Analyse und Bewertung akustischer Signale und Klangeigenschaften von Geräuschen


Hausarbeit, 2006

11 Seiten, Note: 1,3


Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1 Allgemeine Signalanalyse

2 Psychoakustische Größen
2.1 Lautheit
2.2 Schärfe
2.3 Rauigkeit
2.4 Schwankungsstärke
2.5 Tonhaltigkeit

3 Sensorischer Wohlklang

Literaturverzeichnis

1 Allgemeine Signalanalyse

Zur grundlegenden Signalanalyse der Bewertung von charakteristischen Klangeigenschaften eines Geräusches gehören der (frequenzselektiv bewertete) Schalldruckpegel und die Spektralanalyse Der Schalldruckpegel (L in der Einheit [dB]) wird zur Vergleichbarkeit von Automobilgeräuschen einheitlich mit dem Bewertungsfilter A nach DIN EN 61672 in Abhängigkeit der Frequenz gewichtet und ist als Einzahlwert zum quantitati- ven Vergleich der Schallemission aber nicht als Größe zur Beschreibung der qua- litativen Wahrnehmung des Schallsignals zu interpretieren. (Otto et al., 2001)

Das Frequenzspektrum, welches sich mit Hilfe der Fourieranalyse oder der Wavelet-Transformation aus dem Zeitsignal bestimmen lässt, stellt die Amplituden der jeweiligen Frequenzanteile dar und ermöglicht somit eine gezielte Auswahl weiterer notwendiger Analysen. Die Darstellung und Auswertung des Frequenzspektrums ist, wie der Schalldruckpegel, nicht ausreichend die subjektiv wahrgenommene Qualität des Schallsignals zu beschreiben.

Durch weitere produktspezifische Signalanalysen, wie z.B. die Modulations- analyse, können Geräusche hinsichtlich der spezifischen spektralen und zeitli- chen Strukturen klassifiziert werden. Das Modulationsspektrum ist die fourier- transformierte Hilbert-Einhüllende des Zeitsignals und ermöglicht Aussagen zur zeitlichen Struktur des Schallsignals in einem weiteren Frequenzbereich als die Schwankungsstärke bzw. die Rauigkeit (siehe Abschnitt 2). (Bednarzyk, 1999)

Zur Beurteilung der Peakhaftigkeit eines Schallsig to- sis, was auch als viertes Moment bezeichnet wird, nach Gleichung 1 berechnet werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Ein Schallsignal mit einem Kurtosis-Wert von 0 lässt auf eine Normalverteilung schliessen. Je stärker die Kurtosis-Werte von 0 abweichen desto peakhafter bzw. impulshafter ist das Schallsignal. (Hartmann, 1998)

2 Psychoakustische Größen

Um ohne umfangreiche Hörversuche teilweise auf die Geräuscheigenschaften und deren akustischen Wahrnehmung zu schließen, können von den zu untersuchen- den Geräuschen die psychoakustischen Empfindungsgrößen Lautheit, Schärfe,

Rauigkeit, Schwankungsstärke und Tonhaltigkeit bestimmt werden. Die Ein- zahlwerte dieser Größen sind als Zusammenfassung eines komplexen und viel- fältigen Höreindrucks zu verstehen (Bednarzyk, 1999). Die Anwendung dieser Parameter ist deshalb nur ein beschränktes Mittel den Höreindruck zu klassifi- zieren, ermöglicht jedoch den quantitativen Vergleich verschiedener Geräusche desselben Produkttyps anhand von absoluten Maßzahlen. Grundsätzlich ist es nicht möglich über den Einzahlwert der Parameter auf die Geräuschqualität des Produktes schließen zu können, da ein niedriger Parameterwert nicht zwangs- weise eine hohe PSQ darstellt. Zur Berechnung der psychoakustischen Größen wurden in den letzten Jahren eine Vielzahl von Berechnungsmodellen entwi- ckelt, jedoch gibt es, bis auf die instationäre Lautheit und die Tonhaltigkeit, keine standardisierten Berechnungsverfahren. (Klemenz, 2005)

2.1 Lautheit

Die Bestimmung der Lautheit (N in der Einheit [sone]) nach Zwicker ist in der DIN 45631 bzw. ISO 532 B für stationäre Signale standardisiert, nach der aus Terzpegeln ein spezifisches Lautheitstonmuster und daraus die Lautheit (Glei- chung 2) und der Lautstärkepegel (Gleichung 3) ermittelt wird. (HEAD acou- stics, 2006)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Lautheit ist eine Empfindungsgröße für die wahrgenommene Lautstär- ke eines Schallreizes und kann getrennt von anderen psychoakustischen Größen wahrgenommen und beurteilt werden. Die Wahrnehmung ist vom Schalldruck- pegel, der Frequenz und der Bandbreite des Signals abhängig. Per Definition wird dem 1 kHz Ton mit einem Schalldruckpegel von 40 dB SPL eine Lautheit von 1 sone zugeordnet. Des Weiteren ist die zeitliche und spektrale Verdeckung ein wichtiges Kriterium zur Bestimmung der Lautheit. Im Modell nach Zwi- cker sind sowohl die Parameter Frequenz, Bandbreite und Schalldruckpegel als auch die Verdeckung berücksichtigt. Die Lautheit von Sinustönen und komple- xen Schallen wurde in Hörversuchen durch Lautheitsvergleiche mit dem 1 kHz Ton ermittelt. (Zwicker and Fastl, 1999)

Die Standardisierung der Lautheitsberechnung für zeitvariante Schallsignale ist derzeit noch nicht abgeschlossen, jedoch ist abzusehen, dass die DIN 45631 bzw. ISO 532 B dazu ergänzt wird.

