Akustische Simulationen für Beschallungen bremsen durch ihren rechenintensiven Charakter die Geschwindigkeit von Designprozessen. Eine Echtzeit-Engine soll Planungsarbeiten deutlich vereinfachen.

Die Disziplin der Beschallungsplanung stützt sich seit jeher auf akustische Simulationen, um die Leistungsfähigkeit von Systemen vorherzusagen und zu optimieren. Herkömmliche Simulationsmethoden – trotz ihrer Leistungsfähigkeit – bringen jedoch durch ihren rechenintensiven Charakter gewisse Einschränkungen im Arbeitsablauf mit sich. Der sequenzielle Prozess aus Parametereingabe, Start der Berechnung und Warten auf Ergebnisse führt zu Verzögerungen, die den iterativen und intuitiven Designprozess erheblich behindern können.

Mit der Veröffentlichung von EASE 5 Third Edition vollziehe sich laut AFGM ein grundlegender Paradigmenwechsel – angetrieben durch die Integration von Acousteer, einer innovativen Echtzeit-Simulations-Engine, die akustische Planungsprozesse revolutioniere. Im Folgenden werfen wir einen technischen Blick auf Acousteer und die neuen, interaktiven Möglichkeiten zur Optimierung von Beschallungssystemen.

Technologie hinter der Echtzeit-Interaktion

Im Zentrum dieser Entwicklung steht die Engine Acousteer, deren Echtzeitleistung auf einer hochoptimierten hybriden GPU/CPU-Architektur basiert. Dadurch werden Audiosimulationen im vollen Frequenzbereich (20 Hz – 20 kHz) mit einer Spektralauflösung über 1/24-Oktavband möglich – bei gleichzeitiger Handhabung von bis zu 200.000 Mapping-Punkten, die dynamisch aktualisiert werden.

Besonders bemerkenswert: Acousteer läuft effizient auf handelsüblicher Consumer-Hardware – es wird keine Cloud-Infrastruktur benötigt.

Diese Performance wird erreicht, ohne Kompromisse bei der Simulationsgenauigkeit einzugehen. Durch die Nutzung von Algorithmen aus jahrzehntelanger Forschung von AFMG Technologies wird die Rechenlast intelligent auf CPU und GPU verteilt. Dieses Last-Balancing sorgt für maximale Performance, ohne Daten zu vereinfachen oder die mathematische Integrität der Berechnungen zu gefährden – ganz im Sinne der hohen Ansprüche an EASE-Simulationen.

Vom Vorhersage- zum Optimierungswerkzeug

Die größte Stärke von Acousteer liegt zunächst in der SPL-Mapping-Funktion. Die Simulationen sind nahtlos in den Hauptarbeitsbereich von EASE 5 Third Edition integriert, in dem Benutzer 3D-Geometrien bearbeiten und Lautsprechersysteme konfigurieren. Jede Änderung – ob Position, Ausrichtung oder DSP-Einstellungen – führt sofort zur Neuberechnung und Visualisierung des Direktschallfelds auf gewählten Zuhörerflächen oder Mapping-Ebenen.

Ergebnis: Der Planungsprozess wird zu einem kontinuierlichen, interaktiven Explorationsvorgang. Die bisherige Verzögerung zwischen Eingabe und Ergebnis entfällt – das fördert ein intuitives Verständnis der Systemparameter und deren Einfluss auf die Schallverteilung.

Transformation klassischer Planungsprozesse

Die wichtigste Veränderung im Planungsansatz: Bereits vor der vollständigen Lautsprecherplatzierung kann mit der akustischen Kartierung begonnen werden. Beispiele:

Schnelle Lautsprecherwahl

Beim Platzieren von Lautsprechern im 3D-Modell wird deren direkter SPL-Beitrag sofort auf der Zuhörerfläche angezeigt. Dadurch lassen sich Deckungslücken oder kritische Überstrahlung – etwa auf reflektierende Flächen – direkt erkennen. Ein Beispiel: Um den STI in einem halligen Raum zu verbessern, können Anwender verschiedene Lautsprechermodelle (z. B. 90° x 40° vs. 60° x 60°) aus der Datenbank durchprobieren und deren Abstrahlverhalten sofort vergleichen.

Schnelle Konfiguration von Arrays

Das Entwerfen und Optimieren von Arrays (z. B. Line Arrays oder Cluster) wird zum intuitiven Prozess. Splay-Winkel, Krümmung, Position und Ausrichtung lassen sich live anpassen – mit sofortiger Rückmeldung auf das Abdeckungsverhalten. Beispiel: Die optimale Anzahl von Elementen und die Abhängehöhe für ein Stadionarray lässt sich in wenigen Minuten evaluieren. So kann eine effizientere Konfiguration mit weniger Lautsprechern gefunden werden – ohne Einbußen in der Abdeckung.

Intuitives Systemtuning

Die Feinabstimmung zwischen Systemteilen (z. B. Delay-Lines, Fill-Systeme) wird durch die visuelle Rückmeldung deutlich vereinfacht. Änderungen von Pegeln, Verzögerungen, Polaritäten oder Gruppeneinstellungen werden direkt auf der SPL-Map dargestellt. So gelingt etwa das präzise Abgleichen eines Main-PA mit Delay-Zonen in Echtzeit.

