Akustik-Software: Virtual Reality fürs Ohr

Müssen gleichzeitig Spiegelungen an glatten und Streuungen an rauhen Flächen ­berücksichtigt werden, kommen beide Ver­fahren zum Einsatz. Beide haben ihre Grenzen bei tiefen Frequenzen und kleinen Räumen mit hohen akustischen Anforderungen, wie etwa Tonstudios. 

Sollen niederfrequente, nicht-diffuse Schallfelder, Schalldämmmaße komplexer Wandaufbauten, Eigenfrequenzen,Strukturschwingungen, Schalldrücke und Schallleistungen zur Abschätzung von Lärmbelastungen be­rechnet werden, ist die Finite-Elemente-Methode (FEM) besser geeignet. Sie berück­sichtigt die Wellennatur des Schalls und somit beispielsweise auch Beugungseffekte oder ­Wellenüberlagerungen (Interferenzen). Die FEM ist ein numerisches Berechnungsverfahren, das auch in der Baustatik zur Berechnung örtlicher Spannungen und Verformungen zum Einsatz kommt.

In der Akustik wird das zu untersuchende Raumvolumen durch ein imaginäres Netz von Flächen – Finite Elemente genannt – unterteilt. Dadurch lässt sich das Strukturverhalten auch komplex geformter Räume mathematisch beschreiben. Ist das Verhalten der Teilstrukturen und über Kopplungs- und Randbedingungen der Bezug zum Gesamtsystem mathematisch definiert, erhält man ein komplexes Gesamtgleichungssystem, das anschließend am PC gelöst werden kann. 

Materialien oder Bauteile können detailliert modelliert, oder über Materialeigenschaften als Randbedingungen vorgegeben werden. Die der FEM ähnliche Randelementemethode (engl. Boundary Element Method, BEM) erfordert einen geringeren Eingabe- und Berechnungsaufwand, ist aber nicht so flexibel einsetzbar.

Was ist Auralisation?

Während die meisten akustischen Analysen eine Berechnung akustischer Werte und deren Visualisierung in Form zwei- oder dreidimensionaler Grafiken zum Ziel haben, geht die Auralisation weiter. Bei diesem Ver­fahren werden vom Computer berechnete akustische Vorgänge und Größen als Audio­dateien ausgegeben und per Lautsprecher oder Kopfhörer hörbar gemacht. Die Wirkung schalltechnischer Maßnahmen kann damit eindrücklicher vermittelt werden, als über ­Parameter und Kennwerte. 

Die Auralisation wird insbesondere für Objekte mit besonderen raumakustischen Anforderungen, wie Opern- und Konzerthallen, Theater, Musikstudios etc., zunehmend aber auch im Zusammenhang mit der raum- und bauakustischen Planung von Restaurants, Großraumbüros, Bibliotheken, Museen, Bahnhöfen, Industriehallen oder Außenräumen eingesetzt. Bereits im Planungsstadium kann beispielsweise das Hörerlebnis eines Konzertbesuchers nachempfunden werden, und zwar von jeder Position aus. 

Auch das Verhalten von Bauteilen, etwa von Schallschutzfenstern, bei unterschiedlichen akustischen Einwirkungen, wie Bau-, Straßen- oder Fluglärm oder die Schalldämmeigenschaften von Trockenbaukonstruktionen werden virtuell hörbar. Damit sind Planer in der Lage, Bauherren die akustische Qualität von Räumen oder Bauteilen unmittelbarer zu vermitteln und den Nutzen akustischer Maßnahmen anschaulich zu demonstrieren. 

Noch realitätsnäher lassen sich akustische Verhältnisse im Rahmen virtueller Begehungen durch Räume oder Gebäude vermitteln. Unterschiedliche Konzepte werden so interaktiv erfahrbar und unmittelbar vergleichbar. Ebenso können bauakustische Maßnahmen zur Eindämmung akustischer Störeinflüsse und Umgebungslärm von jeder Position aus besser eingeschätzt werden. Bauprodukt-Hersteller können sich die akustische Qualität ihrer Produkte schon in der Entwicklungsphase anhören oder diese potenziellen Kunden im Rahmen einer E-Commerce-Produktvermarktung eindrücklicher vermitteln. Kunden können die akustischen Eigenschaften eines Produktes bei der Kaufentscheidung besser beurteilen, als anhand von Tabellenwerten.

Welche Lösungen gibt es und wie funktionieren sie? 

Die Palette der raum- und bauakustischen Berechnungs- und Simulationsprogramme reicht von einfachen Programmen für die Analyse individueller, eng umgrenzter akustischer Probleme, über die Analyse komplexer Raumformen oder die Berechnung von Lärm in Arbeitsstätten und die Überprüfung von Lärmminderungsmaßnahmen, bis hin zur Echzeit-Auralisation architektonisch anspruchs­voller Räume und Gebäude, inklusive interaktiver Objektbegehung per VR-Brille (siehe auch Programme /Anbieter). 

Im nächsten Abschnitt werden ausgewählte Programme beispielhaft vorgestellt. Die Analyse anspruchsvoller akustischer Szenarien setzt in der Regel ein dreidimensionales Raum- oder Gebäudemodell voraus, das alle akustisch relevanten Strukturen geometrisch definiert. Entweder liegt es im Zusammenhang mit der Gebäudeplanung ohnehin schon vor und kann per DXF-, DWG- oder IFC-Schnittstelle importiert werden oder es muss mit einem internen 3D-Editor oder externen 3D-CAD-Programm neu modelliert werden.