Virtuelle akustische Prüfung von z.B. Schulen oder Konzerthäusern

(21.8.2020) Forscher der Dänischen Technischen Universität (DTU), das multidisziplinäre Ingenieur- und Managementberatungsunternehmen Rambøll sowie der Akustikspezialist Ecophon haben mit „Acoustic Virtual Reality for Architectual Design“ ein Verfahren entwickelt, mit dem Bauherren die Akustik ihres künftigen Gebäudes im Computer vorab überprüfen können. Das ist z.B. beim Bau von Schulen oder Konzerthäusern relevant.

Raumakustische Simulationen werden typischerweise nach zwei Methoden durch­ge­führt - geometrisch oder wellenbasiert. In der geometrischen Akustik werden mehrere vereinfachende Näherungen bezüglich der Schallausbreitung gemacht. Bei dem wellenbasierten Verfahren werden die maßgebenden partiellen Differentialgleichungen (partial differential equations, PDEs) numerisch gelöst - was wesentlich genauer, aber rechnerisch anspruchsvoller ist.

Ziel des Projektes „Acoustic Virtual Reality for Architectual Design“ ist nun die Erforschung neuartiger wellenbasierter virtueller Akustikmethoden, die sich für Echtzeit-Virtual-Reality (VR) zur ganzheitlichen Bewertung von Gebäudeentwürfen eignen. Die „Reduzierte-Basis-Methode“ (reduced basis method) ist dabei die Schlüsselidee, um ein VR-System zu erhalten, das interaktiv in Echtzeit physikalisch und wahrnehmungsmäßig korrekt arbeitet.

Reduzierte-Basis-Methode

„Ziel ist es, einen Kompromiss zwischen der gewünschten hohen Präzision und der Zeit zu finden, die für die Berechnung der Akustik benötigt wird“, betont DTU-Projektleiter Sampedro Llopis. Er setzt mit der Reduzierten-Basis-Methode auf ein mathematisches Verfahren, das die Berechnungszeit für Computer drastisch zu verkürzen verspricht und bereits in anderen Bereichen der Bauphysik zum Einsatz kommt.

„Mein Fokus liegt auf der Genauigkeit der Ergebnisse", so der Mathematiker. Es sei wichtig, die Akustik vollständig korrekt und sehr realitätsnah wiederzugeben - unabhängig davon, ob der Rezipient mitten im Raum oder an einer Wand steht. Die Entwicklung ist vor allem für Architekten und Entscheider gedacht, die damit die Möglichkeit erhalten, schon in einem frühen Stadium durch eine geeignete Auswahl an Materialien und konstruktiven Elementen die Akustik zu beeinflussen.

Visuelles und akustisches Erlebnis

Bisherige Simulationstechniken geraten laut den beteiligten Wissenschaftlern schnell an ihre Grenzen - insbesondere, wenn es um die Akustik geht. „Unsere Kunden sind mit dem visuellen Erlebnis zufrieden, das sie heute haben, wenn sie sich mit einer VR-Brille durch ein virtuelles Gebäude bewegen“, kommentiert Jesper Bo Andersen von Rambøll. Und fügt abschließend hinzu: „Wir wollen nun auch die Möglichkeiten der Digitalisierung nutzen, um die Akustik einzubeziehen.“