen innerhalb Österreichs sowohl die für Abnahmeprüfungen relevante RVS-Methode, als auch die close-proximity (CPX) - Methode zur Anwendung. Die jeweils verwendeten Anhänger unterscheiden sich sowohl in Geometrie (Einrad- bzw. Zweiradanhänger) als auch hinsichtlich montierter Messreifen (PIARC Maloya mit 4 Längsrillen bzw. ASTM SRTT). Weiters erfordern beide Methoden voneinander abweichende Pegelkorrekturmaßnahmen. Im Zuge des Projektes ROSALIA (Rollgeräuschmessung auf Straßenoberflächen - Evaluierung und Aktualisierung) wurden über 1800km im hochrangigen Straßennetz Österreichs mit beiden Anhängern befahren. Im vorliegenden Paper soll ein statistischer Überblick sowie Korrelationen von Gesamt - und Terzbandpegeln der RVS- und CPX- Methode dargestellt werden. Tiefergehende Analysen ermöglichen Einblicke in Gruppierungen und Wechselwirkungen einzelner Frequenzbereiche, sowie deren Abhängigkeit variierender Fahrbahndecken und deren Alterung.
15:00	Anwendungsszenarien für autonome Vorbeifahrtmessungen Manuel Männel, Nikolas Kirchhoff, Maximilian Ertsey-Bayer [Abstract] Für Vorbeifahrtmessungen gibt es in der Praxis verschiedene Anwendungsfälle, zum Beispiel Statistische Vorbeifahrtmessungen (SPB) zur Bestimmung der akustischen Eigenschaften von Fahrbahnbelägen oder die Bewertung der Schallemissionen von Fahrzeugen auf Geräuschmessstrecken im Rahmen der Fahrzeughomologation. Alle diese Messungen werden von einer Person begleitet. Die Weiterentwicklung von Algorithmen zur automatischen Detektion von Vorbeifahrten auf akustischer Basis erlauben es nun Vorbeifahrtmessungen im öffentlichen Verkehr automatisiert durchzuführen. Daraus ergeben sich schließlich Möglichkeiten für eine deutliche Erweiterung des Einsatzbereichs von Vorbeifahrtmessungen. Sie werden mittlerweile eingesetzt, um Langzeitentwicklungen von Deckschichten zu bestimmen, aber auch als ”Lärmblitzer” oder zur Charakterisierung von Fahrzeugflotten. Zudem wird in der Forschung der Einsatz autonom arbeitender Messstationen zur Einfahrtkontrolle einzelner Fahrzeuge in urbane Gebiete evaluiert. Der Vortrag gibt einen Überblick über die laufenden Vorhaben und die Herausforderungen bei autonomen Vorbeifahrtmessungen für die jeweiligen Fragestellungen.
15:20	Akustische Wirksamkeit schmaler Waldstreifen neben Bundesfernstraßen – Teil 1 Fabio Strigari, Paul Lindner, Christian Schulze [Abstract] Bereits seit Ende der 1940er-Jahre ist die akustische Abschirmwirkung von Wäldern und Vegetation Gegenstand von Untersuchungen und Studien. Umfangreiche Messkampagnen wurden durchgeführt und Berechnungsmodelle entwickelt, um die schalldämmenden Eigenschaften verschiedener Vegetationsstrukturen erfassen und in Abhängigkeit forstlicher Parameter beschreiben zu können. Die Vielfalt der relevanten Einflussparameter sowie eine diverse Studienlage verhindern jedoch bisher eine Verallgemeinerung von Ergebnissen und die Übertragbarkeit auf konkrete Situationen. Das Ende 2022 abgeschlossene Forschungsvorhaben ”Akustische Wirksamkeit von Vegetation” - ausgeschrieben und begleitet durch die BASt, durchgeführt durch die Gesellschaft für Akustikforschung Dresden - hatte zum Ziel, das frequenzabhängige Schallminderungspotential schmaler Waldstreifen unterschiedlicher Bewuchsbreite (25 - 150 m) neben Bundesfernstraßen zu ermitteln und eine Methodik zu erarbeiten, die es erlaubt schmale Waldstreifen für Einzelfallbetrachtungen in Schallausbreitungsrechnungen auf Grundlage gemessener oder simulierter Daten zu berücksichtigen. Ausgehend vom Stand der Forschung werden im vorliegenden ersten Teilbeitrag die Auswahl der Messorte, die Konzeption der umfangreichen Messkampagne und die Mess-/Auswertemethodik präsentiert. Das Vorgehen ermöglichte die systematische Analyse eines breiten Parameterraums und einen aussagekräftigen Vergleich verschiedener Messorte bzw. Waldtypen trotz verschiedener Verkehrsstärken und -zusammensetzungen. Die Auswertung der Messkampagnen, die Quantifizierung der Zusatzdämpfung durch Waldstreifen gegenüber freier Schallausbreitung sowie der Transfer auf das Berechnungsverfahren nach RLS-19 werden darauf aufbauend in einem zweiten Teilbeitrag dargestellt.

Lärmentstehung und -ausbreitung 2

Lärmentstehung und -ausbreitung 2

Sitzungsleitung:

F. Strigari, Bundesanstalt für Straßenwesen W. Bartolomaeus, Bundesanstalt für Straßenwesen

16:20	Akustische Wirksamkeit schmaler Waldstreifen neben Bundesfernstraßen – Teil 2 Christian Schulze, Paul Lindner, Fabio Strigari [Abstract] Bereits seit Ende der 1940er-Jahre wurden umfangreiche Messkampagnen und Simulationen zur akustischen Abschirmwirkung von Wäldern und Vegetation in Abhängigkeit forstlicher Parameter durchgeführt. Ein allgemeiner Ansatz zur Vorhersage der Einfügungsdämpfung von Waldstreifen konnte, infolge der Komplexität der Einflussgrößen, bisher nicht entwickelt werden. Das Ende 2022 abgeschlossene Forschungsvorhaben ”Akustische Wirksamkeit von Vegetation” - ausgeschrieben und begleitet durch die BASt, durchgeführt durch die Gesellschaft für Akustikforschung Dresden mbH - hatte zum Ziel, das frequenzabhängige Schallminderungspotential schmaler Waldstreifen unterschiedlicher Bewuchsbreite (25 - 150 m) neben Bundesfernstraßen zu ermitteln und eine Methodik zu erarbeiten, die es erlaubt schmale Waldstreifen für Einzelfallbetrachtungen in Schallausbreitungsrechnungen auf Grundlage gemessener oder simulierter Daten zu berücksichtigen. In einem ersten Teilbeitrag wurde ausgehend vom Stand der Forschung die Auswahl der Messorte, die Konzeption der umfangreichen Messkampagne und die Mess- und Auswertemethodik präsentiert. Im vorliegenden zweiten Teilbeitrag werden exemplarische Messergebnisse eines ausgewählten Waldstreifens gezeigt und der präsentierten Auswertemethodik unterzogen. Anschließend wird die Zusatzdämpfung des Waldstreifens gegenüber freier Schallausbreitung quantifiziert und ein Überblick zu den Ergebnissen der verschiedenen Messorte gegeben. Abschließend erfolgt der Transfer dieser Zusatzdämpfung auf das Berechnungsverfahren nach RLS-19. In diesem Zug wird ein erster potenzieller Zusammenhang zwischen forstwirtschaftlichen Parameter und akustischer Wirksamkeit von Waldstreifen diskutiert.
16:40	Diffuse akustische Reflexion Wolfram Bartolomaeus [Abstract] Bereits 1914 beschäftigte sich Felix Jentsch in seiner Habilitationsschrift mit dem Titel ”Studie über Emission und diffuse Reflexion” mit der irregulären Reflexion von Licht an rauen bzw. opaken Oberflächen. Dort findet sich auch das Lambertësche Emissionsgesetz, das besagt, dass die Strahlstärke des an einer diffusen Oberfläche reflektierten Lichtes proportional zum Kosinus des Abstrahlwinkels ist. Auch wenn das Kosinus-Gesetz für reales Material nur näherungsweise gilt, so eignet es ich durch seine einfache Form doch gut für eine mathematische Beschreibung der diffusen Reflexion. Eine Übertragung der in der geometrischen Optik gefundenen Prinzipien auf die Akustik der Reflexion an mehr oder weniger ebenen Flächen erscheint vielversprechend. Durch Verwendung der BTM-Theorie, so benannt nach den Autoren Maurice Anthony Biot, Ivan Tolstoy und Herman Medwin, kann die Schallreflexion an Oberflächen mit Hilfe des Raumimpuls-Verfahrens untersucht werden. Durch den Vergleich der Impulsantworten scheint es so möglich zu sein, die ”Diffusität” von mit Schall bestrahlten Oberfläche zu bestimmen. In der Theorie sollten Oberflächen mit Rauheiten die größer als die Wellenlänge sind neben der direkten Reflexion auch eine Komponente mit diffuser Reflexion anzutreffen sein, die die Impulsantwort der Reflexion ”verschmiert”. Durch Fouriertransformation der Impulsantworten ist es wohl möglich, die Frequenzanhängigkeit der ”Diffusität” von Oberflächen zu bestimmen.
17:00	Vorschlag eines allgemeinen Planungsparameters für das akustisch wirksame Bauen im urbanen Kontext Jochen Krimm, Holger Techen, Holger Marschner, Yvonne Büdding, Ralf Fiedler [Abstract] Im Rahmen des Projektes ”Entwicklung eines allgemeinen Planungsparameters für das akustisch wirksame Bauen im urbanen Kontext” gefördert durch die Forschungsinitiative ”Zukunft Bau” wurde ein akustischer Planungsparameter entwickelt, der auf der Grundlage von umfangreichen Messungen und einer Bewertung urbaner Räume eine Stadt akustisch planbar machen soll. Anhand von Fallstudien aus dem Stadtraum von Frankfurt am Main wird diskutiert in welchen Bereichen eine erfolgreiche Anwendung des urbanen akustischen Planungsparameters möglich ist und in welchen räumlichen Anordnungen das nicht der Fall ist. In diesem Zusammenhang wird auch diskutiert welchen Beitrag, der hier vorgeschlagenen urbane akustische Planungsparameter zur einer gesünderen Vorgehensweise im Hinblick auf die notwendigen Nachverdichtungsprozesse von Städten leisten kann.
17:20	Auswertemethoden von Feldmessungen - Aussagekraft der verschiedenen betrachteten Parametermöglichkeiten Yvonne Büdding, Holger Marschner, Holger Techen, Jochen Krimm, Ralf Fiedler [Abstract] Im Rahmen des Projektes ”Entwicklung eines allgemeinen Planungsparameters für das akustisch wirksame Bauen im urbanen Kontext” gefördert durch die Forschungsinitiative ”Zukunft Bau” wurde die Arbeitshypothese aufgestellt, dass über die erfassbaren Unterschiede von zwei Messpositionen durch die vorhandenen Schallquellen der städtische Raum charakterisiert werden kann. Dazu wurden umfangreiche Feldmessungen in den Jahren 2021 und 2022 im Stadtgebiet von Frankfurt am Main durchgeführt. Die angewandten Auswertungsmethoden und die Aussagekraft möglicher akustischer Kennwerte von urbanen Räumen, die darauf basieren, sollen dargestellt und zur Diskussion gestellt werden.
17:40	Bestimmung der Kenngrößen der AM bei Windenergieanlagen; Vergleich der Ergebnisse unterschiedlicher, praxisnaher Verfahren Sergio Martinez, Kai Pies [Abstract] Zur Bestimmung der Kenngrößen der AM (Amplitudenmodulation) von Windenergieanlagen (WEA) sind in der Literatur und in der schalltechnischen Praxis des Immissionsschutzes diverse Verfahren bekannt. In der UBA-Studie 2022 zu Geräuschen von WEA wird ein neues Verfahren vorgestellt, bei dem die Ermittlung der Kenngrößen im Bereich der Nachbarschaft von WEA (also an Land) vorgesehen ist. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird das neue Verfahren der Studie 2022 mit zwei weiteren bekannten Methoden verglichen: das ”Wavelet-Verfahren” nach Martinez, Fennel, Pies und das ”F-S Verfahren” nach Fukushima, Tachibana. Diese Verfahren basieren ebenfalls auf einer Analyse der (z.T. hochpassgefilterten) Pegelzeitverläufe. Sie unterscheiden sich in der Verarbeitung der Ausgangsdaten vom IOA Verfahren, in dem idealisierte Rekonstruktionen zur Auswertung herangezogen werden. Es ergeben sich Differenzen bei der ermittelten Breite der AM. Dies wird im Beitrag diskutiert. Bei der Auswahl und Festlegung auf ein Verfahren sollten die Aspekte berücksichtigt werden, da die AM-Breite in der Bewertung der Geräuschwirkungen von WEA ein wesentlicher Parameter der Belästigung darstellt.

Meeresakustik und Wasserschall 2

Meeresakustik und Wasserschall 2

Organisation:

J. Abshagen, Wehrtechnische Dienststelle 71 I. Nissen, Wehrtechnische Dienststelle 71 G. Schmidt, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel A. Homm, Wehrtechnische Dienststelle 71

8:40	Skalierungsgesetze für Offshore-Rammschall mit und ohne Schallschutz Jonas Von Pein, Tristan Lippert, Stephan Lippert, Otto Von Estorff [Abstract] Stand der Technik für die Gründung von Offshore-Windenergieanlagen sind gerammte Pfähle. Dies können Monopiles mit relativ großen Durchmessern oder Verankerungspfähle der Gründungstruktur mit relativ kleinen Durchmessern sein. Beide Arten von Pfählen werden zumeist mit Hilfe des Rammschlagverfahrens bis zu ihrer Endtiefe in den Meeresboden gerammt. Der Rammvorgang führt zu hohen Schalldruckpegeln im Wasser. Diese erreichen Größenordnungen, die für die Meeresfauna potenziell gefährlich sind. Um die Meeresumwelt zu schützen, müssen in vielen Ländern Grenzwerte für die emittierten Schalldruckpegel eingehalten werden. Zur Einhaltung dieser Grenzwerte sind in der Regel Schallschutzmaßnahmen notwendig. Zur Überprüfung und Optimierung des Schallschutzkonzeptes vor dem Bau des Windparks sind oftmals numerische Modellierungen notwendig. Diese Modelle haben trotz ihrer hohen Genauigkeit den Nachteil, dass sie nur wenigen Experten zugänglich sind und viele Eingangsparameter benötigen, die in einem frühen Planungsstadium oftmals noch nicht vorhanden sind. Eine Alternative zu diesen Modellen stellen vereinfachte Skalierungsgesetze zur Abschätzung der zu erwartenden Schalldruckpegel dar. In diesem Beitrag werden Skalierungsgesetze für die Parameter Schlagenergie, Pfahldurchmesser, Rammgewicht und Wassertiefe erläutert und beispielhaft angewendet. Insbesondere wird auf die Unterschiede zwischen den Skalierungsgesetzen für Szenarien mit und ohne Schallschutz eingegangen und es werden Anwendungsfälle mit Messdaten verglichen.
9:00	Skalierung von Offshore-Rammschall: Abschätzung des Terzbandspektrums Jonas Meinck, Jonas Von Pein, Stephan Lippert, Otto Von Estorff [Abstract] Bei dem Versuch, die globale Energieversorgung nachhaltiger zu gestalten, spielen Offshore-Windparks eine bedeutende Rolle. Für die Installation von Offshore-Windenergieanlagen werden große Pfähle in den Meeresboden gerammt, wobei sehr hohe Schalldruckpegel ins Wasser eingeleitet werden. Diese können für die marine Fauna gefährlich hohe Werte annehmen. Darum sind zum Schutz der Meeresumwelt in vielen Ländern Grenzwerte für die Schalldruckpegel einzuhalten. Für eine genaue Vorhersage der auftretenden Schalldruckpegel sind in der Regel aufwändige numerische Modelle notwendig. Einfach anzuwendende Skalierungsgesetze sind bisher nur für den breitbandigen Einzelereignis-Schalldruckpegel publiziert. Um auch ohne detaillierte Berechnungsmodelle eine vereinfachte frequenzabhängige Abschätzung zu ermöglichen, werden in diesem Beitrag Skalierungsmodelle gezeigt, mit denen das Terzbandspektrum des Einzelereignis-Schalldruckpegels skaliert werden kann. Dabei werden die Parameter Schlagenergie, Rammgewicht, Pfahldurchmesser und Wassertiefe berücksichtigt. Die Skalierungsgesetze werden mit Hilfe von Ergebnissen mehrerer FEM-Simulationen hergeleitet und mit Messdaten validiert.
9:20	Einfluss der Pfahlgeometrie auf den Unterwasserschall bei Offshore-Pfahlrammungen Elin Klages, Mika Ove Höhrmann, Stephan Lippert, Otto Von Estorff [Abstract] Ende 2021 lag die Kapazität der weltweit installierten Offshore-Windenergieanlagen bei 51 MW. Zusätzlich in der Planung bzw. im Bau befinden sich Offshore-Windparks mit mehr als der sechsfachen der bisherigen Kapazität von 318 MW. Dabei stellen Monopiles, deren Errichtung zu sehr hohen und für viele Meereslebewesen gefährlichen Unterwasserschalldrücken führen kann, mit mindestens 64% der sich in Betrieb befindenden Offshore- Windenergieanlagen das am häufigsten verwendete Fundament für Offshore-Windenergieanlagen dar. Durch die zunehmenden Dimensionen der Rotorblätter nehmen auch die Dimensionen der verwendeten Monopiles zu. Ungünstigerweise sind Pfahldurchmesser und die aus der Pfahlrammung resultierenden Schallpegel positiv korreliert. Die Pfahllänge nimmt ebenfalls Einfluss, u.a. ändert sich das Frequenzspektrum des Unterwasserschalls durch die Anregung von axialen Eigenfrequenzen. Hierbei ist das Verständnis der Schwingungen im Pfahl in Abhängigkeit von seiner Geometrie sowie die qualitative Einschätzung der Auswirkungen auf den Unterwasserschall von Interesse, um die Abhängigkeit der Schallpegel vom Pfahldesign besser einschätzen zu können. Der Beitrag diskutiert diese Zusammenhänge aufbauend auf Untersuchungen mithilfe eines Modells für dünne Zylinderschalen, Berechnungen zur Schallabstrahlung von Zylindern und den Ergebnissen von Finite-Elemente-Analysen.
10:00	Untersuchungen zur Schallausbreitung in der westlichen Ostsee Jan Abshagen, Christian Haak [Abstract] Untersuchungen zur Schallausbreitung in der Ostsee, die aufgrund komplexer ozeanographischer Gegebenheiten einige Besonderheiten aufweist, wurden in den letzten zwei Jahrzehnten überwiegend im zentralen Bereich östlich der Darßer Schwelle durchgeführt. Die küstennahen Bereiche der westlichen Ostsee, wie die Kieler Bucht, zeichnen sich dem gegenüber durch eine sehr geringe Wassertiefe und vom zentralen Bereich der Ostsee abweichende ozeanographische Gegebenheiten insbesondere bei der Salinität aus, was die Schallausbreitung signifikant beeinflusst. Es werden Experimente zum Ausbreitungsverlust sowie zur räumlichen und zeitlichen Variabilität in den flachen Gewässern der Kieler Bucht vorgestellt. Für die Experimente mit dem Forschungsschiff ELISABETH MANN BORGESE (IOW) wurden neben mehreren verteilten Empfangsbojen auch ein vertikales Hydrophonarray verwendet, um das Schallfeld über die gesamte Wassersäule untersuchen zu können. Als Sender sind sowohl ein geschlepptes als auch (quasi-) stationäres System zum Einsatz gekommen.
10:20	Retrieval of Modal Dispersion Curves and Estimation of Bottom Parameters Using Correlation Function of Shipping Noise Boris Katsnelson, Marina Yarina, Andrey Lunkov, Oleg A. Godin [Abstract] A methodology is proposed to retrieve the modal dispersion dependencies in a shallow water waveguide based on a correlation function of the shipping noise recorded by two synchronized vertical line arrays. Using the proposed approach, an experimental study of the modal structure of a low-frequency sound field in a Lake Kinneret, Israel, with a gas-saturated bottom was carried out in a wide frequency band from 20 to 250 Hz. It is known, that upper layer of sediment of the lake contains methane bubbles (∼ 1% by volume) and, consequently, has low sound speed ∼100 m/s. The receiving system was two 27-m vertical arrays located at a distance ∼40 m from each other in 40.4 m-deep water. The noise source, a research vessel, was moving along a straight line containing the arrays up to 1 km range from them. The frequency dependences of the phase speed for the first 12 modes are found, and these dependences turned out to be close to those for a waveguide with a perfectly soft bottom. Phase of the reflection coefficient is constructed as well, that can allow us to estimate bottom parameters. [This work was supported, in part, by ISF, grant 946/20.]
10:40	Vergleich zweier Methoden zur Berücksichtigung einer Winkelcharakteristik in Parabolic Equation Modellen Alexandra Schäfke [Abstract] Um ein Schallausbreitungsmodell für eine Sonarleistungsanalyse verwenden zu können, ist die Berücksichtigung der Winkelcharakteristik eines Sonars eine essenzielle Voraussetzung. Dies ist in Schallstrahlen- und Normalmodenmodellen ohne größeren Aufwand möglich. In Parabolic Equation Modellen ist es jedoch eine Herausforderung, da der Ausbreitungswinkel keine direkt zugängliche Größe ist. Dazu werden hier zwei unterschiedliche Methoden betrachtet. Die erste Methode verwendet eine von MacGillivray und Chapman vorgeschlagene Erweiterung des Parabolic Self-Starters von Michael Collins von einer Punktquelle auf eine Arrayquelle. Propagation des resultierenden tiefenabhängigen Druckfeldes über die Entfernung beinhaltet dann die Effekte der Winkelcharakteristik des betrachteten Arrays. Die zweite Methode invertiert die Rechenrichtung, so dass die Winkelcharakteristik auf das Simulationsergebnis für den komplexen Schalldruck angewendet werden kann. Dazu wird eine um die Sonartiefe gefensterte Fouriertransformation in den vertikalen Wellenzahlraum angewendet. Diese erlaubt eine Zerlegung des Druckfeldes in Ausbreitungswinkel, was eine Multiplikation mit der Winkelcharakteristik ermöglicht. Diese Methode kann auch für andere Schallausbreitungsmodelle verwendet werden. Beide Methoden wurden für das Parabolic Equation Modell PESSim (Parabolic Equation Sound Simulation) der WTD 71 realisiert. Am Beispiel eines homogenen Halbraumes mit einer analytischen Referenzlösung werden die beiden Methoden validiert und verglichen. Beide Methoden erfüllen ihre Aufgabe, wobei jede ihre Vor- und Nachteile hat.

Meeresakustik und Wasserschall 3 - Teil A

Meeresakustik und Wasserschall 3 - Teil A

Organisation:

J. Abshagen, Wehrtechnische Dienststelle 71 I. Nissen, Wehrtechnische Dienststelle 71 G. Schmidt, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel A. Homm, Wehrtechnische Dienststelle 71

14:00	Oberflächenmodifikation zur Reduzierung der wandnahen Turbulenz um Schleppantennen Florian Wachter, Stefan Becker [Abstract] Sonar-Schleppantennen sind horizontal geschleppte, hydroakustische Messsysteme, die zur Wasserschallvermessung und zur Detektion von Schallquellen in Gewässern eingesetzt werden. Vereinfacht betrachtet besteht die Schleppantenne aus einer schlauchartigen Hülle, in deren Inneren sich mehrere axial angeordnete Hydrophone befinden, die meist in einer viskosen Flüssigkeit eingebettet sind. Das geschleppte Messsystem hat üblicherweise ein Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis in Größenordnungen von O(10^2) bis zu O(10^6). Beim Einsatz der Schleppantenne bildet sich eine relativ dicke, axial-symmetrische turbulente Grenzschicht um die schlauchartige Hülle. Durch die turbulenten Fluktuationen innerhalb der Grenzschicht ist die Schleppantenne strömungsinduzierten Störgeräuschen ausgesetzt, die das Signal-Rausch-Verhältnis negativ beeinflussen und damit die Einsatzmöglichkeiten des hydroakustischen Messsystems limitieren. Oberflächenmodifikationen der Schlauchhülle können zu einer lokalen, wandnahen Reduktion der Turbulenz führen und damit die Ursache des strömungsinduzierten Störgeräusches vermindern. Gegenstand der Studie sind Modifikationen mit verschiedenen Größenskalen von longitudinal verlaufenden Oberflächenstrukturen. Der Einfluss der verschiedenen Modifikationen auf die wandnahe Turbulenz wird numerisch untersucht. Im Rahmen des Vortrags werden Herangehensweise und Ergebnisse vorgestellt.
14:20	Entwurf und Implementierung einer schnellen 3D-Direktivitätsmessung und automatischer Entzerrung von akustischen Schallwandlern Karoline Gussow, Bastian Kaulen, Tim Owe Wisch, Frederik Kühne, Christian Kanarski, Hanna Lewitz, Eckhard Quandt, Gerhard Schmidt [Abstract] Das Vermessen von akustischen Schallwandlern wie Projektoren und Hydrophonen ist notwendig, um die Leistungsfähigkeit von nachfolgenden Signalverarbeitungsstrukturen optimal nutzen zu können. Häufig wird in den Datenblättern von kommerziellen Schallwandlern nur die Direktivität bei ausgewählten Frequenzen über einen Schnitt in der Polar-Ebene und einen Schnitt durch die Azimut-Ebene angegeben. Dies ist häufig der langen Messdauer und Schwierigkeiten in der Visualisierung geschuldet. Allerdings kann das dreidimensionale Frequenzverhalten die Leistungsfähigkeit von SONAR- Systemen, gerade in Array-Anwendungen, verbessern. In dieser Publikation wird eine Methode vorgestellt, mit der viele Schallwandler schnell und präzise über viele Winkel charakterisiert werden können. Dazu wird ausgenutzt, dass die Änderungen des Frequenzganges von benachbarten Winkeln gering sind. Bei Verwendung von adaptiven Filtern kann dadurch die Messzeit signifikant verringert und so eine dreidimensionale Charakterisierung von Schallwandler-Arrays in einem hinnehmbaren zeitlichen Rahmen ermöglicht werden. Anschließend werden Entzerrungskoeffizienten berechnet, die in einer anschließenden zweiten Messung verifiziert werden können. Sowohl das Vermessen als auch die Entzerrung wurde in einem Echtzeit-Signalverarbeitungsprogramm umgesetzt und ermöglicht somit eine deutliche Reduzierung der gesamten dreidimensionalen Charakterisierung von Arrays.
14:40	Distributed Acoustic Sensing Messungen im Wasser Max Görler, Ivor Nissen [Abstract] DAS-Systeme (Distributed Acoustic Sensing) können mechanische Änderungen in Glasfaserkabeln geospatial aufgelöst detektieren. Typische Quellen von mechanischen Änderungen sind Temperatur- und Druckschwankungen, die an der Faser auftreten. Schnelle Druckschwankungen werden als Schall interpretiert. Damit ist es möglich, Glasfaserkabel zur Detektion von Schall- aber auch Temperatur- oder Druckschwankungen zu verwenden. Glasfaserkabel werden in großer Anzahl auch im Meer verlegt, sowohl primär als Kommunikationswege als auch sekundär parallel zu Energie- oder Medientransportleitungen. Mittels der DAS-Technologie können somit existierende Leitungswege als Umweltsensoren genutzt werden. In diesem Beitrag werden ausgewählte Messergebnisse aus 2018 von DAS-Systemen an Unterwasserglasfaserkabeln vorgestellt. Für neue Messungen wurde ein im Arsenal Kiel verlegtes Glasfaserkabel an ein DAS-Empfängersystem angeschlossen. Verschiedene Schiffseinheiten haben dann in unterschiedlichen Betriebszuständen das Kabel passiert. Auf ein wichtiges Nachfolgeprojekt wird hingewiesen.
15:00	Performance of the Direct-Sequence Spread Spectrum Underwater Acoustic Communication System with Differential Detection in Strong Multipath Propagation Conditions Iwona Kochanska, Jan H. Schmidt, Aleksander M. Schmidt [Abstract] Direct-Sequence Spread Spectrum (DSSS) is one of the modulation and coding techniques used in Underwater Acoustic Communication (UAC) systems for reliable data transmision even at low signal levels. However, in a shallow water channel, there is a strong multipath propagation which causes a phase fluctuation of the received signal, affecting the performance of the spread-spectrum system. This paper presents the results of simulation and experimental communication tests of a DSSS-based UAC system using different spreading sequences and occupying different bandwidths from 1 kHz to 5 kHz around a carrier frequency equal to 30 kHz. The detection at the receiver side was perfomed using a differential method for DSSS signal detection. It is based on the calculation of the correlation coefficient of adjacent segments of signal at the output of filter matched to the spreading sequence used in the transmitter. The reliability of this method has been compared to classical methods of DSSS signal detection, which consist in detecting the information directly from the signal at the output of the matched filter. Simulation and measurement tests of underwater acoustic communications have shown, that the use of differential detection method significantly improves reliability of the DSSS system in strong multipath propagation conditions.
15:20	Realtime Improvement of Audio Signals in Underwater Communication Michael Hochmuth, Tim Owe Wisch, Peter Eisert, Gerhard Schmidt [Abstract] In this work, we implement speech signal enhancements in the context of underwater telephony. The system mostly addresses issues of the ”dry end”, covering acoustic echoes, local stationary noise, and gain fluctuations. It consists of a linear acoustic echo canceller with a sophisticated timevariant and nonlinear control strategy, a postfilter for suppressing noise and residual echoes, and both automatic and noise-dependent gain control algorithms. The system relies on estimations of noise spectra, coupling factors, and delays as well as voice activity detections for different signals. The acoustic echo canceller includes a detector for room changes for quick adaptation and recovery from errors. It was tested successfully with both regular and underwater transmission channels, in conversational and simulated setups, and shown to significantly improve the speech quality in conversations.

Meeresakustik und Wasserschall 3 - Teil B

Meeresakustik und Wasserschall 3 - Teil B

Organisation:

J. Abshagen, Wehrtechnische Dienststelle 71 I. Nissen, Wehrtechnische Dienststelle 71 G. Schmidt, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel A. Homm, Wehrtechnische Dienststelle 71

16:20	Underwater Distance Estimation Using the JANUS Communication Standard Semir Cömertpay, Gerhard Bauch [Abstract] Distance estimation is an integral part of localization in Euclidean space and the first step of any such localization algorithm. In the underwater domain the distance is estimated by measuring the propagation delay of a pressure wave in the acoustic frequency range. In the process a known waveform is correlated with a received signal in order to determine the time instance of the wave incident at a receiver, thus the correlation properties of the known waveform are of upmost importance. This paper evaluates the suitability of the underwater communication standard called JANUS for the generation of waveforms for distance estimation while still adhering to the standard. Additionally the correlation properties of the resulting waveforms are compared to slight variations of the JANUS standard and less restricted FH-FSK waveforms commonly used in continuous wave radars.
16:40	Sichere Unterwasser-Navigation mittels JANUS Ivor Nissen [Abstract] Für eine sichere Navigation unter Wasser ist eine sichere akustische Unterwasserkommunikation notwendig. In diesem Beitrag wird auf Basis des Vorgängervortrags mit der Unterwasser”sprache” JANUS eine Möglichkeit vorgestellt, wie in einem Verbund von Subjekten (ALICE, BOB) eine lokale Topologieschätzung generiert und diese dann unter den Teilnehmern akustisch ausgewertet werden kann. Hydroschlüssel werden herangezogen, um EVE eine Nutzung aufgefangener Nachrichten und Sendezeitpunkte zur globalen Topologieübersicht zu erschweren. Es wird das akustische stationäre Experiment REPMUS22 und die zugehörige Topologieauswertung mit Bodenknoten und Gatewayboje vorgestellt.
17:00	Verbesserung der Klassifikationsperformance von Deep Learning Modellen durch Reduktion der Komplexität von Seitensichtsonarbildern Yannik Steiniger, Jannis Stoppe, Dieter Kraus, Tobias Meisen [Abstract] Mit einer zunehmend autonomen Untersuchung des Meeresbodens, z. B. durch autonome Unterwasserfahrzeuge, die mit bildgebenden Sonarsystemen ausgestattet sind, steigt auch die Anforderung an eine automatische Auswertung der gewonnenen Daten. Deep Learning Methoden haben sich in den letzten Jahren auch im Sonar Bereich für die Detektion und Klassifikation von Objekten als effizientes Werkzeug herausgestellt. Die dahinterstehenden Modelle müssen jedoch mit einer großen Menge an Daten trainiert werden. Die Aufnahme großer und variabler Sonarbilddatensätze ist jedoch mit einem erheblichen Aufwand verbunden. Somit ist es essenziell das Training von Deep Learning Modellen auch mit kleinen Datensätzen erfolgreich zu gestalten. In dieser Arbeit wird die Reduktion der Komplexität der Eingangsbilder sowie die explizierte Verwendung von manuell extrahierten Merkmalen der Bilder als geeignete Methode vorgestellt. Genauer gesagt, wird die Größeninformation verschiedener Objekte durch Skalierung der Sonarbilder entfernt. Zusätzlich wird diese Information einem Convolutional Neural Network (CNN) als separater Eingang zur Verfügung gestellt. Die so trainierten CNNs zeigen eine Verbesserung der Klassifikationsperformance um 13 Prozentpunkte gegenüber einem gewöhnlichen Training.
17:40	Deep Reinforcement Learning for Autonomous SONAR Port Monitoring Christian Kanarski, Bastian Kaulen, Frederik Kühne, Tim Owe Wisch, Karoline Gussow, Sören Christensen, Gerhard Schmidt [Abstract] The use of MIMO-SONAR systems to autonomously monitor a port environment requires a robust control of the system parametrization and its adaption to changing environmen-tal conditions in real-time. Deep reinforcement learning can be used to implement a con-trol-assisting artificial intelligence (AI) which adapts the system parametrization in rela-tion to the observed environment scans. Through the design of a reward function, the controlling agent can learn the fulfillment of given sub-goals, such as the evaluation of security risks and the management of limited computational and energy resources. During training, the agent explores the unknown environmental dynamics in a trial-and-error fashion and improves its policy by exploiting the gathered knowledge of agent-environment interactions. By retrospective analysis of the chosen system parametrization and the resulting scan observations, the agent learns to adapt its monitoring strategy to fulfill the main goal of reliably detecting unwanted intruders inside of the port. This work presents the design of the reward function, the training architecture, and the perfor-mance evaluation of the trained deep reinforcement learning agent for a digital port envi-ronment.
18:00	Entwurf einer Signalverarbeitung für räumlich verteilte MIMO-SONAR-Systeme Frederik Kühne, Tim Owe Wisch, Bastian Kaulen, Christian Kanarski, Karoline Gussow, Gerhard Schmidt [Abstract] Räumlich verteilte MIMO-SONAR-Systeme haben das Potential, Unterwasserbereiche mit einer erhöhten Auflösung zu überwachen. Nicht nur der hinzugewonnene Freiheitsgrad durch Triangulation über verteilte Sender- und Empfängerpaare führt zu einer präziseren Zieldetektion, auch verwinkelte Gebiete, wie zum Beispiel Hafenanlagen, lassen sich mit einer solchen Struktur vollumfänglicher überblicken. Neben einer komplexeren Signalübertragung zwischen den einzelnen Knotenpunkten werden vor allem angepasste Algorithmen benötigt, die eine Erzeugung eines einzelnen SONAR-Bildes aus dem verteilten System ermöglichen. In diesem Beitrag wird dazu zunächst die Signalverarbeitung beschrieben und exemplarisch ein bistatisches Setup vorgestellt. Dabei wird zwischen MISO-, SIMO- und MIMO-SONAR-Systemen unterschieden. In einem weiteren Schritt wird ein Konzept zur Fusion der Ergebnisse der einzelnen bistatischen Subsysteme zu einem ganzheitlichen multistatischen System vorgestellt.
18:20	Pulsformdesign für monostatische MIMO Sonarsysteme mit experimentellen Untersuchungen im Hafengebiet Sven Schröder, Jens Reermann, Sarah Barnes, Dieter Kraus, Anton Kummert [Abstract] Aktive Sonarsysteme bestehen üblicherweise aus einem Sender (oder Sender-Array) und einem Empfänger-Array und sind bekannt als Single-Input-Multiple-Output (SIMO) System. Ein Multiple-Input-Multiple-Output (MIMO) Sonar hingegen verwendet mehrere Sender, welche unterschiedliche Sendepulse in dasselbe Raumgebiet emittieren. In einer monostatischen Anordnung kann eine Vervielfachung der Laufzeitinformationen erzielt werden, wodurch sich eine hohe Winkelauflösung bei vergleichsweise geringem Hardwareaufwand realisieren lässt. Der Kern des MIMO Prinzips ist es, die Sendepulse in der empfangsseitigen Signalverarbeitung voneinander trennen zu können. Diese Trennung kann durch das Senden in verschiedenen Frequenz- oder Zeitfenstern erreicht werden, was jedoch zu einer eingeschränkten Bandbreite bzw. einer erhöhten Ping-Periode führt. In dieser Arbeit wird eine auf Kodierungsverfahren basierende Methode zur Pulstrennung im Zusammenhang mit Korrelationsfiltern eingesetzt, wodurch die zuvor genannten Einschränkungen nicht länger gelten. Dieses Paper zeigt dabei verschiedene Kodierungsverfahren und die damit erzeugten Sendepulse für ein monostatisches MIMO Sonarsystem auf. Zum Einsatz kommen bekannte und neuartige frequenzmodulierte Pulse sowie neue Ansätze, wie das orthogonale Frequenzmultiplexverfahren (OFDM). Zur Überprüfung der unterschiedlichen Ansätze wird eine Simulationsumgebung verwendet, welche den akustischen Kanal zwischen dem Sonarsystem und Punktzielen nachbildet. Zudem wurde ein MIMO Sonar Demonstrator für experimentelle Untersuchungen aufgebaut. Im letzten Teil dieses Papers werden die Erkenntnisse aus den im Hafengebiet durchgeführten Experimenten vorgestellt.
18:40	Entwurf und Konzeptionierung eines Mehrkanal-Wiener-Filters in einem aktiven SONAR-System Bastian Kaulen, Frederik Kühne, Tim Owe Wisch, Christian Kanarski, Karoline Gussow, Gerhard Schmidt [Abstract] Das Prinzip des Mehrkanal-Wiener-Filters wird in der Sprachsignalverbeitung häufig genutzt, um Sprache besser von Hintergrundrauschen und anderen Störungen zu trennen. Dazu werden mehrere Signale durch verschiedene Mikrophone aufgezeichnet, gefiltert und summiert. Durch Vorkenntnisse über die Mikrophonanordnung, die Impulsantworten des Raumes oder durch einen sog. Referenzsprachkanal können weitere Optimierungen die Qualität des gewünschten Sprachsignals merklich verbessern. Signalverarbeitung in SONAR-Systemen sind aufgrund ihrer geringen Fehlertoleranz und hohen Anforderung an Robustheit oft einfach gehalten und umfassen bei konventionellen SONAR-Systemen klassischerweise nur einen Empfangsbeamformer und ein nachgeschaltetes signalangepasstes Filter (oft auch Korrelator genannt). In dieser Veröffentlichung wird der Einsatz eines Mehrkanal-Wiener-Filters in einem aktiven SONAR-System beschrieben. Dazu werden Vorkenntnisse über Sendesignale, Position vorhandener Wände und Hintergrundrauschen genutzt, um ein besseres Empfangssignal zu erhalten. Zusätzlich wird ein Konzept vorgestellt, das die Integration eines signalangepassten Filters in das Mehrkanal-Wiener-Filter beschreibt. Anschließend werden die Ergebnisse durch Simulationen verglichen und die Vor- und Nachteile aufgeführt.

Musikalische Akustik 3

Musikalische Akustik 3

Sitzungsleitung:

C. Reuter, Universität Wien, Institut für Musikwissenschaft M. Kob, HfM Detmold, Erich-Thienhaus-Institut

14:00	Mixing preferences of hearing-impaired listeners Aravindan Joseph Benjamin, Kai Siedenburg [Abstract] Multi-track mixing is an essential practice in modern music production. Research on automatic-mixing paradigms however has mostly tested samples of trained, normal hearing (NH) participants. The goal of the present study was to explore mixing paradigms for hearing impaired (HI) listeners. In two experiments we investigated the mixing preference of normal hearing (NH) and hearing impaired listeners with respect to the parametes of Lead-to- Accompaniment (LAR) and the low-to-high frequency spectral energy balance. Furthermore, preferences of transformed equilization (”EQ Transform”) were assessed, achieved by linearly extrapolating between EQ available in the mix and a reference spectrum. Excerpts of popular music were used as stimuli. Results indicate that HI participants preferred a significantly elevated level in lead vocals in the mixes compared to NH participants. HI participants with bilateral hearing aids (HAs) preferred weighting lower frequencies more than the NH participants and the HI participants without HAs. Finally, the HI participants without HAs favored spectrally sparser mixes through elevated EQ transform settings compared to NH participants and HI participants without HAs. Overall, these results imply that multi-track mixing is an important factor for making music more accessible for hearing- impaired listeners.
14:20	Entwicklung eines adaptiven Tests zu musikalischen Szenenanalyse-Fähigkeiten für Normalhörende und Hörbeeinträchtigte Robin Hake, Michel Bürgel, Alinka Greasley, Daniel Müllensiefen, Kai Siedenburg [Abstract] Ein bedeutsamer Aspekt der Musikwahrnehmung ist die Fähigkeit, simultan auftretende akustische Signale in kohärente Ereignisse zu organisieren - ein Prozess, der auditorische Szenenanalyse (ASA) genannt wird. Obwohl in der musikpsychologischen Literatur seit langem die Rolle der ASA in der Musikwahrnehmung bekannt ist, wurde bisher kein standardisierter Test veröffentlicht, der die ASA-Fähigkeit in realistischen musikalischen Szenarien präzise quantifiziert. Wir stellen den neuen adaptiven musikalischen Szenenanalyse Test (MSA) vor, der kalibriert wurde, um Normalhörende und Hörbeeinträchtigte in Bezug auf ihre musikalischen ASA-Fähigkeiten zu messen. Der MSA besteht aus einer forced-choice Aufgabe, bei der Teilnehmende entscheiden müssen, ob ein zuvor präsentiertes Zielsignal als Teil einer 2-sekündigen musikalischen Szene zu hören ist. Im Zuge der Online-Kalibrierungsphase (564 Normalhörende, 166 Hörbeeinträchtigte) erwiesen sich die Wahl des Zielinstruments, die Anzahl der Instrumente in der Instrumentenmischung und das Pegelverhältnis des Zielinstruments im Vergleich zur Instrumentenmischung als geeignete Faktoren, um die Schwierigkeit der Testitems gezielt zu manipulieren und die MSA-Fähigkeiten der Hörenden zu messen, wohingegen eine räumliche Separierung der Instrumente nur kleine Effektstärken aufwies. Ein Validierungsexperiment (54 Normalhörende, 20 Hörbeeinträchtigte) unter Laborbedingungen für die finale adaptive Version des MSA lässt auf eine moderate Test-Retest-Reliabilität schließen. Darüber hinaus zeigt der MSA moderate Korrelationen mit verwandten psychoakustischen und musikalischen Tests.
14:40	Synthesizer, Virtuelle und Akustische Instrumente: Messreihen zu Stimmung und Mikrotonalität Timour Klouche [Abstract] Diese Arbeit fasst die bisherigen Ergebnisse aus dem mehrteiligen Projekt zum Themenbereich Validierung mikrotonaler musikalischer Systeme am Staatlichen Institut für Musikforschung Berlin zusammen. Besonderes Augenmerk ist hierbei dem Motto der Konferenzsitzung, dem Vergleich von softwarebasierten, virtuellen und realen Instrumenten, geschuldet. Überblicksartig kommen folgende Aspekte zur Sprache: Wie genau sind die Stimmungen im Vergleich, wie groß sind die von professionellen Klavierstimmern durchgeführten Änderungen, was ist über Genauigkeitsgrenzen von Tonhöhenmessung, Messalgorithmus und Auralisation zu berichten? Welche empirischen Merkmale, Auffälligkeiten und Störeinflüsse fallen auf und welche Konsequenzen ergeben sich hieraus für den Gebrauch in Bezug zu musikalischen Stimmungen und Mikrotonalität? Abschließend wird auf ausgewählte offene Fragestellungen, Randbedingungen, Methoden und Werkzeuge eingegangen.
15:00	On the Evaluation of Perceived Spatial Immersion in the Application of Automatic Upmixing for 3D Surround Sound Systems Alexander Poets, Stephan Preihs, Jürgen Peissig [Abstract] Although home cinema and entertainment systems capable of reproducing 3D multichannel surround formats are widely in use, the availability of most musical content is restricted to the two-channel stereo format. To bridge this gap, automatic (blind) upmixing algorithms can be employed. The present work investigates whether an automatic upmix from a stereo version is perceived similar to a manually created (dedicated) 3D surround mix in terms of spatial immersion which is supposed to be reflected by the spatial qualities of a virtual (acoustic) environment. Accordingly, we developed an upmixer that converts from stereo to 5.1.4 multichannel surround. Along with a commercial upmixer, the proposed design is evaluated and compared to dedicated surround mixes in the context of a listening experiment. Participating expert listeners were required to rate the perceived spatial quality of an upmixed test condition in relation to a manually mixed reference using SAQI descriptors. Our results give insights under which conditions an upmix can be perceived as being similar in spatial quality to a dedicated surround mix. We also show that, generally, the performance of an upmixer depends on the spatial cues embedded in the source material and the manual mix to which the upmix is compared to.
15:20	Die Messung immersiven Musik-Erlebens: Das Immersive Music Experience Inventory (IMEI) Kilian Sander, Yves Wycisk, Reinhard Kopiez, Friedrich Platz, Jürgen Peissig, Stephan Preihs, Roman Kiyan, Daphne Schössow [Abstract] Hintergrund: Mit der Erschließung von Surround- und 3D-Audioformaten durch die Musikindustrie ist die Annahme eines gegenüber bisherigen Formaten wie Mono oder Stereo gesteigerten Immersions- und Musik-Erlebens verbunden. Zur Prüfung solcher Wirkungspostulate lag bisher noch kein auf Immersions-Erleben beim Musikhören ausgerichtetes psychometrisch valides Messinstrument vor. Ziele: Um das Immersions-Erleben beim Musikhören in verschiedenen Audioformaten graduell zu erfassen, sollte deshalb das Immersive Music Experience Inventory (IMEI) als kurzes Selbstauskunftsinventar entwickelt werden. Methoden: Auf Basis einer Literaturrecherche zu Inventaren verwandter Bereiche (u.a. Gaming, Musik), ergänzt durch Aussagen von Komponisten und zusätzlichen eigenen Überlegungen wurden 25 Kandidatenitems generiert. In einer Onlinestudie bewerteten 222 Teilnehmende ihr Musik-Erleben von 12 Stimuli (4 Musikstückausschnitte jeweils in Mono, Stereo und 3D-Version für Kopfhörer) anhand der Kandidatenitems. Die anschließende psychometrische Evaluation mittels des Many-Facet Rasch Measurement (MFRM; Linacre, 1994, 2021) untersuchte mit einem IRT-Modell die Zusammensetzung des Antwortverhaltens aus möglichen Einflüssen von Personen-, Stück- und Audioformateigenschaften. Ergebnisse: Durch iterative MFRM-Analysen wurden Items mit guten Fitstatistiken identifiziert, von denen zehn als finales Set anhand inhaltlicher Aspekte und ihrer Schwierigkeitsparameter ausgewählt wurden. Das 10-Item-Set repräsentiert das IMEI, das Immersions-Erleben als eindimensionales Konstrukt mit guter Modelpassung (62,69% Varianzaufklärung, Itemfitstatistiken im Zielbereich) erfasst. Das Inventar ermöglicht zukünftig die Evaluation verschiedener immersiver Audio-Settings.

Neue digitale Möglichkeiten für die musikalische Akustik

Neue digitale Möglichkeiten für die musikalische Akustik

Organisation:

C. Reuter, Universität Wien, Institut für Musikwissenschaft R. Mores, HAW Hamburg

16:20	Dr. Dre Vs. Everybody: Akustische Fingerabdrücke von Produzenten und Rappern Nikita Kudakov, Christoph Reuter, Anja-Xiaoxing Cui, Isabella Czedik-Eysenberg, Alex Emmer [Abstract] In einer Studie zu den typischen Klangmerkmalen von erfolgreichen Rappern (Eminem/Jay-Z/LL Cool J/Nas) und ihren Produzenten (Dr. Der/Rick Rubin/Timbaland) konnte gezeigt werden, dass Musikwerke anhand ihrer Klangmerkmale besser einzelnen Produzenten als individuellen Rapmusikern zugeordnet werden können (Kudakov et al. 2022). Dieses Ergebnis ist naheliegend, da vor allem die vom Produzenten bereitgestellte Studioinfrastruktur als klangprägend einzuschätzen ist. Da Rapper und Produzenten bislang nur im Vergleich miteinander untersucht wurden (Case-to-case comparison), steht im vorliegenden Beitrag die Frage im Raum inwieweit sich anhand der erhobenen Daten (306 Werkausschnitte à 130 Klangmerkmalen) ein individueller ”akustischer Fingerabdruck” von einzelnen Rappern und Produzenten erstellen lässt. In einem ”Einer-gegen-alle”- Vergleich (Case-controls comparison) soll für jeden der vier Rapper untersucht werden, anhand welcher Audiofeatures sich seine eigenen Songausschnitte von den Songausschnitten anderer Rapper unterscheiden. Ebenso soll für jeden einzelnen Produzenten untersucht werden, mit welchen Klangmerkmalen sich die bei ihm produzierten Werke von denen anderer Produzenten unterscheiden. Der klangliche Einfluss eines Musikers oder Produzenten lässt sich über die Größe der jeweils ermittelten Effektstärke (Rapper vs. Rapperkontrollmenge, Produzent vs. Produzentenkontrollmenge) einschätzen. Das hier verwendete Verfahren eignet sich ebenfalls dafür, um den klanglichen Einfluss von Rappern/Produzenten auf Strophe vs. Refrain zu untersuchen oder um klangliche Veränderungen/Einflüsse über Jahrzehnte hinweg rechnerisch darzustellen.
17:00	Music Performance Science with Virtual Reality: Artistic, Acoustic and Psychological Aspects and Troubles Matthias Bertsch, Michael Peschka [Abstract] For years nerds are thrilled to ”play” games or music performance apps with Virtual Reality Headsets. Playing musical instruments within immersive environments is still under construction and usually performed under lab conditions. This presentation gives an overview of previous and recent setups of research experiments being realized. e.g., in London (Performance Simulator, Williamon 2014); Geneve/Paris (VCOOL, Glowinski 2015); Montreal (VRET, Bissonnette 2015); Munich (PIANX, Fanger, 2020) Kent (VRhythm, Ppali 2022) and other places. Additionally, new results of our current VR project at the Motion-Emotion-Lab in Vienna (Bertsch SFT 2022) will be presented, where photorealistic immersive visions are combined with augmented audio (APR, Frank 2020) and linked with psychophysiological measurements. Similar to other anxiety studies we can show that stress levels of performers can be stimulated, using VR and be measured with several sensors (EMG, SCL...) Although there are fantastic possibilities in a lab, exploring the concerted results and discussions of all approaches, there are still more problems than solutions for a broad and simple usage of this new technology. Naming the troubles in the development process and the interface of an application (far too much to name) may be a constructive way to gain cooperative momentum.
17:20	Happy life comes with P5 - P5, ML5, Meyda and Plotly as helpful Tools in Teaching and Research Christoph Reuter, Isabella Czedik-Eysenberg, Anja-Xiaoxing Cui [Abstract] P5 und vor allem P5.sound sind Javascript-Libraries, mit deren Hilfe man sehr schnell und einfach komplexe Programmieraufgaben im Audiobereich lösen kann. Besonders in Verbindung mit der Machine-Learning-Library ML5, der Signalanalyse-Library Meyda und der Datenvisualisierungs-Library Plotly lassen sich ausgereifte Experimentier- und Analyse- Umgebungen erstellen, ebenso wie interaktive Darstellungen für den Unterricht oder für Präsentationen. Die Einsatzmöglichkeiten reichen von einfachen Fourier-Darstellungen über den Einsatz von Klang- und Sprachsynthese, Filtern und Tonstudioeffekten zur Signalanalyse (inkl. Chroma-, MFCC- und Bark-Berechnungen), zu Pose-Tracking, Hand-Tracking, Face-Tracking, automatische Tonhöhen-Erkennung und Emotions-Einschätzung und mehr. Im Rahmen des Beitrags werden sowohl die einzelnen Javascript-Libraries als auch deren Potential anhand ausgewählter Beispiele vorgestellt. Neben automatischer Bewegungsanalyse von bereits aufgenommenen Videos (synchron zur Musikspur) via Pose-Tracking, Echtzeitvisualisierungen von Formantbewegungen oder Emotionsanalysen via WebCam oder Valence-Arousal- Modell (inkl. zeitgleicher Timbre Feature Analyse) werden auch die Einbindung externer Geräte wie ein Muse S2 EEG-Stirnband inklusive Steuerung und Datenverarbeitung/-visualisierung via P5, Plotly u.ä. Libraries behandelt. So lassen sich durch den Einsatz von P5 und Plotly auch Biodatenlogger wie ein 4-Kanal-EEG für nur wenige 100,- Euro audiosynchron ins eigene Messequipment integrieren.
18:00	Modeling-applications of the Impulse Pattern Formulation (IPF) on musical instruments and beyond Simon Linke, Rolf Bader, Robert Mores [Abstract] There are many nonlinear phenomena of musical instruments which ordinary analytical or numerical methods can hardly explain. Therefore, the Impulse Pattern Formulation (IPF) was developed. It can explain transitions between regular periodicity at a nominal pitch, bifurcation scenarios, and noise. The proposed recursive equation is based on the idea that impulses are produced at a generator entity within a musical instrument. Impulses then travel through the instrument, are reflected at various positions, are exponentially dampened, and finally trigger or at least interact with succeeding impulses of the generator while returning there. This talk shows how the IPF can be successfully applied to model the nonlinear and transient behavior of various musical instruments, like, e.g., flutes, a bowed string, or a clarinet. By modeling the coupling between a fretted zither and a supporting table, and its influence on the initial transients, it is shown how the IPF can be extended to research questions beyond musical instruments. Finally, the application of IPF is further extended, by successfully simulating how humans perceive music and react to it, e.g., by synchronizing their tempo to an external source, e.g., a metronome or another musician.
18:20	Zur Analyse von Klangfehlern bei Klavieren mit Methoden der digitalen Signalverarbeitung Johann-Markus Batke [Abstract] ”Da klingt etwas mit...” ist eine Fehlerbeschreibung, wie sie bei Musikinstrumenten gelegentlich geäußert wird. Im vorliegenden Fall handelt es sich um ein Rascheln, das bei einigen Tönen (dazu nicht immer exakt denselben) im Anschlaggeräusch eines Flügels mit klingt. Der musikalische Ton eines Klaviers setzt sich akustisch aus Klang und Geräusch zusammen. Der Klang wird durch Grundton und ein sich zeitlich veränderndes Obertonspektrum bestimmt, das Geräusch enthält im Wesentlichen den Anschlag des Hammerkopfes. Das Aufspüren und die Beseitigung von Nebengeräuschen gehört zu den herausfordernden Aufgaben eines Klavierbauers. Zur genaueren Analyse soll der Klavierklang mit Störung aufgenommen werden. Die akustisch beim Spielen des Instruments wahrnehmbare Störung ist aber nicht unmittelbar auf allen Varianten der Aufnahme wahrzunehmen. Um klar kommunizieren zu können, ob und in welcher Qualität das Störgeräusch vorhanden ist, können Methoden der Signalverarbeitung verwendet werden. Hierzu gehören verschiedene Methoden der Zeit-Frequenzanalyse zur Visualisierung des Störgeräusches sowie Möglichkeiten der Quellentrennung, um tonale und nicht-tonale Klangkomponenten zu separieren. Dieser Beitrag enthält die Darstellung des beschriebenen Fehlerbilds mit Methoden der digitalen Signalverarbeitung sowie deren Umsetzung mit Bibliotheken wie Essentia und Librosa.
18:40	Die Kirche im Dorf lassen. Präferenz für Glockenklänge in Abhängigkeit der Herkunft Marik Roos, Christoph Reuter, Michael Plitzner, Saleh Siddiq, Isabella Czedik-Eysenberg, Andreas Rupp [Abstract] Hintergrund Seit Jahrhunderten begleiten Glockenklänge den Alltag vieler Menschen, doch auch wenn sich an Material und Gusstechnik nicht viel verändert hat, so haben sich doch unterschiedliche Klangvorlieben in verschiedenen Regionen Europas herausgebildet. Einerseits durch Läutekulturen, andererseits durch über Jahrhunderte etablierte Hörgewohnheiten. In vergangenen Studien ließen sich als angenehm klassifizierte Glockenklänge durch klangliche Eigenschaften (z. B. ausgeprägte kleine Terz, weicher Anschlag etc.) mit akzeptabler Varianzaufklärung operationalisieren. Es bleibt zu vermuten, dass die Restvarianz durch lokale Präferenzen erklärt werden kann, welche bei einer angestrebten Objektivierung von Klangqualität zugunsten der Erhaltung regionaler Läutekulturen nicht außer Acht gelassen werden darf. Methode 40 Glockenklänge sollen von insgesamt 120 Versuchspersonen (je 30 aus Nord- bzw. Süddeutschland, Österreich und der Schweiz) bezüglich ihrer Angenehmheit und Klangqualität beurteilt werden. Anschließend werden die psychoakustischen Eigenschaften der Glockenklänge mittels Varianzanalyse zwischen den vier Gruppen verglichen und ein Regressionsmodell zur Vorhersage der klanglichen Präferenzen je nach Herkunftsregion erstellt. Es wird erwartet, dass die Herkunft mindestens 20% der Varianz in den Präferenzurteilen erklären kann und sich ferner Klangparameter herausbilden, die aus lokalen Läutekulturen entstehen, beispielsweise dass Schweizer:innen härtere Anschläge bevorzugen als Deutsche oder Östereicher:innen. Ergebnisse Die Ergebnisse werden auf der DAGA 2023 präsentiert.

