Auralización

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Modelo de un espacio auralizado
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El ecograma temprano correspondiente

La auralización ("hacer audible" del latín auris = dt. 'Ear' = auricular) es un proceso para hacer audible artificialmente una situación acústica. En acústica de habitaciones z. B. El uso de la simulación de fuentes de sonido en espejo , el trazado de rayos y el cálculo del sonido difuso permite hacer audible una habitación , teniendo en cuenta sus propiedades geométricas y acústicas. La palabra auralización también se usa a veces para referirse a ella.

Origen y significado

Los llamados métodos de medición de modelos han sido una práctica común en la construcción acústica desde principios de la década de 1950. Aquí, en uno de madera , yeso y Plexiglas -hecha modelo de la situación acústica del espacio planificada, por lo general en una escala de 01:20, medido. Sin embargo, este procedimiento representa una enorme inversión de tiempo y dinero.

La auralización se desarrolló a finales de la década de 1960 y aportó una serie de ventajas sobre el método de medición del modelo.

El proceso de auralización ha experimentado un desarrollo adicional significativo en los últimos diez años, que está directamente relacionado con la potencia informática cada vez mayor de las computadoras modernas.

Areas de aplicación

Acústica de la sala

La auralización ofrece a los acústicos nuevas oportunidades para sacar conclusiones precisas sobre los efectos de sus medidas en la fase de planificación y evaluarlas a través de la escucha subjetiva. Otra aplicación de la auralización que no debe subestimarse es su uso para presentar la planificación acústica. Así como un modelo de sala tridimensional y virtualmente accesible permite al arquitecto presentar las salas planificadas a sus clientes, el acústico ahora tiene una opción de presentación equivalente con la ayuda de la auralización. Puede dejar que el cliente escuche cómo sonará su local y de esta manera demostrar claramente los beneficios de sus medidas. Con los medios convencionales, por otro lado, es mucho más complicado dejar claro a un profano acústico lo importante que es planificar el sonido en una habitación.

Electroacústica

Las interacciones entre la fuente de sonido (cantidad, posición, características de radiación, amplitudes, etc.) y la acústica de la sala se pueden comparar entre sí y los resultados se pueden utilizar como base para la toma de decisiones al crear un sistema de sonido.

Acústica de edificios

En acústica de edificios, los programas de auralización se utilizan principalmente para evaluar las propiedades de aislamiento acústico de los componentes del edificio. El grado de absorción y el comportamiento acústico de puertas o ventanas insonorizadas se pueden probar mediante modelos virtuales.

Ruido ambiental

La auralización se utiliza para evaluar la influencia del ruido ambiental, como el ruido de carreteras, ferrocarriles, tráfico aéreo, parques eólicos, etc.

Acústica de vehículos

La auralización es una herramienta para evaluar las medidas acústicas en la construcción de vehículos, tanto en relación con la situación del habitáculo como con el aislamiento del interior.

Reverberación de convolución

Probablemente la "aplicación" más exótica de la auralización, la reverberación por convolución, surgió de una sólida motivación técnica. Sin embargo, en principio, estos programas, como Space Designer de Emagic , funcionan según el mismo principio que los programas de auralización: en la convolución de material de audio con una respuesta de impulso de sala . Uno de los complementos de reverberación por convolución más antiguos es Acoustic Modeler (DirectX), que ha estado en el mercado desde 1997.

funcionalidad

El principio de auralización en acústica de salas se puede describir de la siguiente manera:

aporte

Al ingresar, se debe tener en cuenta información sobre los siguientes factores críticos:

  • Tipo de fuente de sonido y receptor
  • Posición y posible movimiento de la fuente y el receptor
  • Rutas de transmisión a considerar
  • Influencias de la habitación: tamaño, forma y grado de absorción (α; en espaciado de banda de 1/3 de octava u octava) y grado de dispersión de todas las superficies y objetos.

En la mayoría de los programas, esta entrada se puede realizar tanto en un editor de texto como en un editor de gráficos.

