RAARA - Residential Area Augmented Reality Acoustics

Status

abgeschlossen (März 2023)

Ausgangssituation, Inhalte und Ergebnisse

Lärm verursacht Stress und löst damit Reaktionen wie Herz-Kreislauferkrankungen, Schlaf- und Konzentrationsstörungen bis hin zu psychischen Krankheiten aus und hat Einfluss auf das soziale Verhalten (Aggressionen). Gerade in urbanen Gebieten sind Menschen sehr stark von Lärmbelästigungen betroffen. Hierbei sind neben dem Verkehrs- und Gewerbelärm vor allem Geräte zum Heizen oder Kühlen von großer Bedeutung. Klimaanlagen, Wärmepumpenaußeneinheiten (Quelle) oder auch lärmende Schaltschränke führen immer wieder zu Konflikten zwischen Betreiber:innen und Anrainer:innen. Generell hat die Lärmbelästigung in den letzten Jahren wieder zugenommen. Bereits 40% der Österreicher:innen fühlen sich davon betroffen. Unter dem Gesichtspunkt des stetigen Ausbaus von erneuerbaren Energien für Wärme und des in Zukunft stark wachsenden Bedarfs an Klimageräten, werden einerseits vor allem Luft-Wärmepumpen als auch Klimaanlagen im urbanen Gebiet stark zunehmen. Heutzutage werden deren Schallemissionen meist aus einer einzigen Zahl bestimmt, dem ortsunabhängigen Schallleistungspegel, und mittels einfacher mathematischer Methoden in einen ortsabhängigen Schalldruckpegel umgerechnet. Hierbei werden weder die Frequenzabhängigkeit, Richtungsabhängigkeit, Betriebszustand noch der Einfluss der Umgebung berücksichtigt. Es ist daher dringend erforderlich, einen intuitiveren, einfacheren aber gleichzeitig auch präziseren Zugang zur Schallthematik zu erschließen, um Städte einerseits mit 100% erneuerbarer Wärme und Kälte zu versorgen und gleichzeitig den Lärmpegel zu senken. Dieser Zugang erfolgt über Augmented Reality (AR) und stellt einen bis dato einzigartigen Ansatz dar.

Ziel des Projektes RAARA – Residential Area Augmented Reality Acoustics ist es, Schallemissionen von Lärmquellen vor deren Installation mittels „Augmented Reality" vor Ort in Echtzeit sichtbar und hörbar zu machen, und zwar abhängig von Frequenz, Richtung, Betriebszustand und Umgebung. Lärmquellen wie, z.B. Rückkühler, Verdampfer, Lüfter, etc. in/am/um Gebäude, sowie lärmdämmende Maßnahmen sollen vor der Installation der Geräte VOR ORT virtuell platziert werden können. Deren Schallemissionen werden dabei in Echtzeit visuell an den Umgebungsoberflächen dargestellt beziehungsweise akustisch wahrnehmbar gemacht. Für die Berechnungen wird dabei die automatisch erkannte Umgebung schallphysikalisch berücksichtigt. Mit der im Projekt entwickelten einzigartigen Methodik können verschiedene Aufstellungsorte, unter Berücksichtigung lärmdämmender Maßnahmen und noch nicht gebaute Fassaden getestet, und damit der Lärmpegel der zukünftig aufzustellenden Heiz- und Kühlgeräte virtuell optimiert werden, noch bevor die Geräte bestellt sind.

Die Projektergebnisse umfassen Methoden zur:

• Umrechnung von Lärmquellenmessungen in passende Schallprofile
• Automatisch schallphysikalisch Erfassung der Umgebung (Nah- und Fernbereich)
• Möglichkeit zur Positionierung zusätzlicher virtueller Wände mit wählbaren Materialeigenschaften
• Einbindung externer Geometrien via GPS and GIS
• Berechnung der Schallausbreitung anhand der Schallprofile und der Umgebungsdaten
• Interaktive visuelle und akustische Darstellung der Berechnungen mittels AR (virtuelle Lärmquelle mit virtuellem Schall in realen Umgebungen)

Im Laufe des Projekts wurde sowohl der Smartphone Prototyp als auch eine Version für die Microsoft HoloLens entwickelt. Beide Anwendungen weisen die gleiche Funktionalität auf, lediglich die Darstellung der Objekte und das User Interface unterscheiden sich.