Numerische Akustik 2 - BEM, FD und Penalisierung

Numerische Akustik 2 - BEM, FD und Penalisierung

Sitzungsleitung:

W. Kreuzer, Institut für Schallforschung, ÖAW S. Marburg, TU München, Lehrstuhl für Akustik mobiler Systeme

8:40	Adaptive Kollokations BEM Wolfgang Kreuzer [Abstract] In der Literatur gibt es eine Vielzahl von Ansätzen für adaptive Verfahren im Zusammenhang mit Rand (BEM) - und Finiten Elementen Methoden (FEM), speziell für Galerkinmethoden und den Laplace Operator. Für Kollokation und Helmholtzgleichung hingegen gibt es im Vergleich dazu relativ wenige Fehlerschätzer, mit deren Hilfe entschieden werden kann, welche BEM Elemente unterteilt werden sollen. Gerade im Zusammenhang mit konstanten, bzw. nicht kontinuierlichen Elementen wäre es zum Beispiel nahe liegend, aus dem Sprung der Lösung zwischen benachbarten Elementen ein Kriterium zu genieren, mit dessen Hilfe bestimmt werden kann, welche Elemente unterteilt werden soll. Aber wie sinnvoll sind solcher Schätzer in der Praxis? Basierend auf diesem Gedanken sollen adaptive Möglichkeiten im Zusammenhang mit Kollokation mit konstanten Elementen untersucht und einige numerische Experimente präsentiert werden.
9:00	Entwicklung einer Fast Multipole Boundary Element Methode für akustische Problemstellungen mit thermischen und viskosen Grenzschichtverlusten Simone Preuss, Joachim Marin, Steffen Marburg [Abstract] Numerische Modelle für Akustik basieren in der Regel auf der isentropen Helmholtz-Gleichung. Zur Herleitung dieser wird vereinfachend angenommen, dass die Ausbreitung von Schallwellen adiabat und reversible, demnach verlustfrei abläuft. In der Praxis wird die Schallwelle jedoch von thermischen und viskosen Verlusten beeinträchtigt. Diese thermoviskosen Effekte entstehen in Folge von Reibung und Wärmeübertragung und der damit einhergehenden Ausbildung akustischer Grenzschichten. Bei Vorrichtungen mit Hohlraumstrukturen ähnlich dimensioniert wie die Grenzschicht selbst gewinnen die lokalen Verlustmechanismen an Bedeutung und müssen folglich berücksichtigt werden. Kürzlich entwickelte Ansätze zur Modellierung des thermoviskosen Schallfelds basieren vornehmlich auf der Finiten und Boundary Element Methode (BEM). Letztere erfordert lediglich eine Diskretisierung der Domainränder, wodurch die Anzahl der Freiheitsgrade vermindert wird. Entscheidender Nachteil der BEM sind jedoch ihre vollbesetzten Systemmatrizen und somit hohen Anforderungen an Speicher- und Rechenbedarf. Im Rahmen dieses Beitrags wird eine neuartige thermoviskose BEM vorgestellt, die die Fast Multipole Methode (FMM) - ein Verfahren zur Approximation der Fernfeld-Interaktionen durch hierarchische Unterteilung des Rechengebiets - nutzt, um den Rechenaufwand zu senken. Es wird gezeigt, dass durch Anwendung der FMM die algorithmische Komplexität verringert sowie der Speicherbedarf und die Lösungszeit reduziert werden kann. Die Ergebnisse deuten auf eine gute Skalierbarkeit und somit Anwendbarkeit der Methode auf größere Problemstellungen hin.
9:20	Stabile isogeometrische Analysen getrimmter NURBS-Geometrien für akustische Probleme mit der Boundary-Elemente-Methode Kim Marcel Beiroth, Matthias Ram, Sören Keuchel, Otto Von Estorff [Abstract] Die Boundary-Elemente-Methode (BEM) ist ein etabliertes Verfahren zur numerischen Simulation akustischer Fragestellungen. Die Genauigkeit der Methode hängt dabei unter anderem von der Diskretisierung der Geometrie ab. Isogeometrische Analysen (IGA) verwenden CAD-Modelle direkt als Basis für die numerischen Berechnungen und gewährleisten somit eine exakte Darstellung der Geometrie. Dafür nutzen sie die den CAD-Modellen zugrundeliegenden Non-Uniform Rational B-Splines (NURBS) zur Geometriebeschreibung. Auf diese Weise reduziert sich neben dem Diskretisierungsfehler auch der mit der Vernetzung verbundene Aufwand erheblich. Eine Kombination der BEM mit der IGA ermöglicht die Lösung der Helmholtz-Gleichung mit einer sehr hohen Genauigkeit. CAD-Modelle enthalten zur effizienten Geometriedarstellung häufig getrimmte NURBS-Flächen. Dabei werden Flächen mithilfe von Trimmkurven in sichtbare und nicht sichtbare Bereiche aufgeteilt. Dies erleichtert die Erstellung komplexer Geometrien enorm und kann oftmals nur mit großem Zeitaufwand umgangen werden. Um effiziente Simulationen direkt auf Basis getrimmter Geometrien durchführen zu können, müssen degenerierte Ansatzfunktionen, die nur teilweise in das Rechengebiet hineinragen, stabilisiert werden. Außerdem stellt die numerische Integration über getrimmte Elemente eine Herausforderung dar. Im vorliegenden Beitrag wird eine Methode zur stabilen numerischen Berechnung getrimmter NURBS-Geometrien mit der IGABEM vorgestellt und anhand unterschiedlicher akustischer Anwendungsbeispiele verifiziert.
9:40	Singuläre und quasi-singuläre Integration über NURBS-Flächen für die isogeometrische BEM Matthias Ram, Kim Marcel Beiroth, Sören Keuchel, Otto Von Estorff [Abstract] Im Zuge der Integration von computergestütztem Entwurf und numerischer Analyse hat sich in der jüngeren Vergangenheit das Forschungsfeld der isogeometrischen Analyse (IGA) entwickelt. Hierbei erfolgt die numerische Berechnung direkt auf Basis einer CAD-Geometrie, indem die den Flächenmodellen zugrundeliegenden Non-Uniform Rational B-Splines (NURBS) sowohl zur Geometriebeschreibung als auch zur Approximation der Randwerte genutzt werden. Somit kann zum einen der Vernetzungsaufwand reduziert und zum anderen, durch die exakte Abbildung der Geometrie, die Genauigkeit der Berechnungen gesteigert werden. In der Boundary-Elemente-Methode (BEM) ist zudem die möglichst exakte Berechnung von Oberflächenintegralen ein wesentlicher Faktor zur Minimierung des numerischen Fehlers. Durch die singuläre Gestalt der Kernelfunktionen wird die numerische Integration jedoch erschwert. Gegenüber klassischen Diskretisierungen mit Lagrange-Elementen gewinnen diese singulären Integrale in einer IGA-BEM weiter an Bedeutung, da die Anzahl der singulären und quasi-singulären Integrale durch die höhere Dichte an Kollokationspunkten steigt und der Integrationsfehler durch den Wegfall des Geometriefehlers zunehmend in den Vordergrund tritt. Weitere Besonderheiten ergeben sich dadurch, dass sich der Parameterraum sowie die Ansatzfunktionen über mehrere Elemente hinweg erstrecken können, die Jacobi-Determinante aufgrund der komplexen Geometrien lokal stark variiert und nicht-polynomiale Ansatzfunktionen verwandt werden. Es werden verschiedene Integrationsstrategien dargestellt und hinsichtlich ihrer Effizienz verglichen.
10:20	Calculation of acoustic radiation modes on random convex 3D geometries using Boundary Element Method Yaxiong Ren, Giada Cardellino, Christian Adams, Tobias Melz [Abstract] The numerical estimation of the sound power in frequency domain is researched in the fields such as auralization, acoustic design, and active noise cancellation. Acoustic radiation modes (ARMs) and their radiation coefficients build a bridge from the structure-borne noise to the emitted sound power considering not only zero-order but also higher-order multipoles. ARMs of arbitrary convex structures can be calculated with Boundary Element Method (BEM) using high-performance computing. Machine Learning (ML) techniques show the potential to predict ARMs with reduced demand for computing resources. Therefore, an extensive database of ARMs relating to convex geometries is required to train, test, and validate the ML model. In this paper, the ARMs of random generated convex three-dimensional geometries are simulated with BEM to build a database for ML-aided identification of ARMs. The results of the simulation are theoretically validated for the case of a box.
10:40	Finite Differenzen-Verfahren im Zeitbereich zur Analyse von Biegewellen auf unendlichen Balken Katja Stampka, Ennes Sarradj [Abstract] Die Simulation von Biegewellen auf unendlichen gebetteten Balken kann beispielsweise zur Untersuchung der Schallausbreitung bei Schienen angewendet werden. Berechnungsverfahren im Zeitbereich sind entweder nur für endliche Balken gegeben, sind in Bezug auf die Bettung nicht sehr flexibel veränderbar oder erfordern einen hohen numerischen Rechenaufwand. Es wird ein implizites Finite Differenzen-Verfahren im Zeitbereich für einen unendlichen Balken für verschiedene Bettungen vorgestellt, welches diese Nachteile nicht aufweist. Die Methode erlaubt es, entlang des Balkens variierende Parameter wie beispielsweise veränderliche Steifigkeiten der Bettung zu berücksichtigen. Bei der Validierung des Verfahrens mit verschiedenen analytischen Lösungen für verschiedene Bettungen ergeben sich sehr gute Übereinstimmungen.
11:00	Physikalische Modellierung und Simulation von akustischen Dämpfern im Zeitbereich mittels Volumen-Penalisierung Yannick Schubert, Julius Reiss, Mathias Lemke [Abstract] Akustische Simulationen im Zeitbereich erlauben die einfache Darstellung von Effekten wie Beugung oder nicht konstanten Schallausbreitungsgeschwindigkeiten. In einem vorausgegangenen Beitrag wurde ein Volumen-Penalisierungsansatz vorgestellt, der solche Simulationen für komplexe Geometrien ermöglicht. Dabei wird das Objekt über ein reduziertes Volumen mit zusätzlichen Reibungsterm als poröses Material modelliert. In diesem Beitrag sollen erste Vorarbeiten zur Anwendung dieser Methodik auf akustisch dämpfende Elemente in Rohrleitungen und reagierende Berandungen vorgestellt werden. Im Detail werden ein Schalldämpfer und ein Liner modelliert und simuliert. Ziel ist es, durch geeignete Wahl der physikalisch motivierten Parameter realistische Approximationen des akustischen Verhaltens dieser Komponenten sowie Einsicht in die Physik und Funktionsweise der jeweiligen Konfigurationen zu erhalten, um weitere Optimierungsmöglichkeiten aufzuzeigen.

Numerische Akustik 3 - Strömung und weitere Themen A

Numerische Akustik 3 - Strömung und weitere Themen A

Sitzungsleitung:

S. Schoder, TU Graz, Institut für Grundlagen und Theorie der Elektrotechnik (IGTE)

14:00	Adjungierten-basierte Optimierung von akustischen Berandungen im Zeitbereich mittels Volumenpenalisierung Arne Hölter, Emanuele Porcinai, Mathias Lemke, Stefan Weinzierl [Abstract] Für akustische Simulationen werden in der Raumakustik meist strahlen- oder frequenzbasierte Methoden eingesetzt. Diese benötigen vergleichsweise geringe Rechenleistungen, sind jedoch in ihrer Genauigkeit begrenzt. Wellen- bzw. zeitbasierte Methoden wie die finite Differenzenmethode im Zeitbereich (FDTD) können zwar eine deutlich höhere Genauigkeit erreichen, allerdings stellt insbesondere die Beschreibung von akustischen Berandungen eine Herausforderung dar. Ein vielversprechender Ansatz hierfür ist die Verwendung von Methoden der Volumenpenalisierung, wie sie in der Strömungsmechanik Anwendung finden. Hierbei wird der Strömungswiderstand (Darcy Term) und die Veränderung des effektiven Volumens in die beschreibenden Gleichungen eingebracht. In diesem Beitrag wird die Optimierung des Darcy Term mittels adjungierten-basierter 2D-Simulationen an zwei Beispielen untersucht. Im ersten Beispiel wird eine gegebene Energy Decay Curve in einem Rechteckraum durch geeignete Berandung erzeugt. Im zweiten Beispiel wird ein Absorptionselement auf Basis diskreter Mikrofonmessungen identifiziert.
14:20	High-Order Discontinuous Galerkin Methods for the Acoustic Conservation Equations on Moving Meshes Johannes Heinz, Niklas Fehn, Manfred Kaltenbacher [Abstract] Due to their low dispersion and dissipation errors, discontinuous Galerkin methods are ideally suited to solve acoustic conservation equations. Extending the acoustic conservation equations with a convective term and a source term using quantities from an incompressible flow simulation yields the Acoustic Perturbation Equations (APE), which can be used in aero-acoustic computations. If meshes move, a convective term (with the mesh velocity as convection velocity) arises from the arbitrary Lagrangian–Eulerian (ALE) formulation. We are considering an academic test case with a right-hand side and perform computations on moving meshes. This way, the equations, we are solving, have the same structure as the APE, and the acoustic part of hybrid aero-acoustic simulations can be benchmarked against an analytical solution. We show optimal convergence rates in space and time using a purely explicit multistep method as a time integration scheme. From this starting point, computing aero-acoustic problems boils down to replacing the right-hand side with an aero-acoustic source term and considering the velocity of the background fluid in addition to the mesh velocity.
14:40	Simulation of MEMS devices using linearized compressible flow equations on moving domains Dominik Mayrhofer, Manfred Kaltenbacher [Abstract] A new method of sound generation - which we call Advanced Digital Sound Reconstruction (ADSR) - is based on overlapping redirected sound pulses to form an audio signal. The redirection of these sound pulses can be achieved with highly dynamic shutter gates, where multiple cells equipped with shutter gates are actuated consecutively contributing to the overall audio signal. The application of ADSR focuses on Micro-Electro-Mechanical-Systems (MEMS) speakers, hence, simulating such devices requires the consideration of viscous effects. Furthermore, the movement of the shutter gates is vital for the operating principle, therefore, we use the linearized compressible flow equations formulated in an arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) framework to incorporate all necessary effects. The movement of the domain itself is governed by an artificial quasi-static mechanical computation where a simple forward-coupling provides the new geometry for the linearized compressible flow equations. To keep the computational cost minimal, we couple to the acoustic wave equation as soon as viscous effects can be neglected. Finally, the introduced simulation framework is applied to a certain embodiment in order to simulate the operating principle of ADSR and to evaluate the influence of crosstalk between the individual cells generating sound pulses.
15:00	Numerical flow noise simulation of an axial fan with a Lattice-Boltzmann solver Evangelos Antoniou, Stefan Schoder, Felix Czwielong [Abstract] A fast and in-depth understanding of aeroacoustic performance in axial fan applications is vital for the respective manufacturers, as the acoustic requirements of the market are becoming more and more stringent. In this respect, numerical methods can provide valuable insights related to the aeroacoustic performance of axial fans. This study revisits how SIMULIA PowerFLOW®, a transient compressible solver based on the Lattice Boltzmann Method (LBM), can effectively evaluate the flow-induced noise in the European Acoustics Association (EAA) case of a low-pressure axial fan. Boundary and design operating conditions are applied to the geometric model reproducing the experimental setup with high fidelity. In a final step, the simulation and the experimental results are compared and show good agreement. This work demonstrates that simulations based on an LBM approach provide accurate and reliable results with computational effort that allows design iterations within an industrial context.
15:20	Untersuchung der Körperschallanregung auf die Wände einer Rohrleitung durch eine partikelbeladene Strömung im Inneren Josua Hambruch, Thorben Schröder, Joscha Piepiorka, Olgierd Zaleski, Sören Keuchel [Abstract] Partikelbeladene Strömungen in Rohren können die Struktur der Rohrwandung einerseits durch den dynamischen Verlauf des Strömungsdrucks zu Schwingungen anregen, andererseits kann die Kollision von Partikeln mit dem Rohr eine Quelle von Körperschall darstellen. Im vorliegenden Beitrag werden Ergebnisse von Simulationen einer partikelbeladenen Rohrströmung gezeigt. Im Fokus steht die Abschätzung der Anregung für den Körperschall in der Rohrwandung. Partikelkollisionen mit den Wänden sind von besonderem Interesse. Es wird darauf eingegangen, welchen Effekt verschiedene Randbedingungen haben. Wichtig können beispielsweise die Rohrgeometrie und die Strömungsgeschwindigkeit sein. Ein Augenmerk liegt auf Stromaufwärts gelegene Rohrgeometrien. Bei der Auswahl der Partikelparameter wie z.B. Größe, Material und Anzahl wird so vorgegangen, dass eine konservative Abschätzung der erwartbaren Anregung erreicht wird. Ziel der Simulationen ist insbesondere eine Abschätzung der stärksten anregenden Effekte und der maximal erwartbaren Quellen für den Körperschall in der Rohrwandung. Ein Vergleich mit Messungen wird durchgeführt.

Numerische Akustik 3 - Strömung und weitere Themen B

Numerische Akustik 3 - Strömung und weitere Themen B

Sitzungsleitung:

S. Schoder, TU Graz, Institut für Grundlagen und Theorie der Elektrotechnik (IGTE)

16:40	Automated Quality Inspection in Additive Manufacturing for Lightweight Construction: A New Approach Based on Virtual Sonic Data and Machine Learning (ML-S-LeAF) Ömer Faruk Yildiz, Alexander Fritz, Julian Storch, András Kátai, Sebastian Ribecky, Peter Hofmann, Anitha Bhat Talagini Ashoka, Rene Fassbender, Hannes Marckmann, Sascha Grollmisch, Stefan Jansen, Christian Adams, Irina Kroh, Olgierd Zaleski, Aswin Manohar, Sören Keuchel, Holger Merschroth, Thorben Schröder, Peter Gross, Yaxiong Ren, Cristiano De Boni, Italo Balestra, Raphael Ferretti, Johannes Schötz, Joachim Bös, Matthias Weigold [Abstract] Powder bed fusion with laser beam describes a popular additive manufacturing technique that allows for the creation of complex three-dimensional shapes for lightweight construction. However, the current melting and solidification processes may introduce defects that lead to printed components that do not meet the desired product quality requirements and standards. Automated process monitoring may aid in exhausting the full potential of powder bed fusion by reducing rejects, saving resources at the same time, and subsequently ensuring high product quality. We therefore propose to utilize machine learning algorithms with training data obtained directly from in situ measurements using acoustic emissions sensors as well as numerically from supplementary acoustics simulations. Here we outline the project and give the strategic roadmap for developing reliable methods that are capable of recognizing deviations from common system operations in the printing process due to defects and other artifacts. This work includes a preview of intermediate results from first machine learning experiments. Additionally, an early comparison of measurement and simulation data is given.
17:00	Vergleich von Ansätzen zur Identifikation von Defekten an Homogenen Platten Karl-Alexander Hoppe, Simon Schmid, Jochen Kollofrath, Steffen Marburg [Abstract] Die Identifikation von Materialparametern wie Defekten im Kontext homogener Plattenstrukturen ist in der Vergangenheit erfolgreich sowohl mit Ultraschallwellen als auch über modale Größen behandelt worden. Allerdings ist den Autoren bisher keine Untersuchung bekannt, bei der beide Ansätze verglichen werden. Diese bisher mangelnde Vergleichbarkeit erschwert es Anwendern, die für den jeweiligen Defekt geeignetste Methode zu identifizieren. Dieser Beitrag untersucht nun die Auswirkung unterschiedlicher Parametrisierungen eines kreisförmigen Defekts in einer quadratischen Aluminiumplatte auf die Systemantwort. Die Antwort im Zeitbereich auf die Anregung mit geführten Wellen dient als erster Datensatz. Das erste Verfahren verwendet die gesamte Wellenform für die Ermittlung der Kostenfunktion, während das zweite Verfahren das Maximum der A0 Mode betrachtet. Im dritten und vierten Verfahren werden die erste und zweite Eigenfrequenz der mit frei-frei Randbedingungen modellierten Platte betrachtet. Die numerischen Modelle werden experimentell über den Einsatz eines Laser-Doppler-Vibrometers kalibriert. Im Ergebnis stehen die qualitative und quantitative Bewertung der Zielfunktionen für sämtliche Kombinationen der Parametrisierung des Defekts. Hieraus lassen sich Anwendungsempfehlungen in Abhängigkeit der Defekteigenschaften aussprechen.
17:20	Numerical Investigation into Noise Reflection Problem due to Mesh Coarsening Arjun Yadav [Abstract] For the numerical simulation of acoustics, one of the major algorithms in use is SIMPLE (Semi Implicit Method for Pressure Linked Equations). The popularity of SIMPLE stems from the reasons that collocated arrangement of flow variables is possible. This results in a very versatile algorithm that could be applicable to general polyhedral meshes. The SIMPLE however when used for numerical simulation of aero-acoustics often suffers a problem where a spurious noise is generated due to coarsening of control volumes in the mesh used. In this work we would like to present the numerical experiments performed with multi-physics software Wildkatze. These numerical experiments shine some light on origins of this spurious noise and possibles solutions to this problem in Wildkatze software.

Psychoakustik (Late Poster)

Psychoakustik (Late Poster)

Organisation:

O. Von Estorff, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung S. Lippert, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung

15:40	Kikeriki - Audiomerkmale für die empfundene Lästigkeit und Unangenehmheit krähender Hähne Christoph Reuter, Isabella Czedik-Eysenberg, Anja-Xiaoxing Cui, Marik Roos, Sarah Ambros, Jörg Jewanski, Matthias Eder, Jörg Mühlhans, Felix Klooss, Dijana Popovic, Veronika Weber, Matthias Bertsch, Michael Oehler [Abstract] Mit einem Schallpegel von 142 dB(SPL) (am Hahnenohr gemessen, Claes et al. 2017) gehört der (nicht nur) zum Sonnenaufgang krähende Hahn (Shimmura/Yoshimura 2013) zu den lautesten Haustieren schlechthin, dessen Stimmgewalt auch schon bei den ”Bremer Stadtmusikanten” legendenbildend war (Grimm/Grimm 1819). Selbst in weiterer Entfernung gilt sein Krähen häufig als ruhestörend und ist Ursache von Rechtsstreitigkeiten (§12/§3(2) Landesimmissionsschutzgesetz). Welche Klangmerkmale sind es neben dem Schallpegel, die zur empfundenen Lästigkeit und Unangenehmheit von krähenden Hähnen beitragen? Zur Klärung dieser Frage wurde das Krähen von 50 Hähnen von 51 Versuchspersonen (26m/25w, Alter: 21-81, Mittelwert: 46) auf zwei Skalen zwischen 1 und 100 auf Unangenehmheit und Lästigkeit bewertet. Die beurteilten Klänge wurden mit Signalanalyse- Toolboxen auf 180 Klangmerkmale analysiert, die mit den Hörer*innenbewertungen auf Korrelationen untersucht wurden. Es zeigte sich, dass die Einschätzung der Lästigkeit ähnlich wie die der Unangenehmheit vor allem mit einer starken Rauigkeit und einem hohen spektralen Energieanteil bei 4000Hz einhergeht. Hieraus lässt sich ein Regressionsmodell erstellen, nach dem sich die Lästigkeit zu 61% aus Rauigkeit (beta=0,404) und aus den Amplituden um 4000Hz (beta=0,630) vorhersagen lässt (p<0,001). Bemerkenswert ist hierbei auch, dass ältere Personen (>=40 Jahre,n=26) Hähne als lästiger/unangenehmer empfinden als jüngere (n=25, Mann-Whitney-U-Test: Lästigkeit: U=229,0;p=0,036; Unangenehmheit: U=224,5;p=0,029).
15:48	Effects of Irrelevant Speech on Immediate Serial Recall: The Role of Phonological Complexity Abdullah Jelelati, Larissa Leist, Thomas Lachmann, Maria Klatte [Abstract] The ”irrelevant sound effect” (ISE) is defined as the impairment of serial recall performance for visually presented verbal items by task-irrelevant background sounds. The most prominent characteristic of the ISE is the ”changing-state effect” (CSE), which suggests that the ISE is more pronounced when the irrelevant sound is composed of changing auditory tokens when compared to single repetitive ones. The CSE has been attributed to the pre- attentive, obligatory processing of auditory streams, which, in case of changing-state streams, evoke serial order representations that interfere with the deliberate serial rehearsal of the list items. The disruptive potential of speech in the irrelevant sound paradigm has made it a subject matter of several investigations, yet only few have focused on which speech-like features are crucial to produce disruption. In this experiment, we explored the role of phonological complexity and CSE of the background speech in the ISE. Participants’ serial recall performance for visually presented digits was assessed under 5 sound conditions: 1.silent control, 2.consonant-vowel (CV) steady-state syllables, 3.CV changing-state syllables, 4.CCVCC steady-state syllables, and 5.CCVCC changing-state syllables. Results confirmed a significant impact of CSE, but statistically there was no difference in ISE magnitude between sequences of simple and complex speech tokens.
15:56	Position-dependent Emergence of the Auditory Looming Bias Tobias Greif, Karolina Ignatiadis, Regina Pfennigschmidt, Brigitta Tóth, Robert Baumgartner [Abstract] The auditory looming bias denotes an increased salience of approaching sounds, compared to receding ones. Previous work suggests that this bias constitutes an innate warning mechanism to potentially threatening stimuli that possibly developed due to evolutionary pressures. However, as of yet, it has not been investigated whether the position or direction a sound is approaching from- or receding to influences the auditory looming bias. Here, we manipulated the spectral properties of sounds to artificially generate looming or receding percepts from four different positions (front-up, front-down, back-up, back-down). Fourteen listeners discriminated between looming and receding sounds while electroencephalography (EEG) was recorded. Exploratory cluster-based permutation tests revealed that the auditory looming bias on a neural level was only elicited by stimuli that were presented from the back, and not from other positions. We discuss potential reasons for this finding in light of the hypothesized evolutionary origin.
16:04	Examining the role of the pupil-linked arousal system in perceptual decision-making using a dynamic sound localization task Fabian Dorok, David Meijer, Burcu Bayram, Roberto Barumerli, Tobias Greif, Michelle Spierings, Ulrich Pomper, Robert Baumgartner [Abstract] There is broad consensus that perceptual organisms combine sensory input with prior beliefs about the environment to make precise perceptual judgements about hidden states in the sensory world. In dynamic environments where relevant statistical properties can readily change, beliefs need to be updated constantly to remain reliable and relevant. Empirical evidence suggests that the pupil-linked locus coeruleus noradrenaline (LC-NA) arousal system is a key physiological mechanism behind this updating process. However, in the context of sound localization, it remains uncertain whether arousal-mediated belief updating can only be observed when predictions are explicitly requested and when stimuli contain visual spatial information too. We seek to close this gap by investigating the role of the pupil-linked arousal system in a dynamic sound localization task with auditory and audio-visual stimulation conditions. Preliminary results drawn from behavioural data and latent variables extracted from a Bayesian inference model provide first evidence that signatures of constant belief updating can indeed also be observed for implicit and automatic perceptual judgements. Furthermore, the process seems to create weaker beliefs based on purely auditory stimuli, but it does not strictly depend on visual spatial information.
16:12	Task-irrelevant Speech and Environmental Sounds Differentially Affect Serial Verbal and Spatial Short-term Memory in Children and Adults Larissa Leist, Thomas Lachmann, Maria Klatte [Abstract] Short-term memory for visually presented material is reliably impaired by task-irrelevant sounds that the participants are instructed to ignore. This so- called Irrelevant Sound Effect (ISE) has been attributed to attentional capture, and to specific interference between preattentive, automatic sound processing and deliberate processes involved in retention of the memory lists. The ISE is stronger with changing speech tokens (e.g., words, syllables) when compared to repetitions of single tokens (changing-state effect). Aiming to further explore the roles of attention control and specific interference in the ISE, we analyzed the effects of changing-state and steady-state syllables (Exp.1) and narrative, foreign speech and environmental sounds (Exp.2) on serial order reconstruction of visually presented verbal and spatial items in children (n=218) and adults (n=178). For the verbal task, the results show a greater disruption with syllable sequences in children when compared to adults (Exp.1) but age-equivalent impairments due to narrative speech and non-speech sounds (Exp.2). For the spatial task, performance was unaffected in adults. The children were affected due to narrative speech and non-speech sounds (Exp. 2) but not by steady-state or changing-state syllables (Exp.1). These findings indicate different mechanisms underlying the effects of background speech, changing-state syllables and environmental sounds.
16:20	Modellierung der zeitlichen Gewichtung der Lautheit und der zeitlichen Lautheitsintegration Martin Gottschalk, Jan Hots, Daniel Oberfeld-Twistel, Jesko Verhey [Abstract] Die Lautheit (wahrgenommene Intensität) eines Geräusches hängt von grundlegenden Signalparametern wie Pegel, Bandbreite und Dauer ab. So nimmt beispielsweise die Lautheit mit zunehmender Dauer zu, was als zeitliche Integration der Lautheit bezeichnet wird. Neuere Messungen zeigen außerdem sehr konsistent, dass die verschiedenen zeitlichen Anteile eines Signals sich unterschiedlich stark auf das Lautheitsurteil auswirken. Zum Beispiel ist der Signalanfang wichtiger für das Lautheitsurteil als der Rest des Signals (Primacy-Effekt). Es wurde gezeigt, dass dieser Primacy-Effekt frequenzspezifisch ist, dass also für spektral entfernte Signalanteile die Primacy-Effekte jeweils unabhängig voneinander auftreten. Etablierte dynamische Lautheitsmodelle sind bisher nicht in der Lage, den Primacy-Effekt zufriedenstellend vorherzusagen. Eine wesentliche Problematik ist, dass zur Vorhersage der zeitlichen Integration angenommen wird, dass die Zeitfunktion der Instantanlautheiten mit einem Tiefpass geglättet wird und dass das Maximum dieser geglätteten Funktion die Gesamtlautheit bestimmt. Im vorliegenden Beitrag wird eine Erweiterung eines etablierten Lautheitsmodells beschrieben, das eine frequenzgruppenspezifische zeitliche Gewichtungsfunktion enthält, die es ermöglicht, den frequenzspezifischen Primacy-Effekt vorherzusagen. Hierzu ist es notwendig, statt des Maximums oder eines Perzentils den Mittelwert als Schätzung der Gesamtlautheit zu nehmen. Es wird gezeigt, dass es durch entsprechende Modifikationen des etablierten Lautheitsmodells weiterhin möglich ist, den Effekt von anderen Signalparametern wie der Dauer auf die Lautheit vorherzusagen.
16:28	Can Semantic Context Information Mask Rollover in Hearing-Impaired Listeners? Lukas Jürgensen, Kenneth Meilstrup Jacobsen, Michal Fereczkowski, Tobias Neher [Abstract] The main purpose of hearing aids is to improve speech audibility by providing level-dependent gain. At low levels, more audibility usually leads to better speech intelligibility. However, this is not necessarily the case at high levels, where increasing the presentation level can lead to poorer intelligibility, i.e., ërollover’. This rollover effect has been observed in both normal-hearing and hearing-impaired listeners. While rollover typically first occurs at relatively high levels when speech is presented in quiet, it has also been observed at conversational levels under noisy conditions. Additionally, top-down processes, such as the use of semantic context information, have been found to mask rollover in normal-hearing listeners. This study investigated the influence of semantic context information on rollover in hearing-impaired listeners. Speech intelligibility measurements were performed with three speech materials differing in terms of semantic context (monosyllabic words, context-free and context-rich sentences) at three speech levels (55, 65 and 75 dB SPL) with individually determined noise levels. To ensure audibility, a wearable hearing-aid simulator providing individual linear amplification was used. It is expected that clear rollover will be found for the speech materials without semantic context but not for the context-rich sentences.

Psychoakustik (Poster)

Psychoakustik (Poster)

Organisation:

O. Von Estorff, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung S. Lippert, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung

15:40	Subjektiver akustischer Komfort von Luftdurchlässen für Gebäudelüftungen Stefan Winkelmann, Lara Stürenburg, Isabel S. Schiller, Janina Fels, Sabine J. Schlittmeier [Abstract] Lüftungsanlagen in Gebäuden erzeugen in Abhängigkeit von Bauart und Betriebsstufe Geräusche, die von Gebäudenutzer*innen (z.B. Bibliotheksbesucher*innen) als nicht komfortabel oder nicht wohlklingend - wenn nicht gar als belästigend - empfunden werden können. Meist wird der A-bewertete Schalldruckpegel für die Einschätzung des akustischen Komforts eines Lüftungsgeräuschs bzw. einer Lüftungsanlage herangezogen. Doch es ist davon auszugehen, dass das Komforturteil als ein integrales hedonisches Urteil auch noch durch weitere Geräuschcharakteristika bedingt wird. Im Rahmen eines Hörversuchs mit 31 normalhörenden Proband*innen wurde für fünf Luftdurchlässe bei jeweils drei Volumenströmen (200 m3/h vs. 400 m3/h vs. 600 m3/h) der subjektiv empfundene akustische Komfort erhoben. Die Geräusche wurden in einem reflexionsarmen Halbraum akustisch vermessen, während der erforderliche Luftstrom durch eine mobile Versorgungseinheit bereitgestellt wurde. Es wurde die Methode des Dominanzpaarvergleichs verwendet, so dass die Proband*innen Präferenzurteile für insgesamt 15 Lüftungsgeräusche in insgesamt 105 Paarvergleichen abgaben. Es zeigt sich ein bedeutsamer Einfluss des Volumenstroms auf das Präferenzurteil, wobei die verschiedenen Luftdurchlässe je Volumenstrom unterschiedlich präferiert werden. Darüber hinaus zeigen Regressionsanalysen, welche psychoakustisch messbaren Geräuschcharakteristika in welcher Gewichtung zum Präferenzurteil beitragen. Die Studienergebnisse dienen im weiteren Projektverlauf als Grundlage für die geometrische Optimierung der Luftdurchlässe hinsichtlich des subjektiven akustischen Komforts.
15:48	A Mobile System for Audio-Visual Experiment: Validation Studies Ewald Strasser, Thomas Brand, Jan Rennies-Hochmuth [Abstract] We are presenting a mobile apparatus for audio-visual experiments (MASAVE). MASAVE can be used for pupillometric studies, listening experiments and in general for a wide variety of combinations of listening experiments and eye-tracking. For our use case we had a study for measuring effortful listening induced fatigue in mind. The design goal was to keep the MASAVE lightweight to enable shipping the preassembled system to subjects for self-setup in home environments. We performed two experiments to validate the system. The first one tested the reliability speech perception data gathered with MASAVE under less than perfect acoustic conditions. We measured speech recognition thresholds (SRTs) in a lobby with clearly audible background noise with MASAVE and compared the data with data gathered in a sound-attenuated boot. We could not find statistical differences in measured SRTs even for speech levels as low as 40-45 dB SPL. In addition, we validated the usability of the preassembled system. The results showed that participants had no issues with setting up the system. From our findings we conclude that using MASAVE can be an alternative for a wide range of otherwise lab-bound experiments and therefore can help with overcoming limitations of lab capacities.
15:56	Comparison of linear and non-linear cochlear filters in an auditory model for psychoacoustics and speech intelligibility Thomas Biberger, Stephan D. Ewert [Abstract] Recently, Biberger and Ewert [2022. Acta Acustica 6, 1-21] suggested a simplified, generalized monaural and binaural auditory model for applications in psychoacoustics and speech intelligibility. That model simulates peripheral processes by using a linear Gammatone filterbank, which has also been successfully applied by many other functional auditory models for the prediction of psychoacoustics, speech intelligibility, and audio quality in normal-hearing listeners. However, linear filterbanks do not account for level-dependent filter bandwidth and basilar membrane compression, which are expected to be important for the modelling auditory perception of hearing-impaired listeners. To account for effects of cochlear hearing loss, the linear filterbank in the above mentioned model has been replaced by non-linear cochlear filter models like the Gammawarp filterbank [Kates and Prabhu. 2018. J. Acoust. Soc. Am. 143, 1603-1612] and the dual-resonance non-linear filterbank [Meddis et al. 2001. J. Acoust. Soc. Am. 109, 2852-2861] and tested for several critical psychoacoustic and speech intelligibility experiments. Predictions for the different cochlear filter models are compared, and their advantages and limitations are discussed with the goal to identify potential additional model stages and parameters required to account for auditory perception in individual hearing-impaired listeners.
16:04	Wie stabil wird die empfundene Lästigkeit von Schallquellen mithilfe des ISO 15666:2021 erfasst? Till Sumalvico, Michaela Socher [Abstract] Seit Beginn des industriellen Zeitalters häufen sich die akustischen Belastungen. Politik und Industrie sind somit gefordert, jede einzelne Person gegen eine Schallbelastung über Maßen zu verwahren. Um diesem Zweck vorzuarbeiten, wird mitunter die empfundene Lästigkeit von Schallquellen erhoben. Hierbei erfahren Geräusche wie Trittschall oder ähnliche besonders oft Verwendung, deren Lästigkeit für die empfundene akustische Belastung zentral ist. Der ISO 15666:2021 gilt als Standardfragebogen für empfundene Lästigkeit. Allerdings liegen bis jetzt keine Studien vor, die die Qualität dieses Messinstrumentes für Laborhörversuche getestet haben. Insbesondere die Stabilität der Messung hat Einfluss darauf, ob Fragebogenstudien mittels ISO 15666:2021 auf sicherem Boden stehen. Das Ziel der hier vorgestellten Studie ist es, die Messstabilität des ISO 15666:2021 zu untersuchen. Hierfür wurde der Fragebogen bezüglich derselben Geräusche, von denselben Versuchspersonen, an zwei unterschiedlichen Terminen beantwortet. Jeder Versuchsperson wurden dabei jeweils 33 Schalle unterschiedlicher Art vorgespielt, deren Lästigkeit sie beurteilen sollte. Anschließend wurde geprüft, wieweit sich die Lästigkeitsurteile desselben Geräusches an den beiden Versuchsterminen bei derselben Versuchsperson ähneln. Nachfolgend wird die ermittelte Messstabilität berichtet, mit einer wünschenswerten Messstabilität verglichen und von ihren praktischen Implikationen her beleuchtet.
16:12	Klingt Sinus blau und Sägezahn rot? Eine Untersuchung zu Crossmodal Correspondences bei der Wahrnehmung von synthetischen Wellenformen Gabriel Feller, Christoph Reuter [Abstract] Bereits 1971 wurde von Bernstein et al. mit Sinustönen eine mögliche Assoziation zwischen Tonhöhe und Farbe getestet, ähnlich auch bei Ward et al. 2006, Parise/Spence 2012, Anikin/Johansson 2018 und Ambros et al. 2021, allerdings mit verschiedenen akustischen und visuellen Stimuli. Es wurde zwar eindeutig eine Verbindung zwischen helleren Farben und höheren Tönen gefunden, jedoch wurde bei synthetischen Klängen noch kein Zusammenhang zwischen Tonhöhe und Farbton entdeckt. In einer Studie soll deshalb untersucht werden, ob sich die an natürlichen Klängen ermittelten Farb-Ton-Crossmodal Correspondences auch bei synthetischen Wellenformen finden lassen. Hierzu wurden in einer Online-Studie randomisiert Sinus-, Dreieck-, Rechteck- und Sägezahnwellen auf jeweils 5 Tonhöhen in Oktavabständen angeboten. Die Aufgabe der Versuchspersonen war es die Hörempfindungen auf zehn Likert-Skalen mit gegensätzlichen Wortpaaren nach Grill et al. (2011) einzutragen und in einem zweiten Schritt zu den Klängen jeweils drei Farben aus dem Berkley-Color-Project von Palmer et al. (2013) auszuwählen. Nachdem aus den erhobenen Daten für jeden Klang eine durchschnittliche Farbe gebildet wurde, zeigte sich neben bereits bekannten Crossmodal Correspondences (klangliche und farbliche Helligkeit) auch eine Verbindung zwischen Tonhöhe und Farbton (Hue) im HSV-Farbsystem, wobei teiltonarme (Sinus-/Dreiecks-)Klänge in der Tiefe eher zu blau/grün-Farbtönen neigen und teiltonreiche (Sägezahn/Rechteck-)Klänge eher zu braun/rot-Farben.

Psychoakustik 2

Psychoakustik 2

Sitzungsleitung:

K. Genuit, HEAD acoustics GmbH B. Schulte-Fortkamp, HEAD-Genuit-Stiftung R. Sottek, HEAD acoustics GmbH

8:40	Perception of Simultaneous and Sequential Musical Harmony in Cochlear Implant Listeners Marie-Luise Augsten, Martin Lindenbeck, Bernhard Laback [Abstract] Musical harmony is essential in western music perception. However, in cochlear implant (CI) listeners, harmony perception is severely limited. One potential limitation in CI listeners is that the simultaneous occurrence of music chord components (voices) leads to complex interactions between electrodes in the cochlea. A possible solution might be a sequential (i.e., arpeggio-like) instead of simultaneous presentation of voices. Experiment 1 tested post-lingually implanted CI listeners and normal hearing (NH) controls in a two-alternative forced-choice (2AFC) paradigm in which participants were presented with two consecutive triads per trial and responded whether the triads were same or different. Voices were composed of two-, three-, or five-component harmonic complex tones and were presented either simultaneously or sequentially. In the sequential condition, we varied the time interval between the individual voices of the triad. In experiment 2, we investigated the cognitive harmonic integration of the perceptually optimized stimuli resulting from experiment 1. In an oddball task, participants were presented with three triads (e.g., two major and one minor triad) and responded which one was harmonically different from the other two. Critically, triads varied in F0s, thus, forcing participants to judge the voice relations rather than to track individual voices. Results will be discussed.
9:00	Pitch-Cue Plasticity in Cochlear-Implant Listeners Martin Lindenbeck, Marie-Luise Augsten, Bernhard Laback [Abstract] Most users of cochlear implants (CIs) struggle with pitch perception. In normal hearing, both temporal cues, encoded via phase-locked spiking, and place cues, encoded in the tonotopic pattern of nerve-fiber activity per se, contribute to the perception of complex-sound pitch. In CI users, both temporal and place cues are compromised due to a combination of technical, physiological, and psychological factors. In this contribution, we investigated CI listeners’ access to concurrent temporal and place-pitch cues as well as their ability to adapt their relative weight based on trial-by-trial response feedback. To get a first overview, we employed two clinical pitch-cue weighting tests developed for normal-hearing listeners. In each trial of a two-interval two-alternative forced-choice task, CI listeners rated without feedback the perceived pitch trajectory, either for ascending temporal cue combined with descending place cue or vice versa. Subsequently, we developed parametric versions of these tests, tailored to the specifics of electric hearing such as rate limitations and stimulation strategy. So far, pilot results suggest that CI listeners use place-pitch cues by default if they are saliently provided. Furthermore, when provided with feedback to the temporal cue, they largely flip their response behavior, suggesting considerable short-term pitch-cue plasticity.
9:20	Einfluss kognitiver Beanspruchung auf die Geräuschbewertung in virtuellen Versuchsumgebungen Hendrik Himmelein, Christoph Pörschmann, Jochen Steffens [Abstract] Psychoakustische Forschung setzt vermehrt auf den Einsatz audiovisueller virtueller Realität, um u.a. der Komplexität akustischer Szenarien sowie multimodaler Bewertungseinflüsse Rechnung zu tragen und die damit zusammenhängende ökologische Validität und Alltagsnähe erzielter Ergebnisse aus Laborstudien zu erhöhen. Neuere Studien lassen jedoch vermuten, dass virtuelle Umgebungen im Vergleich zum realen Äquivalent die kognitive Beanspruchung von Versuchspersonen, bspw. durch erhöhte Komplexität der Visualisierung, deutlich erhöhen können. Dies kann mitunter Ergebnisverzerrungen nach sich ziehen und somit die ökologische Validität derartiger Studien gefährden. Um zu untersuchen, inwieweit VR-induzierte kognitive Beanspruchung Geräuschbewertungsprozesse beeinflusst, wurde ein 2x2 Between-Subjects-Experiment in einer realen Büroumgebung als auch in ihrem virtuellen Äquivalent durchgeführt. Dazu wurde die reale Umgebung in Unity rekonstruiert und den Versuchsteilnehmer*innen der VR-Kondition über ein HMD präsentiert. Versuchsteilnehmer*innen beider Konditionen hatten dabei die Aufgabe, dynamische, binaurale, über Kopfhörer präsentierte Bürogeräuschszenarien hinsichtlich ihrer Lautheit und Unangenehmheit retrospektiv zu bewerten sowie wahrgenommene Geräusche zu berichten. Um die induzierte kognitive Beanspruchung in VR (gemessen mithilfe von Pupillometrie) genauer mit einer Alltagssituation zu vergleichen, wurden Teilnehmer*innen aufgefordert, je Kondition entweder lediglich die Geräusche zu bewerten oder zusätzlich parallel den Stroop-Test durchzuführen. Im Rahmen des Beitrags werden Ergebnisse des Experimentes vorgestellt und Implikationen für das experimentelle Design im Bereich der psychoakustischen Forschung diskutiert.
10:00	Preliminary study on acoustic annoyance perception in virtual reality Pablo Alvarez Romeo, M. Ercan Altinsoy [Abstract] The design of haptic devices requires to take into account various aspects, that affect the perception of the user. One of them is the acoustic perception of the involved actuator technologies, which may affect the immersion of the user, and thus the overall virtual reality experience. In previous work, the effect on annoyance perception produced by the acoustic noise of different actuators has been analysed, with the participant in a passive context, that is, without performing any additional activity. However, user perception may change when performing additional actions, thus when having an active role. In this work, an experiment setup to evaluate it is designed and developed.
10:20	Decoding acoustic realism from brain signals during auditory distance perception Virginia L. Flanagin, Viola Matten, Stefan Fichna, Stephan D. Ewert, Steven Van De Par [Abstract] The development of affordable virtual reality systems has brought a concomitant increase in attention to realistic virtual auditory environments. Recent studies have demonstrated that a well-designed acoustical rendering allows for perceptual plausibility. For this, a perfect physical reproduction of the sound signal may not be necessary. Instead, higher cognitive factors appear to play a determining role in the auditory illusion. To what detail the human brain detects differences in the physical nature of sounds and how they alter the perception is still unclear. We combined sparse multiband functional magnetic resonance imaging (MRI) and psychophysical experiments to decode auditory rooms from brain activity signals. To achieve a high level of realism, we recorded the acoustics of the actual MRI room by building an MRI compatible head and torso from existing 3D-models. The same sounds were also simulated with the room acoustic simulator RAZR (Wendt et al. 2014). The simulation was designed to match the acoustical properties of the recording room by aligning absorption and geometry while neglecting objects inside the room. Listeners performed an auditory distance perception task with headphone auralizations while lying in the MRI. The similarity of brain activity between the recorded real and simulated room were compared.
10:40	Lokalisation der Trajektorien-Endpunkte einer bewegten Schallquelle in Rauschen Norbert F. Bischof, Bernhard Seeber [Abstract] Dieser Beitrag untersucht im Freifeld den Einfluss der Bewegung einer Schallquelle in binaural korreliertem Oktavbandrauschen auf die Lokalisierung des Endpunktes der Bewegungstrajektorie. Vier Probanden lokalisierten den Endpunkt einer bogenförmigen Bewegungstrajektorie eines sich bewegenden 500 Hz Sinustons mit konstanter Stimulusdauer von 300 ms. Die simulierten bogenförmigen Bewegungen wiesen Winkelgeschwindigkeiten von 0∘/s bis 200∘/s auf, wobei die Bewegungen immer von 0∘ von vorne starteten. Als Referenz wurde zusätzlich die Lokalisation statischer Quellen an den Endpunkten der Trajektorien gemessen. Die Stimuli wurden mit Ambisonics 17. Ordnung generiert und über 36 horizontal angeordnete Lautsprecher im Freifeld wiedergegeben. Ohne Rauschen wurden die Endpositionen bis 10∘ auf 0∘ direkt von vorne lokalisiert, unabhängig ob der Stimulus statisch oder bewegt war. Mit dem Maskierungsrauschen von vorne nahm der systematische Lokalisierungsfehler für statische sowie bewegte Stimuli zu. Die bisherigen Ergebnisse zeigen eine zunehmende Unterschätzung der Endposition bei zunehmender Winkelgeschwindigkeit. Dies kann auch in ähnlichem Maße für die statische Darbietung der Endposition beobachtet werden. Daher wird vermutet, dass die Lokalisation der Endposition einer Trajektorie im Beisein eines binaural korrelierten Maskierungsrauschens nicht von der Bewegung an sich beeinflusst wird und somit auch nicht von der trägen Auswertung binauraler Merkmale betroffen ist.
11:00	Contribution of Low- and High-Frequency Cues to Contextual Localization Bias Bernhard Laback, Jonas Schültke [Abstract] It is well known that the perceived azimuth of a sound source is biased by a preceding sound source (precursor): towards midline by a lateral and towards the side by a central precursor. Little is known about the effects of intermediate precursor azimuths (between fully lateral and central). This study tested the hypothesis that for a certain intermediate precursor azimuth, lateral and central biases cancel each other out and that this cancellation point is independent of target azimuth. Listeners localized the perceived azimuth of 300-ms targets following 600-ms precursors using a head-pointing task in a virtual audio-visual environment. Both target and precursor azimuth were systematically varied. Stimuli were white noises, filtered with listener-specific head-related transfer functions. Low-pass (0.5-2 kHz), high-pass (2.8-16 kHz), and broadband (0.5-16 kHz) conditions were tested to study the contributions of different localization cues to localization bias: interaural time differences for the low-pass condition, interaural level differences and spectral shape for the high-pass condition, and all three cues for the broadband condition. Studies are underway and results will be presented and discussed at the meeting.

Psychoakustik 3 - Teil A

Psychoakustik 3 - Teil A

Sitzungsleitung:

J. Verhey, OvG-Universität Magdeburg, Abteilung Experimentelle Audiologie B. Schulte-Fortkamp, HEAD-Genuit-Stiftung K. Genuit, HEAD acoustics GmbH R. Sottek, HEAD acoustics GmbH

14:00	Comparing Children’s and Adults’ Intentional Switching of Auditory Selective Attention in Spatial and Noisy Acoustic Environments Karin Loh, Edina Fintor, Sophie Nolden, Janina Fels [Abstract] Auditory selective attention is a valuable tool to orient oneself in highly complex acoustic scenes, including spatially distributed target speakers and background noises. Among others, it includes processes of intentional attention control in spatial situations and suppression of irrelevant incoming information. This contribution provides an overview of a recent study to examine children’s intentional switching of auditory selective attention compared to adults. A child-appropriate paradigm was developed to investigate effects in noisy and spatial sound environments using a virtual acoustic environment presented via headphones. A listening experiment was conducted with 24 children (6 - 10 years old) and 24 young adults (18 - 26 years old), all recruited in Germany. Results revealed a higher sensitivity to noise in children than adults and led to a faster reaction of children in the noisy condition though taking more errors into account. Nevertheless, the auditory attention flexibility was comparable between children and adults. Furthermore, it was observed that adults benefited to a greater extent than children from spatial cues regarding relevant information selection.
14:20	Investigating Intentional Switching of Spatial Auditory Selective Attention in an Experiment with Preschool Children Julia Seitz, Karin Loh, Sophie Nolden, Janina Fels [Abstract] During auditory development, children are confronted with the challenge of orienting themselves in complex acoustic situations. For this, they need to focus on a relevant target sound while ignoring simultaneous distracting sounds in a multi-layered acoustic environment, which is known as auditory selective attention. In everyday communication situations, e.g., when children are suddenly called by an educator while talking to each other, they need to be able to intentionally shift their attention from one target sound to another. A paradigm to study intentional switching of auditory selective attention was extended for school children at the Institute for Hearing Technology and Acoustics in Aachen. It considers close to real-life aspects such as spatial reproduction and background noise in a virtual acoustic environment. The setup was modified to suit preschool children. To investigate possible age effects in intentional switching of auditory selective attention in preschool children, a listening experiment was conducted with 91 children (3-6 years, 47.25% female) in several daycare centers in Aachen. The results revealed attention switch costs validating the paradigm and they showed an influence of background noise. In addition, an increase in response time between three- and five-year-olds was found suggesting an increment of cognitive processing speed.
14:40	Listening test design for synchronous acquisition of physiological data and cognitive performance in disturbing noise Christian Laufs, Andreas Herweg, Christoph Hoog Antink [Abstract] The influence of disturbing noises on cognitive performance has been repeatedly investigated. It has already been shown that noises, such as office-noise or background-speech, have negative influences on the listener’s cognitive performance and make it more difficult to cope with the task. Here, cognitive tests offer the possibility to investigate this influence. Additionally, noise also affects the listener’s physiological response. However, parallel acquisition of physiological data imposes some requirements on the cognitive test. Due to their design, many cognitive tests are not available for this purpose. To also investigate the listener’s physiological response in subsequent investigations, the N-Back Test is validated as a cognitive test in this pre-study. The participants processed several trials of the N-Back Test with different sound conditions. The test procedure was already adapted to allow simultaneous acquisition of physiological data. A comparison of error rates and reaction times of the participants shows the different influence of individual noises. Concluding from these results, it can be determined whether the influence of noise effects the processing of the N-Back Test and whether it is suitable for a parallel analysis of physiological responses. This study thus provides a basis for later comprehensive investigations of extra-aural effects of noise.
15:00	Quantifizierung des Einflusses der Audioqualität von Online-Lehrinhalten auf Studierende Sarah Schuhmacher, Benjamin Müller [Abstract] Die Corona-Pandemie führte gezwungenermaßen schlagartig zu einem Anstieg der Nutzung von digitalen Medien im Hochschulkontext. Inwiefern die Audioqualität einen Einfluss auf die Studierenden hat, war Gegenstand der Untersuchungen. Hierzu wurde im Rahmen einer digitalen Befragung unter 355 Studierenden von 24 verschiedenen Universitäten und Hochschulen in Deutschland erörtert, welche Parameter beim Lernen fernab des Hörsaals ausschlaggebend sind. Es zeigte sich, dass Studierende unterschiedliche Lärmarten während des Lernens, technische Geräusche und leise vortragende Personen in Online-Vorlesungen und Lehrvideos als störend empfanden. Zudem stellte sich heraus, dass über die Hälfte der Befragten Lehrvideos in erhöhter Geschwindigkeit bearbeiteten. Anhand dieser Eckpunkte wurden Audiofiles für einen Hörversuch erstellt, der mit Hilfe eines Hörspannentestes (Reproduktion der Endworte und Verifikation des Inhalts) objektive Leistungsunterschiede erörterte und subjektive Parameter abfragte. Der Hörversuch wurde in Präsenz mit 32 Proband*innen als Within-Subject-Design durchgeführt. Es konnten keine signifikanten Unterschiede in der Bearbeitung der Endwortaufgaben zwischen den verschiedenen Bedingungen festgestellt werden. Bei der Inhaltsaufgabe zeigte sich ein signifikanter Unterschied zwischen dem Original-File und dem Audiofile mit 1,5-facher Geschwindigkeit. Zudem konnten bei der Befragung und durch den Hörversuch signifikante Zusammenhänge zwischen bewerteter Audioqualität und aufzubringender Anstrengung festgestellt werden. Es zeigte sich ebenfalls ein signifikanter Zusammenhang zwischen Audioqualität und Sprachverständlichkeit im Rahmen des Hörversuchs.
15:20	Audio-Experimente im Internet: Kontrolle über die Abhörsituation mittels des Headphone and Loudspeaker Tests (HALT) Yves Wycisk, Kilian Sander, Benedetto Manca, Reinhard Kopiez, Jakob Bergner, Friedrich Platz, Stephan Preihs, Jürgen Peissig [Abstract] Hintergrund In Internet-Experimenten zur Hörwahrnehmung können Wiedergabegeräte als Störvariable betrachtet werden, die sich derzeit einer objektiven Kontrolle entziehen. Ziele Ï Entwicklung eines objektiven Verfahrens (HALT) zur Erfassung der Eigenschaften von Wiedergabegeräten und Abhörbedingungen in Internetexperimenten. Ï Ermittlung der Prävalenz für Kopfhörernutzung zur Berechnung prädiktiver Werte bei Screening-Verfahren. Methoden In einer Laborstudie (N = 40) wurde der HALT mit verschiedenen Wiedergabegeräten evaluiert (Kopfhörer, Lautsprecher, Laptop). Die akustischen Eigenschaften der Geräte wurden zuvor gemessen. Als Hauptparadigma wurden Zählaufgaben für akustische Ereignisse (Sinustöne, Rauschabschnitte) verwendet. Damit sollte eine HALT-Prozedur entwickelt werden, mit der die Lautstärkekalibrierung, die Stereo-/Mono-Wiedergabe, die Kopfhörer-/Lautsprecherwiedergabe und die Grenzfrequenzen der Wiedergabegeräte kontrolliert werden können. Anschließend wurde der HALT in einer Internetstudie (N = 211) validiert. Ergebnisse Im Vergleich zu einer unkontrollierten Lautstärkeeinstellung (min = 42,30 dBSPL, max = 82,20 dBSPL, SD = 8,65) kann der HALT die Lautstärkeeinstellung standardisieren und die Streuung reduzieren (min = 59,50 dBSPL, max = 82,60 dBSPL, SD = 4,29). Die Reliabilität erwies sich als hoch (rtt = .899, 95% CI [.862, .924], BF+0 = 1.458e+55). Der HALT erkannte eine Stereowiedergabe in 95,6% der Fälle korrekt (rtt = .792, 95% CI [.722, .842], BF+0 = 5.704e+32). Die ermittelte Kopfhörerprävalenz betrug 17,6%.

Psychoakustik 3 - Teil B

Psychoakustik 3 - Teil B

Sitzungsleitung:

J. Verhey, OvG-Universität Magdeburg, Abteilung Experimentelle Audiologie B. Schulte-Fortkamp, HEAD-Genuit-Stiftung K. Genuit, HEAD acoustics GmbH R. Sottek, HEAD acoustics GmbH

16:20	Methoden zur Gestaltung von UX-Sounds Alexander Von Hoffmann [Abstract] Zu Beginn des Ablaufs der Gestaltung von UX-Sounds erfolgt eine möglichst umfassende Analyse der Einsatzsituation, zum Beispiel nach akustischen Umgebungsbedingungen, kognitiven Anforderungen an den Benutzer oder normativen Rahmenbedingungen. Dabei kann das Vorhandensein von etwaigen Reizen anderer Modalität wie zum Beispiel visuellen Reizen durch Lichtsignale in weitere Überlegungen mit einbezogen werden. Methoden der modularen Klangsynthese werden eingesetzt, um UX Sounds hinsichtlich des zeitlichen Verlaufs der Hüllkurven und des Frequenzspektrums derart zu gestalten, dass sich die Bedeutung des Klanges in der jeweiligen Einsatzsituation möglichst eindeutig erkennen lässt. Oft wird hier mit sogenannten semiotischen Metaphern gearbeitet. Im Rahmen einer Erprobung der UX-Sounds am virtuellen oder realen Prototypen wird nun untersucht, inwieweit die Gestaltung der UX Sounds der Einsatzsituation gerecht wird. Bei der Gestaltung von UX-Sounds steht zudem eine positive Nutzererfahrung im Vordergrund. Eine besondere Herausforderung für den Sounddesigner besteht nun darin, die affektive Wirkung dieser UX- Sounds zu erfassen. In diesem Beitrag soll nun anhand von praktischen Beispielen ein Überblick über die verschiedenen Methoden gegeben werden, die im Rahmen laufender Forschungen im Zusammenhang mit der Gestaltung von UX-Sounds eingesetzt werden.
16:40	Erzeugung von Berührungsillusionen durch räumlich verteilte Vibrationen Robert Kirchner, Robert Rosenkranz, M. Ercan Altinsoy [Abstract] Mit fortschreitender Digitalisierung finden soziale Interaktionen zwischen Menschen zunehmend in virtuellen Umgebungen, wie virtueller Realität oder virtuellen Klassenräumen statt. Berührungen, die sonst ein wichtiger Teil von sozialer Interaktion sind, können mit dem aktuellen Stand der Technik jedoch nicht authentisch Reproduziert werden. Dadurch fehlt eine taktile Interaktion zwischen den Menschen in der Ferne. Eine Möglichkeit, um die Wiedergabe von haptischen Gesten zu ermöglichen ist die Abkehr von der Authentizität und die Fokussierung auf die Plausibilität einer Empfindung. Auf diese Weise ist es möglich vibratorische haptische Illusionen zu nutzen, welche technisch einfacher erzeugbar sind. Wir haben daher ein kompaktes haptisches Armband gebaut, welches mit Hilfe eines Arrays aus Vibrationsmotoren in der Lage ist die Empfindung einer kontinuierlichen Bewegung auf dem Unterarm zu erzeugen. Diese bildet die Grundlage für wesentliche Gesten, wie das Streichen über den Unterarm. In dieser Studie beschreiben wir die Funktionsweise des Armbandes und stellen eine erste Wahrnehmungsstudie vor.
17:00	Entspannend oder verstörend? - Die Wirkung von ASMR mit und ohne Bildmaterial Albert Stickler, Elias Greil, Sarah Domnanich, Yoko Yamada, Christoph Reuter [Abstract] Autonomous Sensory Meridian Response (ASMR) ist eine psychophysiologische Reaktion auf verschiedene Arten sensorischer Stimuli (Barratt et al. 2015; Fredborg et al. 2017; Engelbregt et al. 2022). ASMR manifestiert sich für die Rezipient:innen als ein angenehm empfundenes Kitzeln, das zumeist von der Kopfhaut ausgeht und sich im Körper ausbreitet. Die Auslöser beinhalten meistens audiovisuelle und taktile Elemente mit einer sanften, wiederholbaren Natur sowie einer Form der persönlichen Zuwendung. Als Hauptquelle solcher Stimuli dienen meist Online- Videos oder Live-Streams. In einer ASMR Studie mit 49 Personen (w=33/m=15/d=1) wurde der Frage nachgegangen, inwieweit bei solchen Videos eine Trennung von Ton und Bild zu einer unterschiedlichen Bewertung des Erlebten führt, inwieweit also Audiospur und Videospur zum erlebten ASMR-Effekt, dessen Häufigkeit und Intensität beitragen. In einer mehrstufigen Studie wurden zunächst anhand eines Fragebogens Vorerfahrung mit ASMR und Persönlichkeitsmerkmale (BFI) der Versuchspersonen erhoben. Danach wurden anhand von fünf prototypischen Beispielen (jeweils Video vs. Audiospur) synchron zum Geschehen die empfundene Valenz/Arousal, physiologische Biodaten (Hautleitwert/Temperatur/Herzschlag/Atmung) sowie mehr als 40 Audiofeatures aufgezeichnet. Zusätzlich erfolgte pro Versuchsperson eine qualitative Datenerhebung zu den ASMR-Empfindungen. Die hieraus via t-Test und Korrelationsanalyse ermittelten Ergebnisse zum Einfluss von Ton und Bild auf den ASMR-Effekt werden 2023 auf der DAGA- Tagung vorgestellt.
17:20	Dissonance for triads compared to two-tone sounds Shun Nakamura, Steven Van De Par, Arne Oetjen [Abstract] In Western music theory, different musical intervals evoke the sensation of consonance or dissonance. Applying this concept to a psychoacoustical analysis of environmental sounds, however, demands a description of consonance and dissonance that is not limited to distinct musical intervals and equal level ratios. In the previous study, we observed that altering the number or level of the harmonic overtones influences the human dissonance perception. In this listening experiment, we were trying to reduce dissonance level by adding a 3rd tone component to the dissonant interval. This paradigm has been inspired by jazz music. Jazz chords, like for example a major 7 chord, are usually not connected to dissonance or said to create tension, even though they do contain dissonant intervals. The simultaneous presence of non-dissonant intervals in such a chord seems to weaken the perceived dissonance of the dissonant components. For a possible application of this principle for product sounds, an improved understanding of the main mechanisms underlying this phenomenon is needed. In an explorative experiment, the dissonance of artificial sounds could be reduced for only some combinations of musical tones by adding an additional component. This observation is in line with principles used in established auditory models.

