3D-Akustik

Berechnungsverfahren für dreidimensionale Schallausbreitung im urbanen Kontext

Auf einen Blick

Logos des Bundesministeriums für Wirtschaft und Enerige und des ZIM

Projektförderung
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie durch das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)

Projektpartner
virtualcitysystems GmbH, Berlin
inuTech GmbH, Nürnberg
Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP, Stuttgart

Projektlaufzeit
Juni 2018 – November 2020

 

Über das Projekt

Zum Schutz der Bevölkerung vor schädlichen Lärmbelastungen sollte im Projekt ein neuartiges und schnelles Berechnungsverfahren entstehen, das die dreidimensionale Schallausbreitung im urbanen Kontext auf Basis physikalischer Modelle simuliert und so komplexe akustische Fragestellungen beantworten kann.

Die etablierten Berechnungsverfahren gemäß dem Stand der Technik können den tatsächlichen dreidimensionalen Schallverlauf nicht physikalisch abbilden, sondern gründen auf “Faustformeln” und gehen regelbasiert vor und besitzen dadurch nur begrenzte Anwendungsmöglichkeiten.

Tatsächliche Sachverhalte oder Objekte werden vereinfacht, so dass die Ergebnisse grobe Näherungen sind. Reflexionen werden kaum betrachtet. Sind jedoch genaue und spezielle Ergebnisse gefragt, ist eine Berechnung der gesamten physikalischen Effekte mit FEM-Methoden möglich. Allerdings ist dieses Vorgehen sehr rechenintensiv, insbesondere bei Modellen mit großen Ausdehnungen.

inuTech hat daher den Ansatz der Dynamischen Energie Analyse (DEA) entwickelt, der auf einem Strahlenverfahren (Local Ray Tracing) in einem groben Gitter des betrachteten Gebietes besteht. Im Rahmen des Projektes wird dieser Ansatz auf dreidimensionale Fragestellungen erweitert.

Dies erlaubt die genaue Analyse von Modellen mit großen Ausdehnungen bei deutlich reduziertem Rechenaufwand. Das Fraunhofer Institut für Bauphysik (IBP) trägt die wissenschaftlichen Rahmenbedingungen bei. Hierzu zählen die physikalischen Gesetzmäßigkeiten von Reflexion, Transmission, Brechung und Beugung. Diese sind die Grundlage für die Entwicklung der mathematischen Verfahren.

Das neuartige Berechnungsverfahren wird von Virtual City Systems als eigenständige Anwendung in die VC Map integriert. Stadtmodellausschnitte werden als vernetzte Luftvolumenmodelle aufbereitet und um alle relevanten akustischen Eigenschaften, wie Reflexionskoeffizienten für Fassaden, angereichert und gelöst. Die Ergebnisse werden in der Kartenanwendung visualisiert.

Behörden und Planern eröffnen sich somit neue zukunftsweisende Möglichkeiten in der akustischen Stadtgestaltung. Beispielsweise können schallabsorbierende Effekte an einer Fassade oder an Bauwerken für die Optimierung von Schallschutzmaßnahmen berücksichtigt werden – eine Neuheit, die vorhandene Verfahren nicht bieten.

Mit dem Forschungsvorhaben wurde der Grundstein einer neuen Berechnungsmethodik für die Lärm- und Schallausbreitung gelegt, die die Lücke zwischen den bestehenden 2D-Verfahren und den Faustformeln zur physikalischen 3D-Berechnung schließt.