Signalverarbeitung in der Vibroakustik

Ergänzungsmodul (Deutsch), 2 SWS, Wintersemester

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Inhalt

Im Rahmen der Lehrveranstaltung werden die theoretischen Grundlagen analogen und digitalen Signalverarbeitung vorgestellt und mittels industriellen Anwendungen in der Akustik und Schwingungstechnik erläutert.

Die einzelnen Themen werden anhand von z.B. folgenden Fragen eingeführt und dann erarbeitet:

Was steckt hinter den dB(A) Labels auf vielen Maschinen?
Was hat die .mp3 Komprimierung mit dem nichtlinearen Verhalten des menschlichen Ohres zu tun?
Kann ich eine komplexe vibroakustische Gesamtfahrzeugsimulation ohne Fehler in Teilrechnungen zerlegen?
Wie funktioniert eine akustische Kamera?
Welches Fenster verwende ich beim Messen von Beschleunigungssignalen?
Wie kann ein Dolby-Verstärker den „Klang“ meines Wohnzimmers berücksichtigen?
Wie funktioniert eine Transferpfadanalyse und wo sind ihre Grenzen?
Warum klingt ein a' auf der Geige anders als bei der Orgel?
Und warum gibt es in der digitalen Realisation so viel mehr zu beachten?

Hierzu gliedert sich die Lehrveranstaltung in folgende Blöcke:

Grundlagen der linearen Systeme und der Fouriertransformation
Allgemeine Signalverarbeitung im Zeit- und Frequenzbereich
Grundlagen der diskreten Signalverarbeitung
Signalverarbeitung in der Akustik
Signalverarbeitung in der Schwingungstechnik

Lernziele

Nach der erfolgreichen Teilnahme an der Lehrveranstaltung sind die Studierenden befähigt...

... die Motivation hinter der Signalverarbeitung in der Schwingungstechnik und Akustik zu identifizieren
... Anwendungen im Bereich Auralisation – Superposition, Transferpfadanalyse u.ä. beschreiben zu können
... Fensterfunktionen und Filterungen analytisch anzuwenden
... die Grundlagen der Systemtheorie anzuwenden und durch sie Signalverarbeitungsaufgaben und Maßnahmen in linearen Simulationen bewerten zu können
... kontinuierliche und diskrete Fourieranalysen auszuführen und ihre Ergebnisse zu klassifizieren
... Darstellungen in der Akustik wie linear, logarithmisch und dB-Pegel zu bewerten
... Spektren, Spektrogramme, Ordnungspektren und Übertragungsfunktionen zu beurteilen
... die zusätzlichen Effekte in der diskreten Umsetzung der Signalverarbeitung zu bewerten

Organisatorisches / Ablauf

Vorlesung:

Wöchentlicher Termin je 2 SWS
Herleitung der Themen und Formeln anhand Fragestellungen aus der industriellen Praxis mit anschließender Erläuterung und gemeinsamer Diskussion in Kombination mit Präsentation mit Beamer, Tafelanschrieb und Pythonskripten
Entwicklung und Analyse von grundlegenden Formeln durch Tafelanschrieb mit begleitender Darstellung von Anwendungen und Beispielen am Laptop und Beamer (kostenlose Online-Tools & -Apps)
Vorab online zur Verfügung gestelltes Vorlesungsskript mit dem Grundgerüst der Inhalte; weitere auch prüfungsrelevante Inhalte werden in gemeinsamer Diskussion in der Vorlesung erarbeitet

Prüfungsleistung:

Die Abnahme der Prüfungsleistung erfolgt mündlich (Dauer ca. 20 min). Bei sehr großer Teilnehmerzahl kann sie auch schriftlich erfolgen (Dauer ca. 60 min); die endgültige Prüfungsart wird am Beginn des Semesters abgestimmt
Der Prüfungstermin wird in der Semestermitte mit den Teilnehmern abgestimmt
Wiederholung der Prüfung auch in Semestern ohne Vorlesung möglich

In der Prüfung weisen die Studierenden nach, dass sie die Signalverarbeitung kennen und auf die Akustik und Schwingungstechnik anwenden können. Im Speziellen werden die Themen Grundlagen der Systemtheorie, Fouriertransformation, Fenstern und Filtern, verschiedene Formen von Spektren und ihre Analyse, Grundlagen der Schwingungs- und Körperschallanalyse, Bewertung von akustischen Größen im Frequenzbereich und ihre Anwendung sowie diskrete Signalverarbeitung geprüft.

Empfohlene Vorkenntnisse

Grundlagen der Mathematik (komplexe Zahlen & partielle Differentialgleichungen)
Grundlagen in Mechanik, Akustik und Regelungstechnik von Vorteil

Die empfohlenen Vorkenntnisse sind für eine erfolgreiche Teilnahme an der Lehrveranstaltung nicht zwingend erforderlich. Falls Sie sich für eine Teilnahme aufgrund Ihrer Vorkenntnisse unschlüssig sind, steht Ihnen unsere Kontaktperson für Rückfragen zur Verfügung.