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Mathematische Methoden für bessere Ortung von Schallquellen in virtuellen akustischen
Umgebungen. FWF bewilligt das internationale Forschungsprojekt BIOTOP
wien (öaw) - Am Institut für Schallforschung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften
(ÖAW) startet am 1. Mai 2013 ein internationales FWF-Projekt zur Entwicklung besserer Methoden zur Berechnung
der Ortung von Schallquellen in virtuellen Umgebungen. In den nächsten drei Jahren werden Forschungsgruppen
aus Österreich, Deutschland und der Schweiz an der Entwicklung neuer Algorithmen arbeiten, die Lösungen
für die konkrete Anwendung ermöglichen sollen.
Ziel des Projekts BIOTOP (Adaptive Wavelet und Frame Techniken für BEM in der Akustik, Rand-Integral Verfahren
mit optimalen Eigenschaften) ist die Entwicklung verbesserter Methoden zur Berechnung der kopfbezogenen Übertragungsfunktion,
der „Head-Related Transfer Function“ (HRTF). „Die HRTF beschreibt die Filterwirkung von Ohr, Kopf und Torso und
somit die Grundlage des menschlichen Ortungssystems von Schallquellen, beispielsweise eines herannahenden Autos“,
erläutert Projektleiter Wolfgang Kreuzer vom ÖAW-Institut für Schallforschung.
Zur Berechnung dieser HRTF wird die im Bereich der Akustiksimulation gängige „Randelemente-Methode“ (BEM –
Boundary Element Method) eingesetzt. Diese hat in der herkömmlichen Anwendung jedoch den großen Nachteil,
dass bei steigenden Frequenzen enorme Rechenzeiten und Ansprüche an Computer-Hardware erforderlich sind. Für
die Berechnung der HRTF müssen jedoch Frequenzen bis zu 20.000 Hz berücksichtigt werden, und deshalb
konnte die BEM in der Vergangenheit nur beschränkt zur Berechnung dieser Filterfunkionen eingesetzt werden.
„Die im Projekt BIOTOP entwickelten effizienten Berechnungsmethoden sollen helfen, diesen Nachteil der BEM auszugleichen
und somit eine effizienten Berechnung von HRTFs im hörbaren Frequenzbereich ermöglichen“, sagt Institutsdirektor
Peter Balazs, der gemeinsam mit Wolfgang Kreuzer und Tomasz Hrycak das österreichische Team bildet.
Rechenaufwand reduzieren
Im Projekt BIOTOP sollen Möglichkeiten entwickelt werden, den Rechenaufwand durch den Einsatz von adaptiven
Wavelet- und Frame-Methoden zu reduzieren und so die BEM zur HRTF-Berechnung einsetzbar zu machen. Die Wavelet-Transformation
stellt im Vergleich zu den üblichen Methoden vorteilhaftere Funktionen zur Verfügung, die sich teilweise
automatisch besser an die Verteilung eines Schallfelds anpassen können. Frames sind eine Verallgemeinerung
von Wavelets und gestatten eine noch flexiblere Konstruktion und somit eine bessere Anpassung an den spezifischen
Problemfall.
BIOTOP ist ein internationales D-A-CH Projekt mit Unterstützung von drei nationalen Forschungsförderungsgesellschaften:
DFG (Deutschland), FWF (Österreich) und SNF (Schweiz). Das Forschungsteam am ÖAW-Institut für Schallforschung
wird durch Forschungsteams um Stephan Dahlke, Fachbereich Mathematik und Informatik der Phillipps-Universität
Marburg, und Helmut Harbrecht, Mathematisches Institut der Universität Basel, ergänzt. Die Expertise
von drei Gruppen aus diesen drei Ländern vereint sich so zur Entwicklung neuer Algorithmen, die die Lösung
von Problematiken in der konkreten Anwendung ermöglichen. BIOTOP kombiniert Ansätze aus der mathematischen
Theorie mit deren unmittelbarer Umsetzung in numerischer und angewandter Mathematik.
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