Integrierte Raum- und Systemplanung

Bei Neubauten oder akustischen Sanierungen verbindet EASE 5 mit Acousteer Architekturplanung und Beschallungsdesign. Änderungen an Raumformen, Sitzgeometrien oder Absorberflächen lassen sich sofort in Bezug auf die akustische Abdeckung beurteilen – für einen ganzheitlichen Planungsansatz.

Akustisches Steckbrett und gestärkte Intuition

Acousteer verwandelt EASE 5 in eine virtuelle „akustische Lochrasterplatte“. Ingenieur:innen können schnell unterschiedliche Lautsprecher-Setups testen, Abstrahlwinkel optimieren oder DSP-Einstellungen ausprobieren – und erhalten sofort Rückmeldung zum Direktschallverhalten.

Diese Echtzeitinteraktion stärkt auch das intuitive Verständnis akustischer Zusammenhänge, insbesondere bei komplexen Systemen mit mehreren Quellen wie Subwoofer-Arrays oder Fills. Der unmittelbare Effekt von Parametervariationen lässt sich visuell erfassen – eine Erfahrung, die statische Simulationsergebnisse nicht bieten.

Bessere Kollaboration und Kommunikation

Die Möglichkeit, Entwurfsentscheidungen live zu visualisieren, verbessert die Zusammenarbeit mit Kunden, Architekten und Projektbeteiligten. In Besprechungen – vor Ort oder remote – können Änderungen sofort demonstriert und diskutiert werden. Das macht technische Konzepte greifbar und unterstützt fundierte Entscheidungen.

Je nach Zielgruppe kann zwischen präzisen Isoline-Plots für die technische Bewertung und weicheren Patch-Grids für anschauliche Darstellungen gewechselt werden.

Aktuell beschleunigte Parameter

Die Echtzeitfunktionen von Acousteer konzentrieren sich derzeit auf die Berechnung des Direktschallfelds (SPL). Für Parameter wie STI oder Clarity, sowie für Reflexionen und Nachhall, greift EASE weiterhin auf die bewährten, aber rechenintensiveren Engines wie AURA oder Ray Tracing zurück. Doch Acousteer markiert den Beginn einer neuen Ära: Zukünftige Versionen von EASE 5 sollen die Echtzeitfähigkeiten auf weitere akustische Parameter ausdehnen. Die Forschung zur Integration komplexerer akustischer Effekte ins Echtzeitsystem läuft bereits.

EASE 5 Third Edition mit der Acousteer-Engine stellt also einen weiteren Meilenstein in der Akustiksimulation dar. Die Beseitigung der traditionellen Berechnungsverzögerung bei Direktschallanalysen eröffnet völlig neue Dimensionen in Bezug auf Interaktivität, Geschwindigkeit und kreatives Design.

Die Möglichkeit, direktes Feedback zu erhalten, verändert Arbeitsprozesse, beschleunigt Entwurfszyklen, vertieft das ingenieurtechnische Verständnis und erlaubt datenbasierte Optimierungen mit bislang unerreichter Effizienz. Auch wenn sich die Technologie noch weiterentwickelt, setzt Acousteer bereits heute einen neuen Standard und befähigt Audio-Profis dazu, nachweislich bessere Beschallungssysteme schneller und sicherer zu planen und umzusetzen.

Echtzeit-Akustiksimulation auf dem ISMRA

In einem ISMRA-Fachbeitrag im Mai 2025 in New Orleans (International Symposium on Musical and Room Acoustics) wurden die Entwicklung und Umsetzung der Echtzeit-Akustiksimulations-Engine namens Acousteer behandelt. Diese soll die aktuelle Einschränkungen bei der akustischen Planung von Beschallungssystemen überwinden. Im Folgenden werden die wichtigsten Inhalte und technischen Aspekte des Papiers zusammengefasst.

Das Paper betont die zunehmende Bedeutung akustischer Simulationen bei der Planung von Beschallungssystemen, insbesondere in komplexen Veranstaltungsorten wie Konzertsälen, Theatern oder Arenen, in denen herkömmliche Planungsmethoden an ihre Grenzen stoßen. Üblicherweise basieren Simulationswerkzeuge auf einem zweiphasigen Workflow (Modellerstellung und Berechnung), der den iterativen Planungsprozess erheblich verlangsamt.

Aktuelle Einschränkungen in der Direktschallfeldberechnung

Die Berechnung des Direktschallfelds – also des Schalldrucks, den ein Lautsprecher an einem bestimmten Ort erzeugt – ist zentral für die Akustiksimulation. Dabei ergeben sich folgende Herausforderungen:

1. Komplexe Richtcharakteristik von Schallquellen
Das Direktschallfeld wird maßgeblich durch die Richtwirkung der Schallquelle beeinflusst. Das vorgestellte Modell „Complex Directivity Point Source“ (CDPS) beschreibt den Schalldruckpegel am Empfängerort basierend auf folgenden Parametern:

• Abstand (r): Entfernung zwischen Lautsprecher und Empfänger
• Richtungsabhängige Übertragungsfunktion (Γ(θ, φ)): Winkelabhängige Richtwirkung des Lautsprechers
• Luftdämpfung (α_air): Frequenzabhängige Dämpfung des Schalls durch Luftabsorption

Die Herausforderung lautet also: Eine realitätsnahe Simulation erfordert hochaufgelöste Daten über die Richtcharakteristik (z. B. in 1/24-Oktavschritten), was große Datenmengen und hohe Rechenleistung verlangt.

2. Rechenaufwand bei großen Systemen

• Große Beschallungsanlagen mit Dutzenden oder Hunderten Lautsprechern erhöhen die Anzahl der zu berechnenden Schallquellen.
• Hohe räumliche Auflösung: Für präzise Simulationen müssen zehntausende bis hunderttausende Empfängerpunkte berechnet werden. Bei großen Venues entstehen so schnell bis zu 10⁹ Rechenoperationen (Schallquellen × Empfängerorte × Frequenzen). Eine Herausforderung: Die schiere Datenmenge macht klassische Berechnungsverfahren in großen Veranstaltungsorten extrem rechenintensiv. Eine Genauigkeit im Bereich von 1–2 dB erfordert erhebliche Rechenressourcen.

Widerstände im Planungsprozess

Konventionelle Simulationssoftware basiert auf zwei getrennten Phasen:

Phase 1: Modellerstellung

• Aufbau der Raumgeometrie, Platzierung der Lautsprecher, Konfiguration der Signalverarbeitung
• Prüfung auf Konsistenz und Fehlerfreiheit

Phase 2: Berechnung und Auswertung

• Auswahl der Berechnungsparameter und Start der Simulation
• Nach jeder Änderung: erneuter Durchlauf beider Phasen

Probleme des zweiphasigen Prozesses:

• Zeitaufwändig: Änderungen erfordern stets eine neue Gesamtsimulation
• Ineffizient: Schnelle Iterationen werden behindert
• Kein direktes Feedback: Der Zusammenhang zwischen Änderung und akustischem Effekt ist nicht unmittelbar nachvollziehbar
• Fehlerrisiko: Verzögerte Auswertungen führen leicht zu Planungsfehlern

Interaktive Lösung

Die vorgestellte Lösung ist eine interaktive Echtzeit-Engine zur Simulation des Direktschallfelds. Ihre Kerneigenschaften:

• Echtzeit-Aktualisierung: Änderungen am Modell wirken sich sofort auf die Simulation aus
• Hohe Effizienz: Rechenzeiten reduzieren sich durch Nutzung moderner CPU-/GPU-Hardware von Stunden auf Sekunden
• Einphasiger Workflow: Modellierung und Berechnung erfolgen kontinuierlich in einem Schritt – ohne separates Validieren oder Neustarten

Um Echtzeitberechnungen zu ermöglichen, basiert Acousteer auf einer leistungsoptimierten Softwarepipeline mit effizientem Datenmanagement: Nur relevante Modelländerungen führen zu Neuberechnungen. Rechenschritte werden außerdem in parallelisierbare Operationen zerlegt. CPU und GPU werden dabei gemeinsam genutzt, um auch große Datenmengen performant zu verarbeiten

Praxisvalidierung & Performance

Die Leistungsfähigkeit von Acousteer wurde anhand realer Projekte (Theater, Konzerthallen, Sportstätten) überprüft. Die Rechenzeitverbesserung leistete eine bis zu 30-fache Beschleunigung im Vergleich zu klassischen Tools (Rechenzeiten 0,1–0,5 Sekunden). Diese auch bei einer Skalierbarkeit: Auch bei bis zu 200.000 Berechnungspunkten bleibt die Engine performant – bei entsprechender Hardware sind <0,1 Sekunden pro Update möglich. Dies ist Hardware-abhängig: CPU, GPU und Speicherbandbreite beeinflussen die Leistungsfähigkeit maßgeblich.

Als Vorteil in der Echtzeitsimulation ergibt sich eine schnellere Planung, Iterationen sind sofort möglich. Eine bessere Nutzererfahrung ergibt sich durch direkte Rückmeldung. Das macht das Tool intuitiver und reduziert Planungsfehler. Schnellere Feedbackzyklen erleichtern die Abstimmung zwischen Planer:innen und Kund:innen und fördern die Kollaboration. Auch das Datenhandling vereinfacht sich: Es sind keine Zwischenergebnisse nötig und gibt weniger Speicherbedarf.

Acousteer dürfte also einen bedeutenden Fortschritt in der Akustiksimulation darstellen. Der Übergang vom klassischen Zwei-Phasen-Modell zu einem interaktiven Echtzeitansatz bietet enorme Vorteile in Bezug auf Geschwindigkeit, Effizienz und Benutzerfreundlichkeit.

Das System bildet aktuell das Direktschallfeld ab, schafft aber eine solide Grundlage für zukünftige Erweiterungen – etwa zur Simulation von Raumreflexionen und Nachhall.