Ein Modell zur Bestimmung der Messunsicherheit in der Raumakustik
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Forschungsprojekt wurden zwei Beiträge zur Messunsicherheit bei raumakustischen Messungen betrachtet. Dies markiert in zweierlei Hinsicht einen Fortschritt für die Raumakustik. Zum einen wurden selbst Einzelaspekte der Unsicherheit bei raumakustischen Messungen bisher noch nicht in dieser Detailtiefe untersucht. Die erfolgreiche, separate Untersuchung von Teilaspekten zeigt zum anderen auf, dass es generell möglich ist, die Unsicherheit raumakustischer Messungen zu bestimmen, soweit die Beiträge der Einzelaspekte vorliegen. Dies ist in dem Kontext zu sehen, dass die Unsicherheitsfortpflanzung auch in den Teilaspekten nicht unbedingt als trivial bezeichnet werden muss. So konnte im ersten Teil des Projektes mit einer neuen Analysemethode gezeigt werden, dass die Richtcharakteristik einer Schallquelle in einer gemessenen Impulsantwort über den gesamten zeitlichen Verlauf nachweisbar ist. Bisherige Analysemethoden konnten das nicht nachweisen. Zusätzlich ist es gelungen, dieses möglicherweise überraschende Ergebnis mit einfachen theoretischen Ansätzen zu erklären und so die Konsistenz der Resultate nachweisen. Das im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Modell zur Vorhersage der Messunsicherheit scheint ausreichend präzise, um als Werkzeug zu dienen, die Anforderungen an Messlautsprecher und deren Richtcharakteristik zu formulieren. Es ist damit gelungen, eine recht komplexe Messsituation für eine Messunsicherheitsdiskussion abzubilden. Im zweiten Teil dieses Projekts wurden die Konzepte des „Leitfadens zur Angabe von Unsicherheiten beim Messen“ erfolgreich auf eine komplexe Messung angewandt. So wurde z.B. die Validität von raumakustischen Messungen in der Vergangenheit wegen der örtlichen Schwankungen im Schallfeld in Frage gestellt. Die hier erreichten Forschritte machen deutlich, dass eine derart kritische Diskussion nicht erforderlich ist, wenn die Unsicherheit im Messergebnis berücksichtigt wird. Der Nachweis, dass die Richtcharakteristik den gesamten zeitlichen Verlauf einer Raumimpulsantwort beeinflusst, stellt ein überraschendes Ergebnis dar, das selbst von einigen erfahrenen Wissenschaftlern nicht erwartet wurde. Da zunächst andere Einflüsse erwartet wurden, hatte dieses Ergebnis eine aufwändige Suche nach möglichen Fehlerquellen zur Folge. Bei der Untersuchung der Messunsicherheit stellte sich heraus, dass es spezielle Fragestellungen gibt, die von Simulationswerkzeugen nicht zwingend korrekt prognostiziert werden können. Im Rahmen der Untersuchung des Richtcharakteristik-Einflusses zeigt sich, dass die in vielen Ray-Tracing-Programmen implementierten Zufallsprozesse (z.B. für Schallstreuung oder das Aussenden von Schallstrahlen) wiederholte Simulationen so stark dekorrelieren, so dass schwach nuancierte Effekte nicht mehr nachweisbar sein können. In der Frage nach den örtlichen Variationen im Schallfeld konnte nicht sicher geklärt werden, welche Simulationsansätze für die Messunsicherheitsdiskussion brauchbare Ergebnisse liefern.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- “Model for assessing the influence of an omnidirectional source’s directivity in room acoustic measurements”, Proc. DAGA 2009, Rotterdam, Netherlands [DEGA Studienpreis]
Renzo Vitale
- „A model to predict measurement uncertainties due to loudspeaker directivity and its validation (A)“, J. Acoust. Soc. Am., 131 (2012), p. 3253 [Best paper award]
Ingo Witew and Tobias Knüttel and Michael Vorländer
