Forschungsprojekt in Frankfurt zu Noise, Vibration, Harshness (NVH)

Wie Datenbrillen Schallmessungen vereinfachen könnten

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Student Christopher Morschel demonstriert die Schallmessung mittels Datenbrille Bild: Holger Marschner/Frankfurt UAS
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Mixed Reality-Brillen könnten bei der Ortung und Visualisierung von akustischen Feldern helfen. Die Frankfurt University of Applied Sciences erforscht dies nun. Wenn dies funktioniert, könnten Lärmquellen etwa in Städten und deren Zusammenwirken mit den Umgebungseinflüssen besser ausfindig gemacht werden. Schallfelder ließen sich damit auch messtechnisch kartieren.

Im Forschungsprojekt „Augmented Reality Acoustics – Dreidimensionale Erfassung von Schallfeldern mit Hilfe von Mixed-Reality“ will die Frankfurt University of Applied Sciences (Frankfurt UAS) erforschen, inwiefern Mixed Reality-Brillen bei der Ortung sowie der Visualisierung von akustischen Feldern unterstützen können. Das Projekt wird finanziert aus dem Förderprogramm „Forschung für die Praxis“ des Hessischen Ministeriums für Wissenschaft und Kunst (HMWK). Es wird über einen Zeitraum von 12 Monaten mit einer Summe von 35.000 Euro gefördert.

„Wir verfolgen den Ansatz, mit einer speziellen Mixed-Reality Brille sowie mit Schalldruck- oder Schallintensitätssonden Räume optisch und akustisch zu vermessen, um anschließend Schallflüsse zu visualisieren. Das erlaubt gleichzeitig die technische Beschreibung der vorhandenen Schallquellen und der Raumrückwirkungen“, erklärt Holger Marschner, Professor für Maschinenbau-KFZ Technik – NVH am Fachbereich Informatik und Ingenieurwissenschaften der Frankfurt UAS. „Dieser Ansatz ist völlig neu und soll den Nutzerinnen und Nutzern helfen, Probleme schneller analysieren und lösen zu können.“ Erst die ganzheitliche Analyse des vorliegenden Schallfelds, das heißt der räumlichen Verteilung des von allen Quellen abgestrahlten Lärms, ermöglicht eine methodische und zielführende Arbeitsweise.

Mit den Kenntnissen einer Schallfeldkartierung lassen sich beispielsweise Geräuschquellen orten oder die Schallleistung von Maschinen berechnen. Auch in der technischen und musikalischen Akustik hilft sie, die Übertragungsqualität von Sprache und Musik in Wohn-, Geschäfts- oder Vorlesungsräumen zu bestimmen und Optimierungsmaßnahmen abzuleiten.

„Wir entwickeln ein innovatives und vor allem interdisziplinär umsetzbares Verfahren, denn von den Forschungsergebnissen können, je nach Anwendung, sowohl Maschinenbauingenieure, Architekten, Toningenieure als auch Musiker gleichermaßen profitieren“, so Marschner. In dem Forschungsprojekt steht dabei nicht die einzelne Analyse bestehender Probleme im Vordergrund, sondern die Entwicklung eines im praktischen Alltag einsetzbaren Verfahrens. Dabei sollen sich sowohl technische Daten der Schallquelle bestimmen lassen als auch Aussagen über Nahfeld, Freifeld, Diffusfeld oder Hallradius getroffen werden können.

Die Grundidee für das Projekt ist bereits 2016 unter dem Titel „Augmented Reality als qualitätsverbessernde Maßnahme in der Lehre“ sowie durch die Gründung des hochschuleigenen VR-Labors entstanden, in dem weitere Professoren auch auf den Gebieten Service-Engineering und Strömungstechnik forschen. 2018 verfasste Christopher Morschel, Studierender in Marschners Lehreinheit, seine Bachelorarbeit zum Thema, in der er sich mit der Messung und Visualisierung von Skalar- und Vektorfeldern bei Nutzung von Mixed-Reality-Geräten befasste. Sie wurde kurze Zeit später mit dem Absolventenpreis des Fördervereins der Hochschule ausgezeichnet und bildete gleichzeitig die Grundlage für die Vergabe um das Hessen-Ideen-Gründungsstipendium, um welches sich Morschel gemeinsam mit den Studierenden Elisabeth Kunz und Alexander Pfaff erfolgreich beworben hat.

Das aus dem studentischen Projekt entstandene Produkt wurde zudem als Patenanmeldung eingereicht. ARA-Solutions, so der Name des jungen Gründungsprojekts, hat für akustische Messungen mittels Augmented Reality (AR) Acoustics eine Software entwickelt, die die Versuchsdurchführung von akustischen Messungen stark vereinfacht. Die Positionen der Mikrofone müssen dabei nicht mehr aufwendig einzeln gemessen werden. Auch der Bau einer Hilfskonstruktion ist nicht mehr notwendig. Denn mit der AR-Methode wird der Versuchsaufbau ganz bequem mithilfe einer Augmented Reality Brille virtuell vorgeben. Somit wird es ermöglicht, die Messmikrofone ohne großen Zeitaufwand exakt auszurichten, wodurch sich eine Zeitersparnis von bis zu 90 % ergibt.

Während sich die studentische Gründungsinitiative der Vermarktung des bisher erreichten Stands widmet, geht die Forschung mit der dreidimensionalen Schallfeld-Charakerisierung in die nächste Runde. ■

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