Raumakustik 2 - Messung und Simulation A

Raumakustik 2 - Messung und Simulation A

Sitzungsleitung:

I. Witew, Institute for Hearing Technology and Acoustics, RWTH Aachen University W. Ahnert, AFMG Technologies GmbH

8:40	MEMS Messung, Netz-Analyse und filterbasierte Nachbildung von diffusem Schallfeld Patrick Naujoks, Patrick Cordes, Pankaj Joshi [Abstract] Turbulente Grenzschichten entstehen insbesondere bei Strömungsabrissen und sind durch ihre ungeordnete Eigenschaften schwer vorherzusagen. Da jene Turbulenzen den Hauptteil des verursachten Lärms wären dem Reiseflug in der Flugzeugkabine darstellen, ist das Interesse diese unter Laborbedingungen nachzubilden enorm. Um sich diesen annähern zu können, werden ansatzweise diffuse Schallfelder generiert und verzerrt. Das ermöglicht eine anschließende detailliertere Reproduktion dieser Verwirbelungen, um potentielle passive und aktive Lärmminderungsmaßnahmen zu untersuchen und unter Laborbedingungen zu testen. Im ”Zentrum für angewandte Luftfahrtforschung” (ZAL) können solche diffusen Schallfelder in der hauseigenen Alpha-Kabine erzeugt und Schalltransmissionen gemessen werden. Um ein möglichst hochauflösendes Abbild der akustischen Eigenschaften, sowie der Güte und des Lärmeintrags des Diffusfeldes darzustellen, werden hier mit 64 ”Microelectromechanical systems” (MEMS) simultan Messungen durchgeführt. Die Ergebnisse werden mit Hilfe von örtlicher Zuordnung dazu genutzt ein akustisches Netz zu generieren, welches bei der Analyse des Diffusfeldes als Referenzen dient. Durch das akustische Netz lassen sich bei der anschließende lautsprecherbasierte Nachbildung unabhängig voneinander angesteuerte Rauschsignale erzeugen und einstellen. In Aussicht steht dadurch entsprechende Filtereigenschaften zu generieren, die auch zur turbulenten Grenzschichtbetrachtungen verwendet werden können.
9:00	Analytic Model Based Analysis of Modal Sound Field Decay Marco Berzborn, Michael Vorländer [Abstract] The estimation of reverberation times from measurements of sound field decay and Sabine’s theory of reverberation are two of the most fundamental concepts for room acoustic analysis and modeling. However, Sabine’s theory is only valid above the Schroeder frequency and requires a diffuse sound field, as well as a similar damping of the modes of radiation constituting the sound field in a room. These requirements are typically not fulfilled at low frequencies, in small rooms, and in the case of non uniform distribution of absorbing materials. Specifically the latter is problematic during the measurement of absorption in reverberation rooms. The concept of modal decay times has been discussed to overcome aforementioned limitations. Multiple authors proposed modified versions of Sabine’s equation for modal sound field decay modeling based on geometrical considerations or in combination of the latter with wave based approaches using FEM simulations. In this contribution we use a wave-number approach based on analytic modeling to investigate the damping of modes, as well as their direction of propagation. Intensity distributions inside the room volume as well as on its boundaries are analyzed and linked to modal decay parameters.
9:20	Einordnung von Methoden zur Bewertung der Qualität diffuser Schallfelder basierend auf Messungen im Modellmaßstab Linus Staubach, Andreas Meier, Jörn Hübelt [Abstract] Die Beschreibung der Schallausbreitung in einem Raum gestaltet sich besonders einfach, wenn man voraussetzen darf, dass in ihm ein diffuses Schallfeld herrscht. Die Anwendung spiegelt sich beispielsweise in Hallräumen nach ISO 354 wider. Das diffuse Schallfeld wird dabei benötigt, um die Absorptionseigenschaften von Absorbern oder den Schallleistungspegel von Geräten mit hoher Genauigkeit und Vergleichbarkeit zu bestimmen. Idealerweise gelingt es bereits bei der Planung solcher Prüfräume optimierte Bedingungen zu finden. Zur Prüfung des diffusen Schallfelds findet sich in der ISO 354 ein Qualifikationsverfahren für Hallräume. Der Beitrag beschäftigt sich mit alternativen Ansätzen, um diffuse Schallfelder in einem statischen Raumzustand zu analysieren. Dabei finden die Erprobungen in einem Modellhallraum im Maßstab 1:10 statt. Eine Einordnung der Methoden gibt Auskunft über die erwartete Praktikabilität und Genauigkeit.
9:40	Recent Advances in the Spatio-Temporal Separation of Reflections From Spatial Room Impulse Responses Thomas Deppisch, Sebastia V. Amengual Gari, Paul Calamia, Jens Ahrens [Abstract] Spatial room impulse responses (SRIRs) characterize the directional, linear, time-invariant properties of an acoustic environment for a single pair of source-receiver positions. Due to their perceptual importance but their fundamentally different signal properties, SRIRs are typically described as being composed of two parts: the direct sound and salient reflections, and the reverberant rest. We recently proposed two methods that separate the different parts and thus facilitate advanced analysis and rendering strategies that process each of the two parts individually. In this contribution, we compare and discuss the advantages and disadvantages of the two methods. The first method is the spatial subtraction method which models reflections as plane waves, estimates corresponding model parameters, and subtracts a resulting plane-wave prototype from the SRIR. The second method performs a subspace decomposition of the SRIR and does not impose strong model assumptions such as reflections being plane waves. By avoiding parameter estimation, which under real-world conditions is often prone to error, the subspace decomposition method outperforms the spatial subtraction method in most practical cases. If reflection parameters are of interest, they however need to be estimated in an additional step.
10:20	Detektion von Flatterechos mittels der Autokorrelationsfunktion der Raumimpulsantwort Ulrich Schanda, Elias Hoffbauer, Winfried Lachenmayr [Abstract] Flatterechos treten oftmals unerwartet auf, trotz einer übersichtigen raumakustischen Planung. Die ursächlich am Flatterecho beteiligten Flächen sind dann mitunter nur schwer auszumachen. Hilfreich wäre eine Aussage über einen möglichst genauen Abstand der beteiligten Reflexionsflächen, um damit den Weg des Flatterechos einfacher identifizieren zu können. Mit Hilfe der Autokorrelationsfunktion kann nach einer vorausgehenden Signalfilterung der Raumimpulsantwort der Abstand der Reflexionsflächen mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. Erste Ergebnisse bei gemessenen Raumimpulsantworten zeigen das Auftreten mancher Mehrdeutigkeiten, insbesondere bei gekrümmten Flächen. Gleichzeitig sollte eine Detektionsmethode aber auch ein Maß für die Stärke des Flatterechos liefern, um ein Entscheidungskriterium zu haben, ob das Flatterecho eine Störung der Hörsamkeit verursacht oder nicht. Der Einfluss von Signalparametern auf die Ausprägung der Korrelationskoeffizienten und damit auf eine maßgebliche Stärke des Flatterechos wird diskutiert. Die Art der Signalfilterung wird erläutert und mit anderen Analysemethoden wie z.B. der Verwendung des Cepstrums verglichen. Die Vergleiche erfolgen sowohl an gemessenen als auch an simulierten Raumimpulsantworten.
10:40	Eine Datenbank simulierter Raumimpulsantworten mit systematischer Manipulation raumakustischer Parameter Lukas Prinz, Markus Von Berg, Jochen Steffens, Alexander Braun [Abstract] Inhalt der vorgestellten Arbeit ist eine Datenbank von Impulsantworten mit gezielt variierten raumakustischen Messgrößen, aufgeteilt in sechs Batterien von Impulsantworten für die Zielparameter Nachhallzeit, Klarheitsmaß, früher Seitenschallgrad, Stärkemaß, Early Bass Level und Treble Ratio. Die technischen Zielparameter sind Parameter nach ISO 3382-1 und davon abgeleitete Größen, in der Auswahl orientiert an den subjektiven Qualitätskriterien nach dem RAQI. Die Manipulationen erfolgen möglichst monoton und in gleichmäßiger Abstufung. Außerdem wurde jeweils eine isolierte Variation einzelner Parameter angestrebt, bei der andere Parameter nach Möglichkeit konstant gehalten werden sollten. Für die sechs Zielparameter wurden Raummodelle mit plausiblen Hörszenarien erstellt und jeweils Mechanismen zur Veränderung der Reflexoinseigenschaften definiert, wie z. B., dass der Absorptionsgrad der Wandoberflächen bei tiefen Frequenzen das Early Bass Level manipuliert. Als Werkzeuge zur Beeinflussung des Schallfeldes standen dabei in der Simulationsumgebung RAVEN die Variation der Oberflächeneigenschaften (Absorptions- und Streugrad) sowie die Veränderung der Raumgeometrie zur Verfügung. Jede Stimulusbatterie umfasst jeweils monaurale und binaurale Impulsantworten. Die Korrelationen der untersuchten Raumakustikparameter innerhalb jeder Batterie bestätigen die beabsichtigte Manipulation für die Zielparameter, sowie eine, sofern beabsichtigt, weitestgehend isolierte Variation der einzelnen Parameter. Die Dokumentation der Datenbank umfasst die Analyse der raumakustischen Parameter, zusammen mit den Impulsantworten sowie Raummodellen und Simulationsskripten.
11:00	Bayes'scher Ansatz zur Bestimmung der akustischen Wandadmittanz Jonas M. Schmid, Martin Eser, Steffen Marburg [Abstract] Um exakte akustische Simulationsergebnisse zu erhalten ist es unerlässlich, die Randeigenschaften aller interagierenden Oberflächen möglichst genau zu kennen. Die akustischen Eigenschaften der Grenzflächen können durch die komplexwertige Wandadmittanz vollständig charakterisiert werden. Üblicherweise wird die Wandadmittanz eines Materials in Laborbedingungen, wie beispielsweise dem Impedanzrohr, bestimmt. Jedoch unterscheidet sich der eigentliche Einbauzustand des Materials meist deutlich von dem im Impedanzrohr, was in einer großen Unsicherheit der ermittelten Wandadmittanz resultiert. Dies motiviert in-situ Messverfahren, bei dem das Material in der realen Einbausituation charakterisiert wird. In diesem Beitrag wird ein probabilistischer Bayes’scher Ansatz vorgestellt, um die akustische Wandadmittanz in-situ auf Basis einer begrenzten Anzahl an Schalldruckmessungen innerhalb eines akustischen Gebiets zu bestimmen. Der Vorteil des probabilistischen Ansatzes ist, dass dieser in einer Wahrscheinlichkeitsverteilung der Wandadmittanz resultiert. Dies erlaubt die Quantifizierung der Unsicherheit, was eine robustere Vorhersage im Vergleich zu konventionellen deterministischen Methoden ermöglicht.

Raumakustik 2 - Messung und Simulation B

Raumakustik 2 - Messung und Simulation B

Sitzungsleitung:

I. Witew, Institute for Hearing Technology and Acoustics, RWTH Aachen University W. Ahnert, AFMG Technologies GmbH

16:20	Study on the most critical factors for the sound absorption properties of rigidly-backed fibrous materials Tao Yang, Marcus Mäder, Steffen Marburg [Abstract] Fibrous materials have been widely used to absorb energy from unpleasant sound to reduce noise and control the reverberation time. Researchers are trying to seek the most important parameters of the sound absorption performance of fibrous materials. Some investigations of the influence of structural parameters (e.g., thickness, density and fiber fineness) on the acoustical properties of rigidly-backed fibrous materials are reported. Among these structural parameters, thickness is one of the most critical factors. The increase in thickness significantly improves the sound absorption coefficient. As a result of quarter-wavelength resonance, increasing thickness shifts the perfect sound absorption to lower frequencies. According to Rayleigh’s theory and Zwikker and Kosten theory, it is indicated that the efficient surface area is another key factor deciding the sound absorption performance of fibrous materials. In order to verify this inference, three models are used to obtain the surface area of different fibrous absorbers. Their sound absorption performance are compared based on the published work in the literature. Besides, alkaline treated sisal fibers were selected to understand the effect of specific surface area on the sound absorption performance of fibrous materials. The sound absorption coefficient and impedance are measured in an impedance tube.
16:40	A Study on Multi-Thickness Panels for Distributed Mode Absorbers Mehmet Sait Oezer, Friedrich Beyer, Sebastian Merchel, M. Ercan Altinsoy [Abstract] Distributed Mode Absorbers (DMAs) are resonant panel absorbers, in which plates are mounted in front of a closed volume of air. The idea is to absorb sound at several modal frequencies. This broadens the usable frequency range compared to conventional membrane absorbers, which are generally limited to one resonance frequency. The front panels of DMAs previously had uniform thicknesses. In this study, the modal behaviours of the DMAs having non-uniform panel thickness were investigated. Therefore, several thickness patterns for the front panels were considered and examined. Numerical models were developed by using an approach that combines boundary element (BE) and finite element (FE) methods. Besides, an experimental study was conducted in an anechoic chamber to validate the numerical results by comparing the vibration response of the DMAs subjected to acoustic excitation. The results show that using multi-thickness panels can provide better distributed mode characteristics by including more resonance frequencies. These frequencies can be used for broadband noise absorption in the low frequency range.
17:00	Periodic structures based on coupled Helmholtz resonators for broadband noise suppression Mariia Krasikova, Aleksandra Pavliuk, Sergey Krasikov, Anton Melnikov, Yuri Baloshin, David Powell, Steffen Marburg, Andrey Bogdanov [Abstract] In this work we study periodic arrays of strongly coupled Helmholtz resonators in order to design a structure allowing broadband noise insulation. The aim is to develop a sparse structure to achieve ventilation and partial optical transparency while preserving a simple design. The investigations start from an infinite periodic structure and tuning of its parameters to maximize band-gaps. After that the equivalent semi-infinite and finite structures are studied numerically and experimentally. The measured spectrally averaged transmission coefficients within a range from 2000 to 16500 Hz are -31.6 dB and -18.6 dB, correspondingly. We also show a possibility to achieve a compromise between ventilation and noise insulation. In particular, the spectrally averaged transmission of a finite structure might be about -15 dB while only 25% of an air flow is blocked. In addition, we demonstrate that various structural defects can lead to the enhancement of noise insulating properties.
17:40	Präzise Modellierung diffuser Schallfelder zur inversen Bestimmung akustischer Materialparameter Mark Müller-Giebeler, Michael Vorländer [Abstract] Eine Methodik zur Bestimmung akustischer Randbedingungen bzw. Materialparameter besteht in deren inversen Schätzung basierend auf Messungen in diffusen Schallfeldern. Das Optimierungsverfahren zur bestmöglichen Anpassung der Modellergebnisse an die gemessenen Schalldruckdaten kann zum Beispiel auf korrespondierende numerische Simulationen (FEM/BEM) zurückgreifen, alternativ aber auch auf äquivalente Neuronale Netze angewandt werden, welche wiederum mit Simulationsergebnissen trainiert wurden. In diesem Beitrag wird das Vorgehen zur Vermessung und CAD-Modellierung eines Hallraums und einer kleineren, sogenannten Alpha-Kabine beschrieben. Anschließend werden Simulationsergebnisse und reale Messungen in den leeren Räumen verglichen und die Einflüsse von Quellmodellierung, Genauigkeit der Raumgeometrie, Positionsunsicherheiten, Wandimpedanzen und der Bestimmung der Mediumseigenschaften untersucht und diskutiert.
18:00	Finite Element Simulation of Edge Absorbers for Room Acoustic Applications Florian Kraxberger, Eric Kurz, Leon Merkel, Manfred Kaltenbacher, Stefan Schoder [Abstract] To perform acoustic treatments in rooms for the low frequency range, porous absorbent material is often placed in or close to the edge of the room. This work presents a simulation procedure based on the Helmholtz equation which is solved using the Finite Element (FE) method. Thereby, the complex density and bulk modulus of the used porous material is obtained by fitting the Johnson-Champoux-Allard-Lafarge model to measurements in an impedance tube using the four-microphone method. The simulated room is modeled with sound-hard boundary conditions and has the same dimensions as the echoic chamber at the Building Physics Laboratory at Graz University of Technology. The FE simulation is used to determine transfer functions between sound source and microphone positions of a reverberation time measurement in the echoic chamber. Subsequently, these transfer functions are compared with those of real measurement in the echoic chamber. Therewith it can be shown that the simulation results are in good agreement to the measurements. The FE simulation results predict the sound field in the room, additionally the simulated sound field in the absorber can be visualized.
18:20	Measurement setup design for scattering patterns based on numerical simulation Anne Heimes, Michael Vorländer [Abstract] The acoustic scattering of surfaces is crucial for acoustic simulations in rooms or urban spaces. The sound propagation is usually calculated by using geometrical simulation methods and random-incidence scattering coefficients. In a running project, new approaches towards angle-dependent scattering metrics are defined and investigated. With this, a rapid reliable measurement setup for directional information of scattering surfaces such as for sound steering is aimed for. In this paper, Boundary Element Method (BEM) simulations of scattering patterns are used to design a rapid measurement setup based on loudspeaker and microphone arrays for measuring the scattering pattern under different incidence angles. Therefore, the random-incidence scattering coefficient is calculated based on the measured scattering patterns of a sine-shape surface and validated with measurement results, based on ISO 17497-1, on analytical calculations and on BEM simulations.
18:40	Wie genau müssen Messpositionen für reproduzierbare Messungen des raumakustischen Klarheitsmaßes definiert werden? Ingo Witew, Michael Vorländer [Abstract] Räumliche Fluktuationen raumakustischer Einzahlkennwerte stellen die Validität akustischer Messungen in Auditorien in Frage. Ist die Messposition nur ungenau bekannt, also unsicher, kann die Variation des Schallfelds über den Ort als Faktor verstanden werden, der die kombinierte Unsicherheit raumakustischer Messungen beeinflusst. In diesem Beitrag wird die Frage diskutiert wie genau eine Messposition definiert werden muss um reproduzierbare und valide Ergebnisse zu ermöglichen. Die verwendete Methodik erfüllt die Anforderungen des ”Guide to the expression of uncertainty in measurement” (GUM). Mit diesem Ziel wurde ein Messroboter entwickelt, der eine automatische, hochauflösende Abtastung von Schallfeldern über große Flächen ermöglicht. Mit diesem Gerät wurden zahlreiche Schallfelder in verschiedenen Sälen vermessen und so Daten gewonnen, die zeigen, welche räumlichen Veränderungen im Schallfeld zu erwarten sind. Im Kontext des Leitfadens kann diese Beziehung als die Messfunktion angesehen werden, die es ermöglicht, Unsicherheiten durch eine Monte-Carlo-Methode zu propagieren.

Schallschutz im Umfeld von Musikklubs 1

Schallschutz im Umfeld von Musikklubs 1

Organisation:

T. Debor, Clubkombinat Hamburg e.V. B. Lehming, Arbeitsring Lärm der DEGA (ALD)

14:00	Wieviel Musik verträgt eine Stadt? Für einen neuen Umgang mit musikalischen Schallkonflikten Thore Debor [Abstract] Die Neue Leipzig-Charta propagiert die lebendige Stadt mit nutzungsgemischten Stadtquartieren in der u.a. auch die Kulturwirtschaft ihre Räume finden und nutzen soll. Musikclubs tragen für Städte und Kommunen einen bedeutenden Anteil zur Lebensqualität und Attraktivität - insbesondere für junge Menschen - bei. Doch wie lassen sich künftig noch schallintensive Nutzungen realisieren, wenn das Ruhebedürfnis in der Nachbarschaft und deren Klagen ausgeprägter und die musikalischen Orte für Begegnungen dadurch verdrängt werden? Ein Plädoyer für Lösungsansätze zwischen Schallschutz, Stadtplanung und Kultur
14:20	Konzept einer Studie zur Beurteilung von Freizeitlärm in Städten Jonas Egeler, Christoph Brunn, Christine Huth, Julia Kuhlmann, Manfred Liepert, Dirk Schreckenberg, Silvia Schütte [Abstract] Im Rahmen des Forschungsvorhabens des Umweltbundesamtes ”Beurteilung und Minderung der Lärmauswirkungen durch Freizeitlärm in Städten” wurden 15 beispielhafte Freizeitaktivitäten im städtischen Umfeld ausgewählt. Darunter befanden sich neben Stadtfesten, Open-Air-Bühnen, Abenteuerspielplätzen und Skateparks auch Sonderflächen, die häufig für Freizeitaktivitäten und Zusammenkünfte der Anwohnenden in Großstädten genutzt werden. Auf Basis von Literaturangaben, die durch eigene Messungen vor Ort überprüft und ergänzt wurden, erfolgte eine rechnerische Prognose der akustischen Belastung der Anwohnenden. Zudem wurde während der jeweiligen Freizeitveranstaltung eine Belästigungsbefragung der Anwohnenden an den Untersuchungsstandorten durchgeführt. In einer Befragung von Akteurinnen und Akteuren wurden Zielkonflikte des Freizeitlärms, sowie mögliche Mitigationsmaßnahmen erfasst. Der Beitrag stellt Ziele, Konzept, Durchführung und erste Ergebnisse der Studie vor.
14:40	Ergebnisse einer Studie zur Beurteilung von Freizeitlärm in Städten Julia Kuhlmann, Jonas Bilik, Jonas Egeler, Christine Huth, Manfred Liepert, Silvia Schütte, Christoph Brunn, Dirk Schreckenberg [Abstract] Im Rahmen des Forschungsvorhabens des Umweltbundesamtes ”Beurteilung und Minderung der Lärmauswirkungen durch Freizeitlärm in Städten” wurden 15 Freizeitveranstaltungen und -anlagen, wie Stadtfeste und Freilichtbühnen, im städtischen Umfeld in Deutschland ausgewählt. An den 15 Untersuchungsstandorten wurde eine Belästigungsbefragung mit der in einem Umkreis von 150 bis 200 m wohnhaften, erwachsenen Bevölkerung durchgeführt. Anhand von Meldedaten wurde für jeden Untersuchungsstandort eine Zufallsstichprobe gezogen und postalisch um Teilnahme gebeten. Es bestand die Möglichkeit sowohl online als auch telefonisch (CATI-Methode) teilzunehmen. Insgesamt nahmen 349 Personen an der Befragung teil. Der Fragebogen umfasste sowohl geschlossene als auch offene Fragen, die sich mit der Wohnqualität im Allgemeinen, mit der Wahrnehmung und Beurteilung der jeweiligen Freizeitveranstaltung bzw. -anlage und der Lärmbelästigung befassten. Zu jeder teilnehmenden Person wurde im Anschluss die akustische Belastung berechnet. Der Beitrag stellt erste Ergebnisse der Studie vor.
15:00	Warum die tiefen Frequenzen der Klubkultur Schwierigkeiten bereiten Berndt Zeitler, Martin Schneider [Abstract] Kultur ist wichtig für das Wohlergehen der Menschen. Leider können aber die entstehenden künstlerischen Geräusche besonders in der Nacht, wenn sie in einem Schlafraum gelangen, als Lärm empfunden werden. Störend sind dabei meistens die tiefen Frequenzen. In diesem Beitrag werden die Phänomene geschildert, die dazu beitragen, dass die tiefen Frequenzen zu den Störungen führen. Dabei wird unter anderem auf die Schalldämmung, die Schallausbreitung und die Schallbeugung eingegangen. Die Effekte werden an einem Fallbeispiel geschildert und mit Hörbeispielen verdeutlicht.
15:20	Erfahrungen mit Schallpegelmessungen bei Veranstaltungen Andreas Ederhof [Abstract] Vor dem Hintergrund zunehmender Lärmbelastung in Ballungsräumen ist es einerseits wichtig, die Bedürfnisse der Anwohner nach gesunder Wohnumgebung zu schützen, andererseits aber auch den Bedarf der Bevölkerung bezüglich kultureller Musikausübung nicht zu vergessen. Moderne Beschallungsanlagen können heute sehr hohe Schallpegel produzieren. Um die Zuschauer einer Veranstaltung vor bleibenden Hörschäden zu schützen, wurde vor ca. 20 Jahren die DIN-Norm 15905-5 Maßnahmen zum Vermeiden einer Gehörgefährdung des Publikums durch hohe Schallemissionen elektroakustischer Beschallung aufgesetzt. Diese DIN-Norm regelt, wie Schallpegel bei Veranstaltungen gemessen und dokumentiert werden. Außerdem schreibt sie Richtwerte für die Schallpegel vor, die bei einer Veranstaltung nicht überschritten werden dürfen. Bei Einhaltung der DIN-Norm erhält der Veranstalter Rechtssicherheit, um eventuelle Zuschauerklagen wegen Beeinträchtigung des Hörvermögens abwehren zu können. In meinem Vortrag werden Beispiele aus der augenblicklich gängigen Praxis von Veranstaltungsmessungen aufgezeigt. U.a. schauen wir uns an, welche Veranstaltungen gemessen und wie diese Messungen durchgeführt werden. Die Erfahrungen mit Schallpegelmessungen von Veranstaltungen zeigen, dass nur gemessen und dokumentiert wird, wenn es unbedingt sein muss. Da es sich bei der DIN 15905-5 nicht um eine gesetzliche Vorgabe handelt, bleibt es dem Veranstalter überlassen, ob er eine Messung durchführt oder nicht. Hier würde eine gesetzliche Regelung nach dem Schweizer Vorbild eventuell helfen.

Schallschutz im Umfeld von Musikklubs 2

Schallschutz im Umfeld von Musikklubs 2

Organisation:

T. Debor, Clubkombinat Hamburg e.V. B. Lehming, Arbeitsring Lärm der DEGA (ALD)

16:20	Forschungsvorhaben zur Entwicklung eines Mess- und Beurteilungsverfahrens für tieffrequente Schallimmissionen bei Veranstaltungen Benjamin Bernschütz, Lukas Roskosch, Christoph Pörschmann, Hendrik Himmelein, Jörn Latz, Darius Styra, Thomas Przybilla, Detlef Krahé [Abstract] Die Messung und Beurteilung von Schallimmissionen durch Veranstaltungsgeschehen ist formal in den Freizeitlärmrichtlinien der Länder und der TA Lärm reguliert. Aus verschiedenen Gründen sind tieffrequente Immissionen in diesem Kontext besonders problematisch. Insbesondere ist auch das anzuwendende Regelwerk DIN 45680 primär für andere Lärmarten konzipiert worden und stellt den Veranstaltungssektor vor verschiedene Herausforderungen. Im Rahmen eines vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Forschungsvorhabens soll ein Vorschlag für ein auf den Veranstaltungsbereich zugeschnittenes Mess- und Beurteilungsverfahren erarbeitet werden. Dazu sollen unter anderem Immissionsmessungen inklusive subjektiven Beurteilungen bei Veranstaltungen, bauphysikalische Messungen an Fassaden sowie psychoakustische Experimente durchgeführt werden. Im Beitrag wird das Forschungsvorhaben skizziert. Die Problemstellung, die Forschungsmotivation und die geplante Vorgehensweise werden diskutiert.
16:40	Hamburg St. Pauli – Musik und Wohnen rund um die Reeperbahn Markus Jordan [Abstract] Der Stadtteil Hamburg St. Pauli pflegt seit jeher eine Tradition, die von Toleranz geprägt ist. In diesem Klima sind viele prägende Gastronomien und Clubs entstanden. Nachbarschaftlich miteinander auszukommen ist hier eine besondere Fähigkeit, die aber auch immer wieder auf Grenzen stößt. Der Referent gibt einen Überblick über die Musiklandschaft rund um die Reeperbahn und erläutert spezielle Probleme eines Vergnügungsgebietes aus Sicht einer gaststätten- und immissionsschutzrechtlichen Überwachungsbehörde.
17:00	Verminderung der Schallemissionen urbaner Open Airs durch mobile Schallschutzwände Julian Stehling, Steffen Lepa, David Ackermann, Stefan Weinzierl [Abstract] Urbane Open Airs erfreuen sich vor allem in den Sommermonaten großer Beliebtheit, doch im dicht besiedelten Stadtgebiet sorgen basslastige Musikdarbietungen unter Freiluft für Lärmbelastungen umliegender Räume. Durch die hohen Betriebspegel und tieffrequenten Signalanteile eignen sich nur wenige Orte für die Umsetzung von Tanzveranstaltungen mit elektronischer Musik. Eine Maßnahme zur Verminderung von Schallemissionen, die oft in Betracht gezogen wird, ist der Einsatz von mobilen Schallschutzwänden. Die teilweise hohen Schalldämmmaße, die von den Herstellern angegeben werden, klingen überzeugend, doch sie basieren oft auf Messungen, die wenig repräsentativ für die typischen Gegebenheiten eines urbanen Open Airs sind. Mithilfe typischer Beschallungssetups wurden an einer Berliner Open-Air-Stätte Messungen mit zwei verschiedenen mobilen Schallschutzwänden durchgeführt. Dabei wurden die Schallemissionen in unterschiedlichen Richtungen unter Verwendung der jeweiligen Schallschutzwand mit fünf verschiedenen Beschallungssetups ermittelt und mit den jeweiligen Betriebspegeln auf der Tanzfläche verglichen. Die Messungen wurden zuletzt ohne Schallschutzwand wiederholt, um eine frequenzabhängige Pegeldifferenz zu erhalten, die durch die mobilen Schallschutzwände erreicht wurde.
17:40	Proaktives Noise Management Daniel Belcher [Abstract] Allgemein finden mehr Open-Air Veranstaltungen statt, vorzugsweise in Stadtnähe. Mehr Genehmigungen für Veranstaltungen erfordern eine Lärmbeurteilung. Veranstaltungsorte mit Lärmproblemen verkleinern Veranstaltungen oder lassen sie seltener stattfinden, um weiter machen können. Wer sich also proaktiv um potentiellen Lärm kümmert, der ermöglicht mehr Kunst! Mit der SL-Serie und NoizCalc bietet d&b audiotechnik ein einzigartiges proaktives Noise Management Paket an. Durch die breitbandige Kontrolle der Richtcharistik ermöglicht die SL-Serie mehr Veranstaltungen an lärmkritischen Orten, insbesondere in städtischen Gebieten. Mit NoizCalc kann potenzieller Lärm einfach, effizient und mathematisch korrekt erkannt, kommuniziert und adressiert werden und zwar bevor er zum Problem wird. Hierzu berücksichtigt erstens der erweiterte Algorithmus die Phase und zweitens werden die komplexen Daten geplanter Beschallungssysteme direkt ohne Reibungsverluste importiert, wodurch sich das fehleranfällige Nachbauen des Systems in der Prognose-Software erübrigt. Die SL-Serie setzt neue Maßstäbe, weil sie Veranstaltungen und Installationen ermöglicht, die sonst mit herkömmlichen PA-Systemen nicht realisierbar sind. So wie die SL-Serie hat sich auch das Verfahren für Schallimmissionsprognosen mit dem direkten Datenimport erfolgreich als überlegen im Markt etabliert. Beschallungsdienstleister nutzen NoizCalc-Prognosen als Mehrwert und verschaffen sich damit einen Vorteil gegenüber ihren lokalen Mitbewerbern. Dasselbe Verfahren ist auch in SoundPLAN Software implementiert.
18:00	Eine Experimentierklausel zur TA Lärm als Instrument zur Lösung von Lärmkonflikten? Dirk Liebrecht [Abstract] Die sogenannte Experimentierklausel zur TA Lärm wird diskutiert im Abschlussbericht vom 24.09.2020 der ”Gemeinsamen Arbeitsgruppe BMK/UMK zu Zielkonflikten zwischen Innenentwicklung und Immissionsschutz (Lärm und Gerüche)”. Die Arbeitsgruppe sollte unter anderem zusätzliche Lösungsansätze für Konflikte bei Gewerbelärm und heranrückender Wohnbebauung finden. Ein Einigung dazu ergab sich auch nicht in den anschließenden Beschlüssen der Bauministerkonferenz (BMK) und der Umweltministerkonferenz (UMK). Nach der Bundestagswahl im Herbst 2021 nahm das Bundesministerium die Arbeiten an einem Änderungsentwurf zur TA Lärm wieder auf und führt nach dem letzten Kenntnisstand ergänzende Prüfungen durch. Zeitplan oder Inhalte sind nicht bekannt. Nach den Zielvorgaben der BMK wäre mit der Experimentierklausel eine erhebliche Absenkung des bisherigen Lärmschutzstandards der TA Lärm und ein umfangreicher Anwendungsbereich verbunden. Nach den Vorgaben der UMK ist diese Absenkung von Schutzstandards inhaltlich und im Anwendungsbereich eingeschränkter. Abhängig von den weiteren Entwicklungen zur Experimentierklausel zeigt der Vortrag die konkreten Zielsetzungen sowie die damit verbundenen tatsächlichen und die rechtlichen Probleme der Experimentierklausel auf.
18:20	Lärm von Musikklubs – Schutzziele und Minderungskonzepte Michael Jäcker-Cüppers [Abstract] Geräusche in Folge von Musikklubs in der Nähe von Wohnbebauungen können zu hohen Beeinträchtigungen führen. Wesentlicher Grund dafür ist der Betrieb der Klubs in der besonders sensiblen Nachtzeit, der zudem neben den eigentlichen Geräuschemissionen der Klubs auch zu solchen in ihrem Umfeld - z. B. durch An- und Abfahrten - führen kann. Ein akzeptabler Klubbetrieb erfordert deshalb ein umfassendes Vorsorge- und Minderungskonzept, das den neueren Erkenntnissen der Lärmwirkungsforschung zu nächtlichen Schutzzielen gerecht wird und die bereits bestehenden anspruchsvollen rechtlichen Regelungen umsetzt. Schutzziele und allgemeine Vorschläge für ein anspruchsvolles Vorsorge- und Minderungskonzept werden im Beitrag vorgestellt

Sound Analysis for Music and Audio Signals 2

Sound Analysis for Music and Audio Signals 2

Organisation:

J. Abeßer, Fraunhofer IDMT M. Müller, International Audio Laboratories Erlangen S. Stober, OvG-Universität Magdeburg

8:40	Towards Singing Voice Enhancement from Larynx Microphone Signals Simon Schwär, Michael Fast, Michael Krause, Sebastian Rosenzweig, Meinard Müller [Abstract] Larynx microphones provide a practical way to obtain interference-free recordings of the human voice by picking up vibrations directly from the throat with a piezo-electric sensor. While being particularly suitable for use cases like radio communication in noisy environments, larynx microphones have also demonstrated their value in musicological research, e.g., for analysing individual voices in polyphonic singing. However, the recorded signals do not provide satisfactory audio quality for mixing and playback, as the effects of the vocal tract (like vowel formants or consonants) are barely present in the recorded signal and the frequency response is limited. In this contribution, we introduce an approach for singing voice enhancement from larynx microphone signals using methods from differentiable digital signal processing (DDSP). In particular, we train a neural network to control a filter and synthesis model that enhances the larynx microphone input signal to sound more like a traditional close-up microphone recording. Additionally, we provide a suitable dataset of musical performances with approx. 210 minutes of audio recordings from five individual singers, where both larynx and close-up microphone signals are available. Finally, we evaluate the subjective quality of our approach with a listening test and discuss possible paths towards further improvements.
9:00	Improving voice conversion for dissimilar speakers using perceptual losses Suhita Ghosh, Yamini Sinha, Ingo Siegert, Sebastian Stober [Abstract] In this paper, we analyze and incorporate acoustic features in a deep learning based speaker anonymization model. Speaker anonymization aims at suppressing personally identifiable information while preserving the prosody and linguistic content. In this work a StarGAN-based voice conversion model is used for anonymization, where a source speaker’s voice is transformed into that of a target speaker. It has been typically observed that the quality of the converted voice varies across target speakers, especially when certain acoustic properties such as pitch are very different between the source and target speakers. Choosing a target speaker dissimilar to the source speaker may lead to successful anonymization. However, it has been observed that choosing a very dissimilar target speaker often leads to a low-quality voice conversion. Therefore, we aim to improve the overall quality of the converted voice, by introducing perceptual losses based on stress and intonation related acoustic features such as power envelope, F0, etc. This facilitates improved anonymization and voice quality for all target speakers.
9:20	An Introduction to Unsupervised Domain Adaptation in Sound and Music Processing Franca Bittner, Jakob Abeßer [Abstract] Common machine learning models require large amounts of training data with samples representing the intended application scenario. However, these models often do not generalize well to novel data distributions caused by variations of the expected conditions. Such a lack of robustness can lead to a significant decrease in the model performance. This issue is known as domain shift and can be caused in the case of audio data by deviations of microphone characteristics or acoustic environments between data from the source domain (training data) and target domain (test data). Unsupervised domain adaptation (UDA) aims to restore the model performance by transferring knowledge from labeled samples of the source domain to unlabeled samples of a related target domain. We first provide an overview over basics and general approaches of UDA. Then, we study UDA for two audio analysis tasks: sound event detection (SED) and automatic music transcription (AMT) of piano music. Our results show that domain shift caused by microphone mismatch has a greater impact on the model performance for SED than AMT. As a possible cause we suspect that while SED analyzes the full spectral envelope, AMT examines only the harmonic peaks whose positions are less affected by domain shift.
9:40	Sinfonische Blasmusik als neuer Anwendungsfall in der automatisierten Musikverarbeitung Stefan Balke [Abstract] Sinfonische Blasmusik deckt eine Vielzahl von Genres ab: Angefangen mit Unterhaltungsmusik, über Arrangements von Filmmusik, bis hin zu zeitgenössischen Originalkompositionen. Sinfonische Blasorchester sind fest verankert in der deutschsprachigen Musik- und Ensemblelandschaft. Vor allen Dingen im Amateurmusikbereich erfreuen sie sich zunehmender Beliebtheit und sind in vielen Städten und Ortschaften aus dem kulturellen Leben nicht wegzudenken. Professionelle Blasorchester sind vor allen Dingen in der Militärmusik anzutreffen (z.B. in Form von Musikkorps der Bundeswehr). Der Musikzweig der Blasmusik im Allgemeinen ist durch Forschung im Bereich der automatisierten Musikverarbeitung bislang kaum betrachtet worden. Mit diesem Beitrag wollen wir die Blasmusik, sowie die Ensembleform des Sinfonischen Blasorchesters, als Anwendungsfall für die automatisierte Musikverarbeitung vorstellen. Anhand von Fallbeispielen aus der Marschmusik sollen erste Ergebnisse präsentiert werden, wie existierende Methoden aus der Musikverarbeitung verwendet werden können, um die Probenarbeit von Blasorchestern im Amateurmusikbereich zu unterstützen. Ferner wird skizziert, welche Herausforderungen und Chancen sich mit diesem Musikzweig für die automatisierte Musikverarbeitung ergeben (z.B., Intonationsanalyse in gleichzeitig erklingenden Bläserklängen, Strukturen von Musikstücken oder ganz konkret der Einfluss von Volksliedern auf die Marschmusik).
10:20	A computational approach for creating orchestra tracks from piano concerto recordings Yigitcan Özer, Meinard Müller [Abstract] The piano concerto, composed for a pianist accompanied by an orchestra, is a genre of great importance in Western classical music. Even though most pianists practice piano concertos (also as an essential part of their piano education) in their careers, only first-class pianists have the opportunity to actually play with an orchestra. In this contribution, we propose a computational pipeline that allows pianists of any level to create their own mixes with an orchestral accompaniment coming from an existing recording. In particular, this pipeline consists of four components using techniques from music information retrieval (MIR). First, starting with a complete piano concerto recording, we apply data-driven source separation techniques to separate the piano and the orchestra. Second, we alleviate separation artifacts (e.g., musical noise) in a post-processing step. Third, we use music synchronization techniques to temporally align the separated orchestral track with the pianist’s own recording. Finally, we apply time- scale modification to warp the orchestral track and create the final mix. While introducing a novel dataset used for training and testing our overall procedure, we discuss the various MIR techniques involved and report on first experimental results.
10:40	Transformer-Based Chord Recognition with Unsupervised Pre-training of Input Embeddings Maral Ebrahimzadeh, Valerie Krug, Sebastian Stober [Abstract] Automatic chord recognition (ACR) is a popular task in the field of music information retrieval. The available research for ACR tasks indicates that there is less tendency to work on symbolic data rather than audio data. One of the main reasons for this underrepresentation is that there are few symbolic music datasets with adequate annotations available. To tackle this issue, it is possible to use unsupervised techniques on datasets without chord labels for pre-training generalized input embeddings. In this paper, we use the Harmony Transformer (HT) architecture by Chen and Su in its recent version from 2021. We propose to exploit skip-grams of pitches as an unsupervised embedding technique instead of learning the input embedding as part of the network. This improves the HT such that it can make use of the large amount of unlabeled data. We do our experiments on Lakh MIDI dataset and also on BPS-FH dataset which was used in the Harmony Transformer related paper to compare the results. We also propose to use Explainable Artificial Intelligence (XAI) techniques to interpret how the model performs the chord recognition task, for example, by identifying prediction-relevant features in the input data.
11:00	Quantifying Uncertainty in Music Genre Classification Hanna Lukashevich, Sascha Grollmisch, Jakob Abeßer [Abstract] Music annotation algorithms apply signal processing and machine learning techniques to extract and add metadata to audio recordings in music archives. One common task is music genre classification, where a single label (such as Rock, Pop, or Jazz) is assigned to each song. Since music genres are often ambiguous, classification algorithms naturally cannot obtain fully correct predictions. Therefore, our focus is not only on the label with the highest posterior class probability but also on on a realistic confidence value for each of the possible genres. In theory, most state-of-the-art classification algorithms based on deep neural networks suffer from overconfident predictions which complicates the interpretation of the final output values. With this work, we investigate whether the problem of overconfident predictions, and therefore non-representative confidence values, is also applying to music genre classification. Furthermore, we outline state-of-the-art methods for preventing this behaviour and investigate the influence of the so-called temperature scaling to get more realistic confidence outputs which can be directly used in real-world music tagging applications.

Technische Akustik

Technische Akustik

Sitzungsleitung:

J. Bienert, Technische Hochschule Ingolstadt L. Kurtze, VisionA23, Weinheim

14:40	Schallmesswagen-Pegel zur akustischen Beurteilung von Schienenisolierstößen und Schienenprofilen Sebastian Floss, Christoph Allmer, Stefan Gombots, Thomas Tietze [Abstract] Der Messwagen der ÖBB Infrastruktur AG misst mit dem Darstellungssystem NATAS den Zustand des Oberbaus. U.a. Gleislagedaten und Daten über Schwellen, Befestigungen, Schienenform und Schienenabnutzung werden mehrmals im Jahr erfasst. Um Emissionsdaten für Lärmemissionen auf einem Teil des österreichischen Schienennetzes zu erhalten, wurde der Messwagen mit drei Mikrofonen ausgestattet. Dabei ist es nun ein weiteres Ziel, aufgrund der gemessenen Schalldaten an Positionen direkt über dem Drehgestell versuchsweise auf den Schienenzustand, speziell auf akustisch günstige Schienenprofile, zu schließen und auffällige Schienenisolierstöße zu erkennen. Durch eine große Zahl an Wiederholungsfahrten sollen dabei mit Hilfe des Abgleichs von akustischen Daten und NATAS Daten Trends in den Lärmemissionen bzw. der Gleisqualität ohne genauere Kenntnis von Schienenrauheit, des Zustandes der Radlauffläche und der Gleisabklingrate identifiziert werden.
15:00	Bestimmung der akustischen Absorption von Kanalwänden Johannes Kreuzinger [Abstract] Im Gegensatz z.B. zu Absorptionsraten für raumakustische Berechnungen ist es schwierig, Daten über das Absorptionsverhalten von Luftkanalwänden zu finden. Diese Informationen werden aber benötigt um Wandmaterialien auszuwählen und Randbedingungen für Berechnungen richtig zu setzen. Ziel war daher die Entwicklung eines Versuchsaufbaus mit den folgenden Eigenschaften: (1) Quantifizierung der Absorption der Kanalwände, nicht der Dämmung des Kanals. (2) Quantifizierung der Eigenschaften des Materials, nicht der Kanalform. (3) Einfache Handhabung und einfache Art der Probe. (4) Unabhängigkeit vom Wirkprinzip, wie z.B. Dissipation, Transmission durch Poren, Transmission durch Strukturschwingung. (5) Möglichkeit der Validierung von Simulationsansätzen. Ergebnis ist ein durchschallter Kanal mit quadratischem Querschnitt, bei dem eine Seitenwand durch die Probe, also das zu untersuchende Material, ersetzt werden kann. Durch Mikrofonarrays werden die Netto-Schallleistungsflüsse am Ein- und Ausgang des Kanals bilanziert. Diskutiert werden die Auswertung der Schallleistung, Messergebnisse für unterschiedliche Kanalmaterialien für KFZ-HVAC-Kanäle und ein Vergleich von Mess- und Simulationsergebnissen.
15:20	Investigating vibroacoustic sound emission of a clinically applied knee prosthesis Andreas Wurzinger, Bernhard Mayr-Mittermüller, Harald Sima, Manfred Kaltenbacher, Stefan Schoder [Abstract] Identification and evaluation of sound generation of a knee prosthesis is a major part of the development of next-generation prostheses, as its noise emissions have multiple negative effects on both the user and the user’s environment. This work focuses on the vibroacoustics of a clinically applied hydraulic knee prosthesis. Structural vibrations are induced by turbulent flow phenomena inside the encapsulated, passive hydraulic damping unit of the prosthesis under investigation. Therefore, the frame of the prosthesis is investigated both experimentally and numerically, to better understand significant vibroacoustic emission mechanisms. Laser-Doppler vibrometry was used to obtain a modal representation of the structural dynamics of the prosthesis frame for a reproducible excitation source. Furthermore, the acoustic near- and far-field based on the experimentally obtained structural vibrations is predicted using the boundary element solver NiHu. Consequently, the presented methods cover a major part of the overall acoustic transfer path of sound in a complex encapsulated hydraulic system and provide a link to investigations on the flow acoustics inside the hydraulic system.

Technische Akustik (Poster)

Technische Akustik (Poster)

Organisation:

O. Von Estorff, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung S. Lippert, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung

15:40	Acoustic data acquisition for quality monitoring during Powder Bed Fusion with Laser Beam (PBF-LB) Yaxiong Ren, Christian Adams, Peter Gross, Anitha Bhat Talagini Ashoka, András Kátai, Matthias Weigold, Tobias Melz [Abstract] Additive manufacturing such as Powder Bed Fusion with Laser Beam (PBF-LB) is gaining attention in the producing industry. Monitoring the quality of the PBF-LB products in situ is crucial for ensuring that the desired product criteria are met. Currently, the state of the research focuses on optical process monitoring using CCD cameras, photodiodes, high-speed cameras, and pyrometers. A disadvantage of these approaches is that knowledge can only be extracted from the last manufactured layer, whereas defects such as cracks or warpage in deeper layers can remain hidden. A way to extend such monitoring systems is the use of microphones to analyze the sound pressure generated by PBF-LB. We describe possible defects in PBF-LB and how to detect them with ultrasonic microphones. The experimental setup is optimized regarding the acoustic conditions in the manufacturing chamber and the Signal-to-Noise ratio. The optimized setup is exemplified as used in the experiments in the project ”Development of machine learning algorithms on the basis of virtual sound data for lightweight construction for quality assurance in additive manufacturing” (ML-S-LeAF). Finally, an outline is given for future work.
15:48	Vergleich der Verfahren in ISO 6721-3 zur Bestimmung dynamisch-mechanischer Eigenschaften von Kunststoffen Arne Rotermund, Steffen Hoffmann, Philipp Heck, Sabine C. Langer [Abstract] Die Anforderungen an die Genauigkeit numerischer Modelle zur Vorhersage des vibroakustischen Verhaltens steigen aufgrund eines größeren Anspruchs an die Prognosegenauigkeit in der Produktentwicklung. Das vibroakustische Verhalten von Bauteilen mit Hilfe numerischer Modelle korrekt vorhersagen zu können erfordert verlässliche Materialparameter. Die experimentelle Bestimmung dynamisch-mechanischer Eigenschaften von Kunststoffen unter verschiedenen Schwingungsfällen ist eine Möglichkeit, die erforderlichen Materialparameter zu erhalten. In den Teilen der ISO 6721 werden Prüfmethoden mit verschiedenen Belastungen behandelt. Die ISO 6721-3 beschreibt das Resonanzkurven-Verfahren, bei dem Balkenproben zu Biegeschwingungen angeregt und die auftretenden Resonanzen zur Bestimmung des Biege-Speichermoduls und des Biege- Verlustfaktors verwendet werden. Dabei wird das Verfahren A mit einseitiger Einspannung und das Verfahren B mit Aufhängung auf Fäden behandelt. In diesem Beitrag werden beide Verfahren verglichen und der Einfluss der Lagerung auf unterschiedliche Proben untersucht. Hierbei wird insbesondere auf die verwendete Anpresskraft bei der Einspannung sowie die korrekte Positionierung der Fäden in den Schwingungsknotenlinien eingegangen. Als eine Alternative zur Aufhängung auf Fäden wird zudem die Lagerung auf Schaumstoff untersucht.
15:56	Metamaterial labyrinth absorption frequency and amplitude dependency on additionally attached plate Patrick Kontopidis, Rolf Bader [Abstract] The absorption of a hemispherical labyrinth structure was measured using an impedance tube. A standing wave method revealed a band-gap occuring in a narrow frequency range. The absorption was found in the subwavelength of the labyrinth substructure. Adding a plate behind the labyrinth showed an alternation of the damping frequency and reflectance by alternating the thickness of the attached plate. Furthermore, removing the plate leads to a complete vanishing of the band-gap absorption. This points to a dependency of the labyrinth efficiency on the attached plate. So the method not only allows to alter absorptive frequency range and efficiency, it also shows a simple way to remove the effect completely.
16:04	[Abstract] The reflection coefficient of acoustic diffuser surfaces shows unreasonable values greater than unity at high frequencies due to the promoted sound scattering. Aiming an adequate assessment of the reflection of such surfaces, it is proposed to quantify the correspondence (i.e. similarity) between the reflected and incident signals of an impulse response over a diffuser. By synchronizing and adjusting the pulses of an incident signal, acquired without surface, to any pulse of the reflected signal (specular or scattered) and multiplying them by each other, a correspondence signal between them is produced. This measure is normalized by the square of the synchronized and adjusted incident pulses, a standard correspondence signal. In principle, the ratio between the amplitudes of the resulting signals spectra provides a correspondence factor between the (n-order) reflected and the incident sound pressure. Analyses are done from measurements of normal incidence on samples of corrugated diffuser surfaces, including other incidence regions over the corrugations, besides a flat surface. It is shown that for diffuser surfaces, unlike the reflection coefficient, the proposed factor supplies good values along all over the spectrum. Such results indicate the possibility of applying this parameter for the evaluation of sound reflection and diffusion of such surfaces.

Ultraschall

Ultraschall

Sitzungsleitung:

C.-D. Ohl, OvG-Universität Magdeburg, Department Soft Matter U. Steinmann, OvG-Universität Magdeburg, IFAT, Lehrstuhl Messtechnik

8:40	Thermoakustische und Ferroelektret-Wandler als Phased-Array-Sender für luftgekoppelte Ultraschallprüfung Mate Gaal, Daniel Hufschläger, Dirk Gohlke, Matthias Weise, Detlef Ilse, Wolfgang Hillger, Artur Szewieczek [Abstract] Die üblichen Verfahren der zerstörungsfreien Prüfung mit Ultraschall basieren auf der Verwendung von flüssigen Koppelmitteln. Luftgekoppelte Prüfung setzt sich gegen die konventionellen Verfahren durch, wenn die Flüssigkeit nicht erwünscht oder den Prüfling gar beschädigen kann. Zwei Technologien für Erzeugung von Ultraschallsignalen sind vielversprechend: thermoakustische Wandler und Ferroelektret-Wandler. Basierend auf diesen beiden Technologien wurden Array-Sender gebaut und in diesem Beitrag miteinander verglichen. Thermoakustische Wandler basieren auf Dünnschichttechnologie und bieten eine resonanzfreie Erzeugung von Ultraschall. Sie bestehen aus einer dünnen elektrisch leitenden Schicht und werden mit kurzen elektrischen Pulsen angeregt. Die Erhöhung der thermischen Energie führt zur Erzeugung von akustischen Wellen in der umgebenden Luft. Bei Ferroelektret-Wandlern handelt es sich um polarisierte zelluläre Kunststoffe, die für den Bau eines Array-Senders besonders gut geeignet sind. Einige Ferroelektrete weisen eine hervorragende an Luft angepasste akustische Impedanz auf, so dass auf den Einsatz von Anpassschichten verzichtet werden kann. Ein sehr niedriges mechanisches Übersprechen zwischen einzelnen Elementen ermöglicht eine unabhängige Anregung einzelner Elemente, was bei Piezokompositen deutlich schwieriger wäre. Mit der Phased-Array-Technik können elektronische Fokussierung oder Schwenkung des Einschallwinkels für eine luftgekoppelte Prüfung genutzt werden. Die Schallfelder von diesen beiden Technologien wurden berechnet, gemessen und miteinander verglichen. Die Vorteile und Nachteile der beiden Technologien werden dargestellt.
9:00	Modelling of Lamb Waves in Complex Structures using a Time-Explicit Nodal Discontinuous Galerkin Method Kirill Shaposhnikov [Abstract] Modelling of Lamb waves is essential for the analysis and design of the structural health monitoring (SHM) systems for long range ultrasonic testing. Lamb waves belong to guided waves and propagate in long solid objects (waveguides) confined by at least one boundary, such as rods; plates; or pipes, but also in more complex structures, like rails. The design of an SHM system based on guided waves consists of two main parts. First, it is required to know the dispersion curves for the wave modes that can propagate in the waveguide of a certain cross section. Then, the propagation of a chosen mode through the waveguide and its reflection from a possible irregularity in the cross-section area (a fracture or a corrosion defect) is analyzed in the time domain. In this work, we perform an out-of-plane modal analysis for a cross section to detect the propagating modes. This approach is also sometimes referred to as the semi-analytical finite element (SAFE) method. The excitation and propagation of the desired mode is then modelled in 3D using the high-order time-explicit nodal discontinuous Galerkin finite element method (DG-FEM) which is chosen for its efficiency in solving acoustically large transient problems at low computational costs.
9:20	Untersuchung der Ausbreitung von geführten Ultraschallwellen in Wasserstoffdruckbehältern zur Zustandsüberwachung Jan Heimann, Samir Mustapha, Bengisu Yilmaz, Amir Charmi, Blaz Brence, Jens Prager [Abstract] Die zunehmende Bedeutung von Wasserstoff als emissionsfreier Energieträger der Zukunft lässt die Anforderungen an eine technisch einwandfreie und sichere Wasserstoffspeicherung steigen. Im Mobilitätssektor kommen dabei vorwiegend Kohlefaserverbundbehälter zur Speicherung von gasförmigem Wasserstoff im Hochdruckbereich zum Einsatz, die sich durch ihre Leichtbauweise bei gleichzeitig hoher Speicherkapazität auszeichnen. Materialfehler oder -ermüdung können jedoch zum Ausfall bis hin zum kritischen Versagensfall führen. Ein sicherer Betrieb der Behälter erfordert daher ein innovatives und zuverlässiges Konzept, um deren Integrität zu gewährleisten und folgenschwere Zwischenfälle zu vermeiden. Die Strukturüberwachung mittels geführter Ultraschallwellen ist dafür einer der prominentesten Ansätze, da sich die Wellen über große Entfernungen in der Struktur ausbreiten können und zudem sehr empfindlich auf kleinste Materialdefekte reagieren. In diesem Beitrag wird der Aufbau eines Sensornetzwerks zur Schadenserkennung und -lokalisierung vorgestellt, das auf den Prinzipien der Ausbreitung geführter Ultraschallwellen in Druckbehältern aus Verbundwerkstoffen basiert. Dazu werden in einem ersten Schritt das dispersive und multimodale Ausbreitungsverhalten analysiert und dominante Wellenmoden identifiziert. Basierend auf der Analyse werden Dämpfungsverhalten und Empfindlichkeit gegenüber künstlichen Defekten bestimmt. Unter Verwendung der ermittelten Informationen wird ein Sensornetzwerk bestehend aus piezoelektrischen Flächenwandlern entworfen, welches den zu untersuchenden Bereich vollständig abdecken soll. Das Ergebnis wird anschließend durch Aufbringen künstlicher Defekte experimentell evaluiert und präsentiert.
10:00	Erzeugung einer haptischen Wahrnehmung bei einem Touch-Display mittels longitudinaler Ultraschallwellen Marko Liebler, Georg Gallenmüller, Volker Groß, Heiner Storck, David Umbeck, Vanessa Völzke [Abstract] Touch-Displays als Anzeige- und Bedienelemente finden in vielen Anwendungsbereichen eine immer größere Verbreitung. Vermehrt kommt hier auch ein sogenanntes haptisches Feedback, die Erzeugung taktil wahrnehmbarer Effekte durch Vibrationen, zur Verbesserung der Bedienbarkeit zum Einsatz. Der Trend zu immer größeren Touch-Displays, beispielsweise im Automobilbereich, führt jedoch zu neuen Herausforderungen bei der Erzeugung dieser Vibrationen. Bei einem neuartigen Ansatz werden haptisch wahrnehmbare Effekte generiert, indem durch Ultraschall-Biegewellen auf der Displayoberfläche die Reibeigenschaften zwischen Finger und Glasoberfläche verändert werden. Dies wird vom Benutzer als Texturänderung wahrgenommen. Die Verwendung von Biegewellen führt jedoch zu einer signifikanten Abstrahlung von Luftultraschall. Die entstehenden hohen Schalldruckpegel können Störeffekte in anderen akustischen Systemen bewirken und stellen ein potenzielles Gesundheitsrisiko für die Benutzer dar. Die Begrenzung des abgestrahlten Schalls kann nur durch eine Limitierung der Schwingungsamplituden und damit der Intensität des haptischen Feedbacks erreicht werden. Als Alternative werden im vorliegenden Beitrag Quasi-Longitudinalwellen zur Erzeugung reibungsbasierter Haptik betrachtet, deren Verwendung zu einer reduzierten Schallabstrahlung führt.
10:20	Objektklassifikation auf Basis von Luftultraschall für Aufgaben der Umfeldsensierung mittels Convolutional Neural Network Jona Eisele, André Gerlach, Marcus Mäder, Andreas Koch, Steffen Marburg [Abstract] Die Herausforderungen des autonomen Fahrens erfordern zunehmend eine erweiterte Sensierung des Fahrzeugumfelds. Neben Kameras, Radar- oder Lidar-Sensoren sind Ultraschallsensoren insbesondere im Nahbereich beim Parken und Manövrieren aufgrund der kostengünstigen Herstellung, ihrer Robustheit und weitverbreiteten Nutzung geeignet. Heutige Ultraschallsensoren im Fahrzeug führen typischerweise Distanzmessungen zu Hindernissen mittels Impuls-Echo-Verfahren durch. Für eine Steigerung der Leistungsfähigkeit der Sensoren ist eine Klassifikation von Hindernissen erstrebenswert, wodurch eine erweiterte Auswertung der Schallrückstreuungen vorzunehmen ist. Im Gegensatz zu konventionellen Schwellwertverfahren ist eine verlustfreiere Verarbeitung der rückgestreuten Zeitsignale vielversprechend. Mit geeigneten Methoden der Signalvorverarbeitung und Merkmalsextraktion kann durch angepasste Convolutional Neural Networks (CNNs) eine Klassifikation in aggregierte Objektklassen erfolgen.
10:40	Auswahl von Ultraschallpulsformen zur aktiven Prozessüberwachung von Spritzgussverfahren Felix Cordes, Andreas Beering, Karl-Ludwig Krieger [Abstract] In Spritzgussverfahren ist die optimale Menge an eingespritztem Material Grundvoraussetzung für die Produktion von Kunststoffbauteilen. Verunreinigungen im Kunststoffgranulat, Luftblasen oder fehlerhafte Prozesseinstellungen können hierbei zu Fehlstellen im gefertigten Bauteil führen. Ein möglicher Ansatz diese Art von Prozessabweichungen zu detektieren, ist die Durchführung von Ultraschalltransmissionsuntersuchungen an der Spritzgussmaschine. An der Form der Spritzgussmaschine werden zu diesem Zweck mehrere piezoelektrische Ultraschallwandler systematisch angebracht. Die Kavität der Spritzgussform wird so aus unterschiedlichen Richtungen durchschallt. Um die Prozessabweichungen zu detektieren, werden die transmittierten Ultraschallsignale anhand zuvor bestimmter Merkmale untersucht. Die minimale Materialmengenänderung, die durch diese Untersuchung bestimmt werden kann, ist dabei von vielen Faktoren abhängig. Ein wichtiger (und vom Anwender beeinflussbarer) Faktor sind die Pulsformen der Ultraschallsignale, mit denen die Transmissionsuntersuchungen durchgeführt werden. Die Auswahl der Pulsformen ist für die Genauigkeit der Untersuchung entscheidend. Für die Erkennung von Materialabweichungen muss zudem das Verhältnis zwischen Abweichungen in den Ultraschallsignalen und Materialmengen durch eine Regression beschrieben werden können. In diesem Beitrag wird dieses Verhältnis daher anhand bestimmter Kriterien untersucht und bewertet. Auf Basis der Bewertung erfolgt anschließend eine Eingrenzung der Pulsformen, um eine hohe Genauigkeit bei der Erkennung von Materialänderungen zu erzielen. Die Funktionalität der Methodik wird anhand eines experimentellen Aufbaus validiert.
11:00	Two-dimensional temperature mapping for a moving agar-based tissue mimicking phantom using diagnostic ultrasound Md Nazmul Hossain, Volker Wilkens [Abstract] Ultrasonic hyperthermia in combination with radio therapy has the potential to improve the treatment of cancer. In this method a high-intensity focused ultrasound (HIFU) transducer is used to deliver heat for a hyperthermia process. An accurate spatial and temporal temperature map of the heated region is essential to control the therapy efficiency. The echo-time-shift method using diagnostic ultrasound is a promising non-invasive tool to estimate the elevated temperature in tissue and tissue mimicking samples. The application, however, is limited in a living organism where the tissue suffers from motion or deformation due to breathing and cardiac cycle. In this study, we demonstrate the applicability of the echo-shift method to estimate the temperature map even for a moving region of interest. An agar-based tissue mimicking phantom is heated in the post-focal region of the HIFU beam while the diagnostic scanner head performs a periodical displacement simulating tissue movement. A motion compensation technique has been developed and combined with the echo-shift method to estimate the temperature distribution in the moving heated region. Examples for practically relevant case are presented and further development steps of the method are discussed.

