Simulationen hören

WAV-Dateiformat

Physikalische Größen der zeitabhängigen Analysearten können mit nur geringem Aufwand hörbar gemacht werden, indem im Abstand von 0,000022676 s (=1/(44100 Hz), der CD-Qualität) die gewünschte physikalische Größe in eine Ergebnisdatei geschrieben wird. Danach muss diese Datenreihe nur noch in ein Audio-Format (z.B. in das wav-Format) konvertiert werden. Bei Analysen im Frequenzbereich bieten mittlerweile viele Simulationsprogramme die automatische Umwandlung in eine wav-Datei (Aufbau des Dateiheaders siehe Tab. unten) an. Die Ergebnisse mehrerer Analysen sollten nur vergleichend bewertet werden, die heute verfügbaren Dämpfungs- und Reibungsmodelle lassen nicht erwarten, dass das simulierte Geräusch dem wahren sehr nahe kommt! Ein gehörter Vergleich zweier simulierter Varianten bietet aber einen guten Anhaltswert, in welche Richtung man die Struktur weiter optimieren könnte.

 

Beispiel für einen Dateikopf des wav-Dateiformates für maschinenakustische Anwendungen

Bedeutung

Bytelänge

Erläuterungen

Identifikation

4

String “RIFF”

Rifflänge

4

Anzahl gespeicherter Signale + 36

Identifikation

4

String “WAVE”

Identifikation

4

String “fmt “

Headerlänge

4

größer gleich 16

Datenformat

2

1 = lineare PCM-Kodierung, andere mögliche Werte haben heute keine Bedeutung mehr

Anzahl der Kanäle

2

1 = Mono, 2 = Stereo

Samplingrate

4

Abtastrate des Signals: z.B. 44100 (CD), 96000 (DVD)

mittlere Anzahl Bytes pro Sekunde

4

redundanter Wert bei den hier unterstützten Datenformaten

Bytezahl pro Zeitpunkt

2

 

Bitzahl pro Signal

2

16 für CD-Qualität, 24 für DVD-Qualität

Identifikation

4

String data

Anzahl gespeicherter Signale

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Aufbau eines wav-Dateikopfes

WAV-Dateien speichern Akustiksignale verlustfrei und unkomprimiert. Das FLAC-Format speichert Signale ebenfalls verlustfrei, aber komprimiert, was bei langen zeitlichen Signalen eine Alternative zur Speicherung ist, um Speicherplatz zu sparen.

 

 

WAV vs. komprimierte Formate (mp3, ogg, opus)

MP3-Shops bieten Musikstücke mit typischen Datenraten von 256 kb/s oder 320 kb/s. 44100 *16 bit = 689 kb/s ist die typische Datenrate bei der Standard-CD-Samplingrate von 44.1 kHz und Stereo-Qualität. Die Platzersparnis auf Festplatten und schnellere Datenübertragung in Netzwerken ist daher schon signifikant. Dennoch lohnt die Ausgabe oder Archivierung von Simulationsergebnissen im MP3-Format nicht:

  • Die MP3-Algorithmen wurden für den Musikgenuss und nicht für maschinenakustische Zwecke optimiert: Ersparen Sie sich Diskussionen, inwieweit das MP3-Format den Anforderungen zur maschinenakustischen Qualitätsanalyse von Geräuschen gerecht wird.
  • In das CD-Format umgewandelte Geräusche (z.B. dieser Webseite) benötigen nur wenige KB. Kompression bringt nicht allzu viel in bezug auf den absoluten Speicherplatz.
  • wav-Dateien können mit jedem Browser gespielt werden. Mit MP3 ist dies wegen bestehender Patente (noch) nicht möglich.

Die Patentproblematik wird von modereren (sprich effizienteren) Codecs wie Ogg Vorbis (Dateiendung *.ogg) oder Opus (Dateiendung *.opus) umgangen. Beide Open-Source-Codecs liefern zudem bei geringeren Bitraten eine bessere akustische Qualität als der mp3-Codec.

 

Soundeditoren zur Bearbeitung von Akustiksignalen

Soundeditor Audacity 2.0  Freeware-Soundeditor Audacity 2.0

Dienten Soundeditoren in den 90er-Jahren zunächst zur Unterstützung von Musik- und Radioproduktionen, richtet sich die Entwicklung dieser Programme derzeit nach den Erfordernissen von Videoproduktionen, was weit über die Anforderungen des Akustikers hinausgeht. Die für den Akustiker wesenlichen Funktionen von Soundeditoren sind:

    • Aufzeichung akustischer Informationen (Audiodaten)

    Filterung

    • Fourieranalysen

    • Umwandlung von Audiodaten in andere Formate

    • Skalierung und Überlagerung von Daten

Seit der Version 2.0 empfiehlt sich der Freeware-Editor Audacity dem Maschinenakustiker zur Durchführung der oben genannten typischen Tätigkeiten zur Manipulation von Audiofiles an. Für Anforderungen aus der Maschinenakustik ist daher die Anschaffung von kommerzieller Software zur Bearbeitung von Audiodateien nicht mehr nötig. Einige kleinere Einschränkungen (Version 2.0.3) gibt es aber noch: Der Export im Ascii- oder Excel-Format von Soundsignalen im Zeitbereich ist nicht möglich, um die Signale auch in tabellarischer Form weiterverarbeiten zu können. Der Export von Spektren hingegen klappt problemlos im Gegensatz zu vielen FFT-Smartphone-Apps.

Moderne Audioeditoren unterstützen u.a. auch das Multichannel-Recording und die nachfolgende Bearbeitung und Zusammenstellung zu einer Audiodatei:

Jane Cardiff: The Forty Part Motet. BALTICS Museum of Contemporary Art, Gateshead/Newcastle upon Tyne
Jane Cardiff, The Forty Part Motet im Gateshead BALTICS Museum für zeitgenössische Kunst: 8 Gruppen von 5 Lautsprechern entsprechen den 40 Sängern eines Chores, deren Stimmen unabhängig voneinander aufgenommen wurden und in der gemeinsamen Wiedergabe einen musikalischen Raum erzeugen, durch den die Besucher wandeln während des Hörens der Motette.

Ist man auf Dateiformate angewiesen, die die eigene Software nicht unterstützt, kann man die betroffenen Audiodateien auch auf Online-Plattformen wie Zamzar konvertieren, ohne erst Software installieren zu müssen.

 

 

 

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