|   | Schallquellen schnell und effektiv finden, messen und analysieren
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| Das AcoustiCam Schallfeldholographiesystem besteht aus Software von Akustikforschung Dresden zusammen mit MSX16 Messhardware und Mikrofonarray von SINUS und wurde auf Basis der SMT entwickelt.
Gerade bei der schalltechnischen Untersuchung komplexer Objekte tritt häufig das Problem auf, daß herkömmliche Messungen mit einzelnen oder wenigen Mikrofonen nur unbefriedigende Ergebnisse liefern, wenn es darum geht, den Quellen für die Schallentstehung auf die Spur zu kommen. Hier bietet das bei der AcoustiCam genutzte Verfahren eine Lösung. Die gleichzeitige Messung mit einer großen Anzahl von Mikrofonen ermöglicht es, Schallquellen innerhalb kürzester Zeit exakt zu lokalisieren und voneinander zu trennen.
Die Funktionsweise von AcoustiCam beruht auf der Signalverarbeitung der synchron erfaßten phasengenauen Schalldruckpegel der einzelnen Mikrofone. Durch den Algorithmus wird die Funktion eines Hohlspiegels, der unter Ausnutzung der Laufzeiten das zu messende Schallfeld abscannt, mathematisch nachgebildet. |
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Dabei wird das Mikrofonarray durch die Variation der gerechneten Amplituden- und Phasenkorrekturglieder nacheinander auf jeden beliebigen Punkt im Raum vor dem Array fokussiert. Es entsteht ohne mechanische Bewegung des Arrays ein Abbild der Schalldruckverteilung in einer Bildebene.
Die Trennung von Schallquellen nach Ort und Frequenz hängt dabei bei AcoustiCam von der jeweils gewählten Mikrofongeometrie ab. Beliebige Schallsituationen lassen sich als farbige, zweidimensionale absolute Schalldruckverteilung abbilden. Zur Visualisierung der Schallsituation wird das Lokalisationsergebnis mit einer optischen Fotografie des zu untersuchenden Objektes hinterlegt.
Typische Anwendungen von AcoustiCam sind: - Lokalisation und Trennung von Schallquellen als Basis zur Lärmminderung an Fahrzeugen, Maschinen, Haushalts- geräten und Elektrowerkzeugen
- Quellenanalyse als Grundlage für Akustikdesign an Windkanalmodellen, komplexen schwingenden Strukturen, quietschenden oder klappernden Strukturen
Als Hardware zur Datenerfassung kommen 2 Stück MSX16 zum Einsatz, die durch einen Notebook gesteuert werden. Diese Hardware kann zur Verbesserung der Orts- und Frequenzauflösung auf 64 Meßkanäle erweitert werden. Die von uns angebotene Lösung hat gegenüber anderen Konzepten eine Reihe von Vorteilen: - Die Hardware für die Datenerfassung ist auch für andere Meßaufgaben nutzbar
- Das System gestattet die ununterbrochene Meßdatenaufzeichnung auf HDD in 32 Kanälen für 8 h
- Die gesamte Meßhardware kann aus den Pufferbatterien unabgängig vom Netz arbeiten
- Das System arbeitet je nach Anforderung mit unterschiedlichsten Array-Geometrien
- Die kostengünstige Lösung zeichnet sich durch eine hohe Genauigkeit aus
- Orthogonales Beamforming
- Dieser neuartige Algorithmus von AcoustiCam basiert auf der Zerlegung des Lokalisationsergebnisses in unkorrelierte, d.h. unabhängige Schallquellen. Diesen liegen verschiedene Quellmechanismen zu Grunde, was auch in sehr unterschiedlichen Quellstärken resultieren kann. Durch das orthogonale Beamforming ergeben sich getrennte Darstellungen für die einzelnen Schallquellen. Somit können nicht nur die pegelstärksten Hauptschallquellen sondern auch die pegelschwächeren, maskierten Schallquellen getrennt lokalisiert werden. Dabei sind weder die Kapselung einzelner Bereiche noch die Durchführung von mehreren Messungen notwendig. Durch das Verfahren wird der Signal-Rausch-Abstand auf über 25 dB gegenüber 10 ... 15 dB bei herkömmlichen Verfahren verbessert.
- Quellenanalyse
- Das Meßsystem AcoustiCam besitzt die Fähigkeit der Analyse einzelner Schallquellen durch die Bestimmung der punktspezifischen quellencharakteristischen Schalldruckspektren. Auch unter akustisch ungünstigen Bedingungen (z.B. im Windkanal) können die vorhandenen Schallquellen zuverlässig lokalisiert werden. Es sind keine akustischen Spezialräume notwendig.
- Grenzflächenarray
- Die Anwendung dieses sogenannten Grenzflächen-Mikrofonarrays bewirkt, daß der aus der Richtung hinter dem Mikrofonarray einfallende Schall unterdrückt wird. Es werden deshalb für die Messungen keine speziellen Akustikräume benötigt und es sind beliebige Mikrofongeometrien möglich. Es werden spezielle kostengünstige Mikrofone fest in das Array integriert.
- Ringarray
- Das gegenüber dem Grenzflächenarray viel leichtere Ringarray arbeitet mit 32 Mikrofonen auf einem Ring aus Metallrohr mit einer normalen Stativbefestigung. Es kommen handelsübliche Meßmikrofone mit ICP-Speisung und BNC-Anschlüssen zum Einsatz, die einfach aufzustecken und auch für andere Meßaufgaben variabel einzusetzen sind. Durch ein Stativ mit Rollen und Schwenkkopf ist eine leichte Positionierung möglich.
- Öffnungswinkel
- Wie in einem optischen System kommt es mit zunehmendem Winkel zwischen der Objektrichtung und der Kameranormalen zu Verzerrungen der Abbildung des Objektes. Im akustischen Fernfeld können diese Verzerrungen bis zu einem empfohlenen maximalen Öffnungswinkel von etwa ±30° vernachlässigt werden. Je größer die Ausdehnungen des zu untersuchenden Objektes sind, desto größer muß der Abstand zwischen Mikrofonarray und Objekt gewählt werden.
Das Meßsystem AcoustiCam basiert auf dem Nahfeld Beamforming Algorithmus. Dieser ermöglicht ebenfalls Untersuchungen in unmittelbarer Nähe des zu untersuchenden Objekts, da der empfohlene maximale Öffnungswinkel mit sinkender Objektentfernung ansteigt. Der minimal einzuhaltende Abstand beträgt etwa 0,25m.
Kleinere Objekte können somit sehr dicht vor dem Mikrofonarray positioniert werden, bei größeren Objekten ist für eine optimale Abbildung ein größerer Abstand erforderlich. Für den Einsatz von AcoustiCam existieren damit nahezu keinerlei Einschränkungen durch die Größe des zu untersuchenden Objektes. - Örtliche Auflösung
- Je nach eingesetzten Mikrofonarray werden unterschiedliche Auflösungen erreicht. Neben der geometrischen Anordnung der Mikrofone im Array wird die örtliche Auflösung des Systems durch die Frequenz und die Entfernung der zu lokalisierenden Schallquelle bestimmt. Je größer die Frequenz, d.h. je kleiner die Wellenlänge ist, desto höher ist die örtliche Auflösung des Arrays.
Technische Eckdaten (mit Ring 32)| Objektgröße | 1 m x 1 m | | Objektentfernung | 1 ... 5 m | | Frequenzbereich | 300 Hz ... 8 kHz | | Frequenzauflösung | Oktaven, Terzen | | Rechenzeit / Bild | ca. 30 s | | Vorschaubild | ca. 1 s | | Ortsauflösung | 28 cm @ 1 kHz, 14 cm @ 2 kHz, 7 cm @ 4 kHz, 3 cm @ 8 kHz | | Signal-Rauschabstand | 12 dB @ 1 kHz, 12 dB @ 2 kHz, 12 dB @ 4 kHz, 12 dB @ 8 kHz | | Mikrofonringarray | mit 32 x 1/4" Mikrofon auf Stativ | | Frontend | 2 x MSX16 mit ICP-Eingängen; Cardbus-Interface, D-SUB Kabel | | Rechner | Notebook P4 2 GHz, 80 GB HD, 1 GB RAM, WindowsXP | | Mikrofonkalibrierung | uber zentrische Punktschallquelle oder mit 1/4" Kalibrator |
- Ergebnisse:
- Schalldruckverteilung als Farbkarte über dem Kamerabild
- getriggerte Zeitdaten in allen Kanälen
- Übertragungsfunktionen zwischen allen Kanälen
- Mithören in einem Punkt der Bildfläche
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