Ultraschall und Wasserschall (Late Poster)

Ultraschall und Wasserschall (Late Poster)

Organisation:

O. Von Estorff, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung S. Lippert, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung

15:40

Akustische Impedanzanpassung mit planarem Gradienten für die Detektion geführter Ultraschallwellen in SHM-Systemen mit integrierten Sensoren Max Rottmann, Wolfgang Weber [Abstract] Die Verlängerung der Lebensdauer von technischen Systemen wie z.B. Flugzeugen ist ein wesentliches Kriterium zur Steigerung der ökologischen und der ökonomischen Systemparameter. Durch Erfassen des Systemzustands und der Ableitung entsprechender Maßnahmen kann die Zuverlässigkeit und Lebensdauer von technischen Systemen erhöht werden. Für die Zustandserfassung eignen sich Structural Health Monitoring Systeme, die aus Aktuatoren und Sensoren bestehen. Der Aktuator induziert geführte Ultraschallwellen bzw. ein Wellenfeld das von den Sensoren erfasst wird. Aus den Sensordaten kann auf den Systemzustand rückgeschlossen werden. Das Wellenfeld wird jedoch von den strukturintegrierten Aktuatoren bzw. Sensoren infolge des Materialwechsels gestört, wodurch es zu Fehlinterpretationen kommen kann. In dieser Arbeit liegt der Fokus auf der Reduktion der Störungen des Wellenfeldes durch die strukturintegrierten Sensoren. Hierzu wird die akustische Impedanz zwischen Sensor und dem umliegenden Material mit einem funktional abgestuften Material angepasst. Durch Zugabe von Wolframpartikeln in eine unausgehärtete Epoxidharzmatrix kann die akustische Impedanz des Epoxids eingestellt und als Interphase zwischen Sensor und der umliegenden Epoxidstruktur implementiert werden, um einen planaren Impedanz-Gradienten zu erzeugen. Dieser neue Ansatz führt (i) zu einer Reduktion der Reflexionen vom Sensor und damit einer Reduktion der Störung sowie (ii) für bestimmte Konfigurationen zu einer Verstärkung der Transmissionen und damit einer Verstärkung des Sensorsignals.

15:48

Untersuchung von Wasserschall-Quellen mit Hydroakustik-Stationen des CTBT-Messnetzes Christoph Pilger, Michaela Schwardt, Peter Gaebler, Andreas Steinberg [Abstract] Dieser Beitrag gibt einen Überblick über natürliche und anthropogene Quellen von Wasserschall, die an den Hydroakustik-Stationen des Internationalen Überwachungssystems (International Monitoring System, IMS) für die Einhaltung des Kernwaffenteststopps (Comprehensive nuclear-Test-Ban Treaty, CTBT) erfasst werden. Bei den Stationen handelt es sich um mehrelementige Arrays aus Hydrophonen, die in ungefähr einem Kilometer Wassertiefe im südatlantischen, pazifischen und indischen Ozean installiert sind und neben der Erfassung von Unterwasser-Explosionen auch Quellen wie etwa Seebeben, Unterwasservulkane, Schiffsverkehr und Marineaktivität umfassen. Die Wellenleitung im sogenannten SOFAR-Kanal führt zu einer Ausbreitung des Wasserschalls mit geringer Dämpfung über große Entfernungen und Registrierung selbst schwacher Signale noch in mehreren Tausend Kilometern Abstand. Im Rahmen dieses Beitrags wird die systematische Erfassung und Charakterisierung von Hydroakustik-Quellen vorgestellt, wie sie anlässlich des Forschungsprojekts ”19ENV03 Infra-AUV” untersucht wurde. Darüber hinaus werden Beispiele von besonderen Hydroakustik-Ereignissen vergangener Jahre vorgestellt.

Virtuelle Akustik (Late Poster)

Virtuelle Akustik (Late Poster)

Organisation:

O. Von Estorff, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung S. Lippert, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung

15:40	Towards automatic Prediction of personalized Head-related Transfer Functions: Application and Evaluation of a Parametric Pinna Model Felix Perfler, Piotr Majdak, Florian Pausch, Katharina Pollack [Abstract] The plausibility of virtual-reality and augmented-reality systems benefits from personalized head-related transfer functions (HRTFs). Personalized HRTFs are traditionally obtained by means of elaborate acoustic measurements in laboratory settings using special equipment, making them less accessible for the general public. As an alternative, a parametric pinna model (PPM) matching a generic mesh to an individual target pinna can be used to calculate personalized HRTFs numerically. In this contribution, we will present a framework facilitating a comprehensive application-driven evaluation of such a PPM. An important first step in the evaluation will be the estimation of PPM-parameter ranges required to cover the variety of human ears. These parameter ranges will be then used to create datasets for training deep neural networks estimating personalized parameter sets from the listener’s visual information. Our evaluations will be done in the geometric, acoustic, and perceptual domains. Further, we will outline challenges towards the PPM-based personalization of HRTFs.
15:48	Von der Simulation zur Realität: Vergleich gemessener und berechneter HRTFs Felix Klooss, Christoph Reuter, Isabella Czedik-Eysenberg, Anja-Xiaoxing Cui [Abstract] Die Messung von HRTFs gestaltet sich meist als schwierig, da spezielle Geräte benötigt werden. Physikalische Berechnungen von HRTFs sind eine wertvolle Alternative, weichen jedoch teils von realen Messungen ab (Kreuzer et al., 2009; Jin et al., 2014). Ziel dieser Studie ist es, gemessene mit simulierten HRTFs zu vergleichen. Um auf den fehleranfälligen Scannvorgang zur Digitalisierung der Kopf/Ohrform zu verzichten, wird von dem bereits digitalisierten Modell mittels 3D-Druck ein Kopfmodell hergestellt, an dem die Messungen durchgeführt werden. Durch die Verwendung einer von der Universität Wien patentierter Messapparatur, die eine gradgenaue Ausrichtung des Kopfes ermöglicht, können unerwünschte Kopfbewegungen während des Messvorgangs vermieden werden. Die Simulationen beruhen auf der Randelementmethode. Zur Auswertung werden dB-Abstände der Frequenzbins in Abhängigkeit von der Einfallsrichtung herangezogen. Zusätzlich wird die Auditory Modeling Toolbox (Baumgartner et al., 2014) verwendet, um die Schallquellenlokalisierung zu modellieren. Es zeigen sich hohe Übereinstimmung gemessener und berechneter DTFs. So weichen 50 % der Frequenzbins um weniger als ± 0,5 dB von den berechneten ab. Außerdem wurde ein hoher Korrelationskoeffizient bis zu Frequenzen über 16 kHz beobachtet. Zusammenfassend zeigt sich, dass durch die Verwendung eines additiven Fertigungsverfahrens und computergesteuerter Ausrichtung Störfaktoren (Fehler bei der Digitalisierung der Ohrform, Bewegung der Versuchsperson) wirksam vermieden werden können.
15:56	Introducing an Unreal Engine toolkit for audio-visual perception studies in the virtual lab IHTApark Marco Wegener, Jonas Heck, Josep Llorca-Bofí, Rouben Rehman, Christian Dreier, Philipp Schäfer, Michael Vorländer [Abstract] Analyzing people’s perceived quality of urban spaces is a difficult task due to the lack of standardized methods to evaluate architectural design, especially in situations where sound matters. In order to conduct such experiments under reproducible conditions, it has been proposed to use virtual audio-visual models. An example of a VR model, that has recently been developed as a study framework, is the digital twin of a green space called IHTApark. Its visual appearance is implemented and rendered in Unreal Engine while the sound is reproduced by the open-source software Virtual Acoustics. It allows including fully synthesized sound sources as well as real-life recordings which enhance the realism of acoustic environments. This poster introduces a toolkit to conduct perception studies in such virtual environments. Most importantly, the toolkit contains a user interface for Unreal Engine to handle stimulus selection and collect subjective ratings. Mushra-like ratings are used to perform sensory evaluations like the individual vocabulary profiling. The interface is realized in the form of an open-source plugin for Unreal Engine and uses a TCP server/client structure to communicate with, e.g. Matlab, where experiment parameters can be controlled and results are processed.
16:04	Approach for exploring a search map through audible landmarks in Virtual Reality Florian Klein, Juliane Höbel-Müller, Sayantan Polley, Stephan Werner, Andreas Nürnberger [Abstract] When using search engines, results are often presented in lists that rarely show a relationship between the items. This can be improved by grouping the Items by similarity and presenting the results on visual maps. However, such a visual presentation may be of limited use depending on the used screen or device. Conventional computer screens can lead to heavy overlapping while an expanded search map in virtual reality, placed around the user’s head, can remedy this. The disadvantage of this approach is a possible orientation problem when items are out of the field of view. Therefore, we propose the concept of ”audible landmarks” to guide attention and facilitate exploration and confidence in a virtual search map. ”Audible landmarks” are a sonification of items in a search map, guiding the user through a search map by utilizing spatial audio. The contribution presents the concept and system for audio- visual guidance of attention in a search map. The system includes a visual 360∘ VR environment for displaying the map as well as a spatial audio representation of individual items and/or sonification of representative item clusters. In future, this system is intended to explore the benefit of ”audible landmarks” in a search task.
16:12	Aliasing-free time-domain simulation of spherical microphone arrays Nara Hahn, Frank Schultz, Sascha Spors [Abstract] This paper proposes an improved time-domain simulation of rigid spherical microphone arrays. The spatial transfer function of an external sound source evaluated on a rigid sphere can be represented as a spherical harmonics expansion. Each harmonic mode is described by the spherical Hankel function and its derivative, where Laplace-domain poles and zeros characterize the corresponding spectrum. We convert the continuous-time transfer function into the z-domain using a recently proposed discretization technique called the band-limited impulse invariance method. The resulting discrete-time system has a parallel structure composed of digital IIR filters and a single FIR filter. The FIR part is designed to cancel the aliasing introduced by the IIR filters. The captured signals are simulated by applying the filters to any given source signal. The filter coefficients are given in closed form, which is derived analytically. Numerical evaluations of the proposed method reveal its superiority to the conventional Laplace-to-z mappings (such as bilinear transform and impulse invariant method) in terms of spectral accuracy, which comes at the cost of slightly increased computations. A comparison is also carried out with the commonly used frequency-domain approach, which is computationally more demanding and exhibits time-domain aliasing artifacts.
16:20	MPEG-I Immersive Audio –The Upcoming New Audio Standard for Virtual / Augmented Reality Andreas Silzle, Sascha Disch, Alexander Adami, Nils Peters, Jürgen Herre [Abstract] Research in the field of auditory virtual environments has a long history. When combined with a visual counterpart and motion tracking, virtual environments can be used in widespread so-called Virtual Reality (VR) or Augmented Reality (AR) application fields. Only recently, the visual part of such VR implementations achieved acceptable characteristics (resolution, latency, price, etc.) for the mass market. International standards have often helped an application field to get widely used by providing formats and software that enable both interoperability between different implementations and format stability over long periods of time. This way, CE companies and service providers creating infrastructure and content for different platforms can together establish a healthy ecosystem and reach the population beyond early adopters. Currently, the MPEG Audio working group defines the new MPEG-I Immersive Audio standard for Virtual and Augmented Reality. The normative bitstream and renderer are defined to provide a real-time auditory world consisting of spatially distributed sound sources and listeners with six Degrees of Freedom (6DoF), both of which can move interactively. This includes the modelling of point sources, sized sources, coupled rooms and the realistic auralization of (room) acoustic phenomena, like reflections, diffraction, occlusion, late reverberation, Doppler and more. A specifically developed encoder input format allows the definition of such feature-rich acoustic worlds.
16:28	Exploring Preferred Reverberation Times in an Augmented Auditory Reality Scenario Christian Schneiderwind, Annika Neidhardt [Abstract] The present pilot study explores the preferred reverberation time of a listener in an augmented auditory reality scenario. In a listening experiment, participants had the task to manually adjust the reverberation time of the real room acoustic response. For this purpose, a set of BRIRs measured along a line in a reverberant seminar room has been modified by synthesizing the late reverberation tail. The original late reverberation tail was substituted by frequency-dependently scaled binaural white noise sequences of different lengths. Multiple test signals as well as three distinct evaluation distances to the sound source were considered.
16:36	An analytic method for transforming spatial filtering of WFS driving functions into temporal filtering Gergely Firtha, Péter Fiala [Abstract] The spatial filtering of driving signals of dense loudspeaker ensembles is a frequently arising problem in the field of sound field reproduction. A straightforward example is antialiasing filtering in applications involving Wave Field Synthesis (WFS) theory. However, direct spatial filtering of the loudspeaker driving functions may be computationally challenging, requiring special hardware architectures for complex loudspeaker geometries. The present contribution discusses an analytical approach allowing the transformation of spatial WFS filters into simple temporal filtering by exploiting the spatial-temporal interconnection present in WFS driving signals. As a result traditional filter design techniques can be directly employed for spatial filtering problems. The presented theory is directly applied to antialiasing filtering of WFS driving signals and validated via numerical simulations.

Virtuelle Akustik (Poster)

Virtuelle Akustik (Poster)

Organisation:

O. Von Estorff, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung S. Lippert, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung

15:40	Mounting extra-aural headphones to a head-mounted display using a 3D- printed support Felix Stärz, Leon Kroczek, Sarah Roßkopf, Andreas Mühlberger, Steven Van De Par, Matthias Blau [Abstract] To be able to compare head-tracked binaural auralizations via headphones to a loudspeaker rendering in the real room, headphones should ideally not influence the sound field produced by the loudspeaker. Often, extra-aural headphones are used as a practical solution. In interactive virtual environments participants typically have to wear both, headphones as well as a head mounted display (HMD). Combining them can be complicated and a proper headphone placement for optimal acoustic rendering is not guaranteed. To account for this, we designed a 3D-printed support, mounting the extra-aural AKG K1000 to a HTC Vive Pro eye HMD. The 3D-printed support enables a better placement of the headphones that is reproducible by marking the fastening of the HMD. Additionally, this supports reproducible headphone equalisation filters (HPEQs) which are needed for presenting binaural head-tracked auralizations. In contrast to over-the-ear headphones, the hovering position of the headphone allows to measure HPEQs right before listening to the auralizations without repositioning the headphones. In this study we measured individual HPEQs on different days for both extra- aural as well as over-the-ear headphones to compare the reproducibility. It turns out that the 3D-printed support helps to reduce the spectral difference due to headphone repositioning.
15:48	Realization of an audiovisual reproduction of interiors of the deep-sea tug 'Seefalke' in a virtual reality application Stephan Werner, Johannes Fried, Paul Popp, Kay Strama, Maurice Teuber, Tatiana Surdu, Stephan Fremerey [Abstract] The experience-oriented transfer of knowledge is one objective of the presentation in museums and exhibitions. Classic audio guides are increasingly being replaced by interactive audio guides to immerse visitors more deeply in the story and facts being told. One approach is the use of audio-visual technologies of virtual reality. Using the example of the deep-sea tug ”Seefalke”, the contribution shows a spatial audiovisual reproduction of interior spaces of the ship in a VR environment. In addition to capturing and reproducing the visual environment, the spatial acoustic properties of the interior spaces are also captured and reproduced via a position-dynamic binaural synthesis. The implemented system will be made available to other project partners as a research system, e.g. for user studies.
15:56	A.LI.EN: An audiovisual dataset of different acoustical impulse responses measured in a living room environment Tatiana Surdu, Christian Schneiderwind, Paul Popp, Lukas Treybig, Stephan Werner [Abstract] Environments are characterized by specific acoustic properties, which respectively pose varying challenges. For applications aiming at mixing real environments with virtual objects and scenes, the recognition and understanding of acoustic differences is an elementary basis to create an immersive and fused auditory environment. Acoustic measurements in realistic spaces where users are actively present can provide a database for this. This contribution documents the collection of various recorded Room Impulse Responses in such an environment. The measurements have been conducted in a small living room space using three different recording methods. A head-and-torso-simulator is utilized for measuring Binaural Room Impulse Responses over the azimuthal plane with a 4∘ resolution. Additionally, Directional Room Impulse Responses recorded with the 32-channel Eigenmike, and a Spatial Decomposition Method microphone array to capture Spatial Room Impulse Responses are included. The chosen source-receiver settings include position, distance, and orientation variations. Cases, where the receiver was placed outside the main recording area, are also included. Thus, transitions between rooms are covered as well. Additionally, each measured scene is visually recorded using a high-resolution 360∘ camera. An acoustic evaluation in regard to the different recording techniques and settings is also included in this dataset.
16:04	I Hear, Therefore I Am – Influence of Sound Design in Videogames Luise Haehn, Sabine J. Schlittmeier, Christian Böffel [Abstract] Modern videogames generally feature an elaborate sound design that utilizes music, character sound (e.g., sound of steps when the character is walking) and ambient sound to deepen the game experience, enhance immersion and increase fun. While past research has primarily focused on the effects of background music, the goal of the present experimental laboratory study was to investigate the influence of character sound and ambient sound on avatar identification, subjective immersion (presence) and fun during gameplay. Each participant (N = 32) played the videogame ”Evergate” in four different sound conditions (ambient sound on/off, character sound on/off) and fun, subjectively perceived immersion and avatar identification were measured using a self-report questionnaire. A positive influence of ambient sound on subjective immersion was observed and the presence of character sound led to increased avatar identification in the absence of ambient sound. No significant differences in fun between the different sound conditions were evident, but positive correlations between avatar identification, subjective immersion and fun respectively, suggest that the sound design might have an indirect effect on fun. These results demonstrate the influence of background sounds on subjective immersion and game experience - and thus underline their importance for the sound design of games.

Virtuelle Akustik 1

Virtuelle Akustik 1

Sitzungsleitung:

F. Zotter, Institut für Elektronische Musik und Akustik, Graz J.M. Arend, TU Berlin, Fachgebiet Audiokommunikation M. Frank, Institut für Elektronische Musik und Akustik, Graz

8:40	Frequency Dependencies of the Main Radiation Direction of the Human Voice Christoph Pörschmann, Johannes M. Arend [Abstract] For communication in acoustically difficult situations, the directivity of the human voice plays an important role, for example, when we face a person in a meeting or casual conversation. In previous publications, we determined full-spherical directivity patterns of 23 phonemes of different phoneme groups for 13 subjects using a surrounding spherical microphone array. From these data, we determined phoneme-specific directivity patterns and directivity indices. More detailed data analysis revealed specific aspects of human voice directivity, such as a frequency-dependent main radiation direction. In the present study, we analyze the main radiation direction for different phonemes and show that the assumption from previous studies suggesting that the human voice has a slightly downward main radiation direction in a wide frequency range is reasonable. However, the results also reveal significant deviations in the main radiation direction between 800 Hz and 1.6 kHz, probably mainly due to shoulder and torso reflections.
9:00	Source directivity measurement equipment: a system of 256 channels Paul Luizard, Matthieu Hartenstein, Hélène Moingeon, Christian Ollivon, Francois Ollivier, Fabrice Silva [Abstract] Recent source directivity measurement systems took benefits from the microphone industry which produced affordable yet technically sound devices developed with the Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) technology. It has become possible to use a large number of sensors located around a sound source to increase the spatial resolution, hence the accuracy of directivity measurements. This paper presents the design of a measurement equipment composed of 256 channels. Several geometries of sensor distribution around the sound source are discussed in terms of sensitivity and accuracy of the obtained directivity patterns, as compared to a reference source directivity. Finally, preliminary measurements of various sound sources such as loudspeakers and the human voice are presented.
9:20	Physikalisch informierte Interpolation von Richtcharakteristiken Mathias Lemke, Arne Hölter, David Ackermann, Stefan Weinzierl [Abstract] Die Abstrahlcharakteristik von Schallquellen ist für die Beschallung von Räumen und öffentlichen Plätzen als auch im Rahmen der virtuellen Akustik relevant. Die Bestimmung der Charakteristik realer Quellen geschieht typischerweise experimentell mittels diskreter Mikrofonmessungen. Die Messungen müssen dabei in fast allen Fällen interpoliert werden, entweder für das räumliche Upsampling auf höher aufgelöste Darstellungen der Daten für die räumliche Neuabtastung auf ein anderes Abtastgitter oder für die Verwendung in Simulationen der Schallausbreitung. Unterschiedliche Interpolationstechniken sind etabliert, etwa Pseudo-Splines oder sphärisch Harmonische. Die Leistung der Interpolationstechniken hängt vom verwendeten Abtastraster, aber auch vom Abstrahlungsmuster der Quellen selbst ab. Die Interpolation basiert zumeist auf mathematischen Ansatzfunktionen. Typischerweise werden keine physikalisch motivierten Nebenbedingungen berücksichtigt. In diesem Beitrag wird ein Verfahren zur Interpolation von Richtcharakteristiken vorgestellt, das physikalisch informiert ist und die Eulergleichungen als Nebenbedingungen verwendet. Im Detail wird eine adjungierten-basierte Monopolsynthese im Zeitbereich durchgeführt, mit dem Ziel, experimentelle Mikrofonmessungen in einem optimalen Sinn zu reproduzieren. Aus der daraus resultierenden Ersatzquelle lassen sich hochaufgelöste Richtcharakteristiken bestimmen. Vorteil der Methode ist insbesondere die Unempfindlichkeit gegenüber Messrauschen. Vorgestellt werden synthetische Untersuchungen und eine Diskussion relevanter Parameter des Verfahrens.
9:40	Pilot study on the influence of spatial resolution of human voice directivity on speech perception Aurian Quelennec, Paul Luizard [Abstract] A perceptual threshold related to spatial resolution of the human voice directivity was determined through a listening test of similarity (MUSHRA) over 27 participants. Directivity data of an artificial talking head measured at high spatial resolution (spherical harmonics of order 35) was processed to obtain data at various spatial resolution steps (spherical harmonics of orders 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 and 10). The directivity data was then used as input of a room acoustics simulation software (RAVEN) to build sound stimuli in various room acoustic conditions (reverberant or dry) and source-receiver arrangements (different angles), with different voices (male, female). Results showed that, at spherical harmonics order 8 and above, the voice signal was not anymore perceived as significantly different from the greatest resolution. In addition, general trends related to the effect of gender, head orientation, and room acoustics on the threshold were found. A simple analytical predictive model was proposed and showed that the perceived degradation of speech spatial rendering follows a logarithmic relationship with the spherical harmonics orders.
10:00	Computationally Efficient and Spatially Smooth Edge Diffraction for Virtual Acoustics Christoph Kirsch, Stephan D. Ewert [Abstract] Virtual acoustics can be used to create complex acoustic environments with applications in, e.g., hearing research, architectural planning and entertainment. Due to the high demands regarding computational efficiency, dynamic real-time renderings are usually based on geometrical acoustics (GA), assuming ray-like sound propagation. However, in real sound fields, diffraction leads to perceptually relevant effects, particularly when sound sources become occluded. To approximate diffraction in the framework of GA, additional diffraction paths are modeled and superimposed with the geometrical direct sound and specular reflections (image sources). In addition to establishing the diffracted paths, an accurate, fast, and spatially smooth modelling of the spectral and temporal effects of diffraction is still a challenge. Here, a computationally highly efficient, scalable infinite-impulse response (IIR) filter approach to account for spectral effects of diffraction is shown. Strategies are presented to achieve a smooth transition between a visible and occluded sound source by i) a room corner and ii) a flat plate. For the latter case, our diffraction simulations are compared to reference measurements in anechoic chamber with a source and receiver trajectory passing both the shadow and reflection boundaries.
10:20	Auditory distance perception and externalization in virtual acoustic environments with different acoustic level of detail Stefan Fichna, Steven Van De Par, Stephan D. Ewert [Abstract] The use of complex acoustic environments to access auditory perception in ecologically relevant everyday situations is becoming an integral task in virtual acoustics. Virtual acoustic environments can help bridging the gap between ”classical” psychoacoustics with simplified, artificial stimuli and real acoustic environments. Acoustic communication often takes place in enclosed spaces with reverberation and the required room acoustical simulation has to be simplified, particularly for real-time applications. The question arises which acoustic level of detail (ALOD) is required in the simulation in order to capture the perceptually relevant effects. Here, binaural room impulse responses (BRIRs) of three different real environments, a typical living room with a connected kitchen, a pub, and an underground station were simulated with multiple ALODs. The simulations were evaluated using headphones in comparison to BRIRs measured with a dummy head in the corresponding real environments, and in a 3-dimensional loudspeaker array. ALOD was varied by including a different number of early reflections, simplified rendering of late reverberation, and using conditions where only the direct sound was presented. Spatial audio quality was assessed for a pink pulse, a music sample, and a speech token with a focus on auditory distance perception and externalization, in addition to testing plausibility.
10:40	Influence of Position Mismatch on the Perception of Early Reflections of One's Own Voice Pascal Palenda, Michael Kohnen, Michael Vorländer [Abstract] In interactive virtual and augmented reality applications the perception of one’s own voice is a vital cue to increase the immersion. A contributing factor to this is the consistency between the virtual representation of the real-world reference. A position mismatch of the user between the virtual and the real scenario may cause a decrease in the users immersion. As a result of limited by computational power, the real-time simulation run-times introduce an inherent position mismatch, especially when full room impulse responses must be calculated. The goal is to identify a just noticeable difference in position change distances required for a plausible or even authentic reproduction. While the update rates for direct sound representation are quite high and those for the late reverberation, especially after the so-called mixing time, are very low, a special focus is set on the early reflections. A listening test was conducted with participants speaking into different virtual rooms using a near-field microphone. The position and orientation of the virtual speaker/receiver was then systematically changed from the exact position to other positions in several distances and directions in order to estimate the perception thresholds of the participants.
11:00	Acceptable Imbalance of Sound-Object Levels for Off-Center Listeners in Immersive Sound Reinforcement Franz Zotter, Stefan Riedel, Lukas Gölles, Matthias Frank [Abstract] Sound reinforcement systems typically restrict the variation of the direct sound pressure level to 6 dB, from the closest to the most distant listening positions. This contribution considers an immersive surround setup, of which each loudspeaker reinforces a different sound object in a mix. Off-center distance differences can cause a level imbalance biased towards the closest loudspeaker. This perceptual study investigates the requirements on direct-sound coverage with regard to distance, in order to preserve a balanced direct-sound mix.

Virtuelle Akustik 2

Virtuelle Akustik 2

Sitzungsleitung:

C. Pörschmann, TH Köln, Institut für Nachrichtentechnik F. Brinkmann, TU Berlin, Fachgebiet Audiokommunikation

14:00	Equalizing the coloration of different Ambisonic order weightings Matthias Frank, Lukas Gölles, Stefan Riedel, Franz Zotter [Abstract] Ambisonic order weighting can be used to control the relation between the attenuation of the sidelobes and the width of the mainlobe in Ambisonic playback. Basic weighting is known to create the narrowest mainlobe for precise playback in a single-listener environment, and max-rE weighting is used to effectively attenuate disturbing sidelobes in large audiences. However, controlling the mainlobe width affects the number of coherently interfering, neighboring loudspeakers, and thus changes the resulting signal spectrum. We study this coloration for different order weightings, loudspeaker densities, and playback rooms with the goal to find a simple model to predict and equalize the coloration.
14:20	Towards a data-driven plane wave decomposition from multichannel room impulse responses David Schindler, Frank Schultz, Sascha Spors [Abstract] Plane wave decomposition of microphone array measurements is one prominent solution of the beam forming problem. Finding robust solutions for this typically ill-conditioned inverse problem is challenging, especially when considering full audio bandwidth and very few sensors. In a recent work we approached data-driven learning that utilizes deep models consisting of CNN-LSTM layers initially for a 2D array geometry and horizontal acoustic impulse response data generated by an image source model. For such scenario we have shown that time and direction of arrival of early room reflections can be estimated in a robust sense. In this contribution, we will proceed with 3D array geometry and data. We will discuss dedicated deep model architectures that handle the considerably larger feature space. We pay special attention to the feature engineering as this heavily affects, how model architectures handle the 3D data as quasi images. The influence of practical limitations, like the number of microphones, their self-noise, and spherical grid sampling is investigated to assess the robustness of this 3D approach.
14:40	Magnitude-Least-Squares Binaural Ambisonic Rendering with Phase Continuation Christoph Hold, Nils Meyer-Kahlen, Ville Pulkki [Abstract] Binaural rendering of Ambisonic signals is one of the most accessible ways of experiencing spatial audio. However, due to technical constraints, the rendering algorithm needs special care and advanced signal processing, especially for low Ambisonic orders. Next to more intricate parametric model-based approaches, other computationally efficient algorithms have emerged that provide powerful options. One particularly effective technique is the idea to discard the phase of HRTFs above a certain frequency limit, where the auditory system is less sensitive to phase information and instead utilize the available low order resolution to achieve an optimized magnitude response. This technique is known as the magnitude-least-squares (magLS) binaural rendering algorithm and often implemented as a recursive solution over frequency bins. However, altering the phase can lead to group delay errors, and therefore, frequency dependent misalignment, i.e. dispersion, of the HRIR. This issue is particularly prevalent with measurements that show a significant pre-delay, such as linear-phase HRTFs. Besides analyzing the phase behavior of magLS, we present an effective way to preserve the group delay by continuing the phase over frequency as observed in the lower frequency region unaffected by the phase modification. This simple modification leads to further improvements for the magLS binaural Ambisonics rendering.
15:00	Bedeutung der HRTF-Personalisierung in musikbezogenen virtuellen Umgebungen Michael Oehler, Tray Minh Voong, Marlon Regener, Maurício Do V. M. Da Costa [Abstract] Wir untersuchen die Relevanz von numerisch simulierten Head-Related Transfer Functions (HRTFs) für die wahrgenommene Authentizität, Plausibilität und Lokalisierungsgenauigkeit in musikbezogenen virtuellen Umgebungen. Zu diesem Zweck wurden für 46 Personen zunächst personalisierte HRTFs anhand eines 3D-Scans von Kopf und Torso erstellt. Zusammen mit einer generischen HRTF (KEMAR Kunstkopf) und einer vereinfachten personalisierten HRTF (sphärisches Kopfmodell) bewerteten die Versuchspersonen Musikstücke aus dem Genre Jazz und Klassik, die von Musikern in einem virtuellen Konzertsaal gespielt wurden. Der in Unity realisierte virtuelle Konzertsaal basiert auf Instrumentenaufnahmen und Punktwolken von Thery & Katz (2019) sowie der von Stade et al. (2012) gemessenen Raumakustik des kleinen WDR Sendesaals. Die Beispiele wurden über eine HTC Vive Pro Eye sowie Sennheiser IE 900 In-Ear-Kopfhörer präsentiert. Zusätzlich wurde der Einfluss der musikalischen Präferenzen (STOMP-R) und der musikalischen Erfahrenheit (Gold-MSI) gemessen. Die Ergebnisse zeigen, dass personalisierte HRTFs im Vergleich zu den beiden anderen verwendeten HRTFs die wahrgenommene Authentizität, Plausibilität und Lokalisierungsgenauigkeit nur für die Versuchsgruppe mit hoher musikalischer Erfahrenheit statistisch signifikant verbessern, nicht aber für die Gruppe mit niedriger musikalischer Erfahrenheit. Die musikalischen Präferenzen der Versuchspersonen hatten keinen Einfluss auf die Bewertungen.
15:20	End-to-End Magnitude Least Squares Binaural Rendering for Equatorial Microphone Arrays Hannes Helmholz, Thomas Deppisch, Jens Ahrens [Abstract] We recently presented an end-to-end magnitude least squares (eMagLS) binaural rendering method for spherical microphone array (SMA) signals that integrates a comprehensive array model into a magnitude least squares objective to minimize reproduction errors. The introduced model addresses impairments due to practical limitations of the rendering method in the spherical harmonic (SH) domain, namely, spatial aliasing, truncation of the SH decomposition order as well as regularized radial filtering. In this work, we improve the processing model when applied to the recently proposed equatorial microphone array (EMA). Such arrays provide a similar accuracy to SMAs for sound fields from sources inside the horizontal plane, while requiring a much lower number of microphones. We compare the proposed end-to-end renderers for both array types against a given binaural reference magnitude response. In addition to anechoic array simulations, the evaluation includes measured array room impulse responses at different SH orders. Our results show the effectiveness of the method to minimize magnitude errors at high frequencies, for SMAs and EMAs, in the anechoic case as well as under practical room conditions. The published reference implementation of the method has been refined and now also includes the solution for EMAs.

Virtuelle Akustik 3

Virtuelle Akustik 3

Sitzungsleitung:

A. Neidhardt, TU Ilmenau, Fachgebiet Elektronische Medientechnik J. Ahrens, Chalmers University of Technology

16:20	Prediction of individual head-related transfer functions based on a parametric pinna model and convolutional neural networks Florian Pausch, Felix Perfler, Piotr Majdak [Abstract] Convolutional neural networks (CNNs) demonstrated their feasibility for the individualisation of head-related transfer functions (HRTFs). Many approaches target a direct prediction of HRTFs based on CNNs trained on pinna representations such as meshes or photos. However, these approaches entail direction-dependent errors and largely fail to restore spectral monaural cues. As an alternative, we propose an indirect strategy where the parameters of a parametric pinna model (PPM) are predicted by a CNN from pinna photos. The resulting PPM-based pinna geometry is subsequently used to numerically calculate individual HRTFs for arbitrary directions. In this study, we used a database of synthetic PPM-based photos to train and test various CNN implementations. The effects of systematic network variations on the prediction performance were analysed, aiming to determine lower complexity bounds. Our analysis identified the next steps required to further increase the robustness of the proposed method in future applications with noisy real-world input data.
16:40	Individualized Head-related Transfer Functions for Children Hark Braren, Janina Fels [Abstract] Head-related transfer functions are known to be highly individual due to the different expressions of head, torso and especially pinna shape between individuals. These differences are especially pronounced in children below the age of ten, due the rapid growth at that age compared older children. From adults it is known, that non-individual HRTFs result in perceptual artifacts such as reduced immersion, mislocalization, front-back confusion, or spectral distortion. To reduce these artifacts, the use of individualization methods based on anthropometric parameters have been investigated in recent years as a feasible alternative to using simple artificial-head HRTFs in binaural sound reproductions for adults. The applicability of such individualization models for children has to the authors knowledge not yet been investigated. The CHASAR database includes 3D models of 27 children, which for this contribution were used to estimate their HRTF based on anthropometric features using an existing individualization model relying on principal component analysis. The quality of the estimated HRTFs is then evaluated based on objective metric and perceptual models.
17:00	Cat3DA - Camera-Tracked 3D Audio Player Lukas Gölles, Matthias Frank [Abstract] 3D audio technology is well known from cinema, computer games, and virtual reality and it is gaining more and more importance. Usually, consumers do not have a suitable multichannel loudspeaker system at home, whether for scene-based, channel-based, or object-based productions. Thus, a viable solution for the living room is to decode the 3D audio material for binaural playback via headphones. However, the 3D audio scene can only be fully experienced if head movements are also taken into account which requires a tracking sensor to modify the sound field accordingly. Although there are technically simple and inexpensive hardware solutions available, they are not part of the standard home equipment. An alternative for head tracking is to use the webcam of the user’s device. The Cat3DA (camera-tracked 3D audio) player relies on conventional equipment that most users already have at home: pc or laptop equipped with a webcam and a pair of standard headphones for binaural playback of a virtual loudspeaker setup. The player also incorporates binaural impulse responses of different listening rooms to support externalization of the sound scene.
17:40	Utilizing Auralization to Investigate Psychoacoustic Perception of Vibrating Structures Daniel Knuth, Tobias P. Ring, Sabine C. Langer [Abstract] Improving the listening experience of vibroacoustic scenarios is an important task in many industry applications, be it cabin noise inside a passenger car or machine noise in factory halls. Numerical models enable highly accurate predictions of such sound fields. These models, however, yield physical descriptions only. Within the scope of human perception, a description of the perceptual domain through psychoacoustic metrics and listening tests appears to be an important extension of analysis. This leads to the necessity of physical prototypes or authentic auralizations of numerical solutions. This contribution aims to create a framework for psychoacoustic analysis of auralized vibroacoustic problems and investigate the benefit of perceptually evaluating auralizations in addition to physical metrics. For this purpose, a basic case study is conducted. First, complex sound pressure is computed in front of a simple vibrating plate. Performing an inverse discrete Fourier-transform on the resulting pressure yields a time signal that resembles an impulse response. This response is subsequently used for convolution with several different excitation signals in order to simulate a basic vibroacoustic scenario. Finally, a sensitivity analysis is performed for several perceptual characteristics with respect to geometrical changes of the vibrating plate and compared with sensitivities for the physical domain.
18:00	Decay Time Estimation for Binaural Room Impulse Responses - An Approach Lukas Treybig, Christian Schneiderwind, Stephan Werner, Florian Klein [Abstract] The reverberation time is an essential and often used parameter when comparing acoustics of rooms. In application areas such as mixed reality, it is often used as a parameter for the evaluation and selection of binaural room impulse responses (BRIRs) for the auralization of virtual audio objects and environments. If only BRIRs are used to estimate the reverberation time, the challenge for the calculation is that the reverberation time also depends on the viewing direction and the head-related transfer function. If, for example, BRIRs are available for only single and different viewing directions, a comparison of the reverberation times is more difficult. This paper describes an approach to estimate reverberation time based on DIN EN ISO 3382-1 while minimizing the influence of BRIRs.
18:20	Auralization of Electric Vehicles in Urban Environments Leon Müller, Jens Ahrens, Wolfgang Kropp [Abstract] Electric and hybrid vehicles become increasingly popular both in urban and rural environments. Since those are significantly quieter at low speeds than vehicles with internal combustion engines, current EU regulations demand that all newly sold models have to be equipped with an acoustic vehicle alerting system (AVAS), radiating warning sounds which shall indicate the vehicle behaviour. A challenge designing these sounds is to achieve a sufficient warning capability for vulnerable road users and, at the same time, limit traffic noise annoyance. While various research has been conducted regarding detectability and annoyance of individually approaching electric cars, more complex scenarios such as busy parking lots where multiple spatially distributed vehicles simultaneously radiate distinct warning sounds have barely been investigated. Evaluating the perception of such acoustic environments requires a suitable auralization method. This paper presents a modular auralization approach combining three-dimensional directivity measurements of AVAS radiation from electric vehicles, recordings of isolated AVAS signals from different vehicle types as well as a simplified tyre-road noise model resulting in a modular source description which allows a dynamic headphone- or loudspeaker-based reproduction.
18:40	On the Relationship of Perceived Immersion to Acoustic Properties of Surround Sound Music Reproduction Roman Kiyan, Jakob Bergner, Stephan Preihs, Daphne Schössow, Yves Wycisk, Kilian Sander, Reinhard Kopiez, Jürgen Peissig, Friedrich Platz [Abstract] Multichannel loudspeaker setups commonly known as ”surround sound” systems promise to deliver an immersive music listening experience. In this context, immersion is to be understood as a high-level psychological construct based on a participant’s emotional response to a musical stimulus and is assumed to be related to the underlying physical sound field properties. In the main experimental study of the research project Richard Wagner 3.0 the phenomenon of immersion in music listening has been investigated in the psychological, physiological and acoustic domains. Several musical pieces in multiple versions for different loudspeaker reproduction formats have been used in a listening experiment with naive subjects. The various stimuli are based on different recording and production techniques such as microphone array recording, spatial mixing of multichannel recordings or manual upmixing from stereo. In this work, the musical stimuli used in the study are characterized with respect to their sound field properties at the listening position including loudness, spectral properties, spatial and binaural features. The perceived immersion ratings recorded in the study are analyzed in relation to these acoustic properties, taking the different production techniques into account. The roles of different sound field characteristics and their contributions to perceived immersion are discussed.

Wirkungsbezogene Lärmbewertungsmaße

Wirkungsbezogene Lärmbewertungsmaße

Organisation:

A. Fiebig, TU Berlin, Fachgebiet Technische Akustik U. Ritterstaedt, Bundesvereinigung gegen Schienenlärm

17:40	Vom phon zur zeitvarianten Lautheit: Geräuschbeurteilungsverfahren seit 100 Jahren Uwe Ritterstaedt [Abstract] Der Vortrag bietet einen historischen Abriss von den ersten Experimenten von Barkhausen zur Schallstärke bis zur Normierung der zeitvarianten Lautheit nach Zwicker. Aufgezeigt werden die verschiedenen Versuche, mit objektiven Methoden die verschiedenen Aspekte des menschlichen Hörempfindens nachzubilden. Gleichzeitig werden die in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts aufkommenden Bewertungsverfahren von Lautheit und Lästigkeit diskutiert.
18:00	Wirkungs- und ereignisbezogene Kriterien zur Definition von Nachtschutzzonen an Flughäfen Dirk Schreckenberg, Bettina Brohmann, Christoph Brunn, Julia Kuhlmann, Manfred Liepert, Silvia Schütte [Abstract] Nächtlicher Fluglärm ist mit Stress-bedingter Gesundheitsbeeinträchtigung assoziiert, u.a. mit Herz-Kreislauf- und psychischen Erkrankungsrisiken. Deshalb und aufgrund der regenerativen und Leistungsfähigkeits-erhaltenen Funktion des Schlafs ist der Bevölkerungsschutz vor gesundheitsbeeinträchtigenden nächtlichen Fluglärm besonders bedeutend. Das Gesetz zum Schutz gegen Fluglärm definiert Lärmschutzbereiche an zivilen Verkehrsflughäfen und -flugplätzen sowie militärischen Flugplätzen für den Tag und die Nacht. An neuen oder wesentlich erweiterten (bzw. bestehenden) zivilen Flugplätzen lauten die Abgrenzungswerte für die Nacht-Schutzzone LAeq,Nacht,außen = 50 dB(A) (bzw. 55 dB(A)) und LAmax,innen = 6 * 53 dB(A) (bzw. 6 * 57 dB(A)). Das hier genannte Häufigkeits-Maximalpegelkriterium ist ein einzelereignisbezogenes Maß. Daneben haben sich an einzelnen deutschen Flughäfen andere ereignisbezogene Kriterien zur Abgrenzung von Nacht-Schutzzonen (Leipzig/Halle) oder zum Lärmmonitoring bzw. zur Planung aktiver Lärmminderungsmaßnahmen (Frankfurt/Main) etabliert. Das Umweltbundesamt hat ein Vorhaben beauftragt, dessen Ziel die Analyse vorhandener Beurteilungsverfahren zum nächtlichen Fluglärm an Flughäfen ist. Insbesondere ereignisbezogene Kenngrößen sollen hinsichtlich ihrer Eignung zur wirkungsgerechten Definition eines Nachtschutzgebiets und als Auslösekriterium für eine Schallschutzmaßnahmenregelung betrachtet werden. Die Bewertung der Abgrenzungskriterien erfolgt anhand einer ausführlichen Analyse des aktuellen Stands der Lärmwirkungsforschung, unterstützt durch Befragungen zur Fluglärmwirkung unter Akteur:innen sowie Anwohnenden und der Re-Analyse von Lärmwirkungsdaten aus der NORAH-Studie. Ziele, Konzept und Studiendesign werden in dem Beitrag vorgestellt.
18:20	Annoyance inside buildings due to road traffic noise Jan Krüger, Liudmyla Perchevska, Berndt Zeitler, Markus Müller-Trapet [Abstract] According to studies by the German Umweltbundesamt (UBA) many people are annoyed by noise. Among different sources of noise from, e.g. industry or neighbours, it is particularly the traffic noise, which creates discomfort for most people. In addition, WHO reports underline the severe public health burden as a consequence of environmental and road traffic noise even though there are a number of stringent regulations and standards established in the European Union. However, most of these regulations include noise limit values either for the emitting source or the immission level in front of the building or façade respectively. Often, these limit values are simulated or measured as A-weighted time-averaged energy-equivalent value LAeq. Nevertheless, it is well known from many psycho-acoustic studies, that the perceived noise annoyance is rather related to the loudness than to an LAeq. In this study, typical traffic noise of different vehicles passing by was measured in front of buildings and simultaneously inside. The noise events in front of the building were then normalized to the same LAeq. The same normalization factors were applied to the noise events measured inside the building, which were finally used in a listening test to determine the annoyance of people.
18:40	Psychoakustische Analysen von Umgebungsgeräuschen in einer Langzeitperspektive André Fiebig, Jonas Templiner, Timo Haselhoff, Susanne Moebus [Abstract] Umgebungslärm wird in der Regel anhand von Schalldruckpegelindikatoren bewertet, um den Grad der Lärmbelästigung einzuschätzen. Mehrere Studien haben jedoch gezeigt, dass die Wahrnehmung von Umgebungsgeräuschen nicht nur vom Schalldruckpegel abhängt, sondern - neben relevanten nicht-akustischen Faktoren - auch andere Signaleigenschaften bedeutsam sind. Obwohl der Mehrwert psychoakustischer Parameter für eine verbesserte Charakterisierung von Umgebungsgeräuschen und deren Wahrnehmung bereits häufig in Laborstudien gezeigt wurde, so fehlt eine systematische Auseinandersetzung von psychoakustischen Größen über lange Messintervalle im Kontext von Umgebungsgeräuschen. Worin unterscheiden sich Orte psychoakustisch, wenn Zeiträume über Wochen, Monate oder Jahre betrachtet werden und sind derartige Unterschiede wirkungsrelevant? In der folgenden Studie ”SALVE+” wurden daher akustischen Langzeitmessungen an mehreren Standorten in Bochum detaillierten psychoakustischen Analysen unterzogen und das ortsabhängige Verhalten mehrerer psychoakustischer Größen im Detail untersucht. Basierend auf statistischen Analysen werden die psychoakustischen Eigenschaften von Orten und die Variation von Parametern analysiert und im Hinblick auf eine verbesserte Charakterisierung von akustischen Umgebungen diskutiert.

Plenarvortrag Donnerstag

Plenarvortrag Donnerstag

Sitzungsleitung:

O. Von Estorff, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung S. Lippert, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung

11:45

Bestimmung der Volumenviskosität mittels akustischer Absorptionsmessung Leander Claes [Abstract] Realitätsnahe numerische und analytische Untersuchungen von akustischen Wellen und anderen fluiddynamischen Vorgängen können nur gelingen, wenn alle physikalischen Parameter des Fluids bekannt sind. Während Werte für Fluidkenngrößen wie die Schallgeschwindigkeit oder die Scherviskosität verfügbar sind, existieren für die Volumenviskosität nur wenige Messdaten. Dieser Mangel an verlässlichen Messdaten und an einem etablierten Messverfahren verhindert eine realitätsnahe Analyse von kompressiblen Vorgängen in der Fluiddynamik, zum Beispiel der Ausbreitung akustischer Wellen und von Überschallströmungen in der Luft- und Raumfahrt. Der aktuell einzige Ansatz zur Bestimmung der Volumenviskosität basiert auf der Auswertung der akustischen Absorption im Fluid. Jedoch überlagern sich die Effekte von Volumenviskosität, Scherviskosität und Wärmeleitung in der akustischen Absorption additiv. Die messtechnische Bestimmung der akustischen Absorption gestaltet sich ebenfalls als Herausforderung, da Effekte wie die Beugung akustischer Wellen den Messeffekt - die Schwächung der akustischen Signalstärke - überlagern. In diesem Beitrag wird gezeigt, wie die Volumenviskosität basierend auf der Absorption von Ultraschallwellen für reine Fluide in unterschiedlichen thermodynamischen Zuständen bestimmt werden kann. Schwerpunkte bilden dabei die Analyse und Weiterentwicklung einer Messanordnung basierend auf dem Puls-Echo-Verfahren, sowie die Trennung des Messeffekts von überlagerten, signalschwächenden Effekten. Abschließend werden die ermittelten Messergebnisse für unterschiedliche Fluide inklusive deren Messunsicherheiten präsentiert, sowie ein Ansatz zur Validierung aufgezeigt.

Assisted Hearing – Testing, Models, Quality 1

Assisted Hearing – Testing, Models, Quality 1

Organisation:

M. Vorländer, Institute for Hearing Technology and Acoustics, RWTH Aachen University B. Kollmeier, CvO Universität Oldenburg, Mediz. Physik und Cluster of Excellence Hearing4all

8:40	A database of dummy head HRIRs with different head-above-torso orientations Manan Lamba, Kristin Ohlmann, Stephan D. Ewert, Birger Kollmeier [Abstract] The significance of head movements for sound source localization and externalization of acoustic events is well known. Measured head-related impulse responses (HRIRs) are relevant for hearing research to incorporate head movements in dynamic binaural synthesis. Most openly accessible HRIR databases represent a joint rotation of the head and torso, while during natural head rotations, the head and torso do not move in a joint manner. Only a few available HRIR databases include independent head movements, e.g., for the FABIAN dummy head. Therefore, we present a database of HRIRs from 48 incidence directions on the horizontal plane measured in an anechoic room using a KEMAR dummy head. The first dataset contains HRIRs for head-above-torso (azimuth) orientations with a step size of 2.5∘ between ±90∘. We observed that humans start moving their torso for orientation towards sources beyond ±60∘ relative to the frontal direction at 0∘. Subsequently, while facing a source positioned at 90∘ azimuth results in an approximate torso orientation of 30∘. Hence, a second dataset incorporates torso movements in the interval ±[62.5∘, 90∘]. Binaural features related to head-above- torso rotation and applications are discussed.
9:00	Simulation and physical testing using standardized ear simulators Lars Birger Nielsen, Mads Herring Jensen [Abstract] Many innovative audio products are nowadays being develop by extensive use of virtual models and simulation. The implication is that a virtual prototype of the audio product can be optimized before the physical prototype is realised and the desired acoustical properties can be validated by measurements. This paper describe how important acoustical characteristics of an audio product are simulated using COMSOL Multiphysics and validated by measurements on a Type 4.3 Ear Simulator that has been implemented in the High-frequency HATS Type 5128 from Hottinger Brüel & Kjær. The results of the simulation and the measurement results are analysed to determine the correlation between the two.
9:20	Individual Ear Replicas with Complete Ear Canals Compatible with an Artificial Head Daniil Sinev, Fabio Di Giusto, Jürgen Peissig, Sjoerd Van Ophem, Elke Deckers [Abstract] Thanks to a recently published database of individual human geometries including pinnae and complete ear canals, it is now possible to create precise ear canal replicas. Furthermore, microphone capsules can be embedded in the replicated ear canal geometries for clean reference measurements at the eardrum position, which was done by the authors in a previous study. This idea is extended here by manufacturing full outer ears using 3D printing and silicone casting, in such a way as to be compatible with the KEMAR artificial head. This allows for accurate and repeatable acoustic measurements of individual outer ear geometries with easy access to sound pressure data within the ear canal. Various materials are used in the 3D printing process and their effects on the acoustic measurements are investigated. The available outer ear geometry also makes numerical simulations possible, allowing cross-validation between measured and simulated data.
10:00	Finite Element Simulation of the Occlusion Effect in the Ear Canal Chalotorn Möhlmann, Simon Kersten, Michael Vorländer [Abstract] When the ear canal is occluded by devices such as headphones or hearing aids, the auditory perception of bone conducted sounds is increased, which results, e.g., in an alteration of one’s own voice perception. The effect is caused by a motion of the skull that deforms the cartilage and bone to radiate sound into the ear canal. An anatomical finite element model of the outer ear is used to investigate details of the occlusion effect. The spatial distribution of the vibrations at the ear canal walls is analyzed for different types of excitation, and the sensitivity of simulation results is discussed by varying the material parameters as well as the boundary conditions at the tympanic membrane and at the ear canal entrance. These simulations provide insights into the influence of individual factors and of measures to reduce the occlusion effect, e.g., the equipment of devices with vents or apertures. Improving the knowledge on the occlusion effect may further benefit future algorithms.
10:20	Fluid Motion and Pressure Distribution in the Human Inner Ear during Bone Conduction Hearing Simon Kersten, Henning Taschke, Michael Vorländer [Abstract] Different mechanisms cause a displacement of the basilar membrane during bone conduction hearing: a relative motion between stapes footplate and the inner ear, inertial forces of the fluids in the cochlea due to its translation, and a pressure change due to its compression. In this study, finite element simulations are conducted to characterize and compare these mechanisms. The finite element model is based on an anatomical inner ear geometry within an osseous cuboid that includes the three scalae, the vestibulum and the semicircular ducts. The fluid motion and the pressure distribution inside the inner ear are compared for varying excitations in different directions and the relation between the pressure variation and the resulting basilar membrane motion is analyzed. Knowing its characteristics, e.g., its directionality, helps to better understand bone conduction phenomena such as one’s own voice perception. This work is funded by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, German Research Foundation) Project-ID 352015383 SFB 1330 A4.
10:40	End-user controlled fine-tuning of hearing instruments – opportunities and challenges for an interactive digital assistant Vera Wolf, Michael Mueller [Abstract] Hearing aids have developed enormously in recent years. Precise speech recognition and innovative signal processing enable high sound quality and considerably improved speech understanding in many situations. Meanwhile, the fitting process has not changed significantly: audiogram-based prescriptive fitting formulas mostly determine the appropriate gain. However, audiograms neither account for loudness and noise tolerance nor individual sound preferences. Therefore, further fine-tuning is often required. This paper addresses end-user controlled fine tuning for hearing aids via smartphone app, which offers several advantages over fine- tuning by hearing care professionals: Digital assistants can be used and evaluated directly in acoustically challenging situations, the often-difficult intermediate step of verbally describing the problem is eliminated, and memory bias has less impact. Furthermore, app- based systems allow highly individualized adaptations depending on various factors including the hearing loss, sound preferences as well as the current situation. Such complex dependencies are difficult to capture in rules, but can be modeled using artificial intelligence. In our paper, we discuss opportunities and challenges of assistance systems for hearing aids. In particular, we show how user feedback can directly improve hearing aid settings. This highlights the benefits of interactive digital assistants for hearing aid wearers and hearing care professionals.

Assisted Hearing – Testing, Models, Quality 2

Assisted Hearing – Testing, Models, Quality 2

Organisation:

M. Vorländer, Institute for Hearing Technology and Acoustics, RWTH Aachen University B. Kollmeier, CvO Universität Oldenburg, Mediz. Physik und Cluster of Excellence Hearing4all

14:00	Nutzung von Audioqualitätsmodellen zur Vorhersage der Wahrnehmbarkeit von Hörgerätelatenzen Kristin Ohlmann, Thomas Biberger, Birger Kollmeier [Abstract] Vor allem in offenen Hörgeräten können Hörgerätelatenzen zu einer Beeinträchtigung der Klangqualität führen. Anhand einer Studie mit einem vereinfacht simulierten linearen Hörgerät mit konstanter Latenz konnte gezeigt werden, dass Hörgerätelatenzen vor allem als spektrale Veränderung (Kammfiltereffekt) wahrgenommen werden. Hierbei konnten Wahrnehmungsschwellen im Bereich unter einer Millisekunde gemessen werden. Diese Schwellen hängen vom Frequenzbereich ab, in dem Direktschall und verzögerter Hörgeräteoutput wechselwirken. Zur Vorhersage der Wahrnehmbarkeit von Hörgerätelatenzen für komplexere Hörgeräte (z.B. mit frequenzabhängiger Latenz, realistischer Übertragungsfunktion) und Identifikation relevanter auditorischer Merkmale können auditorische Modelle hilfreich sein. Referenzbasierte Audioqualitätsmodelle quantifizieren typischerweise den perzeptiven Unterschied zwischen verarbeiteten und unverarbeiteten Stimuli und können daher genutzt werden um die Wahrnehmbarkeit der Unterschiede zwischen Stimuli mit und ohne Latenz vorherzusagen. In zwei vorangegangenen Studien wurden mithilfe von Probandenmessungen Wahrnehmungsschwellen sowie psychometrische Funktionen der Latenzwahrnehmung für verschiedene Stimuli mit konstanter sowie frequenzabhängiger Latenz bestimmt. Anhand dieser Daten wurden verschiedene existierende monaurale Audioqualitätsmodelle, wie etwa das GPSMq (Biberger et al., 2018) und das Natürlichkeitsmaß (Moore and Tan, 2004), die bereits in der Vergangenheit erfolgreich zur Qualitätsvorhersage von Lautsprechern und Hearables eingesetzt wurden, bezüglich ihrer Anwendbarkeit zur Vorhersage der Wahrnehmbarkeit von Hörgerätelatenzen evaluiert. Erste Ergebnisse zeigen hohe Korrelationen zwischen Modellvorhersagen der oben genannten Modelle und gemittelten Probandendaten.
14:20	The disadvantage of transparent hearing devices on speech intelligibility in normal-hearing listeners Florian Denk, Luca Wiederschein, Markus Kemper, Hendrik Husstedt [Abstract] Transparent hearing devices reproduce the acoustic environment heard by the user as naturally as possible, which is an important feature for hearables, but can also be understood as a basic operational mode of hearing aids. Previous studies showed detrimental effects of listening through transparent hearing devices on e.g., sound quality, localization, and speech perception, which depend on the quality of transparency. A rather surprising effect was a hearing device disadvantage on speech intelligibility when speech and noise come from the same direction and undergo identical processing by the device, such that the SNR at ear is not altered. In this contribution, we present a series of studies examining this effect and its origin by determining the speech intelligibility in a collocated setup with various devices, settings, and conditions. A hearing device disadvantage of 0.5 - 1 dB regarding the SNR at 50% speech intelligibility with the OLSA test was observed across all studies and devices, except for one commercial hearable. This disadvantage could be reduced but not removed by individualized equalization of the transfer function to that of the wearer’s open ear. Measurements at different levels speak against the hypothesis that the disadvantage is caused by self-noise or driver nonlinearities.
14:40	Decoding of auditory attention in EEG Torsten Dau, Jens Hjortkjær [Abstract] Cortical tracking of speech features as measured with M/EEG is modulated by the attentional state of the listener. In competing-talker situations, the relative strength of cortical tracking of attended and unattended speech can be used to decode which talker a listener is attending to. This attention decoding raises the possibility of a closed-loop brain-speech system that enhances the speech sounds that a listener is attending to, e.g. in a neuro- steered hearing aid. In this talk, attention decoding techniques are introduced and results of our work with closed-loop attention steering presented. Effects of hearing impairment on attention-driven speech tracking will be discussed: to which degree is attentional modulation of speech tracking influenced by changes in the cortical representation of the sensory signal that occurs with hearing loss?

