AcoustiCam

Das AcoustiCam Schallfeldholographiesystem besteht aus der Software AFD7001, die auf Basis der SMT entwickelt wurde und der TORNADO Messhardware mit Mikrofonarray.

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.

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, Haushaltsgeräten 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.
Ergebnisse
  • Schalldruckverteilung als Farbkarte über dem Kamerabild
  • getriggerte Zeitdaten in allen Kanälen
  • Übertragungsfunktionen zwischen allen Kanälen
  • Mithören in einem Punkt der Bildfläche

Optionen

AcoustiCam Optionen
Bestell-Nr. Beschreibung
801276.6Option:Pass-By
982400.0Ring Array 32ch (500 Hz ... 10 kHz)
982407.4Star Aray 30ch (200 Hz ... 10 kHz)
999999.5Line Array 30ch (200 Hz ... 12 kHz)

Software

AFD7001

Lokalisation, Trennung und Charakterisierung von

  • stationären Schallquellen (ortsfesten Schallquellen mit quasi-stationärem Quellsignal)
  • nicht stationären Schallquellen (bewegten Schallquellen / Schallquellen mit transientem Quellsignal)
Einsatz von klassischen und neuartigen Beamforming-Algorithmen im
  • Zeitbereich (z. B. Pass-By für sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegende Objekte)
  • Frequenzbereich (z. B. Orthogonales Beamforming zur separaten Lokalisation unabhängiger Schallquellen, Entfernung des Kanalrauschens zur Erhöhung des Signal-Rausch-Abstands)
Charakterisierung der Schallquellen
  • Abbildung der Schallsituation als farbige, zweidimensionale, absolute Kartierung des Schalldruckpegels
  • Visualisierung der Schallsituation durch Hinterlegung einer Fotografie des Prüfobjekts (integrierte Kamera, Generation von Einzelbildern und Bildsequenzen / Videos)
  • Generation und Auralisierung des Quellsignals (Reinhören)
  • Ermittlung von Schalldruckpegelspektren und örtlichen Schalldruckpegelprofilen
  • Auswertung von Triggersignalen
  • Unterstützung von beliebigen Mikrofonanordnungen
Analyse-Modi
  • kontinuierliche Lokalisation von Quellen (Live-Mode)
  • unbegrenzte Aufnahmedauer (Streaming)
  • beliebige Wiederholung von Analysen durch Postprozess mit variablen Berechnungsparametern ohne erneute Messung (z. B. Wahl der Algorithmen, nachträgliche Deaktivierung und Wichtung von Einzelkanälen)
  • Import von externen Zeitdaten bereits durchgeführter Mikrofonarray-Messungen (ASCII-Format)
  • Export von Berechnungsergebnissen als Grafik, Animation oder in ASCII-Format

Technische Spezifikationen

Allgemeine Technische Spezifikation AcoustiCam (mit Ring 32)
Mikrofone 32 x 1/4" IEPE Mikrofone (SMB Anschluss)
Mikrofonanordnung Numerisch optimierte Doppelkreis-Mikrofonanordnung
Durchmesser 1,3 m
Frequenzbereich 500 Hz ... 10 kHz
minimaler Abstand zum Testobjekt ca. 25cm m
Objektgröße keine Einschränkung
maximaler Öffnungswinkel 60°
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
Frontend Tornado_32D
Mikrofonkalibrierung Über zentrische Punktschallquelle oder mit 1/4" Kalibrator

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