Kurzfassung

Im Rahmen des Bachelorseminars wurde eine Software (ARTWA) entwickelt, welche es ermöglicht, 3D modellierte Räume akustisch zu simulieren. Die Simulation basiert dabei auf dem Prinzip des stochastischen Raytracings, dessen Grundlage innerhalb der geometrischen Raumakustik formuliert wird. Der Entwicklungsprozess reichte vom Erstellen einer grafischen Benutzeroberfläche inklusive 3D-Viewport, bis hin zu der Einführung einer eigens entwickelten Datenstruktur, genannt Soundmap, welche die während der Simulation erstellten Daten bei der Empfängerauswertung bereitstellt. Die Wahl der Empfängerposition ist somit komplett unabhängig vom während der Simulation stattfindenden Raytracing-Prozess und kann jederzeit variiert werden. Als Ergebnis wird die quell-/empfängerpositionsabhängige Impulsantwort in Form einer .wav-Datei exportiert. Da ein Raum über seine Impulsantwort vollständig beschrieben werden kann, kann dieser eine Vielzahl an raumakustischen Kriterien abgeleitet werden. Wie auch im Namen der Software enthalten, wird zusätzlich die Möglichkeit geboten, die akustische Situation an einer beliebigen Empfängerposition hörbar zu machen. Eine individuell geladene Sound-Datei wird somit direkt bei der Auswertung mit der jeweiligen Impulsantwort gefaltet und über den Default Audio Treiber wiedergegeben. Da die Auswertung, je nach Abtastfrequenz, in weniger als 2 Minuten (siehe Kapitel 5.2) durchgeführt wird, kann jede beliebige Position im Raum auch durch ihre Auralisation verglichen werden. Das grafische User Interface bietet neben einigen Umweltparametern (Temperatur, Luftfeuchtigkeit) auch Einstellungen, welche die Visualisierung von Simulationsdaten erlauben. So können neben den ausgesandten Strahlen der Quelle auch jene der Reflexionen, bis hin zu einer beliebig gewählten Ordnung, dargestellt werden. Auch die Einträge der Soundmap können in Form von farbigen Punkten auf den Geometrieoberflächen sichtbar gemacht werden. Für die Erstellung des Raummodells wurde für das Open Source 3D-Modellierungsprogramm Blender ein Addon entwickelt. Dieses kann Materialien mit deren Absorptionsgraden innerhalb einer .csv-Datei einlesen und in der Materialbibliothek von Blender speichern. Der Benutzer kann anschließend mühelos diese Materialien den Flächen seines Raums zuweisen. In Erweiterung dazu, wird vom Addon auch eine Export-Funktion zur Verfügung gestellt, welche alle für ARTWA relevanten Parameter mitberücksichtigt. Die Software wurde auf Windows mit C++ geschrieben und wird daher als .exe-Datei bereitgestellt. Alle visuellen Aufgaben (GUI, 3D-Viewport) werden dabei direkt vom jeweils verbauten Grafikprozessor behandelt. Alle anderen Berechnungen der Simulation werden ausschließlich auf der CPU durchgeführt. Gewisse Rechenoperationen werden, soweit vom Prozessor unterstützt, zusätzlich über SIMD Instructions beschleunigt.

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