El primer paso es la entrada geométrica de la habitación. Todos los puntos del espacio deben definirse en un sistema de coordenadas.
Luego, todas las superficies de contorno se definen utilizando sus puntos de esquina. A continuación, se asignan propiedades acústicas a estas superficies, es decir, sus grados de absorción en bandas de tercio de octava u octava. Finalmente, se ingresan la posición y el tipo de fuente de sonido o receptor.

Ejemplo: Extracto del código fuente de un proyecto con el software Catt-Acoustic v.8 : 

Quelltext:                                      Erklärung:

CORNERS 			
201	0	0	0	               Definition der vier Punkte der
202    -w	0	0	               in der Abbildung (oben, "Modell
203    -w	d	0                      eines auralisierten Raumes") braun
204	0	d	0                      dargestellten Fläche.

PLANES				               Definition der Fläche 1 genannt
[1 floor \ 201 202 203 204 \ CARPET_SOFT ]     “floor” zwischen den 4 Punkten.
                                               Zuordnung eines Absorptionsverhaltens
                                               genannt "Carpet_Soft"

ABS CARPET_SOFT =                              Definition des Absorptionsverhalten
<7 8 21 26 27 37 47 57>                        Absorptionsgrad in Prozent pro Oktavband
                                               125Hz 250Hz 500Hz 1kHz 2kHz  4kHz  8kHz 16kHz
{191 168 155}                                  Definition einer Farbe zur Darstellung

cálculo

En el segundo paso, el programa calcula una respuesta de impulso de habitación sintética utilizando tres métodos principales :

  1. la simulación de fuentes de sonido espejo
  2. el llamado trazado de rayos
  3. el cálculo del sonido difuso

Con el método de la fuente de sonido del espejo, las posiciones de las fuentes de sonido del espejo se determinan "detrás" de las superficies límite, que luego emiten un impulso al mismo tiempo. Dependiendo de la distancia al receptor y del grado de absorción de las superficies, se pueden calcular los primeros reflejos.
Sin embargo, este proceso se limita casi exclusivamente a las salas cuboides.

Con el trazado de rayos, se emite una gran cantidad de rayos (de 10.000 a 80.000 por octava) desde la fuente de sonido y se sigue su trayectoria hasta que llegan al receptor. El trazado de rayos puede proporcionar información sobre la cola de reverberación de una habitación o completar el reflectograma . Sin embargo, no es adecuado para la auralización en tiempo real, ya que está asociado a un esfuerzo computacional que se encuentra en el rango de horas.

Con el cálculo de sonido difuso, la reverberación se calcula sobre la base de cantidades y relaciones conocidas a partir de las mediciones. Esto se hace utilizando ruido filtrado que decae exponencialmente.

Dependiendo del software en cuestión, los métodos mencionados anteriormente se utilizan individualmente o en combinación.

producción

Finalmente, cualquier grabación de sonido puede combinarse con las propiedades acústicas de una habitación ( respuesta de impulso de la habitación ) y la función de transmisión del oído externo. La función de transferencia del oído externo se utiliza para simular las funciones de transferencia dependientes del ángulo del oído humano y es esencial para la reproducción natural del material.
La señal binaural resultante se puede presentar y evaluar a través de auriculares.

software

Los programas de auralización comunes son:

Acústica de la sala
  • CATT-acústico
  • FACILIDAD
  • AquA (simulación de fuente de sonido espejo)
  • AUVIS
  • ODEON (trazado de rayos)
  • Ulises
Acústica de edificios
  • SONarchitect ISO
  • BASTIAN
  • NORA
  • Auralización de reducción de ruido (sistema de auralización en tiempo real)

Debilidades y limites

Descuidar la naturaleza ondulatoria del sonido

Los programas de auralización se basan en una consideración geométrica de la acústica . Por lo tanto, todos ustedes están descuidando la naturaleza ondulatoria del sonido. Esto significa que no se registran todos los fenómenos de difracción. Por la razón antes mencionada, la acústica de salas geométricas tampoco tiene validez general en salas pequeñas. En salas grandes, los métodos de auralización pueden ofrecer resultados aceptables en casi todo el rango de frecuencias. En contraste con esto, el rango de baja frecuencia del espectro no debe incluirse en habitaciones pequeñas. "Grande" o "pequeño" se refiere a la longitud de onda λ .

