Diese Arbeit befasst sich mit der Programmierung einer 3D- Schallfeldsimulation in MathWorks MATLAB.
Die Simulation bildet die akustischen Übertragungseigenschaften eines Quaderraumes nach.
Das aus der geometrischen Raumakustik stammende Spiegelquellenverfahren (image source method) ist die Basis diese Simulation.
Mit beliebig vielen Mikrofonen und Schallquellen lassen sich diverse Szenarien einstellen und simulieren.
Desweiteren besteht die Möglichkeit den Schallquellen eine Richtcharakteristik oder auch eine Bewegung zuzuweisen, um z.B. die Bewegung einer sprechenden Person zu simulieren. Frequenzabhängige Absorptionseigenschaften der Wände ermöglichen die Nachbildung verschiedener Wandeigenschaften, z.B. Wände aus Beton oder Tapete. Ein abschließender Vergleich des simulierten Schallfeldes mit einem Schallfeld, welches in einem realen Raum gemessen wurde, stellt Übereinstimmungen bzw. Abweichungen dar.
Inhaltsverzeichnis
- EINLEITUNG
- GRUNDLAGEN DER AKUSTIK
- SCHALL
- SCHALLINTENSITÄT
- SCHALLFELD
- BEUGUNG
- STREUUNG Und ReflexiON
- GRUNDBEGRIFFE DER RAUMAKUSTIK
- RAUMIMPULSANTWORT
- NACHHALL
- DIREKTSCHALL
- HALLRADIUS
- SCHALLABSORPTION
- GEOMETRISCHE RAUMAKUSTIK
- SPIEGEL QUELLENVERFAHREN
- SCHALLTEILCHENVERFAHREN
- VERGLEICH HINSICHTLICH DER SIMULATION IN MATLAB®
- BERECHNUNG DER SPIEGELQUELLEN
- GRUNDSÄTZLICHER PROGRAMMABLAUF
- SICHTBARKEITSTEST
- BERECHNUNG DES FREQUENZABHÄNGIGEN REFLEXIONSGRADES
- SCHALLDRUCKABNAHME UND FALTUNG MIT WAND
- RICHTCHARAKTER SPRACHQUELLE
- MEHRERE SCHALLQUELLEN UND MEHRERE SENSOREN
- BEWEGUNG DER QUELLE
- BEWEGTE UND RUHENDE QUELLEN UND MEHRERE SENSOREN
- SNR
- REFLEXIONSORDNUNG
- GUIDE CONTROL PANEL
- ZUORDNUNG DER GRAPHISCHEN OBJEKTE IM PROGRAMM
- EINFACHE BEispiele
- LAUFZEIT
- TEST DES RICHTCHARAKTERS
- TEST DER BEWEGUNG
- REALE MESSUNG IN EINEM RAUM
- VERSUCHSBESCHREIBUNG
- REALE MESSUNG 1
- REALE MESSUNG 2
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Diplomarbeit befasst sich mit der Entwicklung einer 3D-Schallfeldsimulation in MATLAB®, die die akustischen Übertragungseigenschaften eines Quaderraumes simuliert. Das Ziel der Arbeit ist die Programmierung und Validierung eines Modells, welches die Schallfeldverbreitung in einem Raum realistisch nachbildet.
- Programmierung einer 3D-Schallfeldsimulation in MATLAB®
- Anwendungen des Spiegelquellenverfahrens in der Raumakustik
- Simulation verschiedener Szenarien wie Richtcharakteristik und Bewegung der Schallquelle
- Frequenzabhängige Absorptionseigenschaften von Wänden
- Vergleich der simulierten Ergebnisse mit realen Messungen
Zusammenfassung der Kapitel
Die Diplomarbeit beginnt mit einer Einführung in die Thematik der 3D-Schallfeldsimulation und erläutert die Zielsetzung der Arbeit. Im zweiten Kapitel werden grundlegende akustische Prinzipien wie Schall, Schallintensität, Schallfeld, Beugung und Streuung sowie Reflexion behandelt. Kapitel drei widmet sich den Grundbegriffen der Raumakustik, darunter Raumimpulsantwort, Nachhall, Direktschall, Hallradius, Schallabsorption und geometrische Raumakustik.
Kapitel vier befasst sich mit der Computer-Schallfeldsimulation, wobei das Spiegelquellenverfahren und das Schallteilchenverfahren vorgestellt werden. Kapitel fünf beschreibt das entwickelte 3D-Simulationsmodell und geht auf die Berechnung der Spiegelquellen, den grundsätzlichen Programmablauf, den Sichtbarkeitstest, die Berechnung des frequenzabhängigen Reflexionsgrades, die Schallabnahme und Faltung mit Wand, die Richtcharakteristik der Sprachquelle, die Behandlung mehrerer Schallquellen und Sensoren, die Bewegung der Quelle, die Kombination von bewegten und ruhenden Quellen und Sensoren sowie die Signal-Rausch-Abstands-Berechnung und die Reflexionsordnung ein.
Kapitel sechs behandelt die grafische Benutzeroberfläche (GUI) und die Zuordnung der grafischen Objekte im Programm. Kapitel sieben schließlich befasst sich mit dem Vergleich und Test der entwickelten Simulation mit realen Messungen, wobei einfache Beispiele und reale Messungen in einem Raum vorgestellt werden.
Schlüsselwörter
Schallfeldsimulation, Spiegelquellenverfahren, MATLAB, Raumakustik, 3D-Simulation, Richtcharakteristik, Schallquelle, Absorptionseigenschaften, Wände, realer Raum, Messungen, Vergleich, GUI, Simulationsprogramm.
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- Gerson Berndt (Autor), 2003, 3D-Simulation für die Übertragung von Schallsignalen auf Mikrofon-Arrays, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/21301