2.2 Schärfe

Die Schärfe (S in der Einheit [acum]) wird durch die Mittenfrequenz und die spektrale Zusammensetzung des Schallsignals bestimmt, d.h. je größer der An- teil hoher Frequenzen bzw. je höher die Mittenfrequenz des Signals ist, desto größer ist die Schärfe. Per Definition hat ein Schmalbandrauschen der Mitten- frequenz 1 kHz und einem Schalldruckpegel von 60 dB SPL, der Bandbreite von 160 Hz, welches der Bandbreite des kritischen Frequenzbandes entspricht, eine Schärfe von 1 acum. Hohe Frequenzen verursachen im Allgemeinen eine erhöhte Aufmerksamkeit und haben einen erheblichen Einfluss auf die wahrgenomme- ne Unangenehmheit von Schallsignalen. Die Schärfe ist, wie die Lautheit, eine elementare psychoakustische Empfindungsgröße, die getrennt von den anderen wahrgenommen und bewertet werden kann. (Zwicker and Fastl, 1999)

Zur Berechnung der Schärfe existieren verschiedene Berechnungsmodelle. Die drei am häufigsten verwendeten Verfahren sind die nach Zwicker (gleichbedeu- tend mit dem von von Bismarck), nach Widmann und nach Aures, von denen zur Zeit jedoch keines standardisiert ist. Alle Verfahren basieren auf dem spezi- fischen Lautheitstonmuster der Lautheitsberechnung, unterscheiden sich jedoch in der Gewichtungsfunktion für hohe Frequenzen. Die Gleichungen 4 und 5 zei- gen die Berechnungsvorschrift der Schärfe nach Zwicker bzw. von Bismarck.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bei Zwicker werden durch die Gewichtungsfunktion g(z) die Frequenzbänder von 16 bis 24 Bark exponentiell angehoben, um der Tatsache, dass hohe Mitten- frequenzen eine höhere Schärfe aufweisen, Rechnung zu tragen. Unterhalb von 16 Bark hat die Gewichtungsfunktion den Wert 1 und steigt bis auf den Wert 4 bei 24 Bark. Um das Ergebnis unabhängig vom angebotenen Schalldruckpegel zu halten, erfolgt die Division durch die Gesamtlautheit N . Der Faktor 0, 11 er- möglicht eine Normierung auf den Referenzschall des Schmalbandrauschens mit der Mittenfrequenz von 1 kHz und einem Schalldruckpegel von 60 dB SPL. Die Gleichungen 6 und 7 zeigen die Berechnungsvorschrift der Schärfe nach Aures.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Aures verwendet eine andere Gewichtungsfunktion g′(z), welche für breitbandige Schalle mit hohen Frequenzanteilen wesentlich größere Einzahlwerte für die Schärfe berechnet. Weiterhin berechnet das Schärfe-Modell nach Aures, im Vergleich zum Zwicker/ von Bismarck-Modell, für hohe Lautheiten höhere Schärfewerte, da der Nennerterm kleiner ist als bei der Berechnung nach Zwicker/ von Bismarck (Gleichung 4).

Die Schärfeberechnung nach Widmann erfolgt nach dem Zwicker-Modell, jedoch wird die Schärfe bei schmalbandigen Schallsignalen mit hohen Mittenfrequenzen, durch einen steileren Anstieg der Gewichtungsfunktion ab 16 Bark, stärker bewertet. (Sontacci, 1998)

Die Auswahl der Berechnungsmethode für die Schärfe richtet sich nach der Geräuschauswahl und der detaillierten Fragestellung, d.h. sollen Unterschiede zwischen den Geräuschen auf Grund der Schärfe ausgearbeitet werden, ist die Methode nach Aures zu bevorzugen. (HEAD acoustics, 2006)

2.3 Rauigkeit

Die Rauigkeit (R in der Einheit [asper]) ist, wie die Lautheit und die Schärfe, eine elementare Empfindungsgröße, und kann getrennt von den anderen Empfin- dungsgrößen wahrgenommen und bewertet werden. Schallsignale werden als rau empfunden, wenn die Hüllkurvenfluktuationen im Frequenzbereich zwischen 20 und 300 Hz liegen. Die Rauigkeitsempfindung ist wesentlich von der Trägerfre- quenz, der Modulationsfrequenz, dem Modulationsgrad und weniger stark vom Schalldruckpegel abhängig. Per Definition hat ein 1 kHz Ton mit einem Schall- druckpegel von 60 dB SPL, welcher mit einer Modulationsfrequenz von 70 Hz und einem Modulationsgrad von 1 amplitudenmoduliert wird, eine Rauigkeit von 1 asper. Die Empfindung der Rauigkeit bezüglich der Modulationsfrequenz zeigt eine Bandpasscharakteristik mit einem Maximum bei 70 Hz.

[...]

Ende der Leseprobe aus 11 Seiten

Details

Titel
Analyse und Bewertung akustischer Signale und Klangeigenschaften von Geräuschen
Hochschule
Fachhochschule Oldenburg/Ostfriesland/Wilhelmshaven; Standort Oldenburg
Note
1,3
Autor
Jahr
2006
Seiten
11
Katalognummer
V300073
ISBN (eBook)
9783656966562
ISBN (Buch)
9783656966579
Dateigröße
598 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Akustik, psychoakustik
Arbeit zitieren
Jacqueline Rausch (Autor), 2006, Analyse und Bewertung akustischer Signale und Klangeigenschaften von Geräuschen, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/300073

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