Optimale Schallfelderzeugung für Beschallungsaufgaben im Zeit- und Frequenzbereich

• Antragsteller: Dr.-Ing. Mathias Lemke; Professor Dr. Stefan Weinzierl
• Fachliche Zuordnung: Akustik ; Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 393106680

Großbeschallungen für Sprache und Musik werden heute in der Regel mit Lautsprecher-Array-Systemen realisiert, die mit unterschiedlichen Freiheitsgraden (Verteilung/Geometrie/Gehäusekonstruktion der Treiber) und unterschiedlichen Randbedingungen (Geometrie des Auditoriums und der zu vermeidenden Bereiche, verfügbare akustische Leistung) im Hinblick auf eine optimale Ansteuerung des Arrays optimiert werden müssen. Dabei handelt es sich im um ein im mathematischen Sinn schlecht gestelltes inverses Problem, bei dem die Anzahl der Quellen immer erheblich kleiner als die Anzahl der Empfänger ist, und für dessen Lösung derzeit kein wissenschaftlich dokumentiertes und im Hinblick auf seine Leistungsfähigkeit evaluiertes theoretisches Handwerkszeug vorliegt. Im Rahmen des Projekts sollen daher (a) traditionelle Ansätze zur Optimierung der Abstrahlung von Array-Systemen im Frequenzbereich durch einen Multiobjective-Goal-Attainment-Ansatz weiterentwickelt und (b) mit der adjungiertenbasierten Methode erstmals eine Optimierung im Zeitbereich implementiert werden, die sich bei analogen Problemen in der Strömungsmechanik bewährt hat. Durch Einbeziehung einer Experten-Fokusgruppe aus Wissenschaftlern, Entwicklern und Anwendern soll ein anwendungsorientierter Konsens im Hinblick auf Zielkriterien und quantitative Indizes zur Bewertung der Qualität von Beschallungsanlagen erzielt werden. Dieser wird innerhalb der Projektgruppe für die vergleichende Bewertung der Leistungsfähigkeit der beiden Verfahren verwendet, und darüber hinaus als Grundlage für eine "Sound Reinforcement Challenge" als ein neues, zentrales Forum für die Entwicklung von Beschallungssystemen. Die durch numerische Simulation im Zeit- und Frequenzbereich optimierten Treiberfunktionen und die damit prädizierten Schallfelder sollen durch einen exemplarischen experimentellen Aufbau im reflexionsarmen Raum verifiziert werden. Mit der Adjungierten-Methode soll erstmals der Einfluss einer Grundströmung auf das generierte Schallfeld berücksichtigt werden, was - etwa wenn es um den Einfluss von Windströmungen auf die Sprachverständlichkeit in Stadien geht - von großer praktischer Relevanz sein kann. Die Projektziele lassen sich aufgrund der unterschiedlichen methodischen Herausforderungen nur durch eine Kooperation von Fachgebieten mit Expertise im Bereich der Akustik und Audiotechnik (mit spezifischer Erfahrung im Bereich der Schallfeldsynthese) und der Numerischen Fluiddynamik (mit spezifischer Erfahrung im Bereich der Adjungierten-Methode) erreichen, wie sie im vorliegenden Projekt realisiert werden soll.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen