Building a Dataset of Sauna Room Impulse Response Measurements

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Date
2023-08-21
Department
Major/Subject
Acoustics and Audio Technology
Mcode
ELEC3030
Degree programme
CCIS - Master’s Programme in Computer, Communication and Information Sciences (TS2013)
Language
en
Pages
30+3
Series
Abstract
In room acoustics, impulse responses are used to derive different acoustic parameters of a room. They provide valuable data for acoustics and audio-related applications. No previous research provides specific data about the acoustics of a sauna along with changing atmospheric conditions. This thesis aims to build a dataset of room impulse responses from measurements in a sauna for further processing considering the effect of atmospheric conditions on sound propagation. The acoustic effect of a room can be modeled as a linear and time-invariant system, where the input is an excitation signal, the transfer function is the effect of the room on the propagating signal, and the output is the recorded signal that consists of direct and reflected sound. The impulse response can be extracted from the recorded output with convolution operations. A sine sweep is an excitation signal option that varies in frequency over time. Its qualities differ depending on the shape of the sweep, such as length and rate of the frequency change. Notable atmospheric conditions affecting sound propagation in a room include temperature and humidity. They mostly affect the speed and attenuation of sound, and increased speed of sound is noticeable in higher temperatures and humidity levels. In this thesis, the impulse response data is collected by recording multiple sweeps over time as the atmospheric conditions change and then post-processing the recordings to extract the impulse responses. The measurement setup includes a loudspeaker for excitation signal playback, a microphone in the far field for recording sweeps, and a microphone in the near field for comparison and input monitoring. The measurement equipment is piloted via an audio interface with a Python script. The temperature and humidity are documented using Arduino-driven sensors and integrated meters of the sauna. Matlab scripts are used to post-process the recordings and analyze results. The thesis provides impulse response data under varying atmospheric conditions from the measured sauna. Temperature varies from 22 degrees Celsius to 93 degrees Celsius during the measurements. The results show the difference in the time of arrival of sound, and the atmospheric effect on the frequency response is illustrated. The sensor data shows the distribution of temperature and humidity, and the dominating effect of temperature over humidity in sauna acoustics is demonstrated.

Impulssivasteita käytetään huoneakustiikassa erilaisten akustisten parametrien johtamiseen. Niiden avulla voidaan tarjota dataa akustiikkaan ja audioon liittyvien sovellusten käyttöön. Aikaisempi tutkimus ei tarjoa erityistä dataa sauna-akustiikasta samalla, kun ilmaolosuhteet muuttuvat. Tämän diplomityön tarkoitus on muodostaa datajoukko saunan impulssivastemittauksista jatkokäsittelyä varten ottaen huomioon ilmaolosuhteiden vaikutuksen äänen etenemiseen. Huoneen akustista vaikutusta voidaan mallintaa lineaarisena ja aikariippumattomana systeeminä, jossa sisääntulo on herätesignaali, siirtofunktio on huoneen vaikutus etenevään signaaliin ja ulostulo on nauhoitettu signaali, joka koostuu suorasta ja heijastuvasta äänestä. Impulssivaste voidaan määrittää nauhoitetusta ulostulosta konvoluutio-operaatioilla. Sinipyyhkäisy on herätesignaalivaihtoehto, jonka taajuus muuttuu ajan kuluessa. Sen ominaisuudet vaihtelevat pyyhkäisyn muodon mukaan, mikä riippuu esimerkiksi kestosta ja taajuusmuutoksen tahdista. Merkittäviin ilmaolosuhteisiin äänen etenemisen kannalta sisältyy lämpötila ja ilmankosteus. Ne vaikuttavat erityisesti äänen nopeuteen ja vaimennukseen, ja kohonnut äänen nopeus on huomattavaa korkeammassa lämpötilassa ja ilmankosteudessa. Tässä diplomityössä impulssivastedata on kerätty nauhoittamalla lukuisia sinipyyhkäisyjä ajan kuluessa ja ilmaolosuhteiden muuttuessa. Tämän jälkeen nauhoitukset on jälkikäsitelty impulssivasteiden määrittämiseksi. Mittausjärjestelyyn kuuluu kaiutin herätesignaalin toistamiseen, mikrofoni kaukokentässä pyyhkäisyjen nauhoittamiseen ja toinen mikrofoni lähikentässä vertailuun ja sisääntulon seurantaan. Mittausvälineistöä ohjataan audiokäyttöliittymän kautta Python-koodilla. Lämpötila ja kosteus on dokumentoitu Arduino-ohjatuilla antureilla ja saunan integroiduilla mittareilla. Nauhoitusten jälkikäsittelyyn ja analysointiin on käytetty Matlab-koodia. Tämä diplomityö tarjoaa impulssivastedataa erilaisissa ilmaolosuhteissa saunassa. Mittausten aikana lämpötila vaihtelee 22 ja 93 celsiusasteen välillä. Tulokset osoittavat eron äänen saapumisajassa, ja ilmaolosuhteiden vaikutus taajuusvasteeseen on havainnollistettu. Anturidata osoittaa lämpötilan ja kosteuden jakautumisen, ja lämpötilan hallitseva vaikutus suhteessa kosteuteen sauna-akustiikassa on havainnollistettu.
Description
Supervisor
Schlecht, Sebastian
Thesis advisor
Prawda, Karolina
Keywords
impulse response, sauna acoustics, acoustic measurements, sound propagation
Other note
Citation