Die Anwendung ermöglicht die automatische Erkennung der Umgebung und die Erstellung einer virtuellen Umgebung, dessen Elemente skaliert, verschoben und gedreht werden können, um die Realität widerzuspiegeln. Benutzer:innen können manuelle Wände hinzufügen und die Umgebung mit verschiedenen Materialien versehen. Auf dem Boden können mehrere Wärmepumpen platziert werden, um die richtungsabhängige Schallleistung des Geräts mit Balkendiagrammen und farbcodierten Würfeln anzuzeigen. Die Visualisierung des Schalldrucks im Raum erfolgt durch Platzierung von Kugeln an verschiedenen Positionen im Raum. Die Anwendung bietet auch die Möglichkeit, Messpunkte hinzuzufügen, um eine vereinfachte Schallsimulation durchzuführen, die vom Abstand zwischen Schallquelle und Messpunkt abhängt. Eine Verbindung mit dem Internet ermöglicht durch Kommunikation mit einer Serverapplikation eine anspruchsvollere Schallsimulation, welche auf Grund der hohen Präzision der Ergebnisse für die finale Auslegung der Wärmepumpensysteme genutzt werden kann.

Für die automatische Umgebungserkennung werden in der unmittelbaren Umgebung der nutzenden Person mithilfe einer Software-Bibliothek horizontale und vertikale ebene Flächen erkannt und dargestellt. Da diese Methode höchstens eine Erkennung von Objekten in einem Umkreis von etwa 5 bis maximal 12 Metern ermöglicht, musste für die Erkennung weiter entfernter Objekte – beispielsweise Gebäudefassaden – ein Bilderkennungsalgorithmus entwickelt werden.

Im Rahmen des Projektes RAARA wurden die wesentlichen Grundlagen geschaffen, Schallereignisse virtueller Schallquellen in realer Umgebung mittels fortschrittlicher Methoden zu berechnen und mittels Augmented Reality zu visualisieren. Darüber hinaus wurde eine erste Application entwickelt, um die betrachteten Möglichkeiten einem breiten Publikum zu demonstrieren und die Awareness bezogen auf die Schallthematik insbesondere bei Wärmepumpen signifikant zu erhöhen.

Da der Prototyp die grundlegende Funktionalität der angedachten Anwendung beweisen konnte, ist geplant, dieses Programm in weiteren Projekten zu verfeinern. Das Interesse des Fachpublikums ist sehr groß und in zahlreichen Gesprächen auf Konferenzen und Messen wurden die nächsten Schritte erörtert. So fokussiert der neue IEA HPT Annex 63 „Placement Impact on Heat Pump Acoustics" – „Auswirkungen der Platzierung von Wärmepumpen auf die Schallemissionen" unter anderem auf die Internationalisierung und Erweiterung verfügbarer virtueller Tools zur Berechnung und Visualisierung von Schalldruckpegeln von Wärmepumpen. Dieses internationale Projekt wird auch durch ein nationales österreichisches Konsortium unterstützt.

Erwartete Ergebnisse

Mit der im Projekt entwickelten einzigartigen Methodik können verschiedene Aufstellungsorte, lärmdämmende Maßnahmen und noch nicht gebaute Fassaden berücksichtigt werden können, und damit der Lärmpegel der zukünftig aufzustellenden Heiz- und Kühlgeräte virtuell optimiert werden, noch bevor die Geräte bestellt sind. Die Projektergebnisse umfassen Methoden zur:

• Umrechnung von Lärmquellenmessungen in passende Schallprofile
• Automatisch schallphysikalisch Erfassung der Umgebung (Nah- und Fernbereich)
• Berechnung der Schallausbreitung anhand der Schallprofile und der Umgebungsdaten
• Interaktive visuelle und akustische Darstellung der Berechnungen mittels AR (virtuelle Lärmquelle mit virtuellem Schall in realer Umgebungen)

Projektleiter

Institut/Unternehmen: AIT Austrian Institute of Technology GmbH

Projekt- bzw. KooperationspartnerInnen

ÖAW - Österreichische Akademie der Wissenschaften als Subauftragnehmer

AIT Austrian Institute of Technology GmbH
Christoph Reichl, Gerwin Drexler-Schmid
Giefinggasse 2
A-1210 Wien
Tel.: +43 50550-6605
Fax: +43 50550-6679
E-Mail: christoph.reichl@ait.ac.at, gerwin.drexler-schmid@ait.ac.at
Web: www.ait.ac.at