Auralisation von urbanen Räumen: Benchmark und Evaluierung

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Vorländer
• Fachliche Zuordnung: Akustik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 499742946

Mit dem Forschungsprojekt möchten wir die Auralisierung urbaner Umgebungen auf ein breiteres Fundament stellen. Die Herausforderungen, die sich bei der Auralisierung virtueller akustischer Umgebungen ergeben, stellen höchste Anforderungen an die Methodik und Umsetzung von Simulation und digitaler Signalverarbeitung. Insbesondere urbane Szenen treiben die Bemühungen an ihre Grenzen, da sich viele Schallquellen in einer bebauten Umgebung schnell bewegen, in der sich Schallwellen wiederholt reflektieren und beugen. Ein Ergebnis aus dem abgeschlossenen Forschungsprojekt zur Echtzeitverarbeitung von Beugungsmodellen ist die Umsetzung eines effizienten Pfad-Such-Algorithmus, welcher in der Lage ist sowohl Reflexionen als auch Beugungen zu berücksichtigen. Um die Echtzeitverarbeitung zu gewährleisten, werden moderne variable Verzögerungsleitungen, kurze Filtereinheiten und ein neues binaurales Richtungs-Clustering-Konzept eingesetzt, welches binaurale Audio-Streams für die Auralisierung mit quasi-konstanter Last generiert. Es konnte eine erhebliche Diskrepanz zwischen den theoretisch möglichen Ausbreitungspfaden und der tatsächlich verarbeitbaren Pfadanzahl auf einem modernen Computer identifiziert werden. Die Vermutung liegt nahe, dass eine große Mehrheit der theoretischen Ausbreitungspfade unhörbar sind, da sie einerseits Schall aus vielen verschiedenen Richtungen kombinieren und andererseits von vielen verschiedenen Schallquellen überlagert werden können. Um dieses Problem anzugehen, muss eine Evaluation der Relevanz einzelner Pfade durchgeführt werden. Es ist geplant, die Wichtigkeit der Ausbreitungsfade auf technischer und perzeptiver Ebene zu untersuchen. Der technische Ansatz basiert dabei auf dem Vergleich von Resultaten einer akustischen Messreihe im Modellmaßstab und mit einer Simulationsreihe. Die Situationen des Benchmarks repräsentieren typische urbane Umgebungen, in denen sich Gebäude und Straßenschluchten befinden. Variationen der Modellierung werden mit den tatsächlich gemessenen Transferfunktionen verglichen, um die Auswirkung auf den Schalldruckpegel und das Interferenzmuster aufzudecken, beispielsweise in Bezug auf höhere Reflexions- und Beugungsordnungen. Schlussendlich wird in einem Hörexperiment festgestellt, welche perzeptiven Einflüsse zu erwarten sind, wenn verschiedene Relevanzfilter auf die theoretischen Ausbreitungspfade angewendet werden. Die Spezifizierung von Pegelschwellwerten und die Hörbarkeit von Klangfarbeneffekten werden in diesem Zusammenhang durch ABX Vergleichsstudienermittelt. Das Hauptergebnis des vorgeschlagenen Projekts ist ein quelloffener Benchmark urbaner Referenzsituationen mit qualitativ hochwertigem Zusatzmaterial und Dokumentation (welche heute noch nicht verfügbar ist), sowie ein Katalog von Empfehlungen zur Filterung von theoretischen Ausbreitungspfaden basierend auf der perzeptiven Relevanz für unterschiedliche Kontexte, z.B. um eine Außenlärmauralisation auf einem PC durchführen zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen