Bienvenue Auralisierung von Verkehrslärm - Willkommen Welcome SGA Frühjahrstagung, 20. Mai 2021 Reto Pieren Empa, Abteilung Akustik/Lärmminderung

Willkommen
 Welcome
 Bienvenue
 Auralisierung von Verkehrslärm
SGA Frühjahrstagung, 20. Mai 2021
Reto Pieren
Empa, Abteilung Akustik/Lärmminderung

Feldstudie zur Belästigung von Verkehrslärm:
Leq-basierte Metriken
 70
 Aircraft
 60
 Railway
 50 Road traffic

 40

 30

 20

 10

 0
 30 40 50 60 70
 Lden , dB

 [Brink et al. 2019: A survey on exposure-response relationships for road, rail, and aircraft noise
 annoyance: Differences between continuous and intermittent noise. Environment International 125.]

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Schlaflabor-Experimente zu nächtlichem Bahnlärm:
Zeitverlauf des Schalldruckpegels

 A B
 1dB/s
 LAF, dB

 5dB/s [Rudzik et al. 2018: Sleep
 spindle characteristics and
 arousability from nighttime
 transportation noise exposure
 in healthy young and older
 individuals. Sleep 41(7).]

 N=44

 Zeit, s Zeit, s
 Δkortikale
 200%
 Aktivierungsrate
 ΔLAE +8 dB 0 dB
 LAFmax* gleich
 Max. Pegelflanke* 1 dB/s 5 dB/s
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Was ist Auralisierung?
 
 … akustisches Gegenstück zur Visualisierung
 Simulationstechnik zur künstlichen Hörbarmachung
 von akustischen Situationen (“in die Zukunft hören”)
 Lange Tradition in Raumakustik, wachsendes
 Interesse in Umweltakustik
 Anwendungen
  Entwicklung von Indikatoren Empa/ODEON
  Bewertung von Designvarianten und
 Massnahmen
  Kommunikationsinstrument
  Werkzeug in der Raumplanung
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Ein flexibler Auralisierungsansatz

 Quellen-
 spezifikation Geometrie Wetter Richtung

 Emissions- Ausbreitungs- Wiedergabe-
 synthesizer filter rendering

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Anwendung: Bewertung von Indikatoren
 Synthese von Stimuli für psychoakustische Experimente:
 Systematische Parametervariation, inkl. hypothetische Geräusche
 Geräusch-Charakteristik von Windturbinenlärm, z.B. AM
 10
 9 «Psychoakustischer Shift»
 8 • Quellen: 4–5.5 dB
 7
 • WT AM: 1–2 dB
 Lästigkeit(-)(-)

 6
 Annoyance

 5
 4 Spektral  Lautheit
 3 Δ ≈ 4–5.5 dB AM  Fluktuationsstärke
 WTN
 2
 RTN
 1
 0 [Schäffer et al. 2016: Short-term annoyance reactions to
 N = 60 35 40 45 50 55 60
 stationary and time-varying wind turbine and road traffic
 R2 ≈ 84% LAeq (dB(A)) noise: A laboratory study. J. Acoust. Soc. Am. 139(5).]
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Wahrnehmungsbasierte Technologiebewertung
 Synthesen virtueller Überflüge
 Luftabsorption
 01
Turbulenz-Effekt
 Fan-Töne
 15 km
 Doppler-Effekt Kavitätstöne
 Bodeneffekt Breitbandlärm

 4 km

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Wahrnehmungsbasierte Technologiebewertung
  Neuartige Flugzeugkonzepte und Flugverfahren
 10
 9
 8
 7 a b c d d e
Lästigkeit [-]

 6
 5
 4
 3
 Retrofit & neues Design
 2 Neue Verfahren
 1 Flugzeug-spezifische Verfahren
 0
 ReferenzRef
 Ref RetrofitRFit
 RFit Game changer
 GChg GChg Zertifizierungspunkt
 Standard Tailored Standard Tailored Standard Tailored

 [Pieren et al. 2019: Improving future low-noise aircraft technologies using experimental
 perception-based evaluation of synthetic flyovers. Science of the Total Environment, 692]

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Auralisierung von Zugsvorbeifahrten

 Kühlung + Konverter HLK

 Rollgeräusch Radanteil

Schienensingen
20/5/2021 R. Pieren Transformer 9

 Rollgeräusch Oberbauanteil

 Antrieb

 9

Auralisierung von Zugsvorbeifahrten

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Physik-basierte Emissionssynthese von Roll- und
Impulsgeräuschen

 [Pieren, R. et al. (2017): Auralization of railway noise: Emission
 synthesis of rolling and impact noise. Applied Acoustics, 127]

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Beispiele: Synthetisches Rollgeräusch einer
einzelnen Achse
 Emission Beobachter Schienenrauheit ↑
 120 km/h 120 km/h 120 km/h

 1m
 03
 10 m
 31/05/2018, R.-15
 Pieren
 dB
 04 05

 Flachstelle
 120 km/h

 06
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Bahnlärm-Demonstrator mit VR
 Europäisches Forschungsprojekt DESTINATE
 Szenario

 A&V-System

 Auralisierung Visualisierung
 • 3D-Modelle
 • Akustische Daten • Texturen
 • Rauheitsspektren • Material-
 • Meteorolgische Daten eigenschaften
 • Materialeigenschaften • …
 • …

 [Pieren, R. et al. (2018): Demonstrator for rail vehicle pass-by events. Proceedings of Euronoise 2018.]
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AuraLab der Empa: 3D-Audio-Wiedergabe mittels
 Lautsprecherwolke

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VR: Head-Mounted Display und Kopfhörer

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Qualitätsbewertung durch unabhängiges
Expertenpanel
 Qualität der Demonstration? Anwendungspotential?
 10 10

 AuraLab
 8 8

 Number of experts
 Anzahl Experten

 VR
 6 6

 4 4

 2 2

 0 0
 Very poor Poor Fair Good Very good Poor Fair Average Good Excellent

 Qualität: «sehr gut»
 Potential für Anwendungen: «gut/hervorragend»
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Anwendung in der Kommunikation:
VR-Demonstration an der InnoTrans 2018

20/5/2021 R. Pieren (Quelle: Shift2Rail at InnoTrans 2018) 17

07

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08

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Bahnlinien-Einschnitt: Mehrfachreflexionen

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Web-basiertes Videoportal

 goo.gl/AK5Y7T
 YouTube-Kanal:
 Virtual Acoustics Empa

 360°-Videos
 Dynamisches binaurales Rendering
 Playback über Smartphone/Tablet/PC+Kopfhörer

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Zusammenfassung

 Auralisierung = wertvolles Werkzeug für Kommunikation, zur
 akustischen Bewertung und für wahrnehmungsbasiertes
 Design

 Realistische Synthese von Verkehrslärm machbar

 Physik-basierte Synthese  Simulation von
 Lärmschutzmassnahmen und komplexen Szenarien

 Laufende internationale Forschungsprojekte
 (SILVARSTAR, ARTEM, LION)
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