Neue Open-Source-Plattform zur Analyse von Raumakustik vorgestellt

Innovative Plattform für Raumakustikanalyse: AcoustiVision Pro demokratisiert akustisches Fachwissen

Die Analyse der Raumakustik ist ein grundlegender Aspekt in Bereichen wie Architektur, Audio-Engineering, Sprachverständlichkeit und Hörforschung. Trotz etablierter Metriken wie Nachhallzeit und Klarheit mangelt es oft an zugänglichen Tools, die präzise Signalverarbeitung mit intuitiver Visualisierung verbinden. Eine neue quelloffene, webbasierte Plattform namens AcoustiVision Pro zielt darauf ab, diese Lücke zu schließen und eine umfassende Analyse von Raumimpulsantworten (RIRs) zu ermöglichen.

Umfassende Analysefunktionen und Standardkonformität

AcoustiVision Pro ist darauf ausgelegt, Nutzern eine detaillierte Raumakustikanalyse zugänglich zu machen, ohne dass teure kommerzielle Software oder tiefgehende Programmierkenntnisse erforderlich sind. Die Plattform berechnet zwölf verschiedene akustische Parameter aus hochgeladenen oder aus Datensätzen stammenden RIRs. Diese Parameter umfassen zeitliche, spektrale und räumliche akustische Eigenschaften.

Ein zentrales Merkmal ist die Fähigkeit, die Einhaltung internationaler Standards zu überprüfen. Dazu gehören beispielsweise ANSI S12.60 für die Akustik von Klassenzimmern und ISO 3382 für die Messung akustischer Parameter in verschiedenen Raumtypen. Die Plattform generiert entsprechende Konformitätsberichte, die den Status "bestanden" oder "nicht bestanden" für jede relevante Anforderung ausweisen.

Interaktive Visualisierungen und Datensätze

Die Visualisierung spielt eine wichtige Rolle bei der Interpretation komplexer akustischer Daten. AcoustiVision Pro bietet interaktive 3D-Darstellungen früher Reflexionen und Frequenz-abhängige Abklingcharakteristiken, die durch Waterfall-Plots veranschaulicht werden. Diese Darstellungen sollen Anwendern helfen, die akustischen Eigenschaften eines Raumes intuitiv zu erfassen.

Zur Unterstützung von Analyse und Benchmarking werden die Datensätze RIRMega und RIRMega Speech auf der Plattform Hugging Face bereitgestellt. Diese Sammlungen enthalten Tausende von simulierten Raumimpulsantworten mit umfangreichen Metadaten. Die RIRs wurden mittels geometrischer Akustiksimulation generiert, wobei Raumdimensionen und Absorptionskoeffizienten unterschiedlicher Materialien berücksichtigt wurden. Die Metadaten ermöglichen eine Filterung und Auswahl der RIRs basierend auf akustischen Eigenschaften.

Die Plattform ermöglicht zudem eine Echtzeit-Auralisierung mittels FFT-basierter Faltung. Dies bedeutet, dass Nutzer hören können, wie ein bestimmtes Audiosignal in einem analysierten Raum klingen würde. Für die Dokumentation und weitere Analysen bietet AcoustiVision Pro den Export detaillierter PDF-Berichte und CSV-Daten.

Mathematische Grundlagen und Metriken

Die implementierten akustischen Metriken basieren auf etablierten mathematischen Grundlagen der Raumakustik. Dazu gehören:

• Raumimpulsantwort (RIR): Beschreibt das lineare zeitinvariante akustische System eines Raumes und kann in Direktschall, frühe Reflexionen und späten Nachhall unterteilt werden.
• Energieabfallkurve (EDC) und Nachhallzeit (RT60): Die EDC zeigt, wie die Schallenergie im Laufe der Zeit abfällt. Die RT60 ist die Zeit, die für einen Schallabfall von 60 dB benötigt wird, oft extrapoliert aus kleineren Abfällen wie T20 und T30.
• Early Decay Time (EDT): Korreliert mit der subjektiven Wahrnehmung des Nachhalls.
• Oktavbandanalyse: Berücksichtigt die Frequenzabhängigkeit der Nachhallcharakteristiken durch Filterung der Impulsantwort in Oktavbändern.
• Klarheit (C80) und Definition (D50): Quantifizieren das Verhältnis von früher zu später Schallenergie und beeinflussen die wahrgenommene Deutlichkeit von Schallquellen.
• Speech Transmission Index (STI): Ein Kennwert für die Sprachverständlichkeit. AcoustiVision Pro verwendet hierfür eine Proxy-Messung, die die Standardberechnung annähert.
• Interaural Cross-Correlation Coefficient (IACC): Beschreibt den räumlichen Eindruck der Akustik, basierend auf binauralen RIRs.
• Raummoden: Resonanzverhalten von Räumen bei niedrigen Frequenzen, bestimmt durch Raumdimensionen.
• Wellness Score: Ein zusammengesetzter Wert, der mehrere akustische Parameter in einer einzigen Bewertung von 0 bis 100 zusammenfasst und als Entscheidungshilfe dient.

Systemarchitektur und Anwendungsbeispiele

AcoustiVision Pro ist als Webanwendung implementiert, die das Gradio-Framework mit einem Python-Backend nutzt. Die Verarbeitungspipeline umfasst Audio-Laden, RIR-Vorverarbeitung, Breitband- und Oktavbandanalyse sowie Spektral- und Raumanalyse. Visualisierungen werden mit Matplotlib und Plotly erstellt, um statische und interaktive Darstellungen zu ermöglichen.

Erste Fallstudien demonstrieren die Nützlichkeit der Plattform in verschiedenen Anwendungsbereichen:

• Klassenzimmerakustik: Analyse von RIRs aus Klassenzimmern zur Überprüfung der Einhaltung von Sprachverständlichkeit.
• Akustik im Gesundheitswesen: Bewertung der Akustik in Patientenzimmern, Korridoren und Pflegestationen zur Unterstützung der Genesung und Kommunikation.
• Tonstudio-Bewertung: Analyse von RIRs in Tonstudios, um geringen Nachhall und kontrollierte Frequenzgänge sicherzustellen. Die Raummodenanalyse hilft hier, potenzielle akustische Probleme vor dem Bau zu identifizieren.

Einschränkungen und zukünftige Entwicklungen

Die Entwickler weisen auf einige Einschränkungen hin, darunter die Verwendung eines vereinfachten STI-Proxys, die ausschließliche Nutzung simulierter Daten in den RIRMega-Datensätzen und die Annahme rechteckiger Raumgeometrien für bestimmte Berechnungen. Auch die Analyse ist derzeit auf einzelne Quell-Empfänger-Paare beschränkt.

Zukünftige Entwicklungen sollen unter anderem eine vollständige IEC 60268-16 STI-Implementierung, Unterstützung für gemessene binaurale Impulsantworten, Batch-Verarbeitungsmodi und die Integration mit akustischen Simulationstools für prädiktive Modellierung umfassen.

AcoustiVision Pro ist frei verfügbar und der Quellcode unter einer Open-Source-Lizenz veröffentlicht. Die Plattform und die Datensätze sind über Hugging Face zugänglich. Ziel ist es, professionelle Raumakustikanalyse einem breiteren Publikum zugänglich zu machen und Fachleuten, Forschenden und Lehrenden ein leistungsstarkes Werkzeug zur Verfügung zu stellen.

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