Untersuchungen zur räumlichen und gehörbezogenen Analyse von Schallfeldern in Sälen

Becker, Jörg Karl; Lüke, Hans-Dieter

doi:26333

Untersuchungen zur räumlichen und gehörbezogenen Analyse von Schallfeldern in Sälen

Becker, Jörg Karl (Author)

2004

VerantwortlichkeitsangabeJörg Karl Becker

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2004

UmfangIV, 179 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Univ., Diss., 2004

Genehmigende Fakultät
Fak06

Hauptberichter/Gutachter
Lüke, Hans-Dieter (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2004-10-29

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-9873
DOI: 10.18154/RWTH-CONV-121516
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/59760/files/59760.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik (600000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Saal (Genormte SW) ; Raumakustik (Genormte SW) ; Schallmessung (Genormte SW) ; Physik (frei) ; Akustik (frei) ; Raumakustik (frei) ; Psychoakustik (frei) ; Gehoermodelle (frei) ; binaural (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 530

Kurzfassung
Die gezielte Gestaltung einer akustischen Wahrnehmung hat heutzutage einen festen Platz in der Produktgestaltung vieler Produkte des täglichen Lebens. Der Raumakustik, die die akustische Gestaltung eines Raumschallfeldes zur Aufgabe hat, kommt im Bereich des akustischen Designs eine Vorreiterrolle zu. Erste Untersuchungen zur gezielten Gestaltung von Schallfeldern in Sälen wurden bereits Anfang des letzten Jahrhunderts gemacht. Methoden zur Bestimmung akustischer Präferenzen hielten bereits in den siebziger Jahren in Form der Faktorenanalyse Einzug. Basierend auf Ergebnissen aus der Literatur präsentiert die vorliegende Arbeit neue Meß- und Analysemethoden, mit deren Hilfe Raumschallfelder im Hinblick auf ihre räumlichen Eigenschaften physikalisch und darüber hinaus gehöradäquat untersucht werden können. Ein neues flexibles Mehrkanalmeßverfahren wird beschrieben, das den Entstehungsort dominanter Reflexionen lokalisiert, ihre zeitliche Lage innerhalb der Raumimpulsantwort identifiziert und eine Bewertung im Hinblick auf Nutzen oder Schaden ermöglicht. Es wird ein Optimierungsalgorithmus vorgestellt mit dem die Richt- und Frequenzcharakteristik einer Mikrophonanordnung mit nachgeschalteter Filterbank - abhängig von der gewählten Mikrophonanzahl - bis auf das gewünschte Maß an die Charakteristiken beliebiger Systeme z.B. Kunstköpfe angepaßt werden kann. Messungen mit Kunstköpfen oder den zuvor beschriebenen Mikrophonanordnungen stellen den Ausgangpunkt für eine gehörbezogene räumliche Schallfeldanalyse dar. Durch Faltung binaural aufgezeichneter Impulsantworten von Sälen mit verschiedenen Signalen werden Stimuli erzeugt, die einer gehöradäquaten Analyse unterzogen werden. Zu diesem Zweck wird das temporale und spektrale Übertragungsverhalten verschiedener Konzepte zur Modellierung einzelner Funktionsgruppen des menschlichen Gehörs wird miteinander verglichen. Die Übertragungseigenschaften dieser Subsysteme werden in Relation zu physiologischen Befunden und psychoakustischen Messungen gesetzt. Anhand dieses Vergleichs wird eine Auswahl der geeigneten Subsysteme zum Zweck einer gehörbezogenen, räumlichen Schallfeldanalyse vorgenommen. Die ausgewählten Subsysteme werden zu einem Gehörmodell verschaltet, was die Berechung wesentlicher hörbedingter menschlicher Empfindungsgrößen wie z.B. der binauralen Lautheit ermöglicht. Das Lokalisationsvermögen des Gehörmodells ist in reflexionsarmer Umgebung mit dem menschlichen vergleichbar. Mit den oben beschriebenen und mit neuartigen synthetischen Stimuli werden neue psychoakustische Experimente zur scheinbaren Schallquellenbreite (ASW) und zum Eingehülltsein (LEV) vorgestellt und in Relation zu den Ergebnissen der Modellrechnungen gesetzt. Abhängigkeiten der Räumlichkeitsperzeption vom gewählten Stimulus können so erklärt und Forderungen für neue Meßverfahren abgeleitet werden.

The well directed design of an acoustic sensation has become a fix part in the development of many every day products. Room acoustics deals with the perception of sound fields in enclosures and how they could be influenced. First investigations for a directed layout of those sound fields have been made in the beginning of the last century. First methodically studies on the preferences of listeners have been made at the end of the sixties and beginning of the seventies in terms of factor analysis. Therefor room acoustics was the cutting edge of acoustical design in the seventies. Based on results from literature the current work presents new methods for spatial measurements and evaluations in room acoustics. With the help of those methods sound fields could be analysed on the on hand physically and on the other hand aurally adequate. A new flexible multi-channel measurement system is described, which enables the user to locate the origin of dominant reflections in an enclosure with the help of a multi-channel room impulse measurement. The corresponding time structures can be identified in the room impulse response and their contribution to the sound field can be judged with regard to benefit or damage. In order to measure binaural single number quantities with a microphone array an optimisation algorithm is presented which adapts the directivity pattern and frequency contribution of a microphone array with a set of digital (FIR) filter to the characteristics of a user defined system, e.g. to the transfer functions of dummy heads. The correspondence to artificial head measurements is shown in room acoustics. Measurements from artificial heads or from those microphone arrays are the starting point for an aurally accurate evaluation of the sound fields in enclosures. By convolution of binaural recorded impulse responses with different signals a set of stimuli is created which is analysed aurally adequate by a hearing model. The spectral and temporal performance of different subsystems of the human ear is discussed. The transfer properties of the subsystems are set into relation to physiological results and to the outcome of psycho acoustic experiments. The full hearing model allows the calculation of fundamental perceptual quantities e.g. binaural loudness. The locating possibility of the hearing model is tested in an unechoic surrounding. With the above mentioned and some synthetically created stimuli novel psycho acoustic experiments are performed for the evaluation of auditory source width (ASW) and listener envelopment (LEV). The results of the experiments are compared to the calculations of the hearing model. The dependence of the judgement from the chosen stimulus can be explained and requirements for new measurement systems can be derived.

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