BA/MA: Simulation des tieffrequenten Schalls mit Eigenmoden

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Simulation des tieffrequenten Schallübertragungsverhaltens in gedämpften Räumen durch Berechnung der Eigenmoden - ein Ansatz für die Echtzeit-Auralisation

Die numerische Simulation akustischer Schallfelder in Räumen wird heutzutage vornehmlich mittels strahlenbasierter Verfahren, wie der Spiegelschallquellen- oder der Ray Tracing Methode durchgeführt. Diese Methoden sind in der Akustik zu einem hohen Kenntnisstand entwickelt und numerisch bereits soweit optimiert, dass sogar echtzeitfähige Systeme mit diesen Verfahren betrieben werden können.

Im Falle der Akustik in kleinen Räumen liefern diese Verfahren allerdings nur unzureichende Ergebnisse für den tieffrequenten Bereich, in dem das Schallfeld durch einzelne wenige Moden dominiert wird. Eine realistische Simulation des Schallfeldes ist für diesen Bereich nur unter Berücksichtigung der korrekten Phasenbeziehungen der Schallwellen und somit durch eine numerische Lösung der Wellengleichung im Raum möglich. Dies kann beispielsweise durch die Finite Elemente (FE) Methode erreicht werden. Trotz stetig steigender Rechenleistung der verfügbaren Computer sind solche Verfahren allerdings nach wie vor sehr rechenzeit-intensiv und im Rahmen von Echtzeit-Simulationsumgebungen nicht einsetzbar.

Im Rahmen dieser Arbeit soll deshalb ein Ansatz untersucht werden, bei dem das Schallfeld aus vorabberechneten Raumeigenmoden unter Berücksichtigung der Quell- und Empfängerposition rekonstruiert wird. Für einen gegebenen Raum sollen hierzu die tieffrequenten Raumeigenmoden (beschrieben durch ihre Frequenz, Dämpfung und Eigenform) durch Superposition das Schallübertragungsverhalten berechnet werden. Der große Vorteil dieses Verfahrens ist darin zu sehen, dass für einen gegebenen Raum nur einmalig die tieffrequenten Moden vorabberechnet werden müssen um hieraus dann für bestimmte Quell- und Empfängerpositionen sehr schnell die Schallübertragung berechnen zu können.

Im Rahmen dieser Arbeit soll die Superposition der Eigenmoden in die Echtzeit-Auralisations-Software des ITA integriert werden.


Anforderungen/Tätigkeiten:
Interesse an wellenbasierten Verfahren. Gute Programmierkenntnisse in C++, Grundkenntnisse in Akustik.

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