Übersicht

Um die Ziele im Projekt erreichen zu können, müssen unterschiedliche Schritte in diversen Teilfachgebieten durchgeführt werden, die im Folgenden auch näher beschrieben werden:

• Umrechnung von Lärmquellenmessungen in passende Schallprofile
• Automatische schallphysikalische Erfassung der Umgebung (Nah- und Fernbereich)
• Berechnung der Schallausbreitung anhand der Schallprofile und der Umgebungsdaten
• Interaktive visuelle und akustische Darstellung der Berechnungen mittels AR (virtuelle Lärmquelle mit virtuellem Schall in realen Umgebungen)

Umrechnung von Lärmquellenmessungen in passende Schallprofile

Im ersten Schritt müssen geeignete Lärmquellen besorgt und akkurat vermessen werden. Dafür werden sowohl eine Normschallquelle als auch ein Dodekaeder und zwei Außeneinheiten von Wärmepumpen mit 64 Mikrofonen vermessen, um eine geeignete Basis für die später durchgeführten Schallausbreitungsberechnungen bieten zu können. Die Messungen finden unter unterschiedlichen Klimabedingungen statt, welche in den Klimakammern des AITs bereitgestellt werden können. Durch diesen Aufbau ist eine frequenz- und richtungsaufgelöste Messung jeder beliebigen Schallquelle möglich. Die Daten werden in einem zweiten Schritt nach Frequenzbändern gefiltert, ausgewählt und komprimiert, um eine effiziente Arbeit zu ermöglichen. Diese Informationen dienen im Anschluss der Schallausbreitungsberechnung neben den Ergebnissen der Umgebungserkennung als Basis.

Die Resultate der Messungen und der Schalldatenaufbereitung werden unter Ergebnisse vorgestellt und näher beschrieben.

Automatische Erfassung der Umgebung (Nah- und Fernbereich)

Die Umgebungserkennung unterteilt sich grob in zwei Bereiche: Den Nah- und den Fernbereich. Für den Nahbereich werden primär die in den Mobilgeräten verbauten Sensoren genutzt, durch welche Punktwolken für einen Bereich von bis zu 5 Metern generiert werden können. Diese Punktwolken können im Anschluss u.a. durch die Nutzung von AI analysiert und Objekte bzw. Flächen erkannt werden. Für die vorliegenden Aufgaben müssen vor allem horizontale Flächen erkannt werden, die als Platzierungshilfen für die jeweilige virtuelle Schallquelle dienen.

Für den Fernbereich können keine Sensoren genutzt werden, die in gängigen Mobilgeräten verbaut worden sind. Dies bedeutet, dass eigene Methoden entwickelt werden müssen, um aus den erfassten Bildern bzw. Videoausschnitten der Kamera relevante Objekte identifiziert werden können. Die Basis für die Erfassung des Fernbereichs bilden, sofern in der jeweiligen Umgebung vorhanden, Modelle aus der GIS Datenbank. Diese Modelle werden im Anschluss durch weitere, nicht in der GIS-Datenbank erfassten, Modelle erweitert. Um dies zu realisieren werden gängige Methoden der Bild- und Videoverarbeitung sowie bereits für AR entwickelte Methoden analysiert und adaptiert oder neu entwickelt und implementiert.

Nach der Erfassung des Nah- und des Fernbereichs werden die Daten mit schallphysikalischen Eigenschaften aufgewertet. Dafür wird eine Datenbank erstellt, in der für unterschiedliche Materialien relevante Absorptions- und Reflexionsparameter hinterlegt wurden. Den jeweils identifizierten Objekte können nun, basierend auf der eben erwähnten Datenbank, Materialtypen zugewiesen werden, die für die Schallberechnungsmethoden wichtige Metadaten beinhalten.

Die Resultate, die Randbedingungen sowie die Einsatzbereiche der entwickelten Methoden zur Umgebungserkennung werden unter Ergebnisse vorgestellt.

Berechnung der Schallausbreitung anhand der Schallprofile und der Umgebungsdaten

Die Berechnung der Schallausbreitung erfolgt nicht mehr lediglich auf den Daten aus Punktschallquellen, sondern bezieht auch die Richtungs- und Frequenzabhängigkeit der einzelnen Quellen mitein. Die Berechnung erfolgt nach den Methoden der Schallausbreitungsberechnung im Freien. Korrekturen für die Ausbreitungsberechnung basierend auf der Richtcharakteristik der Quelle werden mittels der BEM Methode auf Basis von Monopol und Dipolquellen bestimmt. Es werden maximal erste und zweite Reflexionen mittels der Spiegelquellenmethode berücksichtigt. Bei einer Auralisierung wird eine Korrektur der Berechnung mittels vorhandener Daten für eine persönliche oder generische HRTF durchgeführt. Der erforderliche Algorithmus zur Filterung wird an die vorhandene Hardware angepasst. Hindernisse im Schallweg werden mittels der Ausbreitungsberechnung erfasst. Dabei werden horizontale und vertikale Kanten getrennt bestimmt. Korrekturen für Form- und Absorptionsverhalten werden mittels BEM Berechnungen in 2.5D bestimmt.

Die Resultate, die Randbedingungen sowie die Einsatzbereiche der entwickelten Methoden zur Schallausbreitungsberechnung im Freien werden unter Ergebnisse vorgestellt.

Interaktive visuelle und akustische Darstellung der Berechnungen mittels AR

Für die interaktive Darstellung der Berechnungsergebnisse wird ein Prototyp entwickelt. Dabei werden die Messdaten, die Umgebungs- und die Objektdaten sowie die Berechnungsalgorithmen miteinander verknüpft, um deren Zusammenspiel testen zu können. Die visuelle Darstellung am Mobilgerät kann auf unterschiedliche Arten erfolgen, welche im Zuge der Entwicklung noch geprüft und evaluiert werden. Sie kann dabei z.B. punktweise, an jenem Ort, wo man sich zur Zeit der Berechnung befindet, erfolgen, es können aber auch Objekte farblich markiert werden, um den Schalldruckpegel auf ihnen zu visualisieren. Diese unterschiedlichen Darstellungsarten werden implementiert und getestet. Die akustische Darstellung erfolgt gemäß des Schalldruckpegels am jeweiligen Ort, wo man sich zum Zeitpunkt der Berechnung befindet. Dabei wird die Lautstärke höher, wenn man sich dem schallemittierenden Gerät nähert, bzw. geringer, wenn man sich von ebendiesem entfernt.

Die Resultate sowie die Einsatzbereiche der entwickelten Visualisierungsarten werden unter Ergebnisse vorgestellt.