Augmented Acoustic Reality

Augmented Acoustic Reality

Organisation:

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

14:00	Externalization of Static Virtual Sound Sources using HRTFs Approximated by Parametric IIR Filters and Room Simulation Patrick Nowak, Etienne Gerat, Udo Zölzer [Abstract] Externalization of virtual sound sources is still one of the major challenges in 3D spatial audio through headphones. Here, the presence of reflections and reverberation within the used directional filters, e.g. binaural room impulse responses (BRIRs), is given as the most significant factor for a successful externalization of static virtual sound sources. Since measured head-related impulse responses are usually only of short length, no room effects are included inside them. Thus, synthesized room effects have to be added afterwards in order to improve the externalization of the virtual sound sources. The image source model (ISM) and the feedback delay network (FDN) can be used to simulate early reflections and late reverberation, respectively. In this work, ISM and/or FDN are used to enhance the externalization of virtual sound sources generated using head-related transfer functions approximated by parametric infinite impulse response filters. The influence of the two room simulators on the perceived externalization of static virtual sound sources is evaluated in a listening test by comparing the achieved externalization levels to the ones achieved using measured BRIRs as directional filters.
14:20	Proof of concept of a binaural renderer with increased plausibility Ulrike Sloma, Nils Merten, Thomas Thron, Karlheinz Brandenburg, Franciska Wollwert, Renato Profeta, Cristina Rodriguez [Abstract] For a long time there have been proposals for binaural rendering for headphones, trying to achieve perfect immersion. Based on basic research at TU Ilmenau, TH Köln and others, Brandenburg Labs built a proof of concept demo showcasing the comparison of a real loudspeaker setup and headphone based rendering in a given room. It improves on older systems by including room acoustic processing feasible to run in real time. This system has already been demonstrated during the last year at a number of occasions including Tonmeistertagung, Schoeps Mikroforum and the AES conference on Audio for Virtual and Augmented Realities. The talk will introduce the basic setup and report on both informal tests (about 500 people listened to the demos) and formal testing in Ilmenau, proving that plausible playback via binaural rendering is finally possible.
14:40	SOFA 2.1 – neue Funktionen im Format zu Beschreibung räumlicher akustischer Daten Piotr Majdak, Michael Mihocic, Fabian Brinkmann, Julien De Myunke, Franz Zotter, Markus Noisternig [Abstract] Das ”Spatially Oriented Format for Acoustics” (SOFA) wurde entwickelt, um eine effiziente Speicherung und den transparenten Austausch von Daten zur Beschreibung räumlicher akustischer Systeme zu ermöglichen. Beispiele solcher Daten sind die sogenannten Außenohrübertragungsfunktionen (Head- Related Transfer Functions,HRTFs), räumliche Raumimpulsantworten (Spatial Room Impulse Responses, SRIRs), Richtcharakteristika von Mikrofonen, Lautsprechern oder Instrumenten, sowie Übertragungsfunktionen von Kopfhörern. SOFA 1.0 wurde als AES69 im Jahr 2015 standardisiert. Vor Kurzem wurde SOFA im Rahmen vom Standardisierungsverfahren AES69-2022 als SOFA Version 2.1 signifikant überarbeitet und erweitert. Die Erweiterungen beinhalten unter anderem eine richtungskontinuierliche Beschreibung der räumlichen Anordnung von Quelle und Empfänger, ein neuer Datentyp ”Second-Order Sections”, sowie neue Regeln zu einfachen Beschreibung von Richtcharakteristika, komplexen SRIRs, und allgemeinen räumlichen Konfigurationen von akustischen Systemen. In diesem Vortrag geben wir eine kurze Einführung in die grundlegenden Elemente von SOFA und diskutieren die neuen Funktionalitäten und ihre Anwendung innerhalb von SOFA 2.1.
15:00	Quality Testing for AR and VR in MPEG-I Immersive Audio Thomas Sporer, Sam Jelfs, Jürgen Herre [Abstract] Traditionally, quality assessment of high-quality audio coding schemes is based on listening tests comparing the output of a system with its input. This input is named open reference. In AR and VR systems acoustic scenes are often not recorded but produced: They only exist as a scene description, and therefore no reference sound exists. MPEG Audio currently works on coding and rendering of 6DoF audio. In the cause of the call for proposals (CfP) for MPEG-I immersive audio it was necessary to select or develop a test method which is adequate to select the core technology for the upcoming standard. In MPEG-I immersive the acoustic properties are stored as metadata independently from the audio essence. For AR acoustical properties of the reproduction room are an additional input to the renderer enabling the adaptation of the rendered acoustic scene to the real room. This paper describes the requirements, some already standardized test methods, and the way towards three candidate methods. From these methods one was selected for the CfP, but the other two are foreseen to be used during the core experiment phase (improving the core technology by adding or replacing components) and the final verification test.
15:40	Perceptual Detection Thresholds for Alterations of the Azimuth of Early Room Reflections Felicitas Bederna, Leon Müller, Jens Ahrens [Abstract] It is generally unclear how precisely the incidence directions of early room reflections need to be rendered in room acoustic auralizations to avoid a detectable perceptual change. A small number of cases have been studied in the literature whereby the focus was mostly on altering the incidence direction of one of the early reflections. We present an adaptive ABX threshold test with 20 subjects in which we determined the just noticeable difference for simultaneous alterations of the azimuth of the incidence angles of 5 pronounced early reflections. The stimuli were presented binaurally with headtracking, and speech and drums were used as signals. The results show that alterations of as low as 4 degrees can be audible whereby a large variance between the subjects was apparent. No difference was found between the speech signal and the drums, and all outliers that we recorded were produced by inexperienced listeners.
16:00	Impact of spatial auditory navigation on user experience during augmented outdoor navigation tasks Jan-Niklas Voigt-Antons, Zhirou Sun, Maurizio Vergari, Navid Ashrafi, Francesco Vona, Tanja Kojić [Abstract] The auditory sense of humans is important when it comes to navigation. The importance is especially high in cases when the target object is visually partly covered or fully covered. Interactions with users of technology are mainly focussed on the visual domain of navigation tasks. This paper presents the results of a literature review and user study exploring the impact of spatial auditory navigation on user experience during an augmented outdoor navigation task. For the user test, participants used an augmented reality app guiding them to different locations with different digital augmentation. We conclude that the utilization of the auditory sense is yet still underrepresented in augmented reality applications. In the future, more usage scenarios for audio augmented reality such as navigation will enhance user experience and interaction quality.
16:20	Herausforderungen auf dem Weg zu Extended-Reality Soundwalks Iwer Petersen, Birgit Wendholt [Abstract] Soundwalks nach ISO-12913 sind eine etablierte Methode zur Erfassung der menschlichen Beurteilung von Soundscapes. Durch die Abbildung von Soundwalks mit Extended-Reality (XR) Technologien können auch zukünftige Szenarien, wie etwa geplante Windenergieanlagen (WEA) evaluiert werden. Im Gegensatz zur Kommunikation von akustischen Auswirkungen mittels Lärmkarten kann mit XR-Technologien in Kombination mit Echtzeit-Simulation räumlicher Akustik die Auswirkung einer Maßnahme direkt erlebt werden. Im Mixed-Reality Kontinuum ergeben sich für unterschiedliche Arten der Virtualisierung sehr spezifische Herausforderungen. In Virtual-Reality (VR) muss beispielsweise die gesamte sichtbare Umgebung als dreidimensionales Model vorhanden sein und kann daher bei der zur Simulation bestimmter akustischen Ausbreitungseffekte verwendet werden. In Augmented-Reality (AR) hingegen ist in der Regel nicht die gesamte Umgebung modelliert und muss ggf. separat erfasst werden. Hinzu kommt, dass bei AR-Anwendungen das virtuell simulierte Signal noch mit der natürlichen Geräuschsphäre gemischt werden muss, so dass echte und virtuelle Signale überzeugend im Gehör des Menschen ankommen. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Präsentation von audio-visuellen Windparks mit XR-Technologien, hebt etablierte Techniken hervor und reflektiert über noch bestehende Herausforderung auf dem Weg zu Extended-Reality Soundwalks.

Bauakustik 4 - Holzbau & spezielle Konstruktionen B

Bauakustik 4 - Holzbau & spezielle Konstruktionen B

Sitzungsleitung:

C. Höller, OTH Regensburg V. Wittstock, Physikalisch-Technische Bundesanstalt

8:40

Luft- und Regenschalldämmung von Dächern in Holzbauweise Bernd Nusser, Christian Lux, Alexander Stenitzer, Herbert Müllner [Abstract] Im nachfolgenden Beitrag wird anhand von Labormessdaten die Luft- und Regenschalldämmung von Dächern in Holzbauweise diskutiert. Verschiedene Dachaufbauten wurden hierfür in einem kombinierten Luft- und Regenschallprüfstand gem. EN ISO 10140-1/2 untersucht. Variiert wurde neben der Tragstruktur der Dächer (Sparren, Brettsperrholz) und der Eindeckung (Betonstein, Alublech, FPO-Bahn) auch die Art der Aufdachdämmung (PUR/EPS/Mineralwolle/Holzfaser). Im Beitrag wird u.a. aufgezeigt, dass die Eindeckung den wesentlichsten Einfluss auf die Regenschalldämmung der Dächer hat und dass eine Korrelation zwischen der Luft- und Regenschalldämmung der untersuchten Dächer nur bedingt besteht.

9:00

Simulation und experimentelle Validierung der Schalldämmung adaptiver Membrankissenkonstruktionen im Impedanzrohr Simon Oskar Weber, Sumee Park, Philip Leistner [Abstract] Innerhalb des Sonderforschungsbereiches SFB1244 ”Adaptive Hüllen und Strukturen für die gebaute Umwelt von morgen” werden Lösungen erforscht, die durch die Reduktion der Materialmasse und des Einsatzes adaptiver Konstruktionen eine deutliche Ressourceneinsparung im Bausektor ermöglichen. In diesem Kontext werden adaptive Membrankissenkonstruktionen untersucht, welche durch komplementäre Bedruckungsmuster einen adaptiven Licht-/ Strahlungs- und Wärmedurchgang ermöglichen. Die durch die Aktuierung veränderten Schichtabstände dürfen jedoch nicht die akustischen Komfortkriterien vernachlässigen. Innerhalb dieses multibauphysikalischen Problems werden domänenspezifische Simulationstools miteinander gekoppelt, um verschiedene Konstruktionskonfigurationen und Betriebsstrategien zu vergleichen. Diese Arbeit soll im Rahmen eines ersten Schrittes den senkrechten Schalleinfall betrachten und die Untersuchung komplexerer Randbedingungen vorbereiten. Dabei wird die Wechselwirkung zwischen dem Schalldämm-Maß und den variablen Schichtabständen im Impedanzrohr gemessen. Zugleich werden innerhalb der Modellbildungssprache Modelica bestehende Simulationsmodelle ein-, zwei- und dreischaliger Konstruktionen aufgebaut und mit den experimentellen Untersuchungen validiert.

Bauakustik 5 - Schallschutz gegen Außenlärm

Bauakustik 5 - Schallschutz gegen Außenlärm

Sitzungsleitung:

A. Moll, Akustik-Ingenieurbüro Moll GmbH W. Wieland, W. Sorge Ingenieurbüro für Bauphysik A. Meier, Müller-BBM GmbH

14:00	Schallschutz gegen Außenlärm – Ergebnisse eines Forschungsvorhabens Andreas Meier, Annika Moll [Abstract] Im Rahmen der letzten Novellierung der DIN 4109 vor sieben Jahren wurden die Anforderungen für den Schallschutz gegen Außenlärm um den Schutz im Nachtzeitraum erweitert. In Kombination mit dem Entfall des sog. Schienenbonus als Abschlag bei der der Berechnung des Beurteilungspegels von Schienenverkehr deckte die praktischen Anwendung Schwachstellen auf. Hieraus ergab sich die Notwendigkeit, den aktuellen Stand zum Schallschutz gegen Außenlärm, insbesondere Anforderungen, Außenlärmbelastung, Nachweisführung, Schalldämmung von Außenbauteilen, vertieft zu überprüfen. In diesem Zuge wurde im Auftrag des DIBt ein Forschungsvorhaben durchgeführt, dessen Ergebnisse vorgestellt werden.
14:20	Schallschutz gegen Außenlärm – Beabsichtigte neue Regelung in DIN 4109 und Praxisbeispiele Annika Moll, Andreas Meier [Abstract] Auf Basis der Ergebnisse eines DIBt Forschungsvorhabens wurde eine Neuregelung zum Schallschutz gegen Außenlärm in DIN 4109 entwickelt. Es wird über den aktuellen Stand der geplanten Umsetzung berichtet. Anhand von Berechnungsbeispielen aus der Praxis werden die Handhabung und die zu erwartenden Konsequenzen für die Anforderung an die Schalldämmung der Außenbauteile erläutert.
14:40	Berücksichtigung des Maximalpegels in den Regelwerken zum Schallschutz gegen Außenlärm Wilfried Wieland, Jan Weinzierl [Abstract] Seitens der Vortragenden wird ein konkreter Vorschlag zur zukünftigen Berücksichtigung des Maximalpegels in DIN 4109, Schallschutz gegen Außenlärm, zur Diskussion gestellt.

DEGA-Empfehlung 103 - Schallschutzklassen und erhöhter Schallschutz

DEGA-Empfehlung 103 - Schallschutzklassen und erhöhter Schallschutz

Organisation:

C. Burkhart, Akustikbüro Schwartzenberger und Burkhart C. Nocke, Akustikbüro Oldenburg M. Schneider, Hochschule für Technik Stuttgart

8:40	Rechtliche Praxiserfahrung zur neuen DIN 4109 Steffen Hettler [Abstract] ”Abstract wird in Kürze nachgereicht.” ”Abstract wird in Kürze nachgereicht.” ”Abstract wird in Kürze nachgereicht.” ”Abstract wird in Kürze nachgereicht.”
9:00	Schallschutz-Klassen. Ist Schallschutz gleich Schalldämmung? Reinhard Neubauer [Abstract] In der Bauakustik werden häufig Schallschutzklassen verwendet, um eine bestimmte Schallschutzqualität zu charakterisieren. Diese erfolgt z.B. bei Türen, Fenstern oder auch bei Wänden. Wird eine Schallschutzklasse dargestellt, erfolgt dies üblicherweise durch Angabe einer bestimmten Höhe der Schalldämmung, ausgedrückt als bewertetes Bau-Schalldämm-Maß R’w, oder aber auch durch Angabe einer bestimmten bewerteten Standard-Schallpegeldifferenz DnT,w. Beide Größen beschreiben eine Schalldämmungsqualität die aber nicht zwingend gleichwertig ist. In diesem Beitrag wird der Unterschied zwischen der bauteilbezogenen Größe: R’w und der raumbezogenen Größe DnT,w diskutiert und es wird gezeigt, dass eine Klassenbildung mit beiden Größen möglich ist, wenn bestimmte Randbedingungen eingehalten werden oder wenn eine bestimmte Abweichung zwischen beiden Größen akzeptiert wird.
9:20	Wie vertragen sich die Kenngrößen R’w und DnT,w im Wohnungsbau? Christian Burkhart, Tobias Kirchner [Abstract] Seit vielen Jahren wird auf verschiedenen Wegen versucht die Kenngrößen R’w / L’n,w in die Kenngrößen DnT,w / L’nT,w umzurechnen. Was mathematisch sehr einfach möglich ist führt zu kontroversen Diskussionen, weil sich dadurch die Zahlenwerte verändern und eine Anpassung der Anforderungen erforderlich scheint. Das scheint zunächst auch plausibel und sinnvoll zu sein, ist jedoch - wenn überhaupt - nur im Einzelfall relevant. Betrachtet man die im schalltechnischen Nachweis zu betrachtenden ungünstigsten Räume bzw. Raumsituationen, so relativieren sich die Unterschiede. Es wird klar, dass eine Umrechnung die allen Situationen gerecht wird, nicht zielführend ist. Die Zusammenhänge und Überlegungen im Rahmen der Überarbeitung von VDI 4100 und der DEGA-Empfehlung 103 werden anhand von Beispielen erläutert.
9:40	Einzahlangaben im erweiterten Frequenzbereich Martin Schneider, Berndt Zeitler [Abstract] Die bauakustischen Anforderungen an den Luft- und Trittschallschutz werden in Deutschland an Einzahlangaben (bewertetes Bau- Schalldämm-Maß, bewerteter Norm-Trittschallpegel) gestellt, die den Frequenzbereich von 100 Hz bis 3150 Hz bewerten. Allerdings wird der Frequenzbereich beispielsweise bei bauakustischen Messungen in der Regel sowohl zu tiefen (bis 50 Hz) als auch zu hohen Frequenzen (bis 5000 Hz) erweitert. Eine Einzahlbewertung unter Berücksichtigung dieses erweiterten Messbereichs erfolgt üblicherweise durch Spektrum-Anpassungswerte wie z.B. C50-5000 oder CI50-2500. Allerdings erfolgt bei den Spektrum-Anpassungswerten eine energetische Addition von Pegeln (bestimmt aus der Differenz zwischen Referenzspektrum und Messwert), während bei der Bewertung mittels verschobener Bezugskurve eine arithmetische Summation der Unterschreitungen erfolgt. Damit werden mit Hilfe der Spektrum-Anpassungswerten größere Unterschreitungen in einzelnen Terzbändern wesentlich stärker bewertet. Die Unterschiede der energetischen Bewertung gegenüber einer Bewertung mittels Verfahren mit, im Frequenzbereich erweiterten, Bezugskurven werden vorgestellt.
10:00	Trittschallübertragung im Massivbau Roxana Donner, Ulrich Donner [Abstract] Auf der Grundlage theoretischer Überlegungen wird ein Modell zur Berechnung der Trittschallübertragung von Massivdecken vorgestellt. Das Modell konnte durch Messungen in einem Deckenprüfstand validiert werden. Ausgehend von der Trittschallanregung durch ein Normhammerwerk wird die spektrale Verteilung der in eine homogene Massivdecke eingeleiteten Kräfte ermittelt. Anschließend wird entsprechend der Punkteingangsimpedanz einer unendlichen Platte die Schnelle des Bauteils im Anregepunkt berechnet. Von diesem Punkt breiten sich Biegewellen in allen beteiligten Bauteilen der Konstruktion aus. Durch eine Ausbreitungsrechnung der Biegewellen werden die mittleren Schnellen der Bauteile, wie Decken und Wände, berechnet. Abschließend wird der Schalldruckpegel im Empfangsraum über die Abstrahlung der Bauteilschnellen ermittelt. Aus den Berechnungen, die auf diesem Modell beruhen, ergeben sich folgende Zusammenhänge: - Bei einem Vergleich der Ergebnisse des hier vorgestellten Berechnungsmodells mit denen basierend auf der Gleichung aus der DIN 4109-32, 07-2016 für den Ln,eq,0,w ergibt sich, dass diese für kleine (30 - 40 m3) Raumvolumina des Empfangsraumes identisch sind. - Der bewertete Normtrittschallpegel steigt um etwa 1 dB pro Verdopplung des Empfangsraumvolumens. Das Berechnungsmodell erlaubt die qualitative und quantitative Bewertung verschiedener Einflussgrößen auf den Trittschallpegel.
10:20	Aktueller Stand der Überarbeitung DEGA 103 Christian Nocke, Christian Burkhart [Abstract] Die aktuelle Fortschreibung der DEGA-Empfehlung 103 wird in diesem Beitrag vorgestellt und diskutiert. Das bewährte Konzept der sieben Schallschutzklassen aus der DEGA-Empfehlung 103 wird bei der aktuellen Überarbeitung weitergeführt und leicht modifiziert. Neben einer Aktualisierung der Bezüge zur baurechtlich relevanten DIN 4109-1 (2018) zum Mindestschallschutz wird durch die Einführung eines Konzepts paralleler Kenngrößen auch die Idee der Richtlinie VDI 4100 (2012) aufgegriffen. Im Sinne eines qualitätsvollen, auf die subjektive Wahrnehmung der Menschen bezogenen Schallschutzes wird die Anwendung der Kenngrößen des Schallschutzes (DnT,w, L’nT,w und LAF,max,nT) empfohlen. Die Klassifizierung erfolgt anhand dieser Kenngrößen (als raumbezogene Kenngrößen benannt) und kann optional auch mit Hilfe der ”historischen” Werte für die Schalldämmung von Bauteilen (als bauteilbezogene Kenngrößen benannt) erfolgen, siehe auch Chr. Nocke, R. O. Neubauer, Chr. Burkhart ”Schallschutzklassen und erhöhter Schallschutz” in AJ 03/22m S.14-24. Weitere Aspekte wie die subjektive Wahrnehmbarkeit von Geräuschen oder auch Nutzergeräusche werden aufgegriffen. Die DEGA-Empfehlung 103 soll auch zukünftig als Grundlage für eine Beschreibung und Bewertung des Schallschutzes mit Hilfe des DEGA-Schallschutzausweises dienen, der für akustische Laien einen leicht verständlichen Zugang in die Thematik ermöglicht.

Elektroakustik und Audiosignalverarbeitung (Poster)

Elektroakustik und Audiosignalverarbeitung (Poster)

Organisation:

O. Von Estorff, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung S. Lippert, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung

11:00	Measurement of Loudspeaker Parameters with a Raspberry Pi Juan Manuel Rodriguez Mejia, Niklas Dominik Edelmann, Georg Fischer, Andreas Männchen [Abstract] Over the past two decades, technological advancements have led to nearly universal access to small, cost-efficient computing devices, with more and more alternative platforms emerging, still. This surge has empowered makers and do-it-yourself spirits worldwide to realize small-scale projects in many different areas of life, art, and research, from home automation to environmental science. The Raspberry Pi is an example of such an easily available computing device. It is widely used in academia, e.g., in student projects. With its various modules it can serve as a sensor and actuator platform, a means of interacting with the environment. As such, it is well-suited for the implementation of measurement systems, and its performance allows for its use in audio applications. This article is a tutorial on the implementation of a loudspeaker measurement device. The proposed system uses a Raspberry Pi with some audio-specific peripherals, e.g., the HiFi Berry, to measure loudspeaker parameters, including the Thiele-Small parameters. Measurement results achieved with the developed system are compared to results obtained with professional measurement systems to evaluate its reliability and accuracy.
11:08	Bass-Shaker auf dem Brustbein für ein multisensorisches Musikerlebnis Florian Meier, Antoine Schnetz, Thomas Graf, Othmar Schälli, René Pomeranz, Armin Taghipour [Abstract] Wenn man Musik mit Kopfhörern hört, kommt das Empfinden der tiefen Frequenzen auf dem Körper zu kurz und die Benutzer neigen dazu, das fehlende Bassgefühl mit der Erhöhung der Lautstärke zu kompensieren. Diese Tendenz bringt keine Verbesserung des körperlichen Bassempfindens mit sich, sondern birgt die Gefahr, das Gehör zu beschädigen. Um solch ein Verhalten zu vermeiden und das ganzheitliche Musikerlebnis zu unterstützen, wird dem Benutzer das Bassgefühl mit einem auf dem Brustbein angebrachten Shaker durch Vibrationen vermittelt. Eine entsprechende batteriebetriebene Hardware wurde entwickelt. Als Signalinput kann entweder ein AUX-Anschluss oder eine Bluetooth-Verbindung verwendet werden. Nebst dem Stereo-Output für die Kopfhörerwiedergabe verfügt die Hardware über einen Shaker-Output für die gefilterten Bassfrequenzen von unter 100 Hz. Zusätzlich sorgt beim Shaker-Output ein Algorithmus für eine dynamische Glättung des Audiosignals, um Bassattacken, die für den Benutzer als störend empfunden werden können, zu vermeiden. Die Wahl des Bass-Shakers ist essenziell für das multisensorische Musikerlebnis. Unterschiedliche Bass-Shaker wurden in das System integriert und nach elektronischen, physikalischen und psychoakustischen Kriterien untersucht.
11:16	Acoustic Echo Cancellation for Ambisonics-based Spatial Audio Systems: A Wave-Domain Approach Marcel Nophut, Stephan Preihs, Jürgen Peissig [Abstract] The technique of wave-domain adaptive filtering (WDAF) is a powerful tool in massive-multichannel acoustic system identification. By choosing fundamental solutions of the wave-equation for signal representation, the adaptive filter no longer models the acoustic paths from loudspeakers to microphones, but from wave-component to wave-component. In suitable setups the modeled paths in the wave-domain exhibit desirable properties, which can be exploited to improve the system identification task. Recently, the authors have successfully applied the WDAF method to three-dimensional acoustical setups and have proposed suitable transforms based on the Ambisonics technique. In this contribution WDAF and the previously proposed transforms are applied to acoustic echo cancellation in Ambisonics-based spatial audio systems. The performance of techniques exploiting the above-mentioned properties is examined and compared with regard to echo reduction and misalignment in different scenarios.
11:24	Comparison of Regression and Classification Models for Multi-Source Direction of Arrival Estimation with Convolutional Recurrent Neural Networks Nils Poschadel, Stephan Preihs, Jürgen Peissig [Abstract] Direction of arrival estimation using deep learning is a well-established research area, usually approached as a regression or classification model. While classification methods have been used preferentially for some time especially for multi-source localization, regression methods have become increasingly popular due to their ability to provide continuous direction estimation. However, multi-source regression is a challenging problem as it requires addressing the issue of permutation invariance. Regression and classification approaches have already been compared in detail for single-source localization. For multi-source localization, there are numerous proposed methods in both categories, but, to the best of our knowledge, there is no systematic comparison between the two options. In this study, we aim to fill this gap by providing a comprehensive analysis of regression and classification models, especially in multi-source localization scenarios.
11:32	Aktive Regelung der akustischen Kopfhörerimpedanz zur Minimierung des Okklusionseffekts Benjamin Pries, Roman Schlieper, Stephan Preihs, Jürgen Peissig [Abstract] Die okklusionsbedingt gestörte Wahrnehmung der eigenen Stimme stellt beim Tragen von akustisch geschlossenen Kopfhörern bis heute ein Problem dar. Bei der Nutzung digitaler Signalverarbeitung zur Okklusionsminimierung ist ein hybrider Ansatz notwendig, der die beiden wesentlichen Aspekte des Okklusionseffekts separat behandelt: Erstens, der Einfluss der passiven Dämpfung des Kopfhörers wird durch ein Feedforward Hear-Through System minimiert. Und zweitens, der Verstärkung der Körperschallkomponente wird mit einem für diesen Zweck optimierten Feedback Active Noise Control System (FB-ANC) entgegengewirkt. In bisherigen Veröffentlichungen wurde die Auslegung der Feedback Filter stets auf Grundlage von im Gehörgang gemessenen Schalldruckspektren vorgenommen, deren Bestimmung aufwändige Messungen an Probanden erfordert. In dieser Arbeit wird ein neues Vorgehen präsentiert, das sich auf die Ursache der Schalldruckanhebung, die durch die Okklusion bedingte Änderung der akustischen Impedanz aus Sicht des Gehörgangs, bezieht. Zur Echtzeitimplementierung auf einem dSpace-System wird ein Prototyp auf Basis eines Apple Airpods Max aufgebaut. Mit einem robusten Reglerentwurfverfahren und unter wiederholter Messung der akustischen Impedanz auf einem modifizierten kundtëschen Impedanzmessrohr wird ein optimales Feedback Filter entworfen, sodass die im okkludierten Fall gemessene Impedanz aus Sicht des Gehörgangs über einen weiten Frequenzbereich der des unokkludierten Ohrs entspricht. Messungen belegen, dass im Originalprodukt ein ähnlicher Ansatz zur Optimierung des FB-ANCs genutzt wird.
11:40	Einsatz eines planaren, zirkulären Arrays für die automatisierte Geräusch- und Defektdetektion in Chemieparks Georg Fischer, Fabian Höflinger, Stefan J. Rupitsch [Abstract] Anlagenläufer übernehmen einen zentralen Aspekt in der Gewährleistung von Sicherheit und Qualität von Prozessen in Chemieparks. Dabei sind neben Sicht-, Olfaktorische und Haptikprüfungen ebenfalls akustische Tests entscheidend um Defekte und Prozessabnormalitäten zu entdecken. Dabei bietet die Akustik gegenüber bspw. optischer Verfahren Vorteile, bezüglich der Erfassung von Zustandsparametern wie etwa die Altersdegradation von Pumpen. Auch können Leckagen besser entdeckt werden. Der Einsatz von Arrays ermöglicht hierbei zum einen die Lokalisierung von Störquellen und zum anderen die räumliche Filterung von akustischen Signalen (durch Vergrößerung des SNRs) zur verbesserten Nachverarbeitung und Defektdetektion. In diesem Beitrag wird das Projekt ISA4.0 vorgestellt in dem ein autonomer Inspektionsroboter entwickelt wird, für die Inspektion von Chemieanlagen. Ein planares, zirkuläres Array kommt hierbei zum Einsatz, um die Richtungsschätzung von breitbandigen Geräuschquellen zu realisieren. Dabei wird eine MUSIC-Variante für breitbandige Signale und zirkuläre Arrays als Schätzalgorithmus verwendet. Durch die Arraygeometrie und Anzahl an Mikrofonen ist der Algorithmus zunächst auf eine bestimmte Bandbreite, sowie Anzahl an simultanen Quellen begrenzt. Erste Ergebnisse zeigen den Einsatz des Arrays für die Richtungsschätzung von einzelnen Pumpen, sowie den Einfluss von systematischen Störungen, getrieben durch den Inspektionsroboter selbst.
11:48	Improving scene classification models for audio coding artifacts Nils Peters [Abstract] In a previous study we examined the effect of coding artifacts due to perceptual audio compression on the performance of a state-of-the-art acoustic scene classification architecture. We showed that coding artifacts can significantly reduce the acoustic scene classification accuracy by up to 57% compared to uncompressed audio captures (depending on audio codec and bit rate) and that a retraining of the classification model using previously compressed audio signals increases the accuracy when classifying perceptually coded signals. While this approach yields significant improvements, this approach may not be practical due to the required time and cost for the complete retraining. Rather than a complete retraining, in this contribution, we propose to fine-tune a classification model which has been fully trained on uncompressed audio files. With a fine-tuning of only a few epochs, we achieved a comparable classification performance as reported with the complete retraining approach before. Furthermore, we can show that only one of the many hidden layers in this model needs fine-tuning. These findings are beneficial to better understand the inner workings of machine learning models and to improve acoustic scene classification robustness whenever audio signals are subject to perceptual audio coding, e.g., due to transmission or lossy data storage.

Elektroakustik und Audiosignalverarbeitung 1

Elektroakustik und Audiosignalverarbeitung 1

Sitzungsleitung:

D. Beer, Fraunhofer IDMT A. Linow, ---

8:40	A robust alternative to mel spectrograms based on invertible AUDlet coefficients Peter Balazs, Nicki Holighaus, Clara Hollomey [Abstract] Mel spectrograms have become extremely popular for the ad hoc computation of perceptually-motivated time-frequency spectra, in particular in deep learning for speech and audio applications. They are obtained by simply taking weighted channel averages of short-time Fourier (STFT) magnitude coefficients with triangular weight vectors respecting the perceptual mel frequency scale. Thus, they achieve data reduction by significantly reducing the number of frequency bins while partially retaining perceptually-relevant frequency information. However, since their calculation fundamentally relies on the STFT, mel spectrograms are restricted in terms of the achievable degree of data reduction, perceptual fidelity and computational flexibility. In this contribution, we propose to consider instead a representation based on invertible AUDlet filter banks, a recently introduced family of perceptually adjusted time-frequency representations. By relying directly on a perceptually-motivated representation, users can freely control the desired amount of data reduction suitable for a given application, or even directly access and process the filter bank coefficients from which audio synthesis is easily achieved with efficient algorithms. Taking the perspective of spectral estimation and multi-taper methods, we provide a partial explanation for the success and robustness of mel spectrograms and showcase how the same considerations translate to the proposed method.
9:00	Influence of Sensor Design on Bio-inspired Adaptive Acoustic Sensing Ekram Khan, Claudia Lenk, Andreas Männchen, Jan Küller, Daniel Beer, Vishal Gubbi, Tzvetan Ivanov, Martin Ziegler [Abstract] Bio-inspired acoustic sensing is one way to address the problems of current speech processing systems. These include successful and efficient speech recognition in situations with a low signal-to-noise ratio and multiple sound sources, and dynamic adaptation to changing listening conditions. To achieve this, following the biological models, signal processing (frequency decomposition and dynamic compression) as well as dynamic adaptation of the detection and processing characteristics are integrated into the sensor stage. Such a bio-inspired acoustic sensor system will be presented in the talk. At its heart are active silicon beams with integrated deflection sensing and actuation in combination with real-time feedback. Results from electroacoustic and vibrometric measurements as well as FEM simulations of different sensor designs will be presented and it will be discussed how a specially tailored design of the active silicon beams can avoid artifacts caused by additional resonances in the audible frequency range. Furthermore, two operating modes of the sensor are compared, that are analogous to pressure gradient and pressure microphones.
9:20	Investigations on the implementation of an acoustic rain sensor system Kevin Hock, Julian Götz, Mario Seideneck, Christoph Sladeczek [Abstract] The most common method for measuring precipitation is based on the collection of rain in a defined container, where the amount of water accumulated is read off after a time interval. A major disadvantage of this method is that the rainfall amounts measured in this way always represent an average over time, and do not provide data on the course of precipitation with high temporal resolution. Since time immemorial, meteorological elements have been described colloquially by their generated sounds. The aim of this study is the implementation of an acoustic rain sensor. For this purpose, acoustic data were generated in a laboratory setup by a simplified sprinkler system, with which a machine learning algorithm was trained.
10:00	Lumped Element Thermal Modelling of Class D Audio Amplifiers Ellis Blackford Strout [Abstract] Power losses resulting from inefficiencies in audio amplifier operations cause heat to be generated. When this is poorly dissipated, device temperatures can reach excessive levels wherein components are damaged in a process known as thermal runaway. Audio amplifiers therefore often rely on thermal shutdown mechanisms to disable operations when internal temperatures exceed a predefined limit. As the obtrusive application of such features negatively affects the listening experience, a more subtle approach is clearly required. In this research project, a lumped element electrothermal model which can be used to predict audio amplifier internal thermal dynamics in real-time is developed. This model is intended to facilitate the development of an adaptive protection algorithm which prevents overheating using predictions of internal thermal dynamics. The parameters for the proposed model are identified using curve-fitting techniques on measurements performed directly on an amplifier. The performance of the model is then validated with a comparison of simulation and measurement responses.
10:20	Selbsttest aktiver Lautsprechersysteme in der Produktion und in der Zielanwendung Franz Lukas Kaiser [Abstract] Viele moderne Geräte verwenden integrierte Lautsprecher und Mikrofone für eine Vielzahl von Anwendungen. Der letzte Schritt nach der Herstellung dieser Geräte ist die Qualitätskontrolle, die derzeit mit externem Messequipment durchgeführt wird. In einem als Selbsttest bezeichneten Verfahren ist eine Qualitätskontrolle innerhalb des Gerätes unter Nutzung der bereits vorhandenen Hardware möglich. Die in diesem Vortrag präsentierte Diplomarbeit stellt ein System zur Erkennung von unregelmäßigem Schwingungsverhalten (Rub&Buzz) in aktiven Lautsprechersystemen vor. Implementierungen werden mit python simuliert und auf eine Hardwareplattform mit einem ARM-Prozessor portiert. Der Stimulus wird vom eingebauten Mikrocontroller erzeugt, über den Lautsprecher wiedergegeben und vom eingebauten Mikrofon aufgenommen. Analyse und Evaluation erfolgen direkt auf dem Gerät, wobei relative Maße zur Ermittlung der Ergebnisse verwendet werden. Der Einfluss verschiedener Faktoren auf die Ergebnisse wird untersucht. Der vorgestellte Selbsttest wird mit Messungen eines Industriestandards verglichen und validiert.
10:40	Is your data safe? Privacy and Trustworthiness aspects of Neural Network based Acoustic Analysis Thomas Köllmer, Patrick Aichroth, Luca Cuccovillo [Abstract] Recent advances of Neural Networks are a game changer in nearly every field of computing, and the acoustics domain is no exception to this. Every branch of acoustics can - one way or the other - benefit from the new methods of analyzing, modifying or generating acoustic data. Such successes make it easy to forget about the nonfunctional side of things: Am I allowed to transfer data to a cloud vendor for processing? Am I allowed to use and share pre-trained models under the EU legislation? How reliable is my system and how susceptible is it for possible attacks? This paper gives an overview of common issues of machine learning applications regarding trustworthiness of the system and privacy of the data. Technical means to overcome them are discussed and assessed regarding their adequacy for topics of concern for the DEGA members.

Elektroakustik und Audiosignalverarbeitung 2

Elektroakustik und Audiosignalverarbeitung 2

Sitzungsleitung:

A. Linow, --- D. Beer, Fraunhofer IDMT

14:00	Gretchenfrage: MATLAB/GNU Octave or Python? Handling programming languages in the Large Time Frequency Analysis Toolbox Clara Hollomey, Nicki Holighaus, Peter Balazs, Thomas Mejstrik [Abstract] The programming language Python is an established tool in machine learning and signal processing. At the same time, MATLAB remains popular in academic and industrial research. This coexistence of two programming languages poses a critical question to the development of scientifically driven code bases: should one stick to MATLAB, switch to Python, or provide code for both? The possibilities for making MATLAB code accessible from Python range from rewriting all the code over providing a Python-wrapper to relying on MATLAB’s built-in engine to do exactly that. However, the drawbacks associated to each of those options are non-negligible and affect the coherence of the code base, the workflow of its developers and/or the reliability of the code. They imply increased demands on the expertise required from its maintainers and significantly impact the shape and durability of the final software package’s structure. The Large Time Frequency Analysis Toolbox (LTFAT) is dedicated to time-frequency analysis. It has been written in MATLAB/GNU Octave, making use of advanced data structures, such as cell arrays and anonymous functions, and comprises a backend written in C. Using LTFAT as an example, we showcase approaches to accessing MATLAB code from Python, outline their limitations and describe their application.
14:20	Influence of Different Input Features on Musical Source Separation Performance Paul Armin Bereuter, Alois Sontacchi [Abstract] Separating a musical audio mixture into audio tracks produced by individual instruments is a task which, if executed with sufficient quality, holds many benefits for other audio applications. Nowadays, the state of the art approaches are mostly based on neural networks. The most recent approaches, achieving the highest separation performance, make strong use of signals in the waveform domain, utilised as input features. They even outperform approaches based on the commonly used short-time Fourier transform (STFT), suggesting that even the STFT is a less appropriate signal representation for neural network based musical source separation. However, there are several signal representations which take musical information and context into account, e.g. features based on musical scales or beat synchronous features, which is also where the focus of this work lies. A already established neural network based musical source separation algorithm is used and the input features are varied in order to assess the achievable outcome for different input features. The concluding performance evaluation aims to shed light on whether other signal representations, rather than the waveform domain or STFT, can positively impact the performance of a neural network based musical source separation algorithm.
14:40	Simulationsbasierte Ermittlung der Anordnung von Mikrofonen und Lautsprechern bei aktivem Schallschutz Maximilian Budnik, Valentin Mees [Abstract] Active Noise Control (ANC) Maßnahmen für die Beeinflussung von Luftschallpfaden werden üblicherweise direkt am abstrahlenden physischen Objekt ausgelegt und parametriert. Dabei werden die Positionierungen der Systemkomponenten, also der Referenz- und Fehlermikrofone, sowie der Gegenschall- bzw. Sekundärlautsprecher, auf Basis der Systemgeometrie initial festgelegt und in einem anschließenden iterativen Prozess optimiert. Simulationsbasierte Ansätze am digitalen Prototyp bzw. Zwilling können hier wesentlich die Auslegungseffizienz und somit signifikant die Güte der Lösung im Vorfeld erhöhen, ohne auf physische Prototypen setzen zu müssen. Valide Simulationsmodelle erlauben es, eine virtuelle Testumgebung zu schaffen, wodurch u.a. Parameterstudien effizient durchgeführt werden können. In diesem Beitrag wird an einem validierten Demonstrationsbeispiel ein Prozess vorgestellt, der zeigt, wie eine geeignete Positionierung von ANC-Komponenten auf Grundlage simulativer Daten und deren Auswertung erfolgen kann. Zur Demonstration des Verfahrens wird eine vereinfachte mobile Lüftungsanlage gewählt, bei welcher der Luftschallpfad das Abstrahlverhalten dominiert. Es werden akustische Abstrahlungs- bzw. Freifeld-Simulationen mit der Finite Elemente (FE) Methode durchgeführt, wobei das Abstrahlverhalten bzw. die -charakteristik untersucht wird. Die Ergebnisse werden diskutiert und geeignete Positionierungen unter Berücksichtigung wesentlicher Kriterien festgelegt. In einem abschließenden Vergleich wird die Veränderung der Effektivität der ANC-Maßnahme durch die Optimierung dargestellt.
15:00	Actuator-based personal audio zones in vehicles Philipp Neubauer, Pascal Köhler, Johannes Kerkmann, Stephan Eisele, Christian Walther, Dimitrios Patsouras [Abstract] One mega trend in automotive audio systems is providing personal audio zones for multiple passengers. This enables individual audio experiences for the passengers on the one hand side and complies with the requirement of improved privacy measures on the other hand. Both aspects demand high-class audio playback with sound transducers located close to the passenger’s ears. Current approaches comprise conventional loudspeakers that are integrated into the seat’s headrest. This comes with drawbacks, such as limited low-frequency sound radiation and the need for perforation of the seat covers. The team of Acoustic Solutions at Continental Engineering Services GmbH develops a novel approach called ”Ac2ated Sound”. It utilizes electrodynamic actuators to excite existing structures in the vehicle to radiate high-end sound. Using Ac2ated Sound actuators enables invisible integration of the sound transducers into structures, such as A-pillar trims, headliners, and seats. In this work, the general concept of actuator-based sound systems will be presented, including a discussion on chances and risks. Furthermore, the methodology of integrating actuators into a seat’s headrest is introduced. Finally, measurement results of a set of actuators integrated into a vehicle’s seat will be presented and discussed.

Kavitation mit Schwerpunkt maritimer Kontext 1

Kavitation mit Schwerpunkt maritimer Kontext 1

Organisation:

F. Reuter, OvG-Universität Magdeburg, Institut für Physik R. Mettin, Drittes Physikalisches Institut, Georg-August-Universität Göttingen

9:00	Numerical Analysis of Bubble Evolution Near a Solid Wall Using a Sharp-interface Levelset Method Alexander Bußmann, Farbod Riahi, Bilal Gökce, Stefan Adami, Stephan Barcikowski, Nikolaus Adams [Abstract] The growth and collapse of a single cavitation bubble is investigated in the vicinity to a planar solid wall. We solve the fluid motion with the fully compressible Navier-Stokes equations and employ a sharp-interface level-set method to capture the interface dynamics. A wide range of initial bubble separations to the wall is covered, but we mainly focus on the near-wall region where the bubble remains close to the wall over its entire evolution. We observe a significant influence of the collapse behavior and imposed pressure loads due to the presence of the three jetting regimes: needle, mixed, and regular jets. For intermediate standoff distances the maximum wall-pressure is mainly influenced by the jet delay time and faces a drop where the delay has a maximum. In all simulations a liquid film forms between the wall and the bubble whenever the initial bubble is detached from the wall. This film strongly affects the asymmetry of the maximum grown bubble and the resulting jetting phenomena. Additionally, the collapse and expansion times of the bubble are affected by its symmetry resulting in non-monotone time prolongations in the near-wall region.
9:20	Cavitation Erosion and Shockwave Focusing during bubble collapse Fabian Reuter, Carsten Deiter, Claus-Dieter Ohl [Abstract] Cavitation erosion is ubiquitous in many technical systems such as hydromachinery and ship propellers. The mechanism of cavitation erosion however is not sufficiently explained, and consequently there is no reliable acoustic detection technique that could distinguish between transient and erosive cavitation. We experimentally study the erosion of a single laser-induced bubble on different metallic materials using high-speed imaging combined with acoustic measurements employing high-bandwidth PVDF and optic hydrophones. To image shock wave emission during the bubble dynamics, sub-picoscond exposure times are used. Damage on the samples is already detected in-situ and studied in detail ex-situ. We show that in contrast to common wisdom the regular jet with velocities of about 100 m/s is not responsible for erosion. Instead, a collapse dynamics involving a three-dimensional shock self-focusing is responsible for cavitation erosion. We show that in this single bubble system acoustic transients in the MHz-range are characteristic to erosive cavitation.
9:40	Cavitation Bubble Dynamics in a Stagnation Point Flow Dominik Mnich, Fabian Reuter, Claus-Dieter Ohl [Abstract] We study single laser-induced cavitation bubbles close to a solid boundary in a stagnation point flow. Here, a rich bubble dynamics develops as during its dynamics the bubble translates with the flow, and two disparate pressure gradients from boundary and stagnation flow are acting on the bubble. For example, the bubble shows an hourglass shape as known from the dynamics at elastic boundaries or needle-like high-speed jetting of velocities above 1000 m/s, even at rather large stand-off distances. While numerical studies already show some of these effects, experimental data are lacking. Here we show high-speed imaging of the bubble dynamics and also discuss consequences concerning the interaction with the solid boundary from this particular bubble dynamics. To this end a parametric study varying the flow velocity and the bubble to wall stand-off is carried out. The results suggest that the enriched bubble dynamics may allow tailored applicability in process technology.
10:20	Acoustic nucleation and bubble jetting inside a small droplet Juan Manuel Rosselló, K. Ashoke Raman, Hendrik Reese, Claus-Dieter Ohl [Abstract] Recently, we have reported results on the formation of a jetting bubble in the proximity of a curved free boundary given by the hemi-spherical top of a water column or a drop sitting on a solid plate. As a natural extension of that work, we now present a series of experimental results and simulations on the nucleation of laser induced bubbles inside a liquid droplet of a millimetric size in free fall motion. In this case the drops were released from a height of around 20 cm, acquiring a speed of around 2 m/s at the instant were the laser bubble is nucleated. Under these circumstances the bubbles remained almost spherical and thus are subjected to the influence of a free boundary in every direction. This represents an interesting scenario for the study of jetting bubbles, considering that the laser bubble can be generated at different positions inside the drop, and the intrinsic curvature of the liquid surface permits to observe the drop and particularly the bubble interior in a clear way. We have also investigated the nucleation of acoustic bubbles in tridimensional clusters induced by the rarefaction wave and the onset of a Rayleigh-Taylor instability on the drop surface.
10:40	On the Modeling of Acoustic Cavitation Robert Mettin, Dwayne Savio Stephens, Sergey Lesnik, Isabelle Stromberg, Gunther Brenner [Abstract] Acoustic cavitation is a complex phenomenon comprising sound propagation in liquids, nucleation and bubble dynamics, bubble motion, interaction and structure formation, and fluid flow. Recent simulation approaches try to include mutual coupling of several of these aspects, leading to complex models that can capture more and more details of experimental observations. The talk presents actual work, focusing on the simulation of bubble-liquid coupling and of bubble cluster dynamics.

Kavitation mit Schwerpunkt maritimer Kontext 2

Kavitation mit Schwerpunkt maritimer Kontext 2

Organisation:

F. Reuter, OvG-Universität Magdeburg, Institut für Physik R. Mettin, Drittes Physikalisches Institut, Georg-August-Universität Göttingen

14:00	Acoustic Bubbles in a Tube Matti Tervo, Max Koch, Christiane Lechner, Robert Mettin [Abstract] Applications of ultrasound and cavitation comprise sonochemistry: the induction or support of chemical reactions in liquids by the ”hot spots” of collapsing bubbles. In combination with micro- and milli-fluidic flow reactors, novel methods for process intensification emerge. Since bubble oscillations confined to limited spaces can differ from free bubble dynamics, the behaviour of acoustically excited bubbles in ducts or tubes comes into focus. Here we investigate numerical modelling of bubble dynamics in tubes with circular cross section. We compare a modified Rayleigh-Plesset (RP) model, which formally remains in spherical symmetry, with full simulations employing the open source software OpenFOAM with the finite volume and volume of fluid methods. For a centered bubble in an axisymmetric cylinder, results show significant differences to the RP model, partly due to sound reflections from the tube wall and the open tube endings. Furthermore, the damping of the bubble oscillation seems to be underestimated by the modified RP approach.
14:20	Optical and ultrasound imaging of shear wave generated by laser induced cavitation bubbles Saber Izak Ghasemian, Christian Bohris, Fabian Reuter, Claus-Dieter Ohl [Abstract] Shockwave lithotripsy is a well-established technique for breaking down kidney stones non-invasively. In this process cavitation bubbles are generated in the shockwave passage. From these cavitation bubbles, gas fragments remain, which shield the shockwaves and limit shock repetition rate, as time is needed for these fragments to dissolve or move away. To increase shock repetition rate, here we propose to use (microsecond-long) ultrasound pulses between subsequent shocks to coalesce the gas fragments and move them away from the shockwave passage region, such that the next shock can be released earlier. We study these processes using high-speed video imaging and show that indeed the amount of unwanted cavitation produced by the lithotripter shockwave is reduced.
14:40	Sonoluminescence and stirring in high viscose liquids Atiyeh Aghel Maleki, Sergey Lesnik, Isabelle Stormberg, Gunther Brenner, Robert Mettin [Abstract] Liquid viscosity is a relevant parameter for acoustic cavitation and ultrasonically driven bubbles. However, its influence on bubble dynamics and bubble structure formation remains to a good part unexplored. As well, liquid viscosity effects on the bubble collapse hot spot, sonochemistry, and sonoluminescence are not fully understood yet. Stirring of liquid has an effect on the intensity of sonoluminescence by means of the influence in bubble dynamics, also it can influence the radical production of sonochemical processes. Here we report on results from a systematic project study that intends to fill some of these gaps. Focus is set on the peculiar sonoluminescence features of multi-bubble fields related to individual and collective dynamics of bubbles in different liquids under variation of viscosity, and further on stirring effect and sonoluminescence emissions.
15:00	Hochgeschwindigkeitsaufnahmen von Kavitation in ölgefüllten engen Spalten Peter Reinke, Marcus Schmidt, Tom Beckmann, Jan Ahlrichs, Adrian Rienäcker [Abstract] Einschlägige Fachbeiträge beschreiben die von Kavitation verursachten Lagerschäden am Kurbeltrieb von Verbrennungsmotoren. Aus der Fülle der Anwendungen und des damit verbundenen möglichen Kavitationsrisikos fokussiert dieser Antrag auf Dieselmotoren, das Antriebsaggregat für die maritime Transportwirtschaft, die einen wichtigen Beitrag am globalen Warentransport leistet. Am Beispiel der Arbeit von Graf und Kollmann, die eine sehr detaillierte Analyse der Lagerbelastung und der Wellenverlagerungsbahn vorgelegt haben, kann gezeigt werden, dass die kavitationsgefährdeten Bereiche des Verbrennungszyklus durch hohe Exzentrizität und eine hohe Änderungsgeschwindigkeit der Schmierfilmdicke gekennzeichnet sind. Weiterhin ist zu beachten, dass eine Abgasnachbehandlung eine andere Einspritzstrategie erfordert, die nach Seel et al. zur Ölverdünnung führen kann. Ölverdünnung kann die Kavitationsgefahr erhöhen. Borbe unterscheidet zwischen Werkstoffkavitation, d. h. Materialabtrag und Flüssigkeitskavitation, die sowohl Gas- und Dampfkavitation einschließt und den instationären Vorgang von der Blasenentstehung und -transport bis zum Zerfall umfasst. Die in diesem Beitrag vorgestellten Hochgeschwindigkeitsaufnahmen belegen, dass das Fluid (Öl) und die besonderen Merkmale der Schmierspaltströmung: enge Schmierspalte und die transiente Schmierfilmdicke, die Kavitationsart und -form nachhaltig bestimmen. Im Gegensatz zu Wasser, was als Ein-Stoff-System mit 2 Phasen behandelt werden kann, ist das Schmieröl stets eine Flüssigkeitsmischung mit hoch- und niedrigsiedenden Bestandteilen, in dem zusätzlich eine erhebliche Luftmenge gelöst ist.

Körperschall

Körperschall

Sitzungsleitung:

B. Zeitler, Hochschule für Technik Stuttgart S. Spors, University of Rostock, Institute of Communications Engineering

14:00	Einfluss der Steifigkeitsänderung auf die optimale Verteilung von eingezwängten Dämpfungsbelägen Sebastian Rothe, Sabine C. Langer [Abstract] Die Applikation passiver Dämpfungsmaßnahmen ist eine geeignete Methode zur Schwingungsreduktion plattenartiger Strukturen. Dämpfungsmaßnahmen mit eingezwängter Zwischenschicht (Contrained Layer Damping - CLD) können die Dämpfungswirkung stark verbessern. Das Aufbringen solcher Maßnahmen verändert nicht nur den lokalen Verlustfaktor sondern es kommt zusätzlich zu einer Änderung der Masse und Steifigkeit. Der Einfluss der lokalen Steifigkeitsänderung auf die optimale Verteilung wird im Rahmen dieses Beitrages untersucht. Eingezwängte Dämpfungsbeläge sind häufig als Dämpfungsfolien ausgelegt und kommerziell verfügbar. Zur Auswahl einer geeigneten Platzierung bzw. Verteilung dieser sind Identifikationskriterien geeignet. Sie bieten den Vorteil bereits nach einem Berechnungsschritt geeignete Applikationsbereiche zur gezielten Dämpfung eines kritischen Frequenzbereiches zu identifizieren. Die Berechnung erfolgt auf Basis eines Finite-Elemente-Modells. Für die Untersuchungen in diesem Beitrag werden in einem ersten Schritt die zu erwartenden Steifigkeitsänderungen typischer Kombinationen aus CLD und Grundstrukturen im Maschinenbau quantifiziert. Im zweiten Schritt werden Identifikationskriterien zur Dämpfungs- und Steifigkeitsplatzierung herangezogen. Die sich anhand beider Kriterien ergebenen Verteilungen werden miteinander verglichen und ihre Korrelation bestimmt. Am Ende erfolgt eine Bewertung der Ergebnisse und Empfehlung zur Verwendung von Identifikationskriterien zur Platzierung eingezwängter Dämpfungsbeläge.
14:20	Scaling Law of a Damped Vibrating Rectangular Plate Giada Cardellino, Christian Adams, Giuseppe Petrone, Davide Esposito, Sergio De Rosa [Abstract] The concept of similitude is now widely applied in the engineering vibroacoustics applications since it is particularly useful when applied to the testing of models with increasing complexity. This holds from the simple plates and beams to the full assembled structures such as gears. The similitude schemes allow predicting the dynamic response of an original system by using the information obtained from a similar one (defined as avatar or replica according to the partial or complete degree of similitude). These schemes are extremely helpful because they allow avoiding measurements on original structures with big (or small) geometric sizes which can make laboratory experiments impractical or too costly. In addition to geometric similarity, the focus on damping similitude has increased in recent years: this because the damping represents a highly relevant property during the design phase of any structure. In this view, it is crucial to obtain a scaling law, from the dimensional analysis or from the system’s equation of motion, that includes this crucial dynamic characteristic. The study is focused on the application of the similitude among damped subject to forced vibrations.
14:40	Charakterisierung eines Abwasserrohrs als aktive Körperschallquelle Lukas Däuble, Jochen Scheck, Berndt Zeitler [Abstract] Die Geräusche von Sanitärinstallationen werden häufig durch die Körperschallübertragung von Abwasserleitungen dominiert. Das durch die Installation in ein Fallrohr geleitete Abwasser regt das Rohrsystem zu Schwingungen an, die über Rohrschellen in die Installationswand übertragen werden. Bei der DAGA 2022 in Stuttgart wurden das Schwingungsverhalten eines frei aufgehängten, passiven Abwasserrohrs per Finite-Elemente-Methode (FEM) untersucht und die Simulation über eine experimentelle Modalanalyse validiert. In diesem Beitrag werden die Untersuchungen fortgeführt, indem das Rohr als aktive Körperschallquelle rechnerisch und messtechnisch durch die Bestimmung von freier Schnelle, Admittanz und blockierter Kraft charakterisiert wird. Die Charakterisierung erfolgt sowohl am frei aufgehängten Rohr, als auch in-situ am Empfangsplatten-Prüfstand nach DIN EN 15657. Die Ergebnisse fließen in ein Forschungsprojekt zur Erstellung von Planungsgrundlagen für Rohrleitungen und Befestigungselemente ein, um den Lärm in Gebäuden nach DIN EN ISO 12354-5 prognostizieren und beurteilen zu können.
15:00	Jet engine vibration model for the estimation of pylon-wing interface loads Sebastian F. Zettel, Marc Böswald, René Winter [Abstract] A vibroacoustic experiment is planned to be performed on a stand-alone wing of an Airbus A320. During the experiment the operational vibrations of the wing, usually induced by engine vibration loads, will be replicated to investigate the transmission of vibrations throughout the wing. As there is no engine available to introduce these vibrational loads, a previously developed multiaxial shaker system, able to reproduce engine loads in the pylon-wing interface along and about multiple axes simultaneously, will be utilized for structural excitation. However, there are no measured spectra of loads in pylon-wing interfaces available and respective measurements which could identify these loads are currently not realizable. As a consequence, an attempt is made to develop an jet engine vibration model from minimal input data that allows the estimation of interface loads. The approach combines the estimation of worst-case bearing forces in the engine by using design phase data, in-flight data to identify engine properties related to specific flight-conditions, a simple substitute model of an engine and further data from unrelated projects. The future goal of this project is to update a FEM model of the wing to investigate the impact of varying engine locations along it on the resulting cabin noise.
15:40	Untersuchung der Schwingungscharakteristik und Merkmalsausprägung verschiedener Schädigungsgrade von Kegelrollenlagern in hybriden Radantrieben Julia Scholtyssek, Kai Krickmann, Karl-Ludwig Krieger [Abstract] Aufgrund der kostenintensiven Lade- und Löschzeiten von Schiffen sind kurzfristige Ausfälle von Hybrid-Van-Carriern zu vermeiden. Hieraus ergibt sich die Anforderung einer frühzeitigen Schaderkennung zur vorausschauenden Wartung der Fahrzeuge. In den untersuchten Hybrid-Van-Carriern werden Radantriebe mit zweistufigen Planetengetrieben verwendet. Aufgrund der hohen Belastungen, dem anspruchsvollen Gelände und den hohen Betriebsstunden treten Ermüdungs- und Verschleißerscheinungen in Form von Lager- und Verzahnungsschäden auf. Zu den am häufigsten beschädigten Komponenten zählen die Kegelrollenlager, welche aufgrund des hohen Transportgewichts der Container durch die Radialkräfte belastet werden. Zur prädiktiven Überwachung von Lagerschäden werden die hybriden Radantriebe akustisch überwacht. Um eine Anwendung der Verschleißerkennung im gestörtem Umfeld, wie zum Beispiel im Hafeneinsatz, zu realisieren, werden verschiedene Lagerschäden auf einem lastfreien Prüfstand vermessen und mit Messungen eines intakten Lagers verglichen. Zur Erfassung des Körperschalls werden piezoelektrische Körperschallwandler mit einem linearen Frequenzbereich von 0,13 bis 22 kHz verwendet. Zur Bewertung des Lagerschadens erfolgt eine Sichtung im Frequenz- und Zeit-Frequenz-Bereich. Zudem wird die drehzahlabhängige Betrachtung von charakteristischen Merkmalen, wie zum Beispiel das Quadratische Mittel, vorgenommen. Anhand von grafischen Darstellungen der Merkmalsverteilungen lassen sich Aussagen zum Einfluss der Drehzahl sowie zur Differenzierbarkeit der Lagerschäden treffen. Dadurch kann eine Auswahl von geeigneten Merkmalen zur Lagerüberwachung abgeleitet werden.
16:00	Frequency response characterization of the welding process in Ultrasonic Metal Welding Elie Abi Raad, Michael Vorländer [Abstract] Ultrasonic metal welding is a welding technique often used in the production of lithium ion batteries. Despite its wide use, it suffers from fluctuations in strength which are hard to control. This limitation could be improved with a better monitoring of the welding process. In this work, a frequency response analysis of the welding process is done by using measurements of the vibrations of key machine parts, the anvil and horn. Changes in the measured frequency response during welding are used to characterize welding stages. The results are compared to other results in the literature.
16:20	Evaluation of the bandwidth dependence of the detection of hip-stem implant loosening using structure borne sound Lisa Krukewitt, Sascha Spors, Karl Völzer, Rainer Bader, Daniel Klüß [Abstract] Loosening of the hip-stem is the main reason for the revision of total hip replacements. Due to current diagnostic methods’ low sensitivity and specificity, loosening is often detected too late. In a previous approach, extracorporeally captured structure-borne sound showed potential for anomaly-based detection of implant loosening. For this purpose, an excitation system is mounted inside a modified hip stem implant. The mechanical oscillator of the excitation system is excited by an extracorporeal magnetic coil and extracorporeal acceleration sensors pick up the structure borne sound. For continuous in-vivo monitoring, integrating the entire excitation and sensor system into the implant is advantageous. However, acceleration sensors suitable for integration into the implant cannot capture the same signal bandwidth as the ones previously utilized. To evaluate if a previous approach of anomaly detection using a variational autoencoder can be transferred to an intracorporeal sensor system, this contribution investigates its performance for different sensor bandwidths. To this end, the bandwidth of the structure-borne sound signal is limited by filtering the captured signals.