Alto esfuerzo computacional

Las reflexiones de orden superior pueden llevar a un gran esfuerzo computacional, especialmente con el trazado de rayos. A veces, esto puede ser del orden de varias horas. Para acortar el tiempo de cálculo, el proceso a menudo se termina prematuramente y la respuesta al impulso de la sala se complementa con un tiempo de reverberación estadístico, lo que conduce a resultados inexactos. Más recientemente, el trazado de rayos se ha optimizado para las GPU modernas , lo que da como resultado un aumento exponencial del rendimiento. Este desarrollo adicional se ha relacionado hasta ahora con aplicaciones en síntesis de imágenes; una transferencia a las aplicaciones en la auralización es en principio posible y anula el alto esfuerzo computacional como contrapunto.

Simplificación de los modelos

Los modelos espaciales a menudo se simplifican debido a la gran cantidad de tiempo que se requiere para ingresar a las estructuras geométricas. Esto claramente conduce a la falsificación del resultado.

Tarjetas de sonido para PC de 16 bits

Con 16 bits, la dinámica está limitada a 96 dB. Además, existe un alto nivel de ruido inherente de las tarjetas de sonido de la PC. Por esta razón, los resultados muy silenciosos o muy fuertes no se pueden representar adecuadamente.

Psicoacústica

Las señales demasiado cortas (15 a 20 segundos) no son suficientes para evaluar su efecto, especialmente en casos de contaminación acústica. La señal también se puede amplificar. Como resultado, los componentes de la señal que son realmente inaudibles se elevan por encima del umbral de audición, lo que falsifica la impresión del oyente.

literatura

General
  • Michael Vorländer : Auralización: fundamentos de acústica, modelado, simulación, algoritmos y realidad virtual acústica Springer, Berlín 2008, ISBN 978-3-540-48829-3 .
  • Michael Dickreiter: Manual de tecnología de estudio de grabación: acústica de la sala, fuentes de sonido, percepción del sonido, transductores de sonido, tecnología de refuerzo de sonido, tecnología de grabación, diseño de sonido. 6ª edición. 2 volúmenes. Saur, Munich 1997, ISBN 3-598-11321-8 .
  • Friedrich entre otras cosas: Libro de tablas de tecnologías de la información y la comunicación. 8ª edición. 1997.
Acústica
  • W. Fasold, E. Veres: Aislamiento acústico y acústica de salas en la práctica. 2ª Edición. Huss Media, 2003.
Auralización
  • M. Vorländer, R. Thaden: Auralización del aislamiento acústico aéreo en edificios. En: Acustica / Acta acustica. Volumen 86, núm. 1, 2000, págs. 70-76.
  • M. Vorländer, R. Thaden: Hacer audible el aislamiento acústico en edificios. En: revista para la atenuación del ruido. Volumen 47, 2000, págs. 169-173.
  • M. Vorländer, HA Metzen: Auralización: una nueva herramienta para la planificación acústica de edificios. En: Deutsches Architektenblatt. Volumen 5, núm. 1, 2001, págs. 61 y siguientes.
  • M. Vorländer : Auralización en el control del ruido. Conferencia plenaria, Proc. Inter-Noise '03, Jeju, Corea, agosto de 2003.
  • N. Korany: modelado por computadora y auralización de campos de sonido en habitaciones: una descripción general. Documento invitado para ICA, Kyoto / Japón 2004.
  • A. Freudenschuss: Acústica de edificios y salas con el ejemplo del estudio de radio Deutsche Welle Berlin. Trabajo técnico en SAE Munich, 2004.
  • M. Vorländer: Acústica de salas en realidad virtual. Conferencia plenaria, Simposio internacional sobre acústica de salas - ISRA. Sevilla, septiembre de 2007.

Evidencia individual

  1. ↑ Por ejemplo, descrito aquí: http://graphics.stanford.edu/papers/i3dkdtree/gpu-kd-i3d.pdf

enlaces web