Optimale Schallfelderzeugung für Beschallungsaufgaben im Zeit- und Frequenzbereich
Strömungsmechanik
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Großbeschallungen für Sprache und Musik werden heute in der Regel mit Lautsprecher-Array-Systemen realisiert, die mit unterschiedlichen Freiheitsgraden (Verteilung/Geometrie/Gehäusekonstruktion der Treiber) und unterschiedlichen Randbedingungen (Geometrie des Auditoriums und der zu vermeidenden Bereiche, verfügbare akustische Leistung) im Hinblick auf eine optimale Ansteuerung des Arrays optimiert werden müssen. Dabei handelt es sich im um ein im mathematischen Sinn schlecht gestelltes inverses Problem, bei dem die Anzahl der Quellen immer erheblich kleiner als die Anzahl der Empfänger ist. Im Rahmen des Projekts wurde ein neuer Zugang zur Lösung dieses Problems erarbeitet, indem (a) traditionelle Ansätze zur Optimierung der Abstrahlung von Array-Systemen im Frequenzbereich durch einen Multiobjective-Goal-Attainment-Ansatz weiterentwickelt und (b) mit der Adjungierten-basierten Methode erstmals eine Optimierung im Zeitbereich implementiert wurde, die sich bei analogen Problemen in der Strömungsmechanik bewährt hat. Damit kann erstmals auch der Einfluss einer Grundströmung auf das generierte Schallfeld berücksichtigt werden, was - etwa wenn es um den Einfluss von Windströmungen auf die Sprachverständlichkeit in Stadien geht - von großer praktischer Relevanz sein kann. Während für die traditionelle Optimierung im Frequenzbereich insbesondere eine theoriegeleitete Voreinstellung der geometrischen Treiberanordnung entwickelt wurde (Polygonal Audience Line Curving, PALC), hat sich die Adjungierten-basierten Methode als geeignet erwiesen, für ein Zielschallfeld sowohl geeignete Positionen als auch geeignete Treiberfunktionen der Lautsprecher zu finden. Hierbei können nicht nur die in der Praxis häufig komplexen Richtcharakteristiken der Treiber präzise modelliert, sondern auch mögliche Grundströmungen innerhalb des Mediums berücksichtigt werden. Während der Einfluss des Raums im Projekt zunächst nur für schallharte Randbedingungen berücksichtigt wurde, sollen in einem Folgeprojekt auch impedanzbehaftete Randbedingungen modelliert werden, sodass nicht nur eine Optimierung der Schallquellen im Raum, sondern auch der raumakustischen Bedingungen selbst möglich sein wird.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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An Analytical Approach for Optimizing the Curving of Line Source Arrays. Journal of the Audio Engineering Society, 66(1/2), 4-20.
Straube, Florian; Schultz, Frank; Bonillo, David & Weinzerl, Stefan
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Adjoint-based optimization of sound reinforcement including non-uniform flow. The Journal of the Acoustical Society of America, 146(3), 1774-1785.
Stein, Lewin; Straube, Florian; Sesterhenn, Jörn; Weinzierl, Stefan & Lemke, Mathias
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Adjoint-based sound reinforcement in the time domain. In Proceedings of the 23rd International Congress on Acoustics, 2019.
L. Stein; F. Straube; J. Sesterhenn; S. Weinzierl & M. Lemke
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Adjoint-Based Identification of Sound Sources for Sound Reinforcement and Source Localization. Notes on Numerical Fluid Mechanics and Multidisciplinary Design, 263-278. Springer International Publishing.
Lemke, Mathias & Stein, Lewin
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Directional sound source modeling using the adjoint Euler equations in a finite-difference time-domain approach. The Journal of the Acoustical Society of America, 148(5), 3075-3085.
Stein, Lewin; Straube, Florian; Weinzierl, Stefan & Lemke, Mathias
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Synthese komplexer Richtcharakteristiken fur eine Schallfeldoptimierung im Zeitbereich. In Fortschritte der Akustik - DAGA 2020, pages 1192–1195, 2020.
M. Lemke; L. Stein; A. Holter; F. Straube & S. Weinzierl
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Adjungierten-basierte Schallfelderzeugung im Zeitbereich mit Zielfunktion im Frequenzraum. In Fortschritte der Akustik - DAGA 2021, pages 1633–1636
P. Seeler, A. Holter, S. Weinzierl & M. Lemke
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Adjungierten-basierte Synthese und Bestimmung optimaler Treiberfunktionen von Lautsprechern mit komplexer Richtcharakteristik. In Fortschritte der Akustik - DAGA 2021, pages 1629–1632
M. Lemke, L. Stein, A. Holter & S. Weinzierl
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Enhanced polygonal audience line curving for line source arrays. In Audio Engineering Society Convention 150, May 2021.
A. Holter; F. Straube; F. Schultz & S. Weinzierl
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External acoustic control of the laminar vortex shedding past a bluff body. Fluid Dynamics Research, 53(1), 015506.
Lemke, Mathias; Citro, Vincenzo & Giannetti, Flavio
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SPL-basierte Optimierung der Krummung von Line-Source-Arrays mit PALC. Technical report, Technische Universitat Berlin
A. Holter, F. Schultz, F. Straube & S. Weinzierl
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Supervised learning for multi zone sound field reproduction under harsh environmental conditions, 2021.
H. Sallandt; P. Krah & M. Lemke
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Adjoint-based analyzes in acoustic time-domain simulations. In Proceedings of the 24th International Congress on Acoustics, 2022.
M. Lemke
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Adjungierten-basierte Optimierung von Impedanz-Randbedingungen im Zeitbereich. In Fortschritte der Akustik - DAGA 2022, pages 907–910, 2022.
J. Reiss & M. Lemke
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Analysis and comparison of FDTD discretization procedures for room acoustical simulations. In Fortschritte der Akustik - DAGA 2022, pages 903–906
A. Holter, M. Lemke & S. Weinzierl
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Adjungierten-basierte Optimierung von akustischen Berandungen im Zeitbereich mittels Volumenpenalisierung. In Fortschritte der Akustik - DAGA 2023, pages 1070–1073
A. Holter, E. Porcinai, M. Lemke & S. Weinzierl
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Approximate acoustic boundary conditions in the time-domain using volume penalization. The Journal of the Acoustical Society of America, 153(2), 1219-1228.
Lemke, Mathias & Reiss, Julius
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Physics-informed interpolation of directional characteristics of sound sources. In Forum Acusticum 2023, 2023.
M. Lemke; A. Holter; D. Ackermann & S. Weinzierl
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Physikalisch informierte Interpolation von Richtcharakteristiken. In Fortschritte der Akustik - DAGA 2023, pages 1656–1659
M. Lemke, A. Holter, D. Ackermann & S. Weinzierl