Lärm von Schießplätzen 1

Lärm von Schießplätzen 1

Organisation:

K.-W. Hirsch, Cervus Consult GmbH T. Daniel, Bundeswehr

9:40	Konsistentes Lärmmanagement auf den Schießplätzen der Bundeswehr Janine Pfeffer [Abstract] Für die Ausbildung der Streitkräfte sowie für die Erprobung von Waffen und Gerät betreibt die Bundeswehr deutschlandweit zahlreiche Schießplätze, welche zum Erwerb und Erhalt der Fähigkeiten für die Auftragserfüllung unerlässlich sind. Durch diese Übungs- und Erprobungstätigkeiten werden unter anderem Schießgeräusche emittiert, welche aufgrund ihrer Geräuschquellenart immissionsschutzrechtlich einer besonderen Beachtung bedürfen. Die durch das Bundesministerium der Verteidigung entwickelte Strategie zum Schutz der Nachbarschaft vor schädlichen Umwelteinwirkungen und zur Vorbeugung des Entstehens schädlicher Umwelteinwirkungen wird durch konsistentes Lärmmanagement auf Schießplätzen der Bundeswehr umgesetzt. Ziel ist es insbesondere eine erhebliche Belästigung der Nachbarschaft und der Allgemeinheit durch Schießlärm zu vermeiden und gleichzeitig den Schießbetrieb im notwendigen Maß zu gewährleisten. Militärischer Ausbildungs- und Übungsbetrieb ist komplex, hoch dynamisch und durch zahlreiche Variationen von Emissionssituationen (z. B. unterschiedliche Waffen/Waffensysteme mit verschiedenen Kalibern, Munitionsarten und -sorten, variable Schusszahlen) und variierenden Emissionsorten (z. B. Schießpositionen) geprägt. Zur Zielerreichung werden betriebsbedingte Einflussfaktoren auf die Geräuschentwicklung von Schießplätzen der Bundeswehr systematisch erfasst, bewertet und gemanagt. Durch das Zusammenspiel von entwickelten Softwaretools zur Prognose von Schießlärm und der Möglichkeit zur Durchführung von vielfältigen akustischen Messungen besitzt die Bundeswehr ein Portfolio, mit dem sie Lärmmanagement betreiben und individuell auf die spezifischen Bedarfe der Schießplätze agieren kann.
10:00	Lärmbeurteilung des Betriebs eines Standortübungsplatzes der Bundeswehr Karl-Wilhelm Hirsch [Abstract] Standortübungsplätze (StOÜbPl) dienen als standortnahe Schießplätze der Ausbildung und dem Üben der Streitkräfte. Fast jeder Standort der Bundeswehr hat einen solchen StOÜbPl. Er dient den dort stationierten Truppengattungen als Übungsplatz für alles, was die Gattung an Fähigkeiten und Fertigkeiten auszeichnet und was sie trainieren muss. Entsprechend der Vielfalt dieser Fähigkeiten ist das Nutzungskonzept des StOÜbPl ausgelegt. Der Platz kann Panzerfahrschulgelände, Einrichtungen zur Sprengmittelbeseitigung, Hubschrauberübungsgelände, Schießbahnen, Waldkampfbahnen, Sprengplätze und viele Einrichtungen mehr bereitstellen oder selbst als Ganzes oder in Teilen Übungsraum für Manöver sein. Aus Sicht des Immissionsschutzes kommen alle Lärmarten vor: Schießlärm, Fluglärm, Verkehrslärm, auch Schienenlärm von Verladestationen für gepanzerte Fahrzeuge. Die Einrichtungen werden nicht gleichzeitig und auch nicht an jedem Tag in ähnlicher Zusammenstellung genutzt. Der Bedarf bestimmt Nutzung. Ein StOÜbPl ist eine genehmigungsbedürftige Anlage und ist nach BImSchG/TA Lärm zu beurteilen. Der Versuch, durch eine Genehmigung mit statischen einrichtungsspezifischen Nutzungsauflagen die Nichtüberschreitung der Richtwerte der TA Lärm sicherzustellen, läuft ins Leere. Es gibt keinen Regelbetrieb, keinen typischen Betriebstag. Der Beitrag stellt eine dynamische Genehmigung in Anlehnung an das eingeführte Management für Standortschießanlagen vor. So kann sichergestellt werden, dass der Betrieb des StOÜbPl an jedem Tag die Richtwerte einhält und gleichzeitig für maximale Flexibilität der Nutzung der Anlage sorgen.
10:20	Erfolgreiche Genehmigung einer Standortschießanlage nach LeitGeStand Frank Hammelmann, Karl-Wilhelm Hirsch [Abstract] Die Genehmigung eines Neu- oder wesentlichen Umbaus einer Standortschießanlage hat die Bundeswehr und die Genehmigungsbehörden gleichermaßen vor unlösbare Aufgaben gestellt. Eine rechtsichere Genehmigung kann nach Maßgabe einer Messung nach TA Lärm/VDI 3745 Blatt 1 erst erfolgen, wenn die Anlage errichtet ist. Der Bau einer neuen Anlage könnte zu einem Fehlschlag werden, wenn sich später herausstellt, dass die Anlage bei Einhaltung des Lärmschutzes den Bedarf nicht decken kann. Die Länderarbeitsgemeinschaft für Immissionsschutz (LAI) hat deshalb den ”Leitfaden für die Genehmigung einer Standortschießanlage - LeitGeStand” eingeführt, der ein Prognoseverfahren für den Schießlärm festschreibt. Nach Errichtung der Anlage führt eine Nachmessung nach VDI 3745 zu einer Betriebsgenehmigung. Ein Lärmmanagement stellt die Einhaltung der Richtwerte nach TA Lärm sicher. Der LeitGeStand wurde erstmalig beim Neubau der Standortschießanlage Eschbach (Breisgau) angewendet. Der Beitrag berichtet über die Erstellung der Prognose nach LeitGeStand, die Grundlage für die Errichtung der Anlage und für die Genehmigung des Evaluierungsbetriebs war. Nach der Errichtung wurde eine Messung nach VDI 3745 durchgeführt. Die Genehmigung des Betriebs wurde durch die Berücksichtigung der Messergebnisse für die Auslastungsdaten abgeschlossen. Heute ist der Betrieb der Anlage immissionsrechtlich genehmigt und wird durch das im LeitGeStand vorgesehene Lärmmanagement so betrieben, dass die Nichtüberschreitung der Richtwerte sichergestellt ist.
10:40	Überwachungsmessungen in der Nachbarschaft von Schießplätzen der Bundeswehr Joachim Vogel, Peter Friedsam, Henrik Tippkemper [Abstract] Nach dem Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) sind u.a. genehmigungsbedürftige Anlagen, dazu gehören auch Schießplätze der Bundeswehr (StOÜbPl, StOSchAnl, TrÜbPl) so zu betreiben, dass die Nachbarschaft so wenig wie möglich belastet werden. Da der hier relevante Übungsbetrieb nicht als gleichmäßige Dauernutzung betrachtet werden kann, sondern sich stochastisch gestaltet, ist eine einmalige, gelegentliche, zufällige Messung von Schieß- / Sprenggeräuschen für eine gezielte Überwachung der Schallbelastung in der Wohnnachbarschaft nicht zielführend. Für die Erfüllung der Überwachungsaufgaben auf der Grundlage von §52 BImSchG, in Verbindung mit der 14. BImSchV hat die Bundeswehr mobile Dauermessstationen beschafft. Mit diesen Messstationen ist an ”beliebigen” Orten eine 24/7 Dauermessung der akustischen Gegebenheiten, bei allen Witterungsbedingungen möglich.

Lärm von Schießplätzen 2

Lärm von Schießplätzen 2

Organisation:

K.-W. Hirsch, Cervus Consult GmbH T. Daniel, Bundeswehr

14:00	Einfluss der Meteorologie auf die Schallausbreitung von Schießgeräuschen Mattias Trimpop [Abstract] Die Auswertung einer Messkampagne aus 2016 hat gezeigt, dass die in der VDI 3745 Blatt 1 definierten Witterungsbedingungen für eine Genehmigungsmessung selbst bei erfüllten Bedingungen mit großen Unsicherheiten behaftet sind. Dieses Ergebnis wurde auf der DAGA 2017 dem Fachpublikum präsentiert. Allerdings war die damalige Datenbasis relativ klein. Daher wurde in 2022 eine weitere Grundlagenmessung durchgeführt, bei der über zwei Wochen mehrmals am Tag eine Schussserie einer gleichen Quelle an derselben Quellposition abgegeben wurde und an mehreren Immissionsorten aufgenommen wurde. Parallel dazu fanden Wettermessungen statt. Die Ergebnisse der Messung werden vorgestellt und diskutiert.
14:20	Verwendung von Ersatzmessungen bei Schießlärm Tom Marschner, Mattias Trimpop [Abstract] Die VDI 3745 Blatt 1 beschreibt Regeln zur Beurteilung und Messung von Schießgeräuschimmissionen von Schießanlagen. Dabei gibt die Norm vor, dass bei typischen Messabständen drei voneinander unabhängige Stichproben je Emissionssituation unter ausbreitungsgünstigen Bedingungen vorzunehmen sind. In der Vergangenheit hat sich gezeigt, dass diese ausbreitungsgünstigen Bedingungen an einigen Immissionsorten aufgrund ihrer Lage zur Schießanlage nur selten anzutreffen sind. Dies führt zum Teil zu sehr langen Zeiten zwischen Beauftragung und Fertigstellung der drei unabhängigen Messungen. Die VDI 3745 Blatt 1 sieht dabei keine Ersatzmessungen vor. Die Ersatzmessungen gemäß TA-Lärm A.3.4 können als Lösung dieses Problems bei Schießlärm nicht einfach übernommen werden, da aufgrund der Geometrie von Schießständen, insbesondere bei Kugelständen, in der Regel keine freie Schallausbreitung zu den Immissionsorten gegeben ist. Das ist jedoch Voraussetzung, damit der Einfluss der akustisch wirksamen Aufbauten der Schießanlage (mit Höhen um 6,5 m) am Ersatzimmissionsort im richtigen Verhältnis zum Immissionsort steht. Um eine Datengrundlage für die Entwicklung einer veränderten Ersatzmessung zu erhalten, die auch bei Schießlärm zu validen Ergebnissen führt, wurde im September 2022 eine Grundlagenmessung durchgeführt. Die Ergebnisse der Messung werden in diesem Vortrag dargestellt.
14:40	Chaser - Qualitätssicherung der Web-Anwendung zur Beurteilung des Gehörschädigungsrisikos von Schießanlagen Christian Kleinhenrich, Philipp Bechtel, Tobias Langenbucher, Carsten Hudasch [Abstract] Entsprechend der Lärm- und Vibrations-Arbeitsschutzverordnung (LärmVibrationsArbSchV) haben technische Schutzmaßnahmen Vorrang gegenüber persönlichen. Dies trifft auch - eigentlich ganz besonders - auf Schießanlagen zu. Um bereits während der Planung einer Anlage eine sachgerechte Prognose der vorherrschenden Akustik zu ermöglichen, wird die Web-Anwendung Chaser entwickelt. Diese berechnet die Schalldruckzeitverläufe am Ohr des Personals auf Grundlage phasentreuer Schallausbreitungsrechnungen und Integration frequenzabhängiger Reflexionsparameter. Das generierte Signal wird anschließend mit einem Gehörmodell hinsichtlich des Gehörgefährdungsrisikos ausgewertet. So kann beispielsweise durch Variation der Reflexionseigenschaften der Oberflächen eines Raumes dessen Einfluss auf die ortsabhängige Gehörbelastung untersucht und folglich minimiert werden. Maßstab einer Akustiksoftware ist die Praxis. In diesem Beitrag werden daher in Chaser prognostizierte Schalldruckzeitverläufe sowie deren Gehörgefährdungspotenzial mit Resultaten aus Messungen verglichen. Dazu wurden Schallausbreitungsrechnungen mit CAD-Modellen von existierenden Schießanlagen mit Chaser durchgeführt, deren Oberflächeneigenschaften zuvor akustisch vermessen wurden. In diesen Anlagen wurden ebenfalls Schusssignale an maßgeblichen Betrachtungspunkten aufgezeichnet und hinsichtlich ihrer Gehörbelastungen ausgewertet. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass mittels Chaser sachgerechte Prognosen der Gehörbelastung möglich sind. Somit stellt diese Anwendung einen essenziellen Bestandteil zur effizienten Planung und Ertüchtigung von Schießanlagen dar.
15:00	Schusssignal-Datenbank. Serverbasierte Datenbankanwendung zur Verwaltung und Auswertung von Schusssignalen Philipp Bechtel, Tillmann Küther, Christian Kleinhenrich, Carsten Hudasch, Tobias Langenbucher [Abstract] Zur Beurteilung des Gehörschädigungsrisikos von Waffenknallen ist die Messung von Schusssignalen und die anschließende Untersuchung anhand unterschiedlicher Kriterien notwendig. Üblicherweise werden dabei Parameter wie Waffen, Mikrofon- und Schützenpositionen variiert, wodurch eine Vielzahl an Messsignalen entsteht. Anschließende Signaloperationen und Auswertungen können die Menge der Datensätze zusätzlich erhöhen und einen großen Zeitaufwand erfordern. Zum Beispiel seien hier die Applikation von Gehörschützerübertragungsfunktionen, die Bestimmung gebräuchlicher Pegel oder die Bewertung durch das AHAAH-Modell genannt. Die strukturierte Organisation sowohl der zu speichernden Daten als auch der durchgeführten Rechenoperationen ist essentiell. In diesem Beitrag wird der aktuelle Fortschritt einer serverbasierten Datenbankanwendung vorgestellt, die die oben genannten Herausforderungen adressiert. Durch Automatisierung der Berechnungen wird der Zeitaufwand zur Aufarbeitung sowie zur Auswertung signifikant reduziert. Zusätzlich ermöglicht der serverbasierte Ansatz der Anwendung einen dezentralisierten und parallelen Zugriff auf die Daten.

Lärmpolitik

Lärmpolitik

Sitzungsleitung:

C. Beckert, MLU Sachsen-Anhalt D. Schreckenberg, ZEUS GmbH

15:40	Aktualisierte Erhebung über den Vollzugsstand des FluLärmG und der 2. FlugLSV Jörn Lindmaier [Abstract] Gemäß dem Gesetz zum Schutz gegen Fluglärm (FluLärmG) von 2007 wurde dem Deutschen Bundestag von der Bundesregierung im Jahre 2017 Bericht über die Wirkung dieses Gesetzes erstattet. In diesem Zuge wurde auch eine Erhebung über den Vollzugstand der passiven Schallschutzmaßnahmen nach der 2. Fluglärmschutzverordnung (2. FlugLSV) durchgeführt. Diese wurde 2022 vom Öko-Institut e.V. im Auftrag des Umweltbundesamtes aktualisiert. Für die Bewertung der Wirksamkeit des FluLärmG und der 2. FlugLSV ist vor allem das Verhältnis der Anspruchsberechtigten zu den bewilligten Anträgen sowie den durchgeführten Maßnahmen relevant. Zudem interessiert die Art der durchgeführten Maßnahmen und die dadurch entstandenen Kosten. Hierfür gab es zur legislativen Verabschiedung des novelliertem FluLärmG eine Kostenschätzung, anhand derer die nun erhobenen Zahlen einzuordnen sind. Da auch vor 2007 durchgeführte freiwillige Schallschutzprogramme an Flugplätzen bzw. andersartige Regelung aufgrund spezifischer Planfeststellungsbeschlüsse einen erheblichen Einfluss auf den Vollzug des FluLärmG haben, wurden auch diese untersucht. Neben den Maßnahmen in Wohngebäuden stehen hier auch schutzbedürftige Einrichtungen, Bauverbote sowie auch Maßnahmen an militärischen Plätzen im Fokus. In diesem Vortrag wird über die Ergebnisse dieses Vorhabens berichtet.
16:00	Lärmpunkte als Steuerungsinstrument für die Lärmentwicklung um Flughäfen Rainer Schmid, Jason Blinstrub, Wolfgang Grimme, Marc Gelhausen [Abstract] In der Vergangenheit wurde durch verschiedenste verkehrspolitische Steuerungsmaßnahmen versucht die Entwicklung des Fluglärms um Flughäfen zu verringern. Zu nennen sind hier u.a. Start- und Landeentgelte an Flughäfen, Limitierung der Bewegungen an Flughäfen und Einhaltung von Lärmschutzzonen um Flughäfen. Die ersten zwei Maßnahmen haben den Nachteil, dass sie nicht direkt oder nur teilweise auf Fluglärm basieren und daher nicht zielgerichtet wirken können. Dagegen ist die Einhaltung von Lärmschutzzonen in der Praxis schwer umzusetzen und kann im Grunde nur zurückschauend überprüft werden. Ein erfolgversprechenderes Konzept ist die Einführung von sogenannten Lärmpunkten oder Lärmquoten. Grundlage hierfür ist die Zuweisung eines lärmverursachungsgerechten Werts für jede Flugbewegung. Durch Zuweisung, Verteilung und Limitierung von Lärmpunkten kann die Entwicklung der Lärmimmission um Flughäfen zielgerichtet gesteuert werden. Zunächst wird die Zuweisung bzw. Berechnung der Lärmpunkte zu der jeweiligen Flugzeuggruppe vorgestellt. Im Anschluss daran wird die Entwicklung der Summe aller Lärmpunkte für ein Flughafenszenario bis zum Jahr 2050 vorgestellt. Das Flughafenszenario ist generisch, jedoch für Deutschland repräsentativ. Diese Untersuchungen finden im Rahmen des DLR-Projekts FLUID-21 ”Entwicklung der Fluglärmsituation in Deutschland im 21. Jahrhundert” statt.
16:20	Einfluss äußerer Randbedingungen auf lärmarme Flugverfahren Jason Blinstrub, Joscha Kurz, Rainer Schmid, Gregor Schmitz [Abstract] An- und Abflugverfahren haben einen erheblichen Einfluss auf die Lärmimmission um einen Flughafen. Dabei führen verbesserte Abflugverfahren im Wesentlichen zu einer Umverteilung des Lärms am Boden. Im Gegensatz dazu bieten Anflugverfahren das Potential die Lärmimmission auch insgesamt zu reduzieren. Um dieses Potential zu nutzen, muss insbesondere das Geschwindigkeits- und Höhenprofil angepasst werden, was wiederrum die Flugzeugkonfiguration und das Schubprofil beeinflusst. Für einen an deutschen Flughäfen typischen Flugzeugtyp werden zunächst drei mögliche Lärmminderungspotentiale eines Referenzanfluges getrennt voneinander untersucht. Zwei Lärmminderungspotentiale ergeben sich durch prozedurale Anpassungen, ein anderes Lärmminderungspotential aus der Verwendung stufenloser Hochauftriebshilfen. Im Anschluss daran werden die Auswirkungen von äußeren Randbedingungen auf die jeweiligen Anflugverfahren untersucht. Das heißt, es wird untersucht, in wie weit die Flugzeugmasse, die Windgeschwindigkeit und vorgegebene Geschwindigkeitslimitierungen das Lärmminderungspotential reduzieren bzw. erhöhen können. In einem letzten Schritt wird ein repräsentativer Datensatz generiert, welcher in einem generischen Flughafenszenario integriert wird, um somit den Gesamteinfluss des Lärmminderungspotentials beurteilen zu können. Diese Untersuchungen finden im Rahmen des DLR-Projekts FLUID-21 ”Entwicklung der Fluglärmsituation in Deutschland im 21. Jahrhundert” statt.
16:40	Einführung der einzelereignisbasierten Lärmentgelte am Flughafen Berlin Brandenburg Kai Johannsen, Tim Hertel [Abstract] Die Berliner Flughäfen erheben seit dem Jahr 2005 vom gemessenen Lärm abhängige Start- und Landeentgelte. Hierbei werden die an den Berliner Flughäfen verkehrenden Flugzeugtypen über Jahresmittelwerte der Maximalpegel bestimmter Referenzmessstellen in sieben Lärmklassen eingeteilt. Auf der DAGA 2021 wurde ein neues Modell der Erhebung der Lärmentgelte vorgestellt. Hierbei werden die Entgelte auf Basis des für jedes Einzelereignis an drei Referenzmessstellen gemessenen Lärms erhoben. Dieses Modell wurde am 1.9.2022 in Kraft gesetzt. Es werden erste Ergebnisse vorgestellt und die Vor- und Nachteile dieses Systems diskutiert.

Lärmschutz (Poster)

Lärmschutz (Poster)

Organisation:

O. Von Estorff, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung S. Lippert, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung

11:00	Entwicklung einer Bewertungsmethode zur akustischen Planung urbaner Räume Ralf Fiedler, Holger Marschner, Holger Techen, Jochen Krimm, Yvonne Büdding [Abstract] Im Rahmen des Projektes ”Entwicklung eines allgemeinen Planungsparameters für das akustisch wirksame Bauen im urbanen Kontext” gefördert durch die Forschungsinitiative ”Zukunft Bau” wurden umfangreiche Messungen im Stadtraum von Frankfurt am Main durchgeführt. Aufgrund der Analyse der Messorte hinsichtlich der Geometrie und Oberflächenbeschaffenheiten zeigt sich, dass der Bereich zwischen Straße und Gebäudefassade sehr häufig vergleichbar ist. Daraus entstand die Idee, diesen Bereich in Zonen zu unterteilen und deren Einfluss im Zusammenhang mit der vom Straßenverkehr ausgehenden Schallausbreitung zu bewerten, zusammen mit der Art der Fassade und deren Abstand zur Straße. Eine daraus abgeleitete Bewertungsmatrix dient als Grundlage für eine Punktevergabe in Anlehnung an die VDI 2225 Blatt 3. Lange Schallausbreitungswege, absorbierende Materialien und wenige reflektierende Begrenzungsflächen erhalten dabei hohe Wertungen. Mit weiteren Feldmessungen und skalierten Messungen wurden einzelne Einflüsse von Gebäudeanordnungen und Variationen in den Zonen bestimmt und die Bewertungsmatrix verfeinert. Anhand dieser Ergebnisse scheint es möglich einen straßennahen urbanen Raum durch einen Einzahlwert in seiner akustischen Qualität zu beschreiben.
11:08	Versuch zur Lärmminderung durch bandbegrenzte Texturrückname Oskar Bschorr, H. Albrecht [Abstract] Bei der bandbegrenzten Texturrücknahme geht es darum, selektiv nur die lärmrelevanten Straßentexturen abzutragen. Dazu wurde an einem 20m- Straßenabschnitt (A18) ein ad-hoc-Vergleich eines konventionellen Tellerschleifers und einer Korund-Egge angestellt. Beurteilungsgröße war der nach dem Torus-Messverfahren bestimmte 7,5m-Vorbeifahrtpegel. Der Tellerschleifer mit einem Arbeitsdurchmesser von 40 cm hatte einen sichtbaren Abtrag mit Schleifstaub, brachte aber nur eine Pegelreduzierung von 0,3 dB(A). Durch den großen Durchmesser wurden die akustisch weniger wirksamen langwelligen Texturen abgetragen. Die Korund-Egge mit einer Breite von 40 cm bestand aus einem Verbund von 30 frei beweglichen Schleifsteinen. Obwohl der Abtrag sehr viel geringer war, konnte damit der Vorbeifahrtpegel um 2,2 dB(A) reduziert werden. Ein solches Verfahren in die Praxis einzuführen braucht die Zusammenarbeit mit einer Straßenbaufirma.
11:16	Bestimmung der akustischen Qualität von Straßen Oskar Bschorr, H. Albrecht [Abstract] Beim Abrollen prägen sich Straßenunebenheiten in den Reifen ein und erzeugen im Reifentorus Schallpegel über 130 dB. Dieses Torusgeräusch kann kontinuierlich, auch im fließenden Verkehr störungsfrei und mit einer Reproduzierbarkeit besser als 0,2 dB(A) gemessen werden. Mittels linearer Übertragungsfunktionen werden aus dem Torusspektrum in einem profillosen Reifen direkt der zugeordnete 7,5m- Vorbeifahrtpegel, das Texturspektrum und damit die akustischen Eigenschaften einer Straße bestimmt. Das Messverfahren dient letztlich dazu, das große, über 3 dB(A) betragende Lärmminderungspotential bei Straßen auszuschöpfen und auch den Rollwiderstand zu verringern.
11:24	Geräuschimmissionen von WEA – Vorschlag für ein Messverfahren Kai Pies, Sergio Martinez, Friderikke Jürgens [Abstract] Die Messung der Geräuschimmissionen von Windenergieanlagen im Bereich von Anwohnern stellen den Messingenieur vor eine Vielzahl an Herausforderungen. Eine Schwierigkeit besteht darin, dass bei Windparks an Immissionsorten in der Regel der Einfluss von mehreren Anlagen gegeben ist. Im vorliegenden Beitrag wird ein Messverfahren zur Ermittlung der Geräuschimmissionskennwerte aufgezeigt, das in der Praxis erprobt wurde. Dabei wird gezeigt, dass eine Darstellung des Schalldruckpegels der WEA in Abhängigkeit der mittleren elektrischen Leistung des zu untersuchenden Windparks zielführend ist. Des Weiteren werden Möglichkeiten aufgezeigt, wie man die windinduzierten Geräusche am Immissionsort aber auch sonstige Fremdgeräusche ausschließen kann. Neben dem Messverfahren werden auch Ergebnisse zur Richtungsabhängigkeit der AM (Amplitudenmodulation) an entfernteren Immissionsorten vorgestellt und neue Hörversuche der Geräusche von WEA mit ”vorbelasteten” Probanden vorgestellt.
11:32	Vertikaler granularer Absorber als effektives Schalldämmsystem mit geringer Dicke Luisa Euler, Karsten Neuwerk, Jasmin Dreher, Jonas Schira, Michael Haupt [Abstract] Granulare Schüttungen zählen zu den porösen Absorbern. Ihre Schallabsorption beruht auf viskosen und thermischen Verlusten. Gängige Einsatzgebiete sind akustische und thermische Dämmungen von Böden und Decken. Dieser Mechanismus wurde im Zuge des Projektes auf ein vertikales System (Vorhang) übertragen. Forschungsziel ist die Entwicklung und Erforschung einer losen Schüttung in Form eines granulatgefüllten Vorhangs. Dies soll einen reduzierten Fertigungsaufwand bei erhöhter Dämmwirkung im Vergleich zu herkömmlichen, mehrlagigen Schallschutzvorhängen bewirken. Bei dem entwickelten Absorbervorhang handelt es sich um ein Abstandsgewebe aus Glasfasern mit horizontalen Kammern. Das Gewebe wurde in drei verschiedenen Dicken hergestellt und mit Quarzsand befüllt. Die benötigte Sanddichtigkeit wird durch eine beidseitige Laminierung des Gewebes gewährleistet. Die Ergebnisse zeigen, dass bereits eine Gewebedicke von 3,0 mm eine signifikant höhere Schalldämmung als herkömmliche Schallschutzvorhänge (24 dB statt 18 dB) bewirkt. Dies wird durch eine Dicke von 4,5 mm auf 27 dB gesteigert. Mithilfe horizontaler Kammern, gebildet durch hochfeste Polfäden, werden Setzungserscheinungen des Granulates und das Ausbauchen des Vorhangs verhindert. Außerdem ist der Vorhang drapierbar und weniger komplex in der Fertigung als konventionelle Systeme. In Summe bietet der entwickelte Sandvorhang somit deutliche Verbesserungen gegenüber einem konventionellen Schallschutzvorhang.
11:40	Change in soundscape after rerouting traffic Alokeparna Ray, Frederik Gast, Andreas Herweg [Abstract] Verkehrslärm ist eine zunehmende Belastung für Bewohner städtischer Gebiete. Der Lärm in unserer Umwelt ist zu einem entscheidenden Faktor für unsere Lebensqualität geworden. Soundscape Studien liefern ein umfassendes Verständnis der akustischen Umgebung eines Gebiets und der Art und Weise, wie sie von den Menschen wahrgenommen wird. Innerhalb dieser Studie wurde die Auswirkung des Baus einer Umgehungsstraße auf ein lokales Stadtzentrum untersucht. Zu diesem Zweck wurden Soundwalks nach der Norm ISO-12913 durchgeführt. Acht Standorte rund um das Stadtzentrum wurden so ausgewählt, dass sie sowohl den Bereich des Zentrums als auch die Bereiche der geplanten Umgehungsstraße abdecken. Zwei Soundwalks wurden im Jahr 2019 vor dem Bau der Umgehungsstraße und zwei im Jahr 2022 nach dem Bau der Umgehungsstraße durchgeführt. Zwei dokumentierte Orte im Zentrumsbereich zeigten signifikante Veränderungen bei der Bewertung der Lautheit und der Unannehmlichkeit. Zwei Orte im Bereich der neu gebauten Umgehungsstraße zeigten signifikante Veränderungen bei der Bewertung der Lautheit, der Unannehmlichkeit und der Wahrscheinlichkeit, sie wieder zu besuchen. An den Orten, an denen die Umgehungsstraße gebaut wurde, konnten Veränderungen des allgemeinen Charakters der Geräuschkulisse (Relevanz und Art der Schallquellen) festgestellt werden.

Lärmschutz 1

Lärmschutz 1

Sitzungsleitung:

S. Eggers, Lärmkontor GmbH

9:00	Beurteilung moderner Fluglärm-Berechnungsverfahren Thomas Myck, Berthold Vogelsang [Abstract] In den vergangenen Jahren sind deutliche Fortschritte in der Luftfahrzeug- und Flugbetriebstechnik erzielt worden. So wurden verschiedene neue Luftfahrzeugmuster eingeführt, wie zum Beispiel der Airbus A320neo und die Boeing 737-800, die deutlich geringere Geräuschemissionen als ältere Verkehrsflugzeuge aufweisen. Zudem wird die Flächennavigation verstärkt angewendet, die eine präzise und flexible Flugführung ermöglicht. Diese Entwicklungen müssen in Verfahren zur Berechnung der Geräuschbelastung durch den Luftverkehr berücksichtigt werden, um die Geräuschbelastung an einem Flughafen realistisch abzubilden. Für diese Aufgabe werden in Deutschland vor allem die ”Anleitung zur Berechnung von Lärmschutzbereichen, AzB” und die ”Berechnungsmethode für den Umgebungslärm von Flugplätzen, BUF” angewendet. Seit 2020 steht mit der DIN 45689 ”Ermittlung von Fluggeräuschimmissionen an Flugplätzen” ein weiteres Verfahren zur Verfügung. Die Fluglärm-Berechnungsverfahren werden erläutert und anhand verschiedener Kriterien analysiert. Darüber hinaus werden ausführliche Modellrechnungen am Beispiel des Verkehrsflughafens Hannover durchgeführt, die die Auswirkungen der Verfahren zeigen. Auf dieser Grundlage werden Empfehlungen für eine praxisgerechte Anwendung der betrachteten Fluglärm-Berechnungsverfahren gegeben.
9:20	Qualitätsgesicherte Berechnung von Aufwachreaktionen als Beurteilungskriterium für die Fluglärmbelastung Christian Schäffer, Maximilian Zirpel, Berthold Vogelsang [Abstract] Die rechnerische Ermittlung und Beurteilung der mit dem Flugbetrieb in der Nacht einhergehenden Fluglärmimmissionen wird heute häufig über Betrachtungen von Dauerschallpegeln (LEQ) und Maximalpegelüberschreitungshäufigkeiten (NAT) realisiert. Bereits 2005 wurden vom DLR (zusätzliche) nächtliche Aufwachreaktionen (AWR) als ein neues, auf Schlafstudien und hieraus abgeleiteten Dosis-Wirkungsbeziehungen basierendes, Beurteilungskriterium hierfür vorgeschlagen. Der Beitrag widmet sich der Anwendung dieses AWR-Kriteriums in auf Datenerfassungssystemen (DES) basierenden Fluglärmberechnungen nach der ”Anleitung zur Berechnung von Lärmschutzbereichen” (AzB). Er beschreibt und erläutert die für die Ermittlung von AWR notwendigen Rechenverfahren sowie zugehörige Annahmen und Herausforderungen bei der Implementierung dieser Kennzahl in einer Fluglärmberechnungs-Software. Im Rahmen einer Qualitätssicherung der Umsetzung werden Auswirkungen unterschiedlicher Herangehensweisen bei der Umsetzung auf die ermittelten Konturen bzw. Isolinien dargestellt. Abschließend erfolgt ein Vergleich dieser Konturen mit den LEQ- bzw. NAT-basierten Konturen des Lärmschutzbereiches für einen als Beispiel ausgewählten deutschen Verkehrsflughafen mit Nachtflugbetrieb.
9:40	Berücksichtigung der Schalleinwirkungen auf Vögel bei der Planung und dem Bau von Schienenverkehrswegen Marina Anissimova, Udo Lenz [Abstract] Im Rahmen des Genehmigungsverfahrens zum Neu- und Umbau von Schienenverkehrswegen werden schalltechnische Untersuchungen durchgeführt. Die Beurteilung der Schallimmissionen erfolgt nach der 16.BImSchV und bezieht sich auf die Schalleinwirkungen auf das Schutzgut Mensch. Die Schallimmissionen von Verkehrswegen wirken aber auch auf die Tierwelt ein. Dadurch können z. B. die Lebensfunktionen und Lebensräume der Tiere stark beeinträchtigt werden, was wiederrum zur Verdrängung oder zum Aussterben der Tierart in dem betroffenen Bereich führen kann. In diesem Vortrag wird ein Verfahren zur Berücksichtigung der möglichen Schalleinwirkungen bei einem Neubau einer Straßenbahntrasse auf die dort beheimateten Vögel anhand eines Beispielprojektes vorgestellt. Die Beurteilung erfolgt mittels speziell erstellter Isophonen, welche die kritischen Areale entlang der geplanten Strecke darstellen.
10:20	Prognose der Schallausbreitung bei Schienenverkehrswegen mit niedrigen Schallschutzwänden Lukas Böhm, Thomas Tietze, Christian Holzleithner, Marina Anissimova [Abstract] Niedrige Schallschutzwände sind bei der Planung von Schienenverkehrswegen aufgrund der relativ einfachen Realisierbarkeit und des günstigen Kosten/Nutzen-Faktors eine attraktive Schallschutzmaßnahme. Die Berechnung des Beurteilungspegels an Immissionsorten entlang von Schienenverkehrswegen mit niedrigen Schallschutzwänden ist jedoch mit der aktuellen Fassung der Schall 03 nur schwierig umzusetzen. In diesem Vortrag werden die Ursachen für das Problem in der Berechnungsnorm diskutiert und Vorschläge zur Schallprognose für Projekte, in denen niedrige Schallschutzwände geplant werden, vorgestellt.
10:40	Amplitudenmodulationen – Aspekte der Quantifizierung und Bewertung Till Kühner [Abstract] Die von Windenergieanlagen verursachten Geräusche fallen oft durch ein rhythmisches Auf- und Ab im Pegel auf, das als Amplitudenmodulation bezeichnet wird. Da diese Amplitudenmodulationen von Windenergieanlagen besonders auffällig sind, gibt es verschiedene Ansätze zur Erkennung, Quantifizierung und Bewertung, zum Teil mit dem Ziel diese in Vorschriften zum Lärmschutz einzubringen. Aus technischer Sicht sind Amplitudenmodulationen kein Alleinstellungsmerkmal der Geräusche von Windenergieanlagen. Die gleichen Ansätze, die die Betrachtung der Geräusche von Windenergieanlagen als Amplitudenmoduliert zulassen, ermöglichen auch die Darstellung der Geräusche von PWK, Bahn und Fluggeräten als amplitudenmodulierte Geräusche. Das Alleinstellungsmerkmal der Geräusche von Windenergieanlagen ist dabei eben nicht die Amplitudenmodulation an sich, sondern ihre Periodizität, der Rhythmus der Wiederholung. Im Vortrag werden grundlegende Aspekte der Quantifizierung von Amplitudenmodulationen speziell von Windenergieanlagen diskutiert, und offene Fragen zur Bewertung - auch im Verhältnis zu anderen Geräuschen - angesprochen.

Lärmschutz 2

Lärmschutz 2

Sitzungsleitung:

M. Bachmeier, Lärmkontor GmbH C. Popp, Lärmkontor GmbH

14:00	Klimaneutrale Lärmschutzbauwerke Peter Brandstätt, Mark Koehler [Abstract] Die gestiegenen Anforderungen an die Energiewende mit der Abkehr von fossilen Brennstoffen führt auch zu vermehrtem Einsatz von Photovoltaik (PV) Anlagen, bisher vor allem im privaten Bereich, unterstützt durch entsprechende Verordnungen der Baubehörden. Aber auch im öffentlichen Bereich werden zunehmend Flächen zur Verfügung gestellt, um dort PV-Anlagen zu installieren. Vor diesem Hintergrund beschäftigt sich das vom Ministerium für Verkehr in Baden-Württemberg geförderte Projekt Klimaneutraler Lärmschutz mit der Integration von PV-Anlagen in vor allem schallabsorbierende Lärmschutzbauwerke. Dabei geht es einerseits um die möglichst optimale Gestaltung der Kombination hinsichtlich der schallabsorbierenden Eigenschaften und des Stromertrags. Durch die optimierte Anordnung kann andererseits der Stromertrag schon nach nur wenigen Jahren zur Klimaneutralität der Lärmschutzeinrichtung inklusive PV-Anlage führen. Diese nachhaltige Optimierung und ganzheitliche Bilanzierung von Lärmschutzbauwerken steht im Fokus des Beitrags und behandelt darüber hinaus genehmigungsrechtliche und weitere Aspekte.
14:20	Geräuschimmissionen von Wärmepumpen Christian Halbe [Abstract] Bei Neubauten und auch im Bestand werden zunehmend Wärmepumpen zur Beheizung und Warmwasserversorgung für freistehende Einfamilien-, Reihen- und Doppelhäuser und Mehrfamilienwohngebäude installiert. Aufgrund der Verdichtung in Ballungsgebieten werden die Grundstücke immer kleiner, so dass sich zwischen dem Außengerät einer Wärmepumpe und dem Fenster eines Nachbarwohnhauses der Abstand auf bis zu 5 m reduzieren kann. Sofern in einem Neubaugebiet jede Wohneinheit ihre eigene Wärmepumpe aufstellt, muss nach TA Lärm die Zusatzbelastung in einem reinen Wohngebiet nachts von 35 dB(A) - 6 dB = 29 dB(A) eingehalten werden. Schallmessungen an verschiedenen Objekten werden mit Prognoseberechnungen eines Schallrechners des BWP (Bundesverband Wärmepumpe e.V.) verglichen. Dabei zeigen sich Übereinstimmungen, sofern eine ausreichende Sicherheit des Raumwinkelmaßes bei der Aufstellung von Wärmepumpen berücksichtigt wird. Spezielle Geräuscherscheinungen, z. B. durch Vereisungen, können zu deutlich höheren Pegeln führen.
14:40	Beurteilung und Minderung des Lärms bei Recyclingvorgängen Oliver Riek, Sebastian Eggers [Abstract] Im Auftrag des deutschen Umweltbundesamtes wurden die geräuschrelevanten Vorgänge an öffentlichen Abfallsammelplätzen analysiert. Zielsetzung dieses Projekts war es, einen aktuellen Beitrag zu den emissionsrelevanten Geräuschkomponenten an öffentlichen Sammelplätzen, insbesondere die Nutzung von Wertstoffcontainern betreffend, bereitzustellen. Im Rahmen dessen wurden Feldmessungen an den entsprechenden Anlagen durchgeführt. Hierbei wurden die messtechnischen Rahmenbedingungen bezüglich der privaten Entsorgung von Wertstoffen in unterschiedliche Container und die geräuschrelevanten Vorgänge von gewerblichen Containerleerungen in Abholfahrzeuge berücksichtigt. Begleitend wurden die bestehenden rechtlichen und umweltpolitischen Anforderungen hinsichtlich der Geräuschemission aufgearbeitet, so dass umfassende Hinweise und Empfehlungen auf eine schalloptimierte Planung und einen geräuscharmen Betrieb der Sammelplätze formuliert werden konnten.
15:00	Ermittlung, Beurteilung und Minderung von Geräuschemissionen typischer Baumaschinen und -verfahren zur allgemeinen Förderung des lärmarmen Baubetriebs Mirco Bachmeier [Abstract] Das deutsche Umweltbundesamtes hat ein Forschungsvorhaben zur allgemeinen Förderung des lärmarmen Baubetriebs aufgesetzt. Dafür wurde in einem ersten Schritt eine umfängliche Literaturrecherche im nationalen wie auch internationalen Bereich zur Findung lärmarmer Maschinen bzw. Bauverfahren vorgenommen. Durch die Besichtigung von Baustellen, dem Dialog mit bauausführenden Unternehmen, fachkundigen Personen in den Genehmigungsbehörden und Baumaschinenherstellern direkt oder auf Baumaschinenausstellungen wurden weitere leise Bauverfahren und Baugeräte identifiziert. Gleichzeitig waren aber auch die Grenzen solcher Verfahren oder Geräte zu erkennen und mit konventionellen Verfahren hinsichtlich finanziellem und zeitlichem Aufwand zu vergleichen. Darüber hinaus sind Textbausteine des aus dem im Jahr 1996 erstellten Standardleistungsbuch 898 für das Bauwesen - Leistungsbereich ”Schutz gegen Baulärm und Erschütterungen” in das heute digital vorhandenen Standartleistungsbuch StLB-Bau aktualisiert und ergänzt worden. Dadurch kann auch bei der Vergabe auf eine lärmarme Baustelle hingewirkt bzw. diese bepreist werden. Ziel des Projekts ist, zukünftig leisere Baustellenkonzeptionen frühzeitig im Planungsprozess vorsehen zu können, so dass die räumliche Umgebung weniger stark durch den Baubetrieb mit Lärm belastet wird. Inwieweit sich eine lärmarme Baustelle planen lässt, was dafür notwendig ist und welche Entwicklungen dafür auf dem Maschinenmarkt erkennbar sind, wird hierbei erörtert.
15:40	Beurteilung der Irrelevanz bei Überschreitung des Immissionsrichtwertes Johannes Baumgart [Abstract] An einem schutzbedürftigen Ort ist zur Beurteilung des Immissionsschalldruckpegels der Summenpegel in Relation zum Immissionsrichtwert maßgeblich. Regelmäßig wirken mehrere Einzelquellen auf einen Immissionsort ein. Aus unterschiedlichsten Gründen kann in solchen Fällen eine Richtwertüberschreitung vorliegen. Im Sinne der Verhältnismäßigkeit sollte eine weitere Quelle weiterhin zulässig sein, sofern sie nur irrelevant beiträgt. Für die Quantifizierung der Irrelevanz kommen, neben einer Pauschalforderung, auch andere Konzepte - beispielsweise mit dem Ziel der Verbesserung der Gesamtsituation oder der Lärmsanierung - zur Anwendung. An Hand von Beispielen aus Situationen mit Windenergieanlagen werden diese diskutiert und einander gegenübergestellt.
16:00	Verhältnismäßigkeitsprüfung beim Lärmschutz an Straßen – Stand der aktuellen Diskussion Urs Reichart [Abstract] Das Bundesimmissionsschutzgesetz sieht generell den Vorrang des aktiven Schallschutzes vor dem passiven Schallschutz an der Straße. §41 Abs.2 schränkt dies allerdings ein: ”Absatz 1 gilt nicht, soweit die Kosten der Schutzmaßnahme außer Verhältnis zu dem angestrebten Schutzzweck stehen würden.” Wie diese Abwägung zwischen Schutzzweck und Kosten zu geschehen habe, wurde vom Gesetzgeber nicht festgelegt. Dieser Umstand führte im Laufe der Jahre dazu, dass eine Reihe verschiedener Ansätze zur Bewertung der Verhältnismäßigkeit mit verschiedenen Vor- und Nachteilen entstanden sind. In den letzten zwei Jahren gab es Bestrebungen und verschiedene Ansätze diese Vielfalt zu reduzieren und mehr Einheitlichkeit herbeizuführen. Der Vortrag möchte einen Einblick in den Stand der Diskussion geben und die Probleme und Auswirkungen auf den tatsächlich umgesetzten Lärmschutz aufzeigen.
16:20	Leitfaden zur Lärmkumulation: Praxistest und Anwendung Michael Chudalla, Fabio Strigari, Sebastian Eggers, Folkard Haenisch, Svenja Sommer, Jenny Böhm [Abstract] Die Fortschritte und Ergebnisse des BASt-Forschungsprojektes ”Verkehrsträgerübergreifende Lärmkumulation in komplexen Situationen” wurden bei der DAGA bereits in den Jahren 2018, 2019 und 2021 vorgestellt. Das ”Verfahren Lärmkumulation” wurde in Form eines Leitfadens im Jahr 2021 veröffentlicht. Die hierin beschriebene strukturierte Herangehensweise und die zur Verfügung gestellten Werkzeuge zur Lösung von Gesamtlärmsituationen bilden eine wichtige Grundlage für die Bearbeitung komplexer Lärmszenarien, in denen mehr als ein Verkehrsträger beteiligt sind. Ein darauf aufbauendes Forschungsvorhaben widmete sich der praktischen Erprobung: Ziel war es, den Leitfaden in relevanten Kreisen bekannt zu machen, für eine Praxisanwendung aufzubereiten und in einem Workshop mit externen Anwendenden auf Praxistauglichkeit, Verständlichkeit, Transparenz und Aussagekraft zu prüfen. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse fand dann eine Weiterentwicklung der Methode statt. Über die Durchführung des Workshops zur Anwendung des Leitfadens und dessen Ergebnisse wird berichtet. Ebenso wird das durch Beobachtung und Feedbackrunden ermittelte Verbesserungspotential des Leitfadens dargestellt sowie die nächsten Schritte zur Etablierung der Anwendung in der Praxis erläutert.
16:40	Umweltwirkungen einer innerörtlichen Regelgeschwindigkeit von 30 km/h Sebastian Eggers, Tim Klein, Eckhart Heinrichs [Abstract] Das vom Umweltbundesamt durchgeführte Forschungsprojekt ”Umweltwirkungen einer innerörtlichen Regelgeschwindigkeit von 30 km/h” untersucht die möglichen Auswirkungen einer innerörtlichen Regelgeschwindigkeit von 30 km/h auf Verkehr, Lärm- und Luftschadstoffbelastung. Grundlage der Untersuchung sind Simulationen in den Modellstädten Halle, Göttingen und Ravensburg. Das Vorhaben soll Erkenntnisse liefern, die bei einer modellhaften Erprobung oder auch bei einer generellen Einführung von Tempo 30 innerorts berücksichtigt werden können. Im Ergebnis liegen Erkenntnisse zu möglichen verkehrlichen und Umweltwirkungen vor sowie Empfehlungen zur Einführung von Tempo 30 als innerörtliche Regelgeschwindigkeit mit Hinweisen zu Begleituntersuchungen bei einer Umsetzung. Neben einem Basisszenario wurden auch Szenarien mit einer Elektrifizierung der Fahrzeugflotte berücksichtigt. Der Vortrag wird die Ergebnisse der Lärmberechnungen für die drei Modellstädte auf Grundlage der Verkehrsmodellierung vorstellen. Hierbei wirken sich sowohl Änderungen der Verkehrsmittelwahl, der Routenwahl als auch der zulässigen Höchstgeschwindigkeit selbst auf die gesamtstädtische Lärmbelastung aus.

Materialcharakterisierung mit Ultraschall

Materialcharakterisierung mit Ultraschall

Organisation:

Y. Lugovtsova, Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) L. Claes, Universität Paderborn

8:40	Inverse Bestimmung viskoelastischer Materialparameter in Wellenleitern mittels der Scaled Boundary Finite Element Method Dominik Thor Itner, Dmitrij Dreiling, Carolin Birk, Hauke Gravenkamp, Bernd Henning [Abstract] Eine eindeutige und robuste Materialparameterbestimmung ist elementar für nachfolgende Optimierungsverfahren im Sinne des Rapid Prototypings (z.B. Topologie-Optimierung unter Berücksichtigung der akustischen Eigenschaften). Während für das statische Materialverhalten bereits eine Vielzahl an standardisierten Messverfahren existieren und auch der niederfrequente/quasi-statische Bereich abgedeckt ist, fehlen reproduzierbare Methoden für die Bestimmung viskoelastischer Materialparameter im Hochfrequenzbereich. In diesem Beitrag diskutieren wir eine Variante der Parameterbestimmung für zylindrische Geometrien aus Kunststoffen unter Verwendung einer Transmissionsstrecke mit geführten Ultraschallwellen. Die Materialcharakterisierung wird als inverses Problem aufgestellt, welches ein geeignetes und effizientes Vorwärtsmodell benötigt. Die Scaled Boundary Finite Element Method, welches ein semi-analytisches Verfahren ist, bei dem nur die radiale Richtung des Zylinders diskretisiert wird, bietet sich als ein solches Modell an. Es werden Methode und aktuelle Ergebnisse präsentiert.
9:00	Materialparameteridentifikation von Brettsperrholzplatten mittels Bayes'scher Inferenz Bettina Chocholaty, Daotong Wang, Steffen Marburg [Abstract] Unsicherheiten in Materialparametern werden maßgeblich durch den Herstellungsprozess beeinflusst. Für natürlich wachsende Rohstoffe wie Holz entstehen Unsicherheiten etwa durch das intrinsisch stochastische Wachstum oder Astlöcher im Werkstoff. Die so entstandene Variabilität der Materialparameter beeinflusst die Schwingungsantwort einer Struktur hinsichtlich ihrer Eigenfrequenzen. Für möglichst akkurate Vorhersagemodelle von beispielsweise Luftschalldämmung eines holzbasierten Bauteils sind diese Materialunsicherheiten zu berücksichtigen. Deshalb wird im Rahmen dieser Arbeit mithilfe Bayesëscher Inferenz, Schwingungsmessungen an Brettsperrholzplatten und der Rayleigh-Ritz Methode als Modell auf die Materialparameter rückgeschlossen. Hieraus ergeben sich statistische Verteilungen der Materialparameter für einzelne geprüfte Brettsperrholzplatten und prüfkörperübergreifende Verteilungen. Hiermit können in zukünftigen Untersuchungen Unsicherheitsanalysen an Holz-Bauteilen durchgeführt werden.
9:20	Anisotrope Zirkoniumlegierungen charakterisiert mittels Materialmodellen und geführter Wellen Daniel A. Kiefer, Pierre Barberis, Hafsa Diboune, Florian Lyonnet, Sylvain Mezil, Claire Prada [Abstract] Rohre aus Zirkoniumlegierungen werden in Kernreaktoren eingesetzt. Um diese zuverlässig und zerstörungsfrei mit Ultraschall zu prüfen, ist die Kenntnis der anisotropen Steifigkeitsparameter erforderlich. Anhand der gemessenen kristallografischen Textur kann auf den Steifigkeitstensor geschlossen werden. Zwei Modelle basierend auf unterschiedlichen extremen Bedingungen existieren hierfür: das Reuss- und das Voigt-Modell. In der Praxis sind die mechanischen Zwangsbedingungen nicht ideal, was zu Steifigkeitswerten zwischen den beiden Modellen führt. In diesem Beitrag wird mittels eines Inversen Verfahrens basierend auf geführten Wellen in der Rohrwand auf den Mischungsparameter zwischen den beiden Modellen geschlossen. Dabei ergeben sich sowohl die Eleganz als auch die Einschränkungen der Methodik aus der Reduktion der 21 Materialkonstanten auf lediglich einen freien Parameter durch die Materialmodelle. Für die Inversion wird sowohl ein effizientes Modell als auch eine Messung der geführten Wellenausbreitung benötigt. Ersteres basiert auf effizienten Spektralen Elementen in zylindrischer Geometrie. Die Messung der Dispersionscharakteristik erfolgt vollständig kontaktlos mittels Laser-basierter Anregung und interferometrischer Erfassung der normalen Oberflächengeschwindigkeit. Um möglichst viel Information über das anisotrope Material bei der Inversion zu berücksichtigen, wird sowohl die axiale als auch die umlaufende Wellenausbreitung untersucht.
10:00	In Situ Beobachtung von Materialprozessen in Blechen mit Plattenresonanzen und Laser-Ultraschall Clemens Grünsteidl, Georg Watzl, Jürgen Nietsch, Johannes Österreicher [Abstract] Bleche durchlaufen in der Produktion thermisch und mechanisch induzierte Materialprozesse. Typische Beispiele sind Phasenumwandlungen, Rekristallisationsvorgänge oder Ausscheidungsprozesse. Diese werden entweder gezielt verwendet, um Eigenschaften einzustellen, oder sie treten als zu kontrollierender Nebeneffekt auf. Beispiele hierfür sind Änderungen der Eigenschaften durch formgebende Verfahren oder Alterung. Wertvolle Einblicke in den aktuellen Materialzustand oder die Kinetik eines Prozesses zu erhalten ist oft mit hohem praktischem Aufwand in Form von ex-situ Untersuchungen an Schliffbildern verbunden. Mit Laser-Ultraschall ist es möglich, resonante elastische Wellen in Blechen zu erzeugen und zu messen. Aus Frequenz und Form der Resonanzspektren können elastische Eigenschaften und Dämpfung des Materials bestimmt werden. Anwendungstechnisch interessant ist, dass dies in situ, an unvorbereiteten, sich bewegenden und heißen Proben mit hoher Wiederholgenaugkeit möglich ist. Wir zeigen, wie damit die Phasenumwandlung in Stahl, die Kaltauslagerung von Aluminiumlegierungen und die Änderung der elastischen Eigenschaften während der plastischen Dehnung von verschiedenen Leichtmetallen beobachtet werden kann.
10:20	Investigation of change in dispersive behaviour during adhesive curing in multi-layered structures Henning Zeipert, Christian Von Germeten, Olga Friesen, Leander Claes, Sarah Johannesmann, Bernd Henning [Abstract] In the field of bonding technology adhesive bonding is a well-established technique in a wide range of fields from modern consumer electronics up to aerospace applications. Non-destructive testing methods are used to e.g. identify local defects inside these bonds. Nevertheless, the standard procedures for quality control of those adhesive bonds are still based on destructive testing methods. But those methods are not capable of providing information regarding the process of curing of an adhesive layer. This investigation uses an experimental setup based on broadband excitation of Lamb waves via a pulsed nitrogen laser to examine the curing process of the adhesive itself. By using a combination of these experimental data, generated during the actual process of curing and additional numerical simulations the change in the dispersive acoustic behaviour of Lamb wave modes will be analysed. Therefore, the investigation aims for a better understanding of the changes occurring during the curing of the adhesive and further enable the development of a non-destructive testing method for quality control of adhesive bonds.
10:40	Characterization of adhesion strength using guided ultrasonic waves Marcel Nicolai, Henning Zeipert, Yevgeniya Lugovtsova, Jannis Bulling, Sarah Johannesmann, Jens Prager, Bernd Henning [Abstract] Klebeverbindungen sind aus dem heutigen Leichtbau wie der Automobil- und Luftfahrtindustrie nicht mehr wegzudenken. Durch die Verklebung gleicher oder ungleicher Materialien entstehen viele Vorteile gegenüber konservativen Fügeverfahren wie dem Schweißen oder dem Nieten. Aufgrund hoher Sicherheits- und Qualitätsansprüche wird die Festigkeit dieser Verbindungen jedoch noch immer zerstörend geprüft. Akzeptierte zerstörungsfreie Verfahren, insbesondere um schwache Haftfestigkeiten zu prüfen, sind nicht vorhanden und Thema gegenwärtiger Forschung. Ein Ansatz, der in diesem Projekt verfolgt wird, liegt in der Verwendung geführter Ultraschallwellen und der gezielten Auswertung spezifischer Bereiche des Dispersionsdiagrams, den sogenannten vermiedene Kreuzungen (engl. mode repulsion regions), welche eine potenzielle Charakterisierung der Haftfestigkeiten zulassen könnten. Hierzu wurden neben Simulationen mittels der Scaled Boundary Finite Elemente Methode, zur Findung geeigneter Charakterisierungsparameter, auch experimentelle zerstörungsfreie Untersuchungen von verklebten Zweischichtstrukturen durchgeführt. Es konnten verschiedenste Haftfestigkeiten reproduzierbar hergestellt, zerstörend validiert und zerstörungsfrei mittels geführter Ultraschallwellen untersucht werden. Die Ausprägungen bestimmter mode repulsion regions zeigen eine vielversprechende Sensitivität.

Motion and Gaze Behaviour in Auditory Scenes

Motion and Gaze Behaviour in Auditory Scenes

Organisation:

A. Ahrens, Technical University of Denmark, Hearing Systems T. Huisman, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Allgemeine Experimentelle Psychologie

14:00	Analysing pedestrians’ head motion in a simulated street-crossing scenario Thirsa Huisman, Marlene Wessels, Daniel Oberfeld-Twistel [Abstract] Time-to-contact (TTC) estimation tasks can be used to analyse pedestrian behaviour in traffic scenarios. In this experiment participants observed an audio-visual virtual street scene from a pedestrian’s perspective. During a trial, a car appeared and drove towards the participants. At a certain point in its approach, the car disappeared. Participants were then tasked with estimating the car’s TTC, i.e., they pressed a button when they thought that the car would have arrived at their position, if it had continued its trajectory. Both the trajectory of the car (either a constant velocity approach or an approach with acceleration) and the presence of auditory and/or visual information were varied. Instead of solely focusing on the estimated TTCs as previously done, here we now analysed the head movements to see how auditory information affects pedestrians’ head movements and if individual head motion can additionally predict individual TTC estimation in such a traffic scenario.
14:20	Relative importance of dynamic acoustic cues for sound localisation during small head movements Glen McLachlan, Piotr Majdak, Jonas Reijniers, Michael Mihocic, Herbert Peremans [Abstract] Natural listening involves a constant deployment of small head movement. Spatial listening is facilitated by head movements, and many studies have focused on large but rather unnatural head movements and rotations. We conducted a series of sound-localisation experiments investigating the effects of small head movements (up to 10∘) on sound localisation in order to determine the contribution of dynamic acoustic cues. The results show that even small yaw rotations provided a remarkable decrease in the front-back confusion rate, whereas pitch rotations did not show much of an effect. Furthermore, monaural spectral cues improved localisation performance even in the presence of dynamic timing cues, indicating that both cues are complementary for sound localisation. However, the localisation performance was not affected by conflicting dynamic monaural spectral cues, confirming that human listeners utilise the static monaural spectral cues in the static listening conditions, but do not rely on dynamic monaural spectral cues to localise sounds during small head movements.
14:40	Motion Behavior Predicts Speech Perception Difficulty in Virtual Audio- Visual Multi-Talker Environments Valeska Slomianka, Torsten Dau, Axel Ahrens [Abstract] In natural listening situations, people typically move their head and eyes, a strategy that likely enhances the received sensory information to explore the auditory scene. However, the actual pattern of such strategy has not yet been described. Here, we investigated how head and eye movements are affected by reverberation and the number of spatially distributed simultaneous talkers in a scene. In a speech comprehension and localization task, 13 normal-hearing listeners had to indicate the source of a story in the presence of other stories. The audio-visual scenes were presented via a loudspeaker array and virtual-reality glasses. The listeners’ first head movement was found to be delayed with more talkers in the scene. Both reverberation and a higher number of talkers increased the duration of the subsequent search period, the number of fixated source locations and the number of gaze jumps. With more talkers, the decision period after the last head movement was prolonged since the listeners continued to move their eyes in the proximity of the target. For reverberant scenes, the final head position was further away from the target position. Overall, the results demonstrate that the complexity of the acoustic scene affects listener behavior during speech comprehension and localization.
15:20	Influence of Natural Head Movements on Communication Behaviour in Virtual Multi-Talker Conversations Angelika Kothe, Volker Hohmann, Giso Grimm [Abstract] To better meet the needs of hearing device users in their every-day life, modern signal processing strategies aim for better performance in acoustically complex communication environments. To allow for realistic, yet controllable measurement conditions, virtual audio-visual environments may be used. Recently developed scenes have been reported to be similar to real life regarding self-motion. Yet, a further increase of experienced involvement and natural participant behaviour might be beneficial. In our work, we implemented the transmission of head movements from remote conversation partners to virtual animated characters in the lab in real time, to achieve an interactive triadic conversation scenario in a distributed virtual environment. Level of animation details and diffuse noise level served as independent variables. The participant’s movement behaviour, gaze, facial expressions and speech contributions as well as a questionnaire were used as measures of involvement. Preliminary results show that a low-delay transmission of head movements on virtual characters is possible, and indicate a more natural perception of the virtual representation of conversation partners. Additionally, the perceived ease to listen improved with animation level towards a video reference condition. Therefore, the implementation of natural head movement of virtual characters may be beneficial in virtual interactive scenarios.
15:40	Measuring communication difficulty with eye-gaze behavior when speaking and listening Susan Aliakbary Hosseinabadi, Gitte Keidser, Tobias May, Torsten Dau, Martin Skoglund, Sergi Rotger-Griful [Abstract] In hearing rehabilitation for the development of intervention strategies, it is of utmost importance to be able to assess a person’s real-life communication ability to optimize the rehabilitation process. We investigated the behavior of gaze in challenging communication conditions due to environmental noise or talkers’ sensory deficit. Pairs of old participants with normal hearing, who were unknown to each other, held a conversation in different hearing conditions with either normal hearing or simulated hearing loss (with earplugs) without noise. They also conversed in two levels of multi-talker babble noise of 60 and 70 dBA in the normal hearing status. Conversations between pairs were elicited using a Diapix task (spot-the-difference), i.e., the interlocutors had pictures of the same scene (beach, farm, or city) that had some differences in the details. The talkers’ gaze behavior between their own picture and the conversation partner, defined as regions of interest (ROIs), was analyzed. The results show that the number of saccades between ROIs increased due to both higher background noise level and loss of hearing sensitivity. This finding means that changing behavior during challenging conditions can facilitate interaction with an interlocutor. The potential for using saccades as a measure of communication difficulty is discussed.
16:00	Behavior in triadic conversations in conditions with varying positions of noise distractors Lubos Hladek, Bernhard Seeber [Abstract] Noise source position and head orientation influence speech understanding in personal communication due to changes in spatial unmasking. However, other factors, including interpersonal distance and speech production level, affect speech intelligibility, too. The aim of the current experiment was to test whether different positions of a broadband noise distractor triggers changes of behavior in terms of these factors in face-to-face conversations of three people. The experiment took place in highly realistic free-field acoustic conditions of a virtual underground station created by the real-time Simulated Open Field Environment (rtSOFE), which included reverberation of interlocutors’ voices. The conversations took 27 minutes and the noise condition changed every 90 seconds. The noise could 1) emanate from one of four positions around the interlocutors, 2) from all 4 positions at the same time while keeping the overall sound level constant, or 3) there was no noise. The presence of noise increased speech production level and decreased interpersonal distance. Different noise conditions caused small, yet significant effects, possibly related to changes of signal-to-noise ratio. Head orientations usually undershoot the other interlocutor locations, but did not change between noise conditions. The results support the hypothesis that people optimize behavior for better communication in different acoustic conditions.

Philosophie in der Akustik - Podiumsdiskussion mit Impulsvorträgen

Philosophie in der Akustik - Podiumsdiskussion mit Impulsvorträgen

Organisation:

M. Gatt, TU München, Lehrstuhl für Akustik mobiler Systeme M. Haverkamp, Independent Scientist

8:40	Das Gespräch, ein akustischer Erkenntnisweg Monika Gatt, Marcus Mäder, Steffen Marburg [Abstract] Das Gespräch ist die edelste Form menschlicher Beruöhrung. Wir nennen Philosophie das Gespräch der Seele mit sich selbst. Wir brauchen einen Gegenuöber-Menschen, der sich mit uns freut, der antwortet. Aus der Antwort entsteht die Verantwortung und hieraus die Verantwortungsethik. Im Gespräch, dem Dia-Logos, entfaltet sich der Logos, die Logik, die Vernunft. Von daher ist das Gespräch, still oder hörbar, ein akustischer Erkenntnisweg. Bezeichnet wird ein dialogisches Philosophieren, das interdisziplinär ist und das sich uöber die Zeit hinweg entfaltet. Gemeint ist, mit dem Philosophieren einen Anfang zu setzen, im Sinne Kants frei zu sein. ”Die geistigen Tätigkeiten, selbst unsichtbar und auf das Unsichtbare gerichtet, offenbaren sich nur in der Sprache. Ganz wie erscheinende Wesen in einer Welt der Erscheinungen den Drang haben, sich zu zeigen, so haben denkende Wesen, die immer noch zur Erscheinungswelt gehören, auch nachdem sie sich geistig von ihr zuruöckgezogen haben, einen Drang zu sprechen und so zu offenbaren, was anderenfalls uöberhaupt nicht in der erscheinenden Welt enthalten wäre.”, schreibt Arendt. Mit der Podiumsdiskussion setzen wir einen solchen Anfang und arbeiten interdisziplinär von Anfang an.
9:00	Was heißt und zu welchem Ende brauchen wir Philosophie in der Akustik? Michael Haverkamp [Abstract] Da fast alle Bereiche der Akustik auf den Menschen ausgerichtet sind, ist die Wahrnehmung von zentraler Bedeutung. Die Entwicklung von Quantifizierungen wesentlicher Geräuscheigenschaften hat viel zur Verbesserung von Geräuschumgebungen beigetragen. Zunehmend werden jedoch die Grenzen der Beschreibbarkeit sichtbar, und nicht nur beim Klimaschutz zeigen sich Grenzen der Beherrschbarkeit aufgrund einer gigantischen Komplexität von Kausalitäten zwischen beinahe zahllosen Faktoren. Auch die Beschreibung von Wahrnehmung und Kognition stößt an Grenzen, ebenso der Versuch einer Entwicklung künstlicher Intelligenz auf adäquatem Niveau. Naturwissenschaften, die selbst entfernte Regionen des Universums menschlicher Gedankenwelt zugänglich machen, scheitern in nächster Nähe am präzisen Zugang zu subjektiven Inhalten des individuellen Bewusstseins. Das, was unsere Weltsicht alltäglich bestimmt - in Bildern, Geräuschen, Gerüchen, Tasterfahrungen und anderen Qualia - ist für naturwissenschaftliche Ansätze unzugänglich und kann weder durch psychophysikalische Quantifizierungen, noch durch Verbildlichungen der Gehirnaktivität erschlossen werden. Philosophie bietet jedoch Ansätze, die nicht primär physikalisch/chemisch/biologisch limitiert sind. Die Phänomenologie der Wahrnehmung wurde bereits vielfach thematisiert und bedarf weiterer Studien zur auditiven Wahrnehmung und deren Einbettung in multisensorische Ganzheiten, wie auch zur Bedeutung der subjektiven Zeit. In einer Zeit vereinfachten Denkens und populistischer Handlungsansätze bedürfen Klarheit, Komplexität und Tiefe des Denkens einer neuen Renaissance, die nur über eine wissenschaftlich verstandene Philosophie erreichbar ist.
9:20	Kosmische Heilung durch Stimmgabelklänge? - Einflüsse von Narzissmus und anderen Persönlichkeitsmerkmalen auf den Glauben an Phonophorese (Stimmgabelheilung) und Pseudoscience Philipp Steurer, Christoph Reuter [Abstract] Obwohl Stimmgabeltherapie/-heilung (Phonophorese) jeder wissenschaftlichen Grundlage entbehrt (z.B. Reuter/Mühlhans 2017), ist sie nach wie vor weit verbreitet. Nachdem Andersson et al. 2022 einen stark positiv korrelierenden Zusammenhang zwischen Narzissmus und den Glauben an Astrologie belegen konnten, liegt die Vermutung nahe, dass auch der Glaube an Stimmgabeltherapie/-heilung (Phonophorese) einen engen Zusammenhang mit diesen und anderen Persönlichkeitsmerkmalen aufweist. Anhand eines Online-Fragebogens via SocSci Survey wurden mit Hilfe des Five-Factor Narcissism Inventory (FFNI) und des NEO Personality Inventory-Revised (NEO-PI-R) grundlegende Persönlichkeitsmerkmale von 85 Versuchspersonen erhoben und mittels eines für diese Studie entworfenen Phonophorese-Inventars (PI) mit den jeweiligen Überzeugungen im Bereich der Phonophorese sowie mit Bedenken zur wissenschaftlich anerkannten Medizin in Beziehung gesetzt. Eine Analyse der ermittelten Daten via t-Tests und Korrelationsanalyse ergab, dass der Glaube an die Wirksamkeit von Phonophorese negativ mit nahezu allen Persönlichkeitskomponenten für Narzissmus (FFNI) korreliert, während bei Phonophorese-Anhängerinnen vor allem eine Offenheit des Normen- und Wertesystems (r=0.487, p<0.001) zu beobachten ist und bei Phonophorese-Anhängern ein starker Zusammenhang mit Persönlichkeitseigenschaften der Bescheidenheit (r=0.471, p=0.017) erkennbar ist. Insgesamt lässt sich der von Andersson et al. beobachtete Zusammenhang zwischen Narzissmus und Aberglaube nicht bei Anhängern*innen der Stimmgabeltherapie/Phonophorese beobachten, dafür jedoch deutliche altruistische Züge und eine ausgeprägtere Offenheit des persönlichen Normen- und Wertesystems.
9:40	Akustik und Würde, Teil 1 Heinz-Martin Fischer, Andreas Drechsler [Abstract] In den letzten drei Dagabeiträgen haben wir als Autorenteam seit 2019 versucht, die Würde in den Mittelpunkt unserer Betrachtungen zur Akustik zu stellen. Der Beitrag 2020 zielte darauf ab, die Würde als zentrale Kategorie zu sehen für die Gestaltung und Beurteilung akustischer Räume. Der Beitrag 2021 versuchte dann eine konkrete Anwendung auf den Bereich der urbanen Akustik. Der Versuch, die Würde in das methodische Vorgehen zu implementieren, ist für eine natur- und ingenieurwissenschaftlich geprägte Disziplin wie die Akustik ein ungewöhnlicher Ansatz. Es zeigt sich allerdings, dass damit neue Lösungmethoden gefunden werden können, die über den reinen Schallschutz im bisherigen Sinne hinausgehen.
10:00	Akustik und Würde, Teil 2 Andreas Drechsler, Heinz-Martin Fischer [Abstract] Der Anspruch an eine am Menschen orientierte Akustik ist mehr, wenn wir Schall als eine Lebensressource betrachten wie Boden, Wasser oder Luft, die einer gesellschaftlichen Gestaltung bedarf. Deshalb liegt es für uns nahe, in der Auseinandersetzung mit den von uns betrachteten akustischen Fragestellungen die Würde als Maßstab und Orientierungspunkt zu sehen. Zu fragen ist darüber hinaus, ob der gewählte, sehr grundsätzliche Ansatz der Würde auch in weiteren Bereichen der Akustik anwendbar und hilfreich ist, um akustische Planung und Gestaltung zu verbessern. Die zentralen philosophischen Fragen ”Was soll ich tun?” und ”Wie soll ich handeln?” gewinnen auch im akustischen Kontext an Bedeutung, wenn es um eine Orientierung für das eigene Handeln geht - Orientierung in einem Spannungsfeld zwischen technisch machbaren Lösungen, dem meist geforderten ”Primat der Ökonomie” und dem Menschen als hörendem Wesen, dessen Würde zu achten und zu wahren ist.
10:20	Philosophie in der Akustik Monika Gatt, Michael Haverkamp, Philipp Steurer, Heinz-Martin Fischer, Andreas Drechsler, Detlef Krahé [Abstract] Die Komplexität von Entscheidungsprozessen nimmt zu. Die Technik erweitert den Handlungsspielraum, ist aber zugleich Ursache vieler kontroverser Probleme. In vielen Bereichen suchen die Menschen eine Orientierung in ihrem Handeln: in der Politik, der Wirtschaft, der Wissenschaft, ebenso in alltäglichen Lebenssituationen. Kann die Ethik bei der Suche nach einer Lösung, die auf Ausgleich bedacht ist, eine Orientierung geben? Die Menschen sind oft in einer Person Betroffene wie Verursachende. Trotzdem fehlt es oft an einer Einsicht für die Bedürfnisse und die Probleme der jeweils anderen Seite. Welches Engagement kann erwartet werden, um den Betroffenen bei der Bewältigung ihres Lärmproblems zu helfen? Welche Belästigungen / Beeinträchtigungen durch Lärm sind Menschen zuzumuten, wenn es auf der anderen Seite um das Wohl der Allgemeinheit geht? Die in diesem Bereich Handelnden müssen schon in ihrer Ausbildung mit ethischen Fragen vertraut werden, um (soweit es geht) Konflikte vermeiden oder auflösen zu können.

Physikalische Akustik

Physikalische Akustik

Sitzungsleitung:

J. Bös, Fraunhofer IDMT

15:40	Bestimmung akustischer Randadmittanzen mittels physikalisch informierter neuronaler Netze Johannes D. Schmid, Philipp Bauerschmidt, Caglar Gürbüz, Steffen Marburg [Abstract] Für eine exakte Berechnung des Schallfelds in einem Innenraum wird eine möglichst detaillierte Kenntnis der Randbedingungen benötigt. Da die Messung der akustischen Randadmittanzen im praktischen Anwendungsfall sehr schwierig ist, besteht ein erhöhter Bedarf an Methoden zur Bestimmung der Randbedingungen aus Schalldruckmessungen im Raum. Die Anwendung konventioneller numerischer Methoden stößt dabei schnell an ihre Grenzen, da die Einbindung von Messdaten in das Modell schwierig ist und eine Lösung des inversen Problems bei rechenaufwendigen Modellen impraktikabel ist. In den letzten Jahren zeigten Ansätze des maschinellen Lernens vielversprechendes Potenzial in der datengetriebenen Modellbildung. Physikalisch informierte neuronale Netze beziehen zusätzlich zum mittleren quadratischen Fehler der Daten auch das Residuum der zugrundeliegenden partiellen Differentialgleichung mit in die Verlustfunktion des neuronalen Netzes ein. Durch das Training des Netzes wird die Verlustfunktion minimiert und dadurch ein Lösungsfeld gelernt, welches das zugrundeliegende Randwertproblem erfüllt. In diesem Betrag werden physikalisch informierte neuronale Netze auf Schalldruckdaten innerhalb eines akustischen Gebiets trainiert und anschließend die Randadmittanz durch Evaluation der gelernten Lösung bestimmt. Die Ergebnisse zeigen, dass das neuronale Netz in der Lage ist, das Lösungsfeld mit hoher Genauigkeit zu lernen und zusätzlich implizit eine Abschätzung der Randadmittanz ermöglicht.
16:00	Laser-Ultraschall zur Charakterisierung von elektroakustischen Filtern und deren Ausgangsmaterialien im GHz Frequenzbereich Martin Ryzy, Guqi Yan, Clemens Grünsteidl [Abstract] Moderne drahtlose Kommunikation basiert auf der Übertragung elektromagnetischer Wellen im GHz-Frequenzbereich. Die benötigten Geräte wie etwa Mobiltelefone oder WLAN-Router verwenden elektroakustische Filter zum Selektieren der reservierten Frequenzbänder. Um diese Filter zu optimieren, und den Trend zu immer höheren Übertragungsraten (5G/6G) zu ermöglichen, ist die Kenntnis der akustischen Eigenschaften der verwendeten Materialien von großer Bedeutung. Insbesondere die stark frequenzabhängige akustische Dämpfung. In den letzten zwei Dekaden wurden eine Vielzahl an Laser-Ultraschall (LUS) Methoden zur Materialcharakterisierung basierend auf Plattenresonanzen im MHz-Frequenzbereich entwickelt. Wir zeigen, wie mit Hilfe eines Frequenzbereich LUS-Systems Plattenresonanzen mit GHz-Frequenzen zugänglich gemacht werden können. Als Anwendungsbeispiel wird die Bestimmung der akustischen Dämpfung von metallischen und piezoelektrischen Materialien bei diesen Frequenzen vorgestellt. Zusätzlich wird gezeigt, wie die Schichtdicken-Sensitivität von lokalen Plattenresonanzen ausgenutzt werden kann, um Dickenvariationen von wenigen Nanometern in vollständigen BAW-Resonatoren (,bulk-acoustic-waveë) zu messen.
16:20	Laser-Ultrasound with periodic excitation pattern for simultaneous measurement of thickness, longitudinal- and transverse sound speeds in plates Georg Watzl, Clemens Grünsteidl [Abstract] Es wurde bereits gezeigt, dass mittels Laser-Ultraschall basierter Messung von Plattenresonanzen die Poisson-Zahl isotroper Platten bestimmt werden kann. Bei bekannter Dicke können auch die Schallgeschwindigkeiten aus den Resonanzfrequenzen berechnet werden. Bei vielen interessanten Anwendungen ist die Dicke jedoch nicht exakt bekannt oder variiert während der Messung (z.B. wenn die Probe erhitzt oder gedehnt wird). Wir stellen eine Methode zur gleichzeitigen Erzeugung und Detektion von Plattenresonanzen und einer elastischen Oberflächenwelle mit definierter Wellenzahl vor. Dafür wird der Anregungslaser zu einem periodischem Linienmuster fokussiert, wobei die Linienabstände die Wellenlänge der erzeugten Oberflächenwelle vorgeben. Die Gesamtgröße des Musters wird so gewählt, dass gleichzeitig eine effiziente Kopplung in Plattenresonanzen erfolgt. Aus den Frequenzen von zwei Plattenresonanzen und der Frequenz der Oberflächenwelle bei vorgegebener Wellenzahl können Dicke und beide Schallgeschwindigkeiten der Platte berechnet werden.
16:40	One-Way/Two-Way-Äquivalenz Hans-Joachim Raida [Abstract] Die partielle Differential-Wellengleichung 2. Ordnung (=”Cauchys erste Bewegungsgleichung”), die bekanntlich über das Newton’sche Kräftegleichgewicht hergeleitet wird, beschreibt ein ”Steh-Wellenfeld” zweier in entgegengesetzten Richtungen laufenden Einzelwellen, und ist daher eine 3D-”Two-Way-Wellengleichung”. Wegen der Differentiale der 2. Ordnung existieren lediglich in wenigen Fällen analytische Lösungen. Die Binomial-Faktorisierung entsprechend a2-b2 = (a+b)(a-b) des 1D-Two-Way- Wellen-Operators 2. Ordnung in zwei 1D-One-Way-Wellenoperatoren 1. Ordnung ist seit Jahrzehnten bekannt. Die resultierende ”One-Way-Wellengleichung” beschreibt eine einzelne Laufwelle in definierter Richtung und wird in der Geophysik häufig verwendet. Wird der Ansatz der Binomial-Faktorisierung analog auf den 3D-Two-Way-Wellenoperator (=”d’Alembert Operator”) angewendet, entstehen mathematische Terme, die den sogenannten Dirac-Operator enthalten und keine allgemeinen Lösungen erlauben. Im Jahr 2014 wurde ein hypothetisches ”Impulsflussgleichgewicht” konstituiert, welches zu einer 3D-One-Way-Wellengleichung führt, die aufgrund der Differentiale der 1. Ordnung sehr viel einfacher gelöst werden kann als die 3D-Two-Way-Wellengleichung. Die mathematische Umwandlung von zwei 3D-One-Way-Wellenoperatoren in einen 3D-Two-Way-Wellenoperator blieb ungelöst. Ein ”Synthese”-Ansatz, der die Vektor-Wellengeschwindigkeit des One-Way-Wellenoperators berücksichtigt, führt zu einem ”allgemeinen Two-Way-Wellenoperator”, mit dem die ”allgemeine One-Way/Two-Way-Äquivalenz” aufgestellt wird. Für den Spezial-Fall eines homogenen, isotropen Mediums mit konstanter Wellengeschwindigkeit folgt die Äquivalenz zum d’Alembert-Operator. Für zahlreiche Berechnungsaufgaben kann somit der One-Way-Ansatz ausgewählt werden. Die Ergebnisse werden auf weitere mechanische und elektromagnetische Wellentypen übertragen.

Physikalische Akustik (Poster)

Physikalische Akustik (Poster)

Organisation:

O. Von Estorff, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung S. Lippert, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung

11:00	Ersatzstrahlermethode im Zeitbereich zur Lokalisierung bewegter Quellen Rafael Piscoya, Martin Ochmann [Abstract] Die Schallabstrahlung und Schallstreuung sich bewegender Quellen können unter Verwendung einer Ersatzstrahlermethode im Zeitbereich (T-ESM) simuliert werden, indem ein System äquivalenter Quellen innerhalb des sich bewegenden Körpers betrachtet und die Randbedingungen auf der Körperoberfläche in ausreichend vielen Kollokationspunkten erfüllt werden. Da sich die Abstände zwischen den äquivalenten Quellen und den Kollokationspunkten nicht ändern, ist es möglich, die Amplituden der äquivalenten Quellen in einem nachfolgenden Zeitschritt aus den zuvor berechneten Quellstärken zu bestimmen. Wird jedoch ein Mikrofonarray zur Quelllokalisierung verwendet, so ändern sich die Abstände zwischen den sich bewegenden äquivalenten Quellen und den ortsfesten Mikrofonen. Es ist somit nicht möglich, die Quellstärken in einem nachfolgenden Zeitschritt aus den Amplituden zu vorherigen Zeitpunkten zu berechnen. Daher bestimmen wir die Amplituden der äquivalenten Quellen in allen Zeitpunkten gleichzeitig und nicht zeitlich sukzessive. Dadurch wird die Matrix des Systems sehr groß. Da sie aber dünnbesetzt ist und die meisten Einträge Null sind, lösen wir das System mit der Regressionsmethode LASSO. Die Anzahl der äquivalenten Quellen, Mikrofone und Zeitschritte bestimmt die Dimension der Matrix, die daher durch die Größe des verfügbaren Arbeitsspeichers beschränkt ist. Anwendungsbeispiele zeigen, dass die modifizierte T-ESM eine sehr gute Lokalisierung der Quellen ermöglicht, aber zu Ungenauigkeiten in den Amplituden führen kann.
11:08	Einsatz granularer Materialien zur passiven Schwingungsreduktion von Komponenten einer Windenergieanlage Braj Bhushan Prasad, Fabian Duvigneau, Ulrike Jehring, Hartmut Göhler, Alexander Bueschel, Daniel Juhre, Elmar Woschke [Abstract] Im vorliegenden Beitrag wird ein Konzept zur passiven Schwingungsdämpfung vorgestellt, welches im Wesentlichen die hohe innere Reibung granularer Medien als Dissipationsquelle nutzt. In diesem Kontext werden experimentelle Untersuchungen vorgestellt, um die Effizienz von Partikeldämpfern zur Verringerung des Schwingungsverhaltens von Generatoren und Rotorblättern von Windenergieanlagen (WEA) zu demonstrieren. Dazu werden die im Labormaßstab erzielten Ergebnisse auf die realen WEA-Komponenten übertragen. Im Fall des Generators werden zwei verschiedene Konzepte vergleichend bewertet, während für die Rotorblätter insgesamt drei verschiedene Strategien entwickelt und experimentell untersucht wurden. Alle realisierten Umsetzungen zeigen das Potenzial die Schwingungsamplitude signifikant zu reduzieren, wobei allerdings deutliche Unterschiede hinsichtlich der erforderlichen Zusatzmasse und der Auswirkung auf die Steifigkeit der zu beruhigenden Struktur existieren. Speziell mit Hinblick auf die Herstellung und die Produktion für die industrielle Umsetzung zeigt die Vorzugsvariante deutliche Vorteile. Nach der Diskussion aller Vor- und Nachteile mittels experimenteller Ergebnisse im Labormaßstab erfolgt die finale Bewertung anhand von Großkomponentenversuchen.
11:16	Hochperformante Berechnung der akustischen Rückstreustärke auf Basis der Kirchhoffschen Hochfrequenznäherung – Ergebnisse Ralf Burgschweiger, Ingo Schäfer, Delf Sachau, Jan Ehrlich [Abstract] Numerische Verfahren wie die Randelement-Methode, Finite-Element-Methode, Raytracing oder approximative Verfahren ermitteln die für Sonaranwendungen wichtige akustische Rückstreustärke, das sogenannte Zielmaß, von Unterwasserobjekten. Diese Verfahren berücksichtigen sowohl die Hülle als auch die inneren Strukturen des betrachteten Objekts. Für komplexe Objekte steigt der erforderliche Rechenaufwand allerdings deutlich an. In diesem Beitrag werden die Ergebnisse und Rechenzeiten für eine sehr schnelle Variante der Kirchhoffschen Hochfrequenznäherung (Kirchhoff Approximation, KIA) dargestellt und mit Ergebnissen anderer Verfahren verglichen. Die KIA eignet sich vor allem für den nicht transmittierenden Anteil von Strukturen mit überwiegend konvexen Oberflächen, wie z.B. der Hülle. Dieser Beitrag geht anhand einiger Beispiele auf die Ergebnisse und Lösungszeiten ein. Ein weiterer DAGA-Beitrag beschreibt die Grundlagen des Algorithmus und seine Implementierung auf moderner Prozessorarchitektur.
11:24	One-Way Wellengleichung 2013 - 2023 Oskar Bschorr [Abstract] Kinematisch setzt sich jede linearelastische Verformung aus 3 irreduziblen, orthogonalen Verformungen - aus Dilatation, Rotation und Deviation - zusammen: Die richtungs- und gestaltstreue Dilatation ist durch den skalaren div-Operator bestimmt, die volumen- und gestaltstreue Rotation durch den vektoriellen rot-Operator und die volumen- und richtungstreue Deviation durch den dyadischen, spurlosen dev-Operator. Dazu werden die diesen Verformungsarten zugeordneten One-Way Wellengleichungen in Operator-Form aufgestellt.
11:32	Unterscheidung zwischen globalen und lokalen Zustandsänderungen von Strukturen durch Analyse der Antiresonanzen Lukas Outzen, Tobias P. Ring, Sabine C. Langer [Abstract] Während der Nutzungsphase von Bauwerken treten strukturelle Zustandsänderungen auf, die zu Schädigungen oder Versagen führen können. Diese Zustandsänderungen beeinflussen das dynamische Schwingungsverhalten der Struktur und somit auch die Frequenzantworten auf breitbandige Anregungssignale. Allerdings können die Frequenzantworten auch durch andere Einflussfaktoren beeinflusst werden. So führen wechselnde Umweltbedingungen wie Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen ggf. auch zu Änderungen der Strukturschwingungen. Die Überlagerung dieser Phänomene stellt eine Herausforderung für die Strukturüberwachung dar, da es hierdurch zu kritischen Fehleinschätzungen kommen kann. Um den sicheren Betrieb zu gewährleisten und auftretende Schädigungen sicher und frühzeitig zu erkennen, ist somit eine verlässliche Unterscheidung zwischen globalen und lokalen Zustandsänderungen notwendig. Die Analyse der Antiresonanzen ist hierbei ein vielversprechender Ansatz, da diese die Struktur ortssensitiv charakterisieren können. Dieser Beitrag zeigt, wie lokale Steifigkeitsänderungen mithilfe der Antiresonanzen der Struktur lokalisiert werden und von globalen, durch schwankende Umweltbedingungen verursachten Zustandsänderungen unterschieden werden können.

Raumakustik (Late Poster)

Raumakustik (Late Poster)

Organisation:

O. Von Estorff, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung S. Lippert, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung

11:00	Auswirkung lärmakustischer Maßnahmen auf das Lärmempfinden im Klassenraum Frederike Rust, Karin Loh, Lukas Aspöck, Janina Fels [Abstract] In vielen üblich ausgestatteten Klassenräumen werden die normierten Vorgaben zu Nachhallzeiten überschritten, was die Sprachverständlichkeit nachteilig beeinflusst und die negativen Effekte der Lärmwirkung weiter verstärkt. Insbesondere die Konzentrations- und Merkfähigkeit sowie das Textverständnis von Schülerinnen und Schülern, aber auch von Lehrkräften, werden durch eine mangelhafte Akustik in Klassenräumen eingeschränkt. Dauerhafter Lärm in Klassenzimmern kann z.B. zu körperlichen und kognitiven Leistungseinschränkungen führen. Für das vom Verband der Deutschen Heimtextilien-Industrie initiierte Projekt ”Muster-Klassenzimmer Akustik/Feinstaub” wurden drei Klassenräume ausgewählt, die bereits mit Akustikdecken ausgestattet waren. In diesen drei Klassenräumen wurden nun zur weiteren Verbesserung der Akustik textile Bodenbeläge verlegt und Sauberlaufflächen an Türen und Waschbecken angebracht. Um den Erfolg der Maßnahmen zu überprüfen, wurden neben raumakustischen Messungen sowohl vor als auch nach den Optimierungsmaßnahmen der Akustik Befragungen mit Schüler*innen und Lehrer*innen durchgeführt, die ihr akustisches Empfinden des Klassenraums, insbesondere auch bezüglich der Themen Konzentrationsfähigkeit und Sprachverständlichkeit, abbilden. Die Auswertung der Befragung zeigt unter anderem, dass die allgemeine Lautstärke im Raum in allen Klassen als geringer wahrgenommen wurde. Auch die Lautstärke der Klasse bei Erklärungen der Lehrkraft wurde niedriger eingeschätzt.
11:08	Ökologische Absorberpaneele aus nachwachsenden Rohstoffen Jasmin Dreher, Karsten Neuwerk, Luisa Euler, Michael Haupt [Abstract] Sobald die Nachhallzeit in Räumlichkeiten gesenkt werden soll, kommen Absorber zum Einsatz. Für diese Absorber werden zumeist poröse Strukturen wie Schäume oder Vliesstoffe eingesetzt. Diese Materialien erzeugen beim Durchströmen viskose Verluste und reduzieren die Energie im Schallfeld durch Umwandlung in Wärme. Vor einem schallharten Abschluss positioniert sind diese Absorber auch als λ/4-Absorber bekannt. Die Absorption einer Frequenz korreliert über die Wellenlänge direkt mit der Dicke des Absorbers. Je dicker, desto tieffrequenter die relevante Absorption. Als Rohstoffe sind in der Regel Melaminharzschäume oder Polyestervliesstoffe im Einsatz. Sowohl aus absorptiver als auch aus ökologischer Sicht sind diese Materialien nicht mehr tragbar. Aus diesem Grund wurde ein zellulose- und textilbasierter Absorber an den DITF Denkendorf entwickelt, welcher neben einer breitbandigen Absorption die Möglichkeit bietet, eine tieffrequente Absorption zu ergänzen. Der Mehrschichtaufbau aus Pappwabenplatten und Textilien erzeugt durch eine Reflexionsschicht auch freistehend die Randbedingungen eines λ/4- Absorbers und erschließt durch Space-Coiling tieffrequente Bereiche trotz Strukturdicken von nur 50 mm. Um noch eine tieffrequente Resonanzabsorption in das Modul zu integrieren, ist eine Space-Coiling-Kaverne als Abschluss zu wählen. Dies erweitert das Absorptionsspektrum durch Resonanzpeaks ab ca. 100 Hz. Der Mehrlagenaufbau ist zwischenzeitlich zum Patent angemeldet und das Patent ist rechtskräftig erteilt.
11:16	Schallabsorber aus Pilzmyzel als nachhaltige Alternative zu Mineralwolle und Schaumstoff Daniel Tekieli, Eva Wilk [Abstract] Schallabsorber aus Schaumstoff werden am Ende ihres Produktlebenszyklus Sondermüll, Mineralwolle wird mit hohem Energieaufwand, und nur teilweise, recycelt. Als kunststofffreie, nachhaltige Alternative bietet ein Schallabsorber, produziert aus dem Wurzelwerk von Pilzen, dem sogenannten Myzel, vielversprechendes Absorptionsvermögen, einfache und schnelle Herstellungsprozesse, gute Handhabbarkeit und rückstandsfreie Wiederverwertbarkeit. Solche Absorber sind bereits im Handel. Untersuchungen zu dem Herstellungsprinzip wurden z.B. vom Fraunhofer Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik durchgeführt. Die Myzel-Schallabsorber sind frei von Plastik und Chemikalien, feuerfest, wasserfest und in jeder Form produzierbar. Um das Herstellungsverfahren und die Eigenschaften solcher Myzel-Absorber exemplarisch zu untersuchen, wurde in der eigenen Wohnumgebung, in selbstgebauten Plattenformen, Austernpilz in unterschiedlichen Substraten kultiviert und dadurch Myzel gezüchtet. Als Substrat wurden Holzspäne, Stroh und Kaffeesatz in unterschiedlicher Zusammensetzung zur Erzeugung von zunächst fünf Prototypen verwendet, die sich auch in Form und Dichte unterscheiden. Zum Abschluss des Wachstumsprozesses wurden die Prototypen im Küchenbackofen dehydriert. Ihre absorbierenden Eigenschaften wurden, für den Frequenzbereich von 125 - 6400 Hz, mittels Impedanzmessrohr erfasst. Der Absorptionsgrad besitzt sehr hohe Werte im Bereich zwischen 400 Hz und 1000 Hz, wobei das Maximum je nach Prototyp variiert. Hierbei ist ein Zusammenhang zwischen der Frequenz des Absorptionsgrad-Maximums und der Dicke sowie der Dichte der Probe zu erkennen.
11:24	Global Sound Field Estimation of a Theatre Using an Efficient Multi- channel Room Acoustic Measurement System Jianliang Gao, Ingo Witew, Lukas Aspöck, Michael Vorländer, Shiu Keung Tang [Abstract] To obtain room impulse responses for a large number of receiver positions in a performance hall, it is essential to implement an efficient acoustic measurement procedure. Here we exemplify the application of a multi-channel room acoustic measurement system and the ITA-Toolbox for MATLAB developed by the Institute for Hearing Technology and Acoustics, RWTH Aachen University. The acoustic measurement has been carried out in Theater am Marientor (Duisburg, Germany) following the procedure established in the standard ISO 3381-1:2009. In the measurement, two 3-way Omnidirectional Dodecahedron Loudspeakers were placed at different positions on the stage as sound sources and were alternately excited automatically, and eight microphones were used to measure impulse responses at 198 receiver positions that were distributed uniformly throughout the audience seating area but unsymmetrical about the centerline. Finally, a series of room acoustic parameters, including early decay time EDT, reverberation time T30, sound strength G, clarity C80, definition D50 and center time Ts, were calculated with ITA-Toolbox and then visualized by means of colour maps. The data measured at such many positions can be used for analysis of the spatial distribution characteristics of sound field and validation of theoretical prediction and computer simulation results (including auralization).
11:32	A Review on Sound Scattering Properties of Ribbed Diffusion Surfaces Lili Pan, Jianliang Gao, Yuezhe Zhao [Abstract] In practical scale model measurements, small errors and changes in measurement conditions can affect the accuracy of sound energy propagation and decay at high frequencies (over 10 kHz). With the same setup suggested by the ISO 17497-1 standard, scaled-down measurements show lower test accuracy than full-size measurements at high frequencies. This study conducted a series of experiments in a 1:10-scaled reverberation room to investigate the impacts of several practical aspects on measurement accuracy. Five aspects were studied, including recording method, number of source and receiver positions, turntable rotation conditions and number of averaging. Finally, an optimized measurement procedure of random-incidence scattering coefficient was proposed. The measured scattering coefficient values are more reliable when using the optimized procedure in the scaled tests, showing a much closer match to the reference data over the whole frequency range.

Raumakustik 2 - Messung und Simulation C

Raumakustik 2 - Messung und Simulation C

Sitzungsleitung:

U. Schanda, Technische Hochschule Rosenheim L. Aspöck, Institute for Hearing Technology and Acoustics, RWTH Aachen University

10:00	Fortschritte im Projektdesign auf Basis von akustischen Simulationen Wolfgang Ahnert, Stefan Feistel [Abstract] Die kontinuierliche Weiterentwicklung von Normen und Standards auf der einen Seite und die zunehmend spezifischen Anforderungen von Auftraggebern bzw. Architekten auf der anderen Seite machen es immer stärker erforderlich, möglichst präzise Planungsergebnisse zu erreichen. Hierbei kommen zwangsläufig professionelle Simulationswerkzeuge wie EASE 5-FE zum Einsatz, die dies ermöglichen. Beispielsweise erfordert die aktuelle Fassung des Sprachverständlichkeitsstandard IEC 60628-16 die Berücksichtigung eines neuen Sprachspektrums. Dieses ist aber gerade in akustisch schwierigen Umgebungen nur unter Einsatz von Filtern zur Tiefenabsenkung realistisch umsetzbar. Auch Anforderungen an die Abdeckung der Publikumsbereiche, wie etwa der 90%-Mittelwert für STI nach EN 54-32, müssen mittels des Simulationswerkzeugs abgeleitet werden können. Einen weiteren, wesentlichen Beitrag zur Genauigkeit der Simulationsergebnisse liefert das Wissen um das Streuverhalten der verschiedene Raumbestandteile. Hier gab es im letzten Jahrzehnt verschiedene wichtige Weiterentwicklungen, die derzeitig u.a. zu einer empfohlenen Standardkurve für den Streugradverlauf geführt haben. Ein Vergleich verschiedener Ansätze wird diskutiert.
10:20	Simulated reverberation for choir recordings in virtual churches Lukas Aspöck, Stefan Morent, Michael Vorländer [Abstract] The performance of singing, especially in religious context, is supposed to be strongly influenced by the room acoustic environment. The research project Sacred Sound - Sacred Space deals with the interaction of the environment and the performance and perception of singing in religious spaces. In this project, a technical setup has been created to enable ensemble singers to perform in virtual environments. For this recording setup multiple singers are situated in an hemi anechoic chamber and perceive the response of the virtual space via open headphones. Recordings of professional singers were conducted for two spaces which were originally built around the 12th century, the still existing Cistercian church of Maulbronn monastery and the Maior Ecclesia in Cluny, whose current remnants make up only a small portion of this once largest church in Europe. The reverberation of these spaces was simulated for different positions by creating binaural room impulse responses, which were then applied using low-latency convolution to the headset microphone signal of each singer. In addition to research the impact of the room acoustic environment on the singing, the recorded data can be used to create interactive auralizations of (church) spaces which no longer exist.
10:40	Comparing Derivation from the Revised Theory of Sound Level Distribution in Rooms to Measurement Results Andor Tamás Fürjes [Abstract] Derivations from the revised theory of sound level distribution in rooms can be used to find estimates of other room acoustic parameters like EDT10, G, C50, C80. The paper presents formulas of such derivations and attempts to organize basic factors and measures on the basis of causes and consequences. Results encourage, that instead of volume alone, mean path lengths shall be used to differentiate categories of rooms. Results support also, why mean absorption coefficients shall be used to specify initial room acoustic characteristics in most cases instead of reverberation times. Calculation results of the derivations are compared to a large set of real-world measurements and modelling results for validation.

Schwingungstechnik

Schwingungstechnik

Sitzungsleitung:

J. Bienert, Technische Hochschule Ingolstadt

15:20	Simulation des Schwingungs- und Geräuschverhaltens von Zahnradgetrieben Andreas Beinstingel, Sebastian Schabert, Michael Heider, Burkhard Pinnekamp, Steffen Marburg [Abstract] In einem Zahnradgetriebe stellen die wechselnden Kontaktverhältnisse während der Kraftübertragung eine signifikante Anregungsquelle dar. Die hier erzwungenen Schwingungen werden anschließend über das Welle-Lager-System in die Gehäusestruktur eingeleitet. An der Gehäuseoberfläche resultiert schließlich eine Luftschallemission. Zudem erfolgt an den Anbindungspunkten des Getriebesystems zu den angrenzenden Komponenten im Antriebsstrang eine Weiterleitung dieser Oszillationen in Form von Körperschall. Die Geräuschentwicklung ist demnach abhängig von der Anregungscharakteristik des Zahneingriffs sowie dem Übertragungsverhalten des Transferpfades. Entsprechend repräsentiert eine angenehme Laufruhe im Getriebe eine erfolgreiche Konzeption der dynamischen Verhältnisse. Steigende Komfortansprüche und gesetzlichen Vorgaben motivieren zusätzlich zur fortschreitenden Optimierung der Produktentwicklung. Aus diesem Grund stehen auch die Berechnungs- und Simulationsansätze unentwegt vor neuen Herausforderungen. Die effiziente Berechnung der Dynamik in einem Getriebe ist Gegenstand dieses Vortrags.
15:40	Dämpfungsidentifikation von Leichtbaustrukturen Thomas Michaelis, Steffen Marburg, Stefanie Retka [Abstract] Leichtbaustrukturen kommen in vielen Branchen und Bereichen zum Einsatz. Vor allem der Fahrzeugbau sowie die Luft- und Raumfahrt profitieren von dem geringen Materialeinsatz und der resultierenden Energieeinsparung in der Nutzungsphase. Neben den genannten Potenzialen bieten Leichtbaustrukturen die Möglichkeit gezielt eine hohe Dämpfung von Vibrationen bei geringem Materialeinsatz zu kombinieren. In diesem Zusammenhang werden häufig sog. Sandwichstrukturen verwendet. Die Sandwichstrukturen bestehen in der Regel aus kraftaufnehmenden Deckschichten und weicheren Kernschichten aus einer Wabenstruktur oder Vollmaterial aus Kunststoffen. Letztere übernehmen häufig die Aufgabe der Dämpfung. In diesem Beitrag wird die Dämpfung einer ebenen Sandwichstruktur bestehend aus einer metallischen Deckschicht und einer viskoelastischen Polymerschicht untersucht. Die Herausforderung liegt in der physikalischen Modellierung der Materialdämpfung sowie der Übertragung der experimentell gewonnenen Daten in ein Finite-Elemente Simulationsmodell. Hierzu werden bestehende Methoden der Dämpfungsidentifikation evaluiert. Anschließend wird die Struktur mithilfe einer experimentellen Schwingungsanalyse unter vorgegebenen Randbedingungen analysiert. Aus den gewonnenen Messdaten werden Parameter ermittelt, um ein frequenzabhängiges Materialmodell zu generieren. Der Beitrag schließt mit einem Ausblick auf weitere Forschungsarbeiten.
16:00	Potential Application of Silica Aerogels for Vibration and Structure-borne Noise Damping Zahra Mazrouei, Oriana Palacio, Wim Malfait [Abstract] Environmental noise features among the top environmental risks to physical and mental health and well-being. Current structure- borne noise insulation materials are either too expensive or do not provide the necessary noise reduction. Silica aerogels are low- density, sol-gel materials with a high mesoporosity (<50 nm) that imparts a large surface area and ultra-low thermal conductivity. The market growth is driven exclusively by thermal insulation, but aerogels can also be attractive for acoustic applications. The sound attenuation in aerogel relies on the energy loss of acoustic waves as they are emitted from the gas phase to the solid phase, which reduces the amplitude and velocity. The majority of acoustic studies of aerogels probe sound absorption properties via the impedance tube method, and the air-borne or structure-borne sound insulation was studied more rarely. Here, we study the potential vibration-damping and structure-borne sound insulation properties of silica aerogel materials under different loads by determining their viscoelastic properties when exposed to forced vibration. We extract the dynamic properties as a function of load, frequency, and amplitude. Compared to rubber and expanded cork, the silica aerogel displays markedly lower resonance frequency and dynamic stiffness values.
16:20	Modal Analysis with Fractional Derivatives Jörg Bienert [Abstract] Modal Analysis is a well established tool in structural dynamics. Also acoustics make beneficial use of the modal behaviour as the surface velocities determine the sound radiation. The current parameter estimation methods determine the modal behaviour on the basis of a linear model. This is the state of the art. The extension to a non-linear modal theory is not possible in general. The presented paper will show a new elegant method to extend modal analysis to systems with fractional derivatives. By using m/n derivatives that are not full integer numbers, the system behaviour can be described in more detail. This helps especially for the improved description of damping like in composites, rubber, wood or additive manufacturing. The modal theory behind fractional systems is shown with numerical and experimental examples. In general the system description will be by a power series of eigenvalues with extended eigenvectors and according modal scaling factors.

Soundscape

Soundscape

Sitzungsleitung:

B. Schulte-Fortkamp, HEAD-Genuit-Stiftung A. Fiebig, TU Berlin, Fachgebiet Technische Akustik

8:40	Katalogisierung von Lärmschutzmaßnahmen mit Gestaltungsaspekten Helen Henze, Cleopatra Christina Moshona, André Fiebig [Abstract] Das Konzept ”Soundscape” findet in den letzten Jahrzehnten stetig zunehmende Relevanz in der Akustik, Architektur, im Lärmschutz und in der Stadt- und Regionalplanung. Innerhalb der ersten drei Teile der ISO 12913 Reihe wurde das Konzept ”Soundscape” bereits hinsichtlich seines begrifflichen Rahmens, sowie der Anforderungen an die Datenerhebung, Dokumentation und Datenauswertung definiert. Aktuell ist im Rahmen der Standardisierung der vierte Teil in Entwicklung, in welchem unter anderem das Konzept der ”Soundscape Intervention” aufgegriffen wird. Im Zuge dieser Entwicklung wurde das ”Catalogue of Soundscape Interventions” - Projekt initiiert, welches zum Ziel hat, Daten bezüglich umgesetzter Soundscape Interventionen mit klassischen oder gestalterischen Ansätzen zu erheben und daraus ein allgemein zugängliches Wissensportal zu generieren. Aus diesem gehen eine Übersicht an Interventionsprojekten und deren Ansätze sowie Anregungen für weitere Maßnahmen und mögliche Definitionen für das Konzept ”Soundscape Intervention” hervor. Basierend auf den im Projekt gewonnenen Erkenntnissen, werden in diesem Beitrag Kategorisierungen für Soundscape Interventionen vorgeschlagen sowie Potentiale und Herausforderungen diskutiert und exemplarisch an einigen Projekten verdeutlicht. Darüber hinaus wird ein Ausblick auf zukünftige Anwendungsmöglichkeiten gegeben, wodurch eine Grundlage für Stadtplanung unter Berücksichtigung von Geräuschgestaltung geschaffen werden könnte.
9:00	Untersuchung zu den Auswirkungen der Tages- und Jahreszeit auf Soundscapes in einem Windpark Sebastian Köper, Dagmar Rokita, Friedrich Ueberle [Abstract] Die Anforderungen und Auflagen an einen Windpark haben zur Folge, dass Windenergieanlagen (WEA) im ländlichen Raum, auf Industrieflächen oder am Rand von urbanen Gebieten errichtet werden. Damit werden Windparks oft Bestandteil von zuvor durch bio- und geophone Geräusche geprägten Soundscapes. Während sich die Geräuscheigenschaften einer WEA nicht allzu stark verändern und lediglich von wenigen Umgebungsparametern abhängen, variieren vor allem biophone Geräusche stark über die Tages- oder Jahreszeit. Aber auch geophone oder andere anthrophone (vom Menschen/künstlich erzeugte Geräusche) Geräuschquellen können abhängig von Tages- und Jahreszeit unterschiedlich stark zum Soundscape beitragen. Mit einer Reihe von Soundwalks von Dezember 2021 bis Oktober 2022 wurde untersucht, ob diese Schwankungen in den anteiligen Geräuschquellen über Soundwalks erfasst werden können und wie sich dies ggf. auf die Bewertung der Soundscapes im Windpark auswirkt. Dabei wurden mit insgesamt 95 Teilnehmern 13 Soundwalks durchgeführt, die sich auf die vier Jahreszeiten und zwei unterschiedliche Tageszeiten verteilen. Erwartungsgemäß wurden im Windpark vor allem Geräusche von den WEA, natürliche Geräusche und Verkehrsgeräusche der angrenzenden Autobahn beobachtet. Dabei lässt sich in den unterschiedlichen Soundscapes je nach Tages- und Jahreszeit durchaus eine variierende Dominanz der Geräuscharten beobachten.
9:20	Understanding natural sound sources in urban soundscapes through psychoacoustic and bioacoustics indicators Margret Sibylle Engel, William J. Davies, Robert Young [Abstract] Over the recent years, it became more evident in soundscape studies realised in urban parks the importance of natural sound sources as a restorative resource for human health and well-being. This study investigates psychoacoustic and bioacoustics patterns of natural sound sources in urban soundscapes to understand and enhance restorative environments. Four areas with garden and park functionalities in Aachen, Germany, were investigated. In one of the surveyed areas, it is possible to verify seasonality differences. Sound classification is possible with the help of Machine Learning techniques, subdividing the recordings’ sound sources into anthropogenic, geophonic, and biophonic sounds. Subjective responses help with the sound quality information of these sound sources. After the categorisation of sound sources, psychoacoustic and bioacoustics indicators are analysed. These indicators help to understand the sound qualities of natural sound sources in urban areas.
9:40	Within-subject Exploration of Individual Vocabulary Profiles from Urban Soundscape Variations Josep Llorca-Bofí, Jonas Heck, Michael Vorländer [Abstract] This research will present a comparative analysis between two repetitions of the same soundscape evaluation. On a first step, a total of 10 participants provided individual vocabularies, consisting of six to eight words each, to describe urban sounds and landscapes. The participants used their own words to rate and find differences among the stimulus, which provided a number of clusters describing their perception (Llorca et al. 2022 DAGA). Secondly, the task was performed twice, with the same group of participants to test the reproducibility of the method. The comparison between the first and the second repetitions will be explored focusing on variation of the clusters.
10:00	Perceptual Correlates of Underlying Acoustic Dimensions in Soundscape Assessment Jakob Bergner, Stephan Preihs, Jürgen Peissig [Abstract] The description of soundscapes is suggested in ISO 12913-1 as a triangulation between the aspects acoustic environment, context and person. With information on each of those entities individually, the overall description of a soundscape gains validity while keeping in mind that these aspects include portions of interdependent relationships. In our previous works underlying acoustic dimensions were identified that are statistically relevant and explain substantive part of the variance of acoustic environments. These dimensions are already motivated and designed to represent characteristics that are also relevant for human auditory perception. However, their development relies solely on acoustic signal processing and statistical methods. The presented work now aims to evaluate these dimensions in perceptual terms and to contribute thus to their validation. For that, a listening experiment was conducted utilizing selected items of the ”Spatial Audio Quality Inventory” (SAQI) that were rated for 19 acoustic scenes by the participants. Subsequently the derived perceptual ratings were analyzed for correlations to the acoustic dimension scores in order to find suitable relationships. The results are discussed with respect to the mapping of singular values (perceptual rating) to time series data (acoustic dimension) as well as the question of intraindividual scaling of ratings without absolute reference.
10:20	The effect of motion-based video representation on our perception of urban soundscape in multimodal measurement laboratory setting Özlem Gök Tokgöz, M. Ercan Altinsoy [Abstract] Virtual reality technologies are actively used in solving and understanding many urban problems today. In re-experiencing urban areas in virtual reality, one of the goal is to produce scenes that are as close to reality as possible. In these virtual reality environments consisting of limited visual and auditory data, the relationship of these data are important. Visual components effect our acoustic perception. In this study, it is aimed to investigate the effects of motion-based video display in virtual reality on urban soundscape evaluations. Audio and video recordings were taken in two different urban areas, which are in a heavily traffic and a natural park. In addition, recordings in which camera movements were used in these areas were also taken. Multi Model Measurement Laboratory (MMM Lab) at the Dresden University of Technology used for this study. In this laboratory combines virtual reality equipment for multiple modalities and visual data is projected onto a large screen(3.5m). Video and audio recordings were re-prepared for the MMM Lab and a questionnaire was applied to the participants on their acoustic perceptions. As a result of the study, an evaluation was made on how motion perception changes our assessment of the acoustic environment
10:40	TUB Soundscape Project: Concept & Projects Ilias Mavromatis, Mariana Carvalho, André Fiebig [Abstract] Project Laboratories/”Projektwerkstätten” give students the opportunity to self dependently work on practical, interdisciplinary and innovative projects. Any students who can find enough interested other students can realize these workshops, only having to fulfil the following conditions: the projects should allude a topic that is not covered by regular studies at TU Berlin, they should offer an alternative to regular teaching methods at TU Berlin, they should be ecologically and socially usable and/or interdisciplinary projects. In the TUB Soundscape Project, supervised by Prof. Dr. André Fiebig from the department of psychoacoustics, interested students explore the concepts of acoustic ecology. We aim to explore the connection between our acoustic environment, scientific data, technology, society and artistic thinking in practice on the TU Berlin campus, as well as the potential of sound to serve as a socio- political tool and science communication. Scientific, critical and creative engagement with acoustic environments requires an interdisciplinary approach and students from different backrgrounds are the actual users of the campus, making them the ”local experts”, a thriving principle in soundscape studies. The project allows students to approach the topic of soundscape from different perspectives and aims to combine theory with practical implementation projects and student interventions.

Speech Processing, Anonymization and Machine Learning for Medical and Social Good

Speech Processing, Anonymization and Machine Learning for Medical and Social Good

Organisation:

S. Möller, TU Berlin, Quality and Usability Lab and DFKI Berlin T. Polzehl, DFKI I. Siegert, OvG-Universität Magdeburg, Mobile Dialogsysteme

9:40	Speech Disentanglement for Analysis and Modification of Acoustic and Perceptual Speaker Characteristics Frederik Rautenberg, Michael Kuhlmann, Janek Ebbers, Jana Wiechmann, Fritz Seebauer, Petra Wagner, Reinhold Haeb-Umbach [Abstract] Deep generative neural models have been developed to disentangle speaker from content related variations of a speech signal by computing separate embeddings for each of them. By modifying the speaker embeddings while leaving the content embeddings untouched, speech signals can be generated with certain desirable acoustic or perceptual properties. Here, we take a closer look at the properties of the disentangled speech representations, that are produced by our fully unsupervised factorized variational autoencoder (FVAE) model. We carry out a statistical analysis of the speaker embeddings to investigate whether they indeed encode acoustic signal properties that are known to be characteristic of a speaker. For example, do the embeddings of speakers with similar acoustic voice quality features indeed form well-defined clusters? We will analyze the speech that is synthesized when the speaker embedding is modified along a trajectory connecting the above identified cluster centers to learn more about the properties of the speaker embedding manifold. For example, will the produced speech continuously change from a male to a female voice when resynthesizing the speech from a speaker embedding that is taken along a trajectory connecting the cluster centers of male and female speakers?
10:00	Domain Adversarial Training for German Accented Speech Recognition Carlos Franzreb, Tim Polzehl [Abstract] Accented speech poses difficulties to automatic speech recognition (ASR) models because of its phonetic differences with the speech corpora the models were trained on. This issue can be addressed by performing domain adversarial training (DAT) with an accent classifier, where the ASR model is encouraged to discard accent information. In this study, we perform a comprehensive evaluation of this training method with the current state-of-the-art ASR model for German speech, the Conformer Transducer. We analyze the effect of important parameters, such as when to branch out the classifier or how to weight the two tasks, from which we draw several conclusions that can serve as a guideline for future experiments with this framework.
10:20	Medical Speech Processing for Diagnosis and Monitoring: Clinical Use Cases Ilja Baumann, Sebastian P. Bayerl, Tobias Bocklet, Franziska Braun, Korbinian Riedhammer, Dominik Wagner [Abstract] In recent years, speech processing for medical applications got significant traction. While pioneering work in the 1990ies focused on processing sustained vowels or isolated utterances, work in the 2000s already showed, that speech recognition systems, prosodic analysis and natural language processing be used to assess a large variety of speech pathologies. Here, we give an overview of how to classify selected speech pathologies including stuttering, language development, speech intelligibility after surgery, dementia and Alzheimers, depression and state-of-mind. While each of those poses a rather well- defined problem in a lab setting, we discuss the issues when integrating such methods in a clinical workflow such as diagnosis or monitoring. Starting from the question if such detectors can be used for general screening or rather as a specialist’s tool, we explore the legal and privacy-related implications: patient-doctor conversations, working with children or demented seniors, bias towards examiner or patient, on-device vs. cloud processing. We conclude with a set of open questions that should be addressed to help bringing all this research from the lab to routine clinical use.
10:40	Parkinson’s Disease Speech Analysis – Machine Learning based Evaluation of Speech Impairments Patricia Fuchs, Karolin Krüger, Gerhard Schmidt [Abstract] Parkinson’s disease is one of the most common neurodegenerative disorders. Speech impairments, caused by motor and non- motor deficits, are identified as frequently appearing and early symptoms. To track the disease’s progress and to evaluate the success of treatment, logopaedic assessments are performed by physicians. Results have to be tracked by themselves, mostly resulting in taking subjective notes. This paper presents a hierarchical approach to analyze the articulation, phonation, and prosody of vowels, composing the intelligibility of one’s speech. The three-step scheme consists of using speech samples of standalone vowels, vowels embedded in words, and text-bound speech, which are recorded and analyzed in an automated fashion. Acoustic features of each segment and differences in the signals and features of the different speech tasks are extracted and used to train a neural network. The trained model is used to provide a distinguished and objective assessment of the severity of a person’s speech intelligibility in real-time. The results as well as the recorded speech data is summarized in a report to assist the speech therapists work and enable tracking of speech intelligibility and progress of speech treatments over time.

SPP2236 - Auditory Cognition in Interactive Virtual Environments 1

SPP2236 - Auditory Cognition in Interactive Virtual Environments 1

Organisation:

J. Balint, Institute for Hearing Technology and Acoustics, RWTH Aachen University J. Fels, Institute for Hearing Technology and Acoustics, RWTH Aachen University

8:40	The role of audiovisual plausibility and social presence in the evaluation of virtual communication scenarios Annika Neidhardt, Gareth Rendle, Felix Immohr, Tatiana Surdu, Victoria Meyer Zur Heide, Robert Gräfe [Abstract] This paper is concerned with the perceptual evaluation of a technical setup to realize communication scenarios in a virtual environment. In the context of developing an audiovisual social VR system, we discuss the definition and relevance of Audiovisual Plausibility and Social Presence, based on literature from the audio and visual Virtual Reality domains. While Social Presence can help to evaluate social aspects of VR applications, measurements of social presence can be affected by external factors that do not relate to the system itself. Plausibility is typically defined without directly addressing communication scenarios. However, recent work on plausibility characterizes it as a central factor that determines the extent to which sensory input yields subjective constructs, such as social presence. A first related pilot study suggests that Audiovisual Plausibility and Social Presence might be less related than expected. In this paper, both constructs, their value in the perceptual evaluation of social VR realizations as well as their limitations are discussed. Furthermore, the role of the specific social interaction scenario is pointed out. Engaging in social tasks, focused attention and high audiovisual complexity might influence the evaluation of social VR systems.
9:00	The Effect of Audio Spatialization on Plausibility in a Virtual Reality Communication Scenario Felix Immohr, Gareth Rendle, Annika Neidhardt, Robert Graefe, Victoria Meyer Zur Heide, Bernd Fröhlich, Alexander Raake [Abstract] The APlausE-MR project aims to gain a robust understanding of the factors influencing the audiovisual plausibility of shared experiences and communication in multi-party mixed reality environments. In this context, this study investigates the effect of audio spatialization on plausibility and presence perception in an interactive communication scenario. Pairs of participants perform an adapted version of an established conversation task in which they collaboratively identify differences between sets of objects in a virtual scene. The task is performed under an audio spatialization condition, where the conversational partner’s voice is processed with a binaural rendering engine, as well as under a condition with monaural audio reproduction. This contribution presents results of the study based on questionnaires as well as behavioral and conversation analysis.
9:20	Towards More Realistic Listening Research in Virtual Environments: The Effect of Spatial Separation of Two Talkers in Conversations on Memory and Listening Effort Chinthusa Mohanathasan, Jonathan Ehret, Cosima A. Ermert, Janina Fels, Torsten W. Kuhlen, Sabine J. Schlittmeier [Abstract] Conversations between three or more people often include phases in which one conversational partner is the listener while the others are conversing. In face-to-face conversations, it is quite unlikely to have two talkers’ audio signals come from the same spatial location - yet monaural-diotic sound presentation is often realized in cognitive-psychological experiments. However, the availability of spatial cues probably influences the cognitive processing of heard conversational content. In the present study we test this assumption by investigating spatial separation of conversing talkers in the listener’s short-term memory and listening effort. To this end, participants were administered a dual-task paradigm. In the primary task, participants listened to a conversation between two alternating talkers in a non-noisy setting and answered questions on the conversational content after listening. The talkers’ audio signals were presented at a distance of 2.5m from the listener either spatially separated (+/- 60∘) or co-located (0∘; within-subject). As a secondary task, participants worked in parallel to the listening task on a vibrotactile stimulation task, which is detached from auditory and visual modalities. The results are reported and discussed in particular regarding future listening experiments in virtual environments.
9:40	Audio-visual content mismatches in the serial recall paradigm Cosima A. Ermert, Jonathan Ehret, Torsten W. Kuhlen, Chinthusa Mohanathasan, Sabine J. Schlittmeier, Janina Fels [Abstract] In many everyday scenarios, short-term memory is crucial for human interaction, e.g., when remembering a shopping list or following a conversation. A well-established paradigm to investigate short-term memory performance is the serial recall. Here, participants are presented with a list of digits in random order and are asked to memorize the order in which the digits were presented. So far, research in cognitive psychology has mostly focused on the effect of auditory distractors on the recall of visually presented items. The influence of visual distractors on the recall of auditory items has mostly been ignored. In the scope of this talk, we designed an audio-visual serial recall task. Along with the auditory presentation of the to-remembered digits, participants saw the face of a virtual human, moving the lips according to the spoken words. However, the gender of the face did not always match the gender of the voice heard, hence introducing an audio-visual content mismatch. The results give further insights into the interplay of visual and auditory stimuli in serial recall experiments.
10:20	The Effect of Audio-Visual Room Divergence on the Localization of Real Sound Sources in Virtual Reality Sarah Roßkopf, Leon Kroczek, Felix Stärz, Matthias Blau, Steven Van De Par, Andreas Mühlberger [Abstract] Virtual Reality (VR) is a promising tool to study sensory processing in naturalistic and well-controlled environments. A divergence between visual and auditory room dimensions might affect sound source localization. In addition, it stands toreason that the well-documented underestimation of egocentric distances in visual virtual environments might also affect spatial hearing. We therefore conducted a VR study to investigate the influence of audio-visual room divergence on sound localization. In VR, 30 participants performed a sound localization task. As within-subject factor, we manipulated the visual virtual room, which was either an exact replication of the laboratory in which the participants were placed (convergent room) or a scaled version (doubled room volume - divergent room). Different speech stimuli were presented via three real loudspeakers in the laboratory. We hypothesized that accuracy of localization, e.g., distance estimation, will be significantly higher in the visual congruent than in the visual divergent room. Based on our prior findings, we also predict a systematic overestimation of the sound source distance and a continuous improvement of the accuracy of localization over the course of the experiment in both conditions. From the results, conclusions can be drawn for the investigation of (virtual) acoustics in VR.
10:40	Investigating the Influence of Visual Distractors on the Voluntary Switching of Auditory Selective Attention in Virtual Reality Carolin Breuer, Stephan Fremerey, Larissa Leist, Maria Klatte, Alexander Raake, Janina Fels [Abstract] Since virtual reality (VR) offers great opportunities to investigate auditory phenomena in more close to real-life scenarios, it is important to translate and extend established paradigms to consider the new technology. One major novelty in VR as opposed to classical laboratory conditions is the spatial audio setup and the added immersive visual component. To investigate the influence of visual stimuli on the auditory selective attention in a classroom-based setting, a validated audio-only paradigm was extended by congruent and incongruent visual stimuli. It was hypothesized that visual distractors would impair the task performance, while audiovisual congruent stimuli would lower reaction times and error rates. A listening experiment indicated significantly longer reaction times when any visual stimulus was shown compared to the audio-only version. However, only tendencies for the audiovisual congruency effects were found, which should be further investigated in subsequent studies. Still, it can be concluded that showing a visual stimulus at the same time as the auditory stimulus does impair task performance and therefore the auditory attention.

SPP2236 - Auditory Cognition in Interactive Virtual Environments 2

SPP2236 - Auditory Cognition in Interactive Virtual Environments 2

Organisation:

J. Balint, Institute for Hearing Technology and Acoustics, RWTH Aachen University J. Fels, Institute for Hearing Technology and Acoustics, RWTH Aachen University

14:00	Objective evaluation of real-time audio and video based lip synchronisation algorithms Jürgen Otten, Giso Grimm, Volker Hohmann [Abstract] In virtual audiovisual environments, it is desirable to have virtual agents with accurate lip movements. In particular, to implement interactive audiovisual communication tasks with virtual agents, real-time low-delay lip animation derived from live audio is required. This study compares three methods of lip synchronization for virtual agents against recorded videos from the audiovisual Oldenburg sentence test (AVOLSA). Two methods are audio-based, a simple vocal-tract model and a machine learning model using FFT- and MEL- spectrograms. The third method is a video-based machine learning model, which analyzes the mouth portion of the video images of a speaker. The vocal-tract method yields three and the other two seven mouth-related blendshapes, which are used to generate rendered videos of the virtual agent. To generate a reference video, face landmarks are obtained using the software OpenFace from the original AVOLSA video recordings and are then mapped to the virtual agent. OpenFace is used to yield face landmarks of the four rendered videos, and the distance between selected face landmarks of the nose and of the mouth region are used as a metric to evaluate the methods. It is expected that the methods using more blendshapes replicate the trajectories of landmarks more accurately.
14:20	The Influence of Likeability Ratings of Audio-Visual Stimuli on Cortical Speech Tracking with Mobile EEG in Virtual Environments Emma Wiedenmann, Mareike Daeglau, Jürgen Otten, Bojana Mirkovic, Giso Grimm, Volker Hohmann, Stefan Debener [Abstract] It is known that expressively presented stories are followed more attentively than neutral ones. However, it is currently unknown whether these effects generalize to virtual reality environments (VEs), which provide an opportunity to combine the reproducibility of laboratory settings with the complexity of every-day life communication. In this study we will focus on the relationship between likeability ratings of six different characters and attention depicted as cortical speech tracking via mobile electroencephalography (EEG). A total of 20 participants were presented audio-visual scenes comprising one of the characters at a time telling stories either with babble noise or no additional background noise showing real videos or animated avatars. Likeability ratings were obtained via a customized questionnaire with a 5-point Likert scale. We hypothesize a positive correlation between cortical tracking of speech and likeability ratings for the real videos and we will further explore whether this effect will extend to the animated avatars. Our results will shed light on the ecological validity of VE paradigms and the role of the speaker-listener-bonding for cortical speech tracking studies.
14:40	Does Auditory Distance Perception Perform Similar in Real and Virtual Environments? - Results from an EEG Experiment Benjamin Stodt, Daniel Neudek, Rainer Martin, Stephan Getzmann [Abstract] Auditory distance perception (ADP) remains a sparsely studied field of research, especially when it comes to virtual acoustics. To study ADP or more complex audio-visual scenarios in VR, it is crucial to ensure that results correspond to those obtained under real-world conditions, not only in behavioral but also in cognitive and neural domains. Here, we compare ADP in a real and a virtual environment, simulating an industrial working scenario. Three loudspeakers emitting broadband signals are placed at distances of 2m (near), 4m (center), and 8m (far) relative to the participant. In an auditory change detection (”oddball”) paradigm, N=20 participants respond to sound source locations deviating from the center loudspeaker. Sounds are generated either by the loudspeakers themselves (real environment) or virtually via headphones (virtual environment). During the experiment, continuous EEG is recorded. Across both environments, we see similar EEG patterns and event-related potentials such as the mismatch negativity and P3a component as neuro- cognitive correlates of deviant detection and attentional orientation. In comparison to the near, the far loudspeaker generates a delayed P3a. Results demonstrate that similar neural processes can be elicited in virtual and real spaces. Future research has to validate this further within more elaborate audio-visual test paradigms.
15:20	Comparison of Recorded and Synthesized Stimuli of Traffic Scenarios in an Auditory Virtual Reality Environment Using Wave Field Synthesis Friedrich Beyer, Stefan Fischer, Lisa Steinbach, M. Ercan Altinsoy [Abstract] Acoustic cues play an important role for road users, especially pedestrians. Since the human ear is capable of perceiving sound sources from all directions, acoustic signals provide important information even when their origin is out of sight. As cars become quieter, the reduced acoustic emission can affect traffic safety and is therefore subject of research. Traffic safety research usually takes place in virtual environments (VR) as they can offer a higher degree of reproducibility and safety. Since time-to-collision (TTC) estimation plays an important role in traffic safety, experiments are conducted in which a subject estimates the time at which a vehicle would arrive at their position. This is done by playing the stimulus of an approaching vehicle and occluding it at a time before it arrives at the listener’s position. The current study is based on auditory VR conducted in the Wave Field Synthesis (WFS) Lab at TU Dresden. In the TTC experiment, subjects are presented with audio-only scenes. The stimuli of the scenes are pre-recorded sounds of real vehicles on the one hand and simple synthetic sounds generated from sinusoids and band-limited noise on the other hand. The results of these experiments are presented in this paper.
15:40	Pedestrians’ Road Crossing Decisions for Accelerating Electric Compared to Internal Combustion Engine Vehicles Marlene Wessels, Daniel Oberfeld-Twistel [Abstract] In a previous study, we presented sounds of real internal combustion engine and electric vehicles (ICEVs, EVs) recorded on a test track in an audiovisual virtual-reality simulation and found that pedestrians made significantly riskier road-crossing decisions for accelerating EVs with active or inactive acoustic vehicle alerting system (AVAS) compared to ICEVs, suggesting that the sound of EVs impairs the consideration of acceleration. However, speeds and accelerations differed somewhat between vehicle types because the recorded drives were subject to technical challenges (e.g., gearshifts on ICEVs). In this study, we presented identical trajectories (constant-speed, accelerated) for all vehicle types (ICEV, EV with/without AVAS), so that vehicle types differed only in terms of sound. Fifteen participants indicated their road-crossing decisions for the simulated vehicle approaching until different time gaps. For accelerated approaches, the probability of crossings that would have resulted in a collision was higher than for constant-velocity approaches, was lower for ICEVs than for EVs with and without AVAS but was similar for both EVs. At a constant velocity, no effect of vehicle type occurred. Overall, this experiment confirms that pedestrians’ crossing decisions benefit significantly less from the sound of accelerating EVs, even with activated AVAS, compared to ICEVs.

Sprachverarbeitung

Sprachverarbeitung

Sitzungsleitung:

A. Raake, TU Ilmenau, Fachgebiet Audiovisuelle Technik

14:00	The benefit of human structure borne sound simulation in headset testing Hans Wilhelm Gierlich [Abstract] The use of headsets in communication is increasing as well as the demand for improving communication quality in all conversational situations. Clearly, today’s trend is using high quality advanced headsets. Independent of the price range, a huge problem is still their use in noisy situations. Typically, the headset microphones are moved farther away from the talker’s mouth. This results in a strong decrease of signal-to-noise ratio for the talker’s voice signal captured at the headset microphone. One technology intended to improve this situation is the use of bone conduction sensors, especially in combination with in-ear headsets. Testing and optimization of such devices is difficult since bone conduction simulation of the user’s voice is required. This is realized by complementing a Head and Torso Simulator (HATS) HMS II.3 LN-HEC4 artificial ear acc. to ITU-T P.57 with an actuator capable of generating structure structure-borne sound in the artificial ear. The article provides background of the measurement setup used to acquire human structure borne sound and the simulation approach. Testing strategies and test results with different in-ear headsets are shown and discussed.
14:20	The VQ-Synth System: How Listeners Perceive Auditory Perturbations of Their Own Voice Isabel S. Schiller, Simon Stone, Peter Birkholz [Abstract] Auditory feedback modulation (AFM) is a method that allows for an examination of a speaker’s vocal motor control. In AFM experiments, the participant phonates into a microphone and receives an acoustically perturbated real-time feedback of their voice via headphones. Phonatory reactions to the perturbated feedback may unravel underlying feedback and feedforward mechanisms of voice production. The aim of this study is to evaluate a first version of VQ-Synth, a system for modulating vocal breathiness (i.e., the auditory perception of a whispery voice quality). In its current state, VQ-Synth allows for offline-manipulations of two parameters, spectral decay per octave and signal-to-noise ratio, the reduction of which is supposed to increase vocal breathiness. In a listening task, we assess whether this goal is met and how different parameter settings influence listeners’ perception of their own voice. Thus, prior to the listening task, participants record a series of sustained vowels which are then cut to a length of 3 s and resynthesized with VQ-Synth. Then, participants rate the degree breathiness and naturalness in unmanipulated and resynthesized samples of their own voice. Preliminary results of the listening task will be presented and discussed with respect to future improvements and implementations of VQ-Synth.
14:40	Towards conversational crowdsourcing tests: Measuring loudness ratings and delay of German crowdworkers Jonathan Silas Rietz, Thilo Michael, Sebastian Möller [Abstract] Crowdsourcing processes have seen a major breakthrough in speech quality testing. So far, most standardized methodologies refer to a listening-only situation, in which the electro-acoustic transfer conditions of the crowdworker equipment may impact the resulting listening experience. We would like to take the next step and use crowdsourcing tests also in a conversational situation, where delay may be another influencing factor. In order to analyze the impact of the equipment, we performed a simulated crowdsourcing study in which we invited typical German crowdworkers to our lab and asked them to connect their private equipment to our conversational crowdsourcing platform. We measured the acoustic-electric transfer characteristics as well as the additional delay introduced by their equipment. Depending on the type of headphone used, we found that the Receive Loudness Ratings were about 10 dB higher than what is typically assumed in standard telephone connections, whereas Send Loudness Ratings were mostly in line with the optimum settings. The end-to-end delay was mostly in the range of 200 ms, except for Bluetooth headsets which introduced around 360 ms of delay. The results are discussed regarding the simplified measurement methodology used, as well as the implications they might have for conversational crowdsourcing tests.
15:20	Advances in Reproducing Reverberation for the Receiving Path Jan Reimes, Magnus Schäfer [Abstract] Due to the increased usage of teleconferencing tools in recent years, hands-free terminals like e.g., conference phones or notebook computers are used more often in daily work. In home environments, smart speakers are also increasingly available and are used for telephony, media playback, or as a speech-based dialogue interface. For both types of devices, the performance in receive direction strongly depends on the room acoustics, which directly influence the signal processing. Thus, qualification of such devices requires a realistic, efficient but also reproducible way to generate reverberation scenarios in the lab. An initial approach was presented at DAGA 2022, which already allowed a sufficiently accurate reproduction of reverberation time at the listener’s position. However, but the spectral characteristics between real and simulated environment differed significantly. Due to varying directivity, level, and frequency response, the simulation of reverberation and its calibration depends on the device under test. The previously used approach was found to be insufficient due to the residual reverberation of most measurement chambers. This contribution proposes an improved routine that is applied in a measurement series, which was conducted in real and simulated environments. Results of typical devices are compared regarding reverberation time as well as spectral accuracy.
15:40	Domain Specifc ASR for German Automotive Domain Christoph Popp, Andreas Maier, Seung Hee Yang [Abstract] Domain-specific automatic speech recognition (ASR) can be a difficult task for plenty of reasons. The biggest problem is the acquisition of domain-specific data as well as the choice of architecture to use. Especially for low-resource countries like Germany, where not much domain- specific data is freely available and open-source models are rare, it is important to get a feeling for the accuracy, which is realistcally achievable by fine-tuning existing models on small datasets. Because of that, we investigated how the amount and quality of domain- specific data influences the behavior of different ASR systems regarding the recognition rate of domain-specific vocabulary. To achieve that, two pre-trained acoustic models, namely Deepspeech-German by Mozilla and Quartznet by Nvidia Nemo, were fine-tuned on a dataset designed for the German automotive (car) domain. The dataset consists of a vocabulary of 177 domain-specific words (chosen manually), a text corpus with a size of 260MB and a speech corpus with 80 minutes of domain-specific content. The texts were collected from the forum Motor- Talk, which provided car- domain-specific articles. These texts were then used to collect the audio samples from 8 different speakers. Using different language and acoustic models recognition rates of up to 95,4% were achieved.
16:00	A New ASR Testing Approach to Optimize Microphone Pre-Processing in Vehicles Frank Kettler, Nils Rohrer [Abstract] The ASR certification (like for Siri, Alexa Auto,...) is often an unsatisfying process for a vehicle manufacturer. His influence is limited to the vehicle cabin, the microphone type, position and pre-preprocessing, the ASR engine itself (local WW detection and, in particular, cloud-based recognition engine) is completely out of vehicle manufacturer’s control. In practice, certification tests often result in a ëtry-and-error’ approach, in case the ASR results do not meet the limits for certification. A new test method provides more detailed information beyond the pure recognition rate. It is suitable to optimize the acoustic properties and microphone pre-processing in a vehicle cabin, both, for general better ASR performance, and -in particular- ahead of such certification tests. The test method calculates the correct word rate, respectively word error rate, for a given setup and ASR engine, based on edit distance operations. Additional failure information like the number of word deletions, substitutions and insertions are useful for optimization. It is also applicable for multi-talker scenarios, for microphone beamforming and separation techniques. It may help to steer a development process providing cost-benefit estimations.

Sprachverarbeitung (Poster)

Sprachverarbeitung (Poster)

Organisation:

O. Von Estorff, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung S. Lippert, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung

11:00	Impact of Pathological Speech on Speaker Anonymization – A Proof of Concept Jan Hintz, Yamini Sinha, Sebastian P. Bayerl, Korbinian Riedhammer, Ingo Siegert [Abstract] Speaker anonymization is important for identity concealment in different contexts. In this work, we examine the effects of pathological speech on the anonymization process. We are differentiating between two scenarios, a pathology-preserving anonymization in the diagnostic or remote treatment environment and a pathology-obfuscating anonymization as a general approach. In our contribution, we show how different state-of-the-art approaches perform at this task. First results show that when utilizing a speaker conversion method, the pathologies are still present after anonymization. This effect is not only audible and therefore improving subjective recognition rates, but also shown in the objective evaluation. While in a remote treatment scenario for speech pathologies, this solution might still be useful, it presents a vulnerability in the anonymization. To avoid re-identification by these pathologies, we propose another approach utilizing automatic speech recognition and text based speech synthesis.
11:08	Manipulation der Stimmqualität durch Resynthese: Einfluss verschiedener Resynthesekonfigurationen auf die wahrgenommene Behauchtheit und Natürlichkeit Isabel S. Schiller, Peter Birkholz, Christina Eggert, Simon Stone, Alexander Schnapka [Abstract] Das Stimmresynthesesystem VQ-Synth soll die subjektive Behauchtheit (eine Facette der Heiserkeit) von Sprachaufnahmen steigern und damit einen Ansatz zur Erforschung und Therapie funktioneller Dysphonien bieten. Ziel dieser Arbeit war es, VQ-Synth erstmalig in einer Laborstudie auditiv zu evaluieren. Dazu wurde in einem Hörversuch (N = 31) der Einfluss der beiden VQ-Synth Resyntheseparameter spektraler Abfall pro Oktave und Signal-Rausch-Verhältnis auf die subjektiv wahrgenommene Natürlichkeit und Behauchtheit von Sprachaufnahmen des gehaltenen Vokals /a:/ in modaler (normaler) und heiserer Ausgangsstimme untersucht. Visuelle Analogskalen erwiesen sich für die Erfassung der Perzepte Natürlichkeit und Behauchtheit als geeignet: Unmanipulierte Stimmsamples wurden als natürlicher bewertet als manipulierte Stimmsamples und innerhalb der unmanipulierten Stimmsamples wurde die heisere Ausgangsstimme als behauchter bewertet als die modale. Je stärker die Manipulation der beiden Resyntheseparameter war, umso behauchter wurden die Stimmsamples wahrgenommen. Dabei sank jedoch die empfundene Natürlichkeit. Es konnten Resynthesekonfigurationen identifiziert werden, bei deren Anwendung sich die Bewertung der Behauchtheit signifikant erhöhte, ohne dass jedoch die Bewertung der Natürlichkeit signifikant abnahm. Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass das intendierte Ziel von VQ-Synth (d.h., Steigerung der empfundenen Behauchtheit), erreicht wurde. Künftig sollen weitere technische Verbesserungen implementiert werden, beispielsweise um die empfundene Natürlichkeit auch bei stärkerer Manipulation zu erhalten.
11:16	Verbesserung der Robustheit eines LPCNet-basierten neuronalen Breitband-Vocoders gegenüber Paketverlusten Peter Kögler, Stefan Feldes [Abstract] Das LPCNet ist ein Sprachsynthese-Modell, das lineare Prädiktion und rekurrente neuronale Netze miteinander verbindet. Seine Verwendung als Teil eines Vocoders erlaubt bei der Bitrate von 1,6 kb/s hohe Qualität bei vergleichsweise geringer Komplexität, sodass die Synthese auf Allzweck-Hardware in Echtzeit durchführbar ist. Da der Vocoder bislang nicht mit einem Mechanismus ausgestattet ist, der die negative Auswirkung von Paketverlusten kompensieren kann, werden in diesem Beitrag zwei solcher Mechanismen vorgestellt. Der erste Ansatz basiert auf dem Prinzip, bei einem Paketverlust vorherige Information zu wiederholen. Der zweite Ansatz versucht, mittels Domain-Adaptation die neuronalen Strukturen so zu trainieren, dass sie Paketverluste kompensieren können. Beide Ansätze wurden implementiert und in einer Testsituation bewertet. Die Auswertung hat gezeigt, dass beide Ansätze im Fall von Paketverlusten signifikante Verbesserungen der Qualität erwirken. Dabei hat der Ansatz, vorherige Information zu wiederholen, bessere Ergebnisse erzielt als der Ansatz, Domain-Adaptationen durchzuführen.
11:24	Presenting a German Dataset of Wakewords - First Analyses and Comparison of different Solutions for Speech based Activation Techniques Matthias Busch, Yamini Sinha, Jan Hintz, Andreas Wendemuth, Ingo Siegert [Abstract] Various improvements within the field of speech processing and speech recognition enabled the development of sophisticated Voice User Interfaces (VUI), including better acoustic modelling, and language understanding due to the use of vast amounts of data and deep learning technologies. Furthermore, a broad community of researchers and developers can access machine learning and classical solutions to build speech assistants (SA) and VUIs to explore potential benefits for new use cases of speech technology. One main drawback is the availability of proper data to model and develop reliable systems. In the context of the Eaasy-System project, we aim to develop a SA to support the usage of adaptive autonomous electric bikes for last mile delivery processes. In the current work, we present and analyse the dataset ”Paket Rakete”, that aims to overcome the data shortage. Via a crowdsourcing platform, it was possible to collect roughly 5k speech utterances of different speakers uttering the wake word of the Eaasy System. Based on the dataset, the full paper will explore the applicability of several open source frameworks to train and develop voice activity detection and wake word detection modules as a basis for a modular audio pipeline for state-of-the-art VUIs and SA systems.
11:32	Evaluation von Sprecherverifikation für Sprachsteuerung in der Produktion Lukas Bombel, Marvin Norda, Paul Reuter, Christoph Engel [Abstract] Sprachsteuerung ist im Consumer-Bereich bereits fest etabliert, findet jedoch auch in der Industrie zunehmend Anwendung. Neben potenziellen Vorteilen in Flexibilität und Effizienz zu Touchscreens o. Ä. birgt Sprachsteuerung jedoch auch Risiken bezüglich der Ausnutzung durch Unbefugte. Durch die Nutzerverifikation anhand von Sprechererkennungssystemen könnte dieses Risiko minimiert werden. Ziel dieser Arbeit ist die Evaluation eines Sprechererkennungssystems bezüglich verschiedener, für die Produktion relevanter Einflüsse. Die Evaluation findet anhand eines Datensatzes von produktionsbezogenen Sprachbefehlen statt. Betrachtet werden hierbei verschiedene Störgeräuschkonditionen bis 84 dB(A), wobei die Befehle vergleichend mit mehreren Mikrofonen aufgezeichnet wurden. Als Bewertungsmaß dienen die Fehlerraten des Systems bezüglich Annahme oder Ablehnung eines Sprechers. Anhand von Vergleichen verschiedener Konditionen werden dabei die optimalen Bedingungen für die Anwendung erörtert. Der größte Einfluss zeigt sich in der Wahl des verwendeten Mikrofons, wobei persönlich getragene Mikrofone mit störgeräuschunterdrückenden Mechanismen die geringsten Fehlerraten aufweisen. Außerdem ergibt sich eine starke Abhängigkeit der Fehlerraten von der Länge der Sprachbefehle, wobei bis zu einer Audiolänge von etwa 5 s Verbesserungen vorliegen. Weiterer Forschungsbedarf zeigt sich in der Wahl einer optimalen Entscheidungsschwelle für die Annahme oder Ablehnung eines Sprechers.
11:40	Referenzfreie Vorhersage von Höranstrengung für Smart-Speaker-Sprachausgaben Rainer Huber, Hannah Baumgartner, Jan Rennies-Hochmuth [Abstract] In einem Beitrag für die DAGA 2022 haben wir die Eignung eines objektiven Verfahrens zur referenzlosen Vorhersage von Höranstrengung für die Evaluation der Sprachausgabe von Smart Speakern unter realistischen Abhörbedingungen gezeigt. Das zugrundeliegende LEAP-Modell (Listening Effort prediction from Acoustic Parameters) wurde in der Zwischenzeit um eine binaurale Vorverarbeitungsstufe erweitert, um auch die empfundene Höranstrengung von Sprache im Störgeräusch in räumlichen Situationen modellieren zu können. Um das erweiterte Modell zu testen, wurde ein Hörexperiment durchgeführt, bei dem normalhörende Proband*innen entsprechende Hörproben mit synthetischen Stimmen mit unterschiedlichen Störgeräuschen und verschiedenen Einfallsrichtungen von Sprache und Störgeräusch hinsichtlich der Höranstrengung bewertet haben. Des Weiteren wurde der Einfluss verschiedener synthetischer Stimmen im Störgeräusch auf die Höranstrengung untersucht. Hier hatte das LEAP-Modell Unterschiede der Höranstrengung von bis zu 4 Skaleneinheiten der 14-stufigen Höranstrengungsskala vorhergesagt. Die wesentlichen Ergebnisse des Vergleichs subjektiver Messdaten mit Modelldaten sind zum einen, dass der Einfluss räumlich verteilter Sprach- und Störgeräuschquellen auf die Höranstrengung bereits weitgehend durch Berücksichtigung des ”better ear”-Effekts im Modell erklärt werden konnte, und zum anderen, dass die Unterschiede zwischen verschiedenen Stimmen bezüglich der empfundenen Höranstrengung durch das Modell leicht überschätzt werden.

Strömungsakustik (Poster)

Strömungsakustik (Poster)

Organisation:

O. Von Estorff, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung S. Lippert, Technische Universität Hamburg, Institut für Modellierung und Berechnung

11:00	Konzeption und Inbetriebnahme eines kleinen Messaufbaus für Freistrahllärm Emre Kara, Anna-Sophia Henke, Thomas Geyer [Abstract] Turbulente Freistrahlen, wie sie zum Beispiel an den Triebwerken von Flugzeugen vorkommen, sind eine wesentliche Quelle strömungsinduzierten Schalls. Um dieses Phänomen am Arbeitsgebiet Technische Akustik experimentell untersuchen zu können, wurde ein kleiner Prüfstand konzipiert und in den vorhandenen aeroakustischen Windkanal integriert. Basierend auf einer Literaturrecherche wurde im ersten Schritt eine Düse konstruiert, die bei Verwendung des im Windkanal vorhandenen Ventilators und unter Berücksichtigung weiterer Randbedingungen (Versperrung der Düse, Druckerhöhung) eine Strömung mit möglichst hoher subsonischer Geschwindigkeit ermöglicht. Diese Düse wurde anschließend additiv gefertigt und in den Windkanal integriert. Um die Eignung des Messaufbaus zu testen, wurde in einem zweiten Schritt die Qualität der austretenden Strömung bei verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten mit Hilfe von Hitzdrahtmesstechnik untersucht. Dabei zeigte sich ein sehr ebenes Strömungsprofil mit nur geringer Turbulenz im Kernstrahl, was die gewünschte turbulenzarme Strömung des Windkanals und somit die Funktionalität des Messaufbaus bestätigt. In einem letzten Schritt wurden akustische Messungen mit Hilfe von acht im Fernfeld befindlichen Mikrofonen durchgeführt. Obwohl das spektrale Maximum sehr tieffrequent ist und damit außerhalb des messbaren Bereiches lag, zeigte sich in den Ergebnissen der erwartete Abfall des Schalldruckpegelspektrums bei mittleren und hohen Frequenzen.
11:08	Kontrollierte Versuchsbedingungen für die strömungsakustische Charakterisierung von Radialventilatoren Felix Czwielong, Thomas Uffinger, Stefan Schoder, Patrick Heidegger, Manfred Kaltenbacher, Stefan Becker [Abstract] In einer Vielzahl von industriellen Anwendungen werden Radialventilatoren zur Förderung von Luft- und Gasströmen eingesetzt. Dabei steht bei der Optimierung der Maschinen nicht nur die aerodynamischen Eigenschaften, sondern auch eine geringe Schallabstrahlung im Fokus. Die physikalischen Zusammenhänge der strömungsakustischen Geräuschentstehung bei Radialventilatoren sind bislang nicht vollständig untersucht worden. Vor allem wenn in diesem Zusammenhang ein Gehäuse um dem Radialventilator ist, sind die Transferpfade von dem Radialventilator bis hin zur Schallabstrahlung ins Fernfeld nicht geklärt. Ein Grund hierfür ist, dass es eine Schwierigkeit darstellt, einen geeigneten Prüfstand für Radialventilatoren zu entwickeln, bei welchem kontrollierte Versuchsbedingen vorliegen. Durch die Umlenkung der Strömung im Laufrad sind kontrollierte Zuströmbedingungen nur schwer zu realisieren. In diesem Beitrag wird ein Radialventilatorprüfstand vorgestellt, welcher aufzeigt, wie strömungsmechanische, als auch akustisch kontrollierte Versuchsbedingungen geschaffen werden können. Mit Hilfe des Versuchsstandes ist es möglich die strömungsakustische Geräuschentstehung an Radialventilatoren in Abhängigkeit von Zuströmturbulenzen besser zu verstehen. Zusätzlich können Transferpfadanalyen zwischen Radialventilator und Gehäuse durchgeführt werden. Basierend auf dem Versuchsstand wird ein Benchmarkfall für Radialventilatoren abgeleitet. Damit ist es möglich numerische Arbeiten auf diesem Gebiet zu validieren und somit Schritt für Schritt das physikalische Grundverständnis für die Schallabstrahlung von Radialventilatoren zu erweitern.
11:16	Der Prandtlventilator – Die glockenförmige Arbeitsverteilung für den minimal induzierten Widerstand Felix Czwielong, Julian Benz, Andreas Renz, Christof Ocker, Michael Sedlmajer, Markus Merkel, Stefan Becker [Abstract] Im Jahre 1933 stellte Prandtl eine glockenförmige Auftriebsverteilung für Tragflügel vor, mit welcher bei gleichbleibendem strukturellen Gewicht, die Effizienz, im Vergleich zur elliptischen Verteilung, gesteigert werden konnte. Die glockenförmige Auftriebsverteilung wurde in entsprechender Form als Arbeitsverteilung eines eingehausten Axialventilator angewendet. Dabei diente der EAA-Benchmark Axialventilator mit isoenergetischer Arbeitsverteilung und neun Schaufelblättern als Ausgangsventilator. Anhand von experimentellen Untersuchungen zeigte sich, dass durch die angepasste Arbeitsverteilung die Effizienz des Ventilators gesteigert werden kann und gleichzeitig die Schallabstrahlung gesenkt werden kann. Anhand von numerischen Strömungssimulationen der Ventilatoren kann festgestellt werden, dass die glockenförmige Arbeitsverteilung dazu führt, dass der Kopfspaltwirbel an den Schaufelblättern abgeschwächt wird. Die Abschwächung der Kopfspaltströmung führt zu der geringeren Schallabstrahlung des Prandtlventilators.
11:24	Strömungsinduzierte niederfrequente Druckschwankungen am Unterboden von Fahrzeugen Laura Breitenbücher [Abstract] Aufgrund der zunehmenden Bedeutung der Widerstandsoptimierung sowie dem Wegfall der Abgasanlage besitzen batterieelektrische Fahrzeuge (Battery Electric Vehicle (BEV)) typischerweise einen sehr glatten Unterboden. Obwohl dieser grundsätzlich durch ein sehr niedriges akustisches Störpotential gekennzeichnet ist, wurde bei bestimmten Fahrzeugkonfigurationen eine starke Strömungsresonanz im Frequenzbereich unter 30 Hz beobachtet. Ziel ist es, die genaue Ursache für die Entstehung dieser tieffrequenten Strömungsresonanzen am Fahrzeug-Unterboden zu identifizieren, um nachfolgend stabile und robuste Maßnahmen zu entwickeln, mit welchen das Strömungsphänomen unter gleichzeitiger Erfüllung von aerodynamischen Anforderungen vermieden werden kann. Hierzu wird ein abstraktes Modell entwickelt, mithilfe dem das Strömungsphänomen detailliert untersucht werden kann. Dabei werden zum einen CFD-Simulationen und zum anderen Windkanalexperimente durchgeführt. Nachdem ein theoretisches Verständnis für die strömungsmechanischen Mechanismen des Strömungsphänomens erreicht wurde, sollen stabile Maßnahmen zu dessen Vermeidung entwickelt werden. Diese sollen anschließend auf Realfahrzeuge übertragen und optimiert werden.
11:32	Vergleich von Schlitzrohrsonde und Multi-Port-Verfahren für die akustische Charakterisierung rohrgebundener Axial-Ventilatoren Jörg Riedel, Constantin Heinemann, Stefan Becker [Abstract] Axialventilatoren werden bei industrieller Anwendung oft nicht als frei-ansaugende und ausblasende Aggregate verwendet, sondern sind insbesondere bei der Gebäudebelüftung bisweilen in ein Rohrleitungssystem integriert. Durch den Einbau des Ventilators in ein Rohrsystem verschiebt sich einerseits aufgrund des zusätzlichen Anlagenwiderstandes der Betriebspunkt des Ventilators auf der Kennlinie andererseits wird auch das vom Ventilator emittierte Schallspektrum beeinflusst. Letzteres macht sich besonders dann bemerkbar, wenn sich der Ort der Schallmessung in einiger Entfernung stromauf oder stromab des Ventilators befindet, da sich in Rohrleitungen in Abhängigkeit von Durchmesser und Frequenz nur bestimmte Modenformen ausbreiten können. Klassischerweise erfolgt die akustische Charakterisierung von Axialventilatoren in Rohrströmungen mit der Schlitzrohrsonde. Dieses Verfahren erlaubt es einerseits nicht das emittierte Schallspektrum nach akustischen Moden aufzuteilen und kann andererseits nur bedingt hydrodynamische Druckschwankungen, welche das Nutzsignal maskieren, unterdrücken. Mit der sogenannten Multi-Port-Methode kann durch den Einsatz mehrere wandbündig stromauf und stromab des Ventilators montierter Mikrofone das Schallfeld in die einzelnen Rohrmoden zerlegt werden. Im vorliegenden Beitrag sollen die Vor- und Nachteile der beiden Messmethoden anhand des Beispiels eines in einen Rohrleitungsprüfstand integrierten Mitteldruckaxialventilators herausgearbeitet werden. Das übergeordnete Ziel der Forschungsarbeiten ist es, durch ein besseres Verständnis der Schallentstehungsmechanismen Maßnahmen zur Schallreduktion des Gesamtsystems bestehend aus Ventilator und Rohrleitung abzuleiten.

Strömungsakustik 1

Strömungsakustik 1

Sitzungsleitung:

G. Herold, TU Berlin, Fachgebiet Technische Akustik T. Geyer, DLR, Institut für Elektrifizierte Luftfahrtantriebe, Cottbus

9:00	Attenuation of low-frequency pressure fluctuations within the test section of an aeroacoustic wind tunnel using Helmholtz resonators Alexander Bald, Kathrin Stahl, Holger Foysi, Sabine Roller [Abstract] Ein neuer aeroakustischer Windkanal mit offener Messstrecke und geschlossener Luftrückführung an der Universität Siegen soll in diesem Beitrag mitsamt seinem Leistungsvermögen vorgestellt werden. Wie bei vielen Windkanälen vergleichbarer Bauart treten in der Messstrecke auch hier in eng eingegrenzten Geschwindigkeitsbereichen tieffrequente Druckfluktuationen hoher Schalldruckamplitude auf. Ursächlich sind Eigenresonanzen der Windkanalröhre, angeregt durch kohärente Wirbelstrukturen in der Scherschicht des Messstrecken-Freistrahls. Durch Einsatz eines Helmholtz-Resonators werden Schalldruckamplituden gedämpft. Die Halslängenkorrektur stellt eine wichtige Größe zur Dimensionierung des Helmholtz-Resonators dar, gleichwohl liefert die Literatur ein nicht eindeutiges Bild. Im Rahmen einer experimentellen Studie wurde am Windkanal der Prototyp eines Helmholtz- Resonators installiert und durch Variation der verbauten Halslänge ein Optimum hinsichtlich maximaler Dämpfung ermittelt. In weiteren Schritten wurde das Dämpfungsverhalten bei einem in das Resonatorvolumen hineinragenden Halses und der gleichzeitige Einsatz von zwei Helmholtz-Resonatoren untersucht. Die Schalldruckamplituden der Druckfluktuationen konnten von 108dB auf unter 80dB gedämpft, eine Abhängigkeit der Halslängenkorrektur von der Resonanzfrequenz des Resonators festgestellt werden. Wir zeigen außerdem Ergebnisse von Schallmessungen von Tragflügeln mit stumpfen Hinterkanten, zur Demonstration der Windkanalqualität.
9:20	Schalldämpfung in strömungsführenden Kanälen mittels Double-Layer MPA Stefan Becker, Benedikt Berchtenbreiter [Abstract] Zur Schalldämpfung in Strömungskanälen werden mikroperforierte Absorber (MPA) verwendet. Diese bestehen in der Regel aus einem mikroperforierten Paneel (MPP) in Kombination mit einem Rückvolumen. Die Reduktionsmaxima treten dabei im Bereich der Resonanzfrequenzen auf und die Wirkung ist schmalbandig im Vergleich zu fasrigen Absorbern. Bei der Entwicklung von MPA ergibt sich, dass das erforderliche Rückvolumen mit abnehmender Frequenz steigt. Möglichkeiten das Rückvolumen zu verringern, ergeben sich aus einer Kombination aus MPP und fasrigen Absorbern. Zusätzlich können hierbei die Dämpfungsmaxima auf einen größeren Frequenzbereich verbreitert werden. Ziel der Arbeit war die Auslegung von Wandauskleidungen als Double-Layer MPP. Hierfür werden geschlitzte MPP in Kombination mit einem passiven Absorber und einem Rückvolumen verwendet. Um hohe Freiheitsgrade in der Auslegung zu erreichen, werden als passive Absorber additive gefertigte Gitterstrukturen verwendet, deren akustische Eigenschaften in Abhängigkeit der Gitterkonstante gezielt angepasst werden können. Damit gelingt es mit einem Double-Layer MPP für die betrachteten Zielfrequenzen das erforderliche Rückvolumen um bis zu 13% zu reduzieren. Abschließend erfolgten Untersuchungen bei Machzahlen kleiner 0.1 in einer Kanalströmung. Es zeigt sich eine Abhängigkeit der schalldämpfenden Wirkung von der Strömungsgeschwindigkeit. Insbesondere wenn Schall und Strömung gleiche Ausbreitungsrichtung haben, ergeben sich Verschiebungen der Dämpfungsmaxima zu hohen Frequenzen.
9:40	Einfluss der Einbausituation auf das aeroakustische Verhalten eines Luftdurchlasses Philipp Ostmann, Martin Kremer, Dirk Müller [Abstract] Die akustische Geräuschentwicklung bei Luftdurchlässen stellt eine Beeinträchtigung einer produktiven Arbeitsumgebung und damit einen erheblichen Limitierungsfaktor in Lüftungssystemen dar. Zur messtechnischen Untersuchung von Luftdurchlässen ist es wichtig, dass eventuelle Störquellen, wie Ventilatoren, Regelklappen oder das Luftkanalnetz, im Prüfaufbau eliminiert werden. Die vollständige Charakterisierung des Durchlassgeräusches erfordert spezielle Prüfräume, weshalb in diesem Beitrag der Einsatz einer alternativen, einfacheren Umgebung untersucht wird. Soll nur der Luftdurchlass isoliert untersucht werden, sind insbesondere die akustischen Emissionen des Luftkanalsystems relevant, da Ventilatorgeräusche über Schalldämpfer effizient gedämpft werden können. Der untersuchte Luftdurchlass wird üblicherweise mit Schläuchen oder Wickelfalzrohren angeschlossen. Je nach innerer Struktur der Leitungen und erforderlichen Umlenkungen aufgrund der räumlichen Gegebenheiten entstehen weitere Störgeräusche. In dieser Arbeit wird der Einfluss verschiedener Maßnahmen untersucht, mithilfe derer das Geräusch des Durchlasses isoliert werden kann. Den, aufgrund ihrer Flexibilität häufig eingesetzten, Kunststoffschläuche werden klassische Wickelfalzrohre mit einer glatteren Innenoberfläche gegenübergestellt. Es wird ein zusätzlicher Schalldämpfer an verschiedenen Positionen im Luftleitungssystem verbaut, um eine optimale Einbausituation für die Vermessung von Luftauslässen abzuleiten. Die Auskleidung der Prüfkammer mit schallabsorbierenden Elementen verbessert das Signal-to-Noise-Ratio (SNR), während ein Schalldämpfer vor dem Luftdurchlass Störgeräusche ausgehend von der Luftzuführung filtert. Die Wirkung dieser Maßnahmen wird bewertet und es werden weitere Maßnahmen diskutiert.
10:20	Modellierung von Plattenschalldämpfern mit mehreren Kammern Vincent Radmann, Ennes Sarradj [Abstract] Plattenresonatoren in Kanälen sind besonders gut zur Dämpfung tiefer Frequenzen geeignet. Außerdem sorgt die glatte, undurchlässige Oberfläche für eine geringe Rückwirkung auf das strömende Fluid und ist unempfindlich gegenüber Verunreinigungen. Ob dieser Vorteile ist eine gezielte Auslegung für spezifische Anwendungsfälle von großem Interesse. Mit dem vorgestellten semi-analytischen Rechenmodell ist eine Berechnung der Durchgangsdämpfung auch für den dreidimensionalen Fall bereits möglich, wenn nur eine Kammer vorhanden ist. Je nach Anwendungsfall kann es jedoch sinnvoll sein, unterschiedliche Kammern zu kombinieren, um beispielsweise breitbandigere Dämpfung zu erzielen. Daher wird in dieser Arbeit eine Streumatrix-Methode implementiert, die die Berechnung der Durchgangsdämpfung für Plattenresonatoren bestehend aus mehreren Kammern mittels des betrachteten semi-analytischen Modells ermöglicht. Die erzielten Ergebnisse werden mit FEM-Simulationen verglichen. Da das Rechenmodell modale Diskretisierung beinhaltet, wird außerdem die Approximationsgüte des Modells anhand der FEM-Ergebnisse untersucht. Darauf aufbauend können weitere systematische Untersuchungen zur Wirkungsweise von Plattenresonatoren und deren Optimierung hinsichtlich der Durchgangsdämpfung getätigt werden.
10:40	Noise sources identification in HVAC systems via lattice-Boltzmann and FW-H acoustic analogy computations Gianluca Romani, Damiano Casalino, Andreas Jantzen, Charles Luzzato [Abstract] This work describes the assessment of a noise sources detection method for HVAC systems based on lattice-Boltzmann and Ffowcs Williams-Hawkings acoustic analogy computations. First, scale-resolving aerodynamic and pure acoustic compressible flow simulations - carried out using the commercial solver SIMULIA PowerFLOW - are performed to extract the turbulent flow and the acoustic transfer function of a wall-bounded system, respectively. Hence, such fields are used as input to a recently developed in-house post-processor, OptydB-Lighthill, in order to compute the surface/volume source terms and the tailored Green’s function of the problem, respectively, as well as to perform their convolution in the frequency domain for the evaluation of the far-field noise at a given observer position. The proposed approach is validated against different test cases of increasing complexity: a leapfrogging vortex-rings motion in an unbounded flow, and automotive HVAC systems with and without blower. The far-field noise predictions obtained through OptydB-Lighthill are found in a good agreement with lattice-Boltzmann direct noise computations, allowing the usage of the present method for noise source detection in wall-bounded flows such as those characterizing HVAC systems.

Strömungsakustik 2 - Schallquellen und Ventilatoren

Strömungsakustik 2 - Schallquellen und Ventilatoren

Sitzungsleitung:

T. Geyer, DLR, Institut für Elektrifizierte Luftfahrtantriebe, Cottbus G. Herold, TU Berlin, Fachgebiet Technische Akustik

14:00	Stochastic Noise Source Methods for Broadband CAA of a Forward- Facing Step Philipp Uhl, Roland Ewert [Abstract] Die breitbandige Schallabstrahlung einer vorwärtsspringenden Stufe wird numerisch untersucht und zu bereits existierenden experimentellen Daten aus dem Aeroakustischen Windkanal der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg verglichen. Das aeroakustische Nah- und Fernfeld wird dabei durch eine Hydrodynamic/Acoustic-Splitting-Methode mittels der Perturbed Convective Wave Equation (PCWE) berechnet. Eine inkompressible LES oder die Fast Random Particle-Mesh-Methode (FRPM) stellen die aeroakustischen Quellterme bereit. FRPM ist eine stochastische Schallgenerierungsmethode, die zeitabhängige Geschwindigkeitsfluktuationen auf Basis zeitlich gemittelter Turbulenzstatistiken synthetisiert. Die Geschwindigkeitsfluktuationen erfüllen Zwei- Punkt-Raum-Zeit-Korrelationen und werden mittels einer Poisson-Gleichung in hydrodynamische Druckfluktuationen umgewandelt, die die PCWE anregen. Die wandaufgelöste LES stimmt sehr gut mit den experimentellen Daten überein und dient deshalb als zusätzliche Validierungsgrundlage für die stochastische Schallgenerierungsmethode. Die Ergebnisse von FRPM-CAA mit zeitlich gemitteltem LES- sowie RANS-Input sind in guter Übereinstimmung hinsichtlich akustischen Fernfeld- und Nahfeldspektren sowie Nahfeldkorrelationen. Mit FRPM angeregte CAA-Simulationen benötigen nur 12% des Rechenaufwandes verglichen zur konventionellen LES-CAA-Methode und zeigen somit das enorme Potential für aeroakustische Vorhersagen mit Fokus auf breitbandige Schallmechanismen auf.
14:20	Experimentelle Untersuchung eines 2D-Tragflügelprofils zu kohärenten Strukturen in der turbulenten Grenzschicht Simon Jekosch, Simon Demange, Kilian Oberleithner, Ennes Sarradj [Abstract] Der Lärm von Windturbinen ist ein Hauptproblem für die Nutzung der Windenergie an Land. Unter den verschiedenen Geräuschquellen von Windturbinen wurde der breitbandige Eigenlärm der Tragflächen, genauer gesagt der Hinterkantenlärm, als wesentliche Quelle der Schallemission identifiziert. Neben der Notwendigkeit, die Schallerzeugung der Hinterkante vorherzusagen und zu verstehen, besteht auch die Notwendigkeit, Kontrollstrategien zu entwickeln, um den von der Hinterkante abgestrahlten Lärm zu mindern. Dazu sollen neue Ansätze zur Modellierung der Ursache der Hinterkantenschallentstehung getestet werden, die sich auf den physikalischen Mechanismus konzentrieren. Bei den Methoden der linearen Stabilitätsanalyse wird davon ausgegangen, dass kohärente Strukturen in der turbulenten Grenzschicht für die Schallentstehung an der Hinterkante verantwortlich sind. Zur Validierung dieser Methoden wird ein NACA0012 Tragflügelprofil mit einer Sehnenlänge von 10 cm im Windkanal der TU Berlin vermessen. Zwei verschiedene Mikrofonarraymessungen mit einem planaren 64-Kanal Array und einem 40-Kanal Linienarray zur Lokalisierung der Schallquellen an der Tragflügelhinterkante wurden durchgeführt. Zusätzlich wurde das Strömungsfeld mit einer Hitzdrahtsonde und Oberflächendruckbohrungen auf dem Tragflügel vermessen. Die Array-Daten werden mithilfe von Algorithmen zur Entfaltung und inversen Mikrofonarraymethoden verarbeitet, um die akustischen Quellen zu lokalisieren und die zugehörigen Spektren den Lärmentstehungsmechanismen zuzuordnen.
14:40	Simulationsgestützte Konzeptionierung eines aeroakustischen Experimentes zur Untersuchung von kopfspaltströmungsinduzierter Geräuschentstehung Lev Liberson, Jannis Luke Anderson, Fabian Reuschling, Stephan-Michael Pott-Pollenske, Roland Ewert, Jan W. Delfs [Abstract] Bei modernen Axialventilatoren stellen günstige akustische Eigenschaften ein entscheidendes Auslegungskriterium dar. Hierbei ist der Einbezug von Akustik innerhalb eines multidisziplinären Entwicklungsprozesses nachträglich eingebrachten Schallreduktionsmaßnahmen vorzuziehen, da somit potentielle interdisziplinäre Synergieeffekte erfasst und exploitiert werden können. Ein angestrebtes Ziel hierbei stellt ferner die Multidisziplinäre Design Optimierung dar. Diese erfordert neben hoher Effizienz der eingesetzten Vorhersageverfahren gleichermaßen die hinreichend genaue Erfassung der erwarteten physikalischen Effekte. Im Kontext einer projektierten Optimierungskette für Ventilatorgeräusch soll die am DLR Braunschweig entwickelte stochastische Methode zur effizienten Schallquellenrekonstruktion auf Basis stationärer Strömungsdaten eingesetzt werden. Zur Validierung derselben hinsichtlich ihrer Vorhersagegüte des besonders für Axialventilatoren relevanten Schallentstehungsmechanismus - entstehend durch Sekundärströmungen, wie sie im Spaltbereich zwischen den Blattspitzen und der Ummantelung auftreten - soll mittels eines neu-geplanten experimentellen Versuchsaufbaus eine umfangreiche Datenbasis geschaffen werden. Kernziel des angedachten Experimentes ist die möglichst isolierte Anregung der Kopfspaltschallquelle, welche in einem Spalt variabler Ausdehnung mittels eines einseitig eingespannten Flügels und einer der Flügelseitenkante gegenüberliegenden Planfläche erzeugt wird. Gegenstand des vorliegenden Beitrages bildet der erste Schritt der iterativen Konzeptionierung des experimentellen Aufbaus, gestützt durch hochauflösende Strömungssimulationen. Dabei wird der Aufbau für den Einsatz im Akustischen Windkanal Braunschweig ausgelegt und optimiert, wo dieser anschließend unter Einsatz unterschiedlicher Verfahren akustisch vermessen werden soll.
15:00	Minderung von turbulenzinduziertem Schall an Lüftern durch perforierte Blattvorderkanten Thomas Geyer, Lars Enghardt [Abstract] Eine hinsichtlich der Lärmentwicklung wesentliche Komponente des Antriebsstranges neuer elektrifizierter Flugzeugantriebe ist der Elektromotor. Die Schallentstehung wird dabei sowohl durch magnetische, mechanische als auch strömungsmechanische Effekte verursacht, und die Interaktion der turbulenten Strömung durch den Spalt zwischen Stator und Rotor mit einem Kühllüfter oder anderen Körpern ist eine wesentliche Strömungsschallquelle. Neben konventionellen Lärmminderungsmaßnahmen, wie der Vergrößerung des Abstands zwischen Turbulenzerzeuger und Lüfter, gibt es auch Möglichkeiten, den entstehenden Schall durch die Verwendung strömungsdurchlässiger Materialien zu reduzieren. In einer umfangreichen experimentellen Studie wurde die Schallentstehung turbulent angeströmter, flacher Platten mit perforierter Vorderkante im aeroakustischen Windkanal untersucht. Als Perforation wurden regelmäßig angeordnete, senkrechte Rundlöcher verwendet, deren Durchmesser und Abstand variiert worden sind. Die turbulente Zuströmung wurde durch zwei passive Turbulenzgitter unterschiedlicher Maschengeometrie erzeugt. Durch die perforierten Vorderkanten ergeben sich gegenüber einer nicht-perforierten Referenzplatte deutliche Minderungen des Fernfeldschalldruckpegels vor allem im Bereich tiefer und mittlerer Frequenzen. Bei hohen Frequenzen kommt es bei Modellen mit großen Perforationen zu einer erhöhten Schallentstehung aufgrund der erhöhten Rauheit. Vorgesehen ist, aus den umfangreichen Messdaten ein einfaches mathematisches Modell zur Vorhersage der möglichen Lärmminderung durch Perforationen zu entwickeln.
15:40	Einfluss der Mikrophonanordnung auf die Lokalisation von Schallquellen aus aeroakustischen Simulationen Philipp Dietrich, Peiyang Yu, Marc Schneider [Abstract] Bei der Entwicklung neuer Ventilatoren ist neben den aerodynamischen Eigenschaften das erzeugte Geräusch von großer Bedeutung. Besonders bei Geräten, die in der Nähe von Menschen eingesetzt werden (Wärmepumpen, Dunstabzugshauben, PC-Kühlung), ist eine geringe Lärmentwicklung wichtig. Neben experimentellen Untersuchungen gewinnen numerische Verfahren (CAA - Computational Aeroacoustics) zur Bewertung der Akustik bei der Entwicklung von Ventilatoren zunehmend an Bedeutung. Zusätzlich zum wahrgenommenen Geräusch ist die Lokalisierung der Schallquellen wichtig, um geeignete Maßnahmen zur Reduktion des erzeugten Lärms abzuleiten. In experimentellen Untersuchungen hat sich Beamforming als effektives Mittel zur Lokalisation von Schallquellen etabliert. Dieses Verfahren lässt sich ebenfalls auf numerische Simulationen anwenden. Durch die Integration in numerische Simulationen lassen sich unterschiedliche Konfigurationen mit geringem Aufwand bewerten sowie komplexe dreidimensionale Mikrophonanordnungen realisieren. Im Rahmen dieser Untersuchung wird am Beispiel von ausgewählten Testfällen die Lokalisation von Schallquellen mit unterschiedlichen Mikrophon-Arrays untersucht und verglichen. Dazu werden neben unterschiedlichen Array-Geometrien auch verschiedene Fokus-Gitter und Quellbeschreibungen betrachtet.
16:00	Investigation into Generating Wind for Testing ANC Headphones Magnus Schäfer, Jan Reimes, Adèle Bachmann [Abstract] Active noise cancelling (ANC) headphones are commonly used in all kinds of environments nowadays. They are cancelling (or at least attenuating) many types of noises effectively. One type of noise that has proven to be challenging for these devices is wind noise. In contrast to most other noises, its origin is not a localized external sound source but the processes within an air flow and its interaction with physical objects (e.g., the headphone itself). Accordingly, the wind noises at two points (e.g., different device microphones) show little to no coherence. Thus, it is a complex task for the headphones to deal with this type of noise. A proposal for a wind noise simulation is found in a recent amendment to ETSI TS 103 640, a technical specification focusing on testing ANC headphones. Based on this proposal, an experimental investigation into wind noise generation, reproducibility and the practical applicability of the methodology is presented in this contribution. Test results for commercially available ANC headphones are presented. The challenges of integrating different wind generators in typical test setups and their impact on measurement results are discussed.
16:20	Modellierung des Geräuschs von Schutzgittern hinter Axialventilatoren mit Hilfe neuronaler Netze Andreas Lucius, Lionel D Silva, Ali Yilmaz, Marc Schneider [Abstract] Ventilatoren werden in Kundenapplikationen immer mit Schutzgittern als Berührschutz ausgeliefert. Das Gitter besteht im Wesentlichen aus eng stehenden zylindrischen Ringen, die durch eine Tragkonstruktion miteinander verbunden sind. Im betrachteten Fall eines druckseitigen Gitters befinden sich die Ringe im Abströmfeld der Schaufeln. Die Überströmung der Ringe verursacht sowohl einen Druckverlust, als auch ein Zusatzgeräusch, welches die Gesamtschallemission erheblich erhöhen kann. Es ist bekannt, dass sich für eng stehende Zylinder starke Abhängigkeiten der fluktuierenden Kräfte und damit der Akustik von Winkel zur Strömung und Abstand der Zylinder ergeben. In einem Windkanalversuch wurde eine große Datenbasis geschaffen, um die Akustik von 2 Zylindern in Abhängigkeit der relevanten Parameter zu beschreiben. Diese Messdaten wurden für das Training eines neuronalen Netzes benutzt, um ein Prognosemodell für die Akustik zu entwickeln. In einem weiteren Schritt wird dieses Modell auf die Akustik von Ventilatoren angewendet. Die Strömungsgrößen für jeden Ring werden dabei aus einer CFD Simulation des Ventiltors ohne Schutzgitter extrahiert. Es hat sich gezeigt, dass das Modell die Zusatzgeräusche sowohl in Frequenz als auch in Amplitude mit guter Genauigkeit liefert. Die Abhängigkeit der Schallleistung vom Betriebspunkt als auch bei Variation von Schutzgittern für den gleichen Ventilator konnten ebenfalls mit guter Genauigkeit durch das Modell abgebildet werden.
16:40	Rotierendes Beamforming zur Schallquellenlokalisation an Ventilatoren unter Berücksichtigung der tatsächlichen Ausbreitungsbedingungen Marius Lehmann, Daniel Ernst, Marc Schneider, Carsten Spehr, Markus Lummer [Abstract] Die rotierende Schallquellenlokalisation mithilfe von Mikrofonarrays ist ein hilfreiches Werkzeug bei der Entwicklung von lärmarmen Ventilatoren. Dabei werden Beamformingverfahren eingesetzt, um die Schallquellenverteilung in einem Fokusgebiet zu ermitteln. Die Rotation des Ventilators wird entweder durch virtuelle Rotation der Mikrofone oder durch Rotation des Fokusgitters mit zeitabhängigen Steering Vektoren berücksichtigt. Als Modell für die Schallausbreitung wird im einfachsten Fall ein Monopol im Freifeld angesetzt. Dieser Ansatz ist insbesondere nicht korrekt, wenn das zu untersuchende Objekt in einem Gehäuse eingebaut ist. In solch einem Fall wird die Schallausbreitung durch Reflexions- und Beugungseffekte beeinflusst. In diesem Beitrag wird ein rotierendes Beamformingverfahren vorgestellt, welches beliebige Greensche Funktionen zur Berechnung der Steering Vektoren berücksichtigen kann. Es wird eine typische Applikation eines Axialventilators im Gehäuse eines Wärmeübertragers untersucht. Die Schallausbreitung von der Ventilatorebene zu einem Mikrofonarray wird mit einem Fast Multipole - Boundary Element Verfahren (FM-BEM) simuliert. Die resultierenden, maßgeschneiderten Greenschen Funktionen werden zur Auswertung von realen Messdaten mittels des neuentwickelten, rotierenden Beamformingverfahrens genutzt.