„Mikrofonarray“ – Versionsunterschied

Ein Mikrofonarray ist eine Mikrofonanordnung und wird auch Beamformer oder akustische Kamera genannt. Es wird häufig dann zur Lokalisation oder zur Ortung von Schallquellen eingesetzt, wenn Messungen in der Nähe des Messobjektes nicht (oder nur mit großem Aufwand) möglich sind. Daher wurde in der einschlägigen Literatur auch schon der Begriff "akustisches Teleskop" eingeführt. Die Mikrofonanordnung erfolgt meist auf einer ebenen Fläche. In der Regel werden ringförmige, kreuzförmige, lineare und quasi-zufallsverteilte Arrays eingesetzt.

Mikrofonarray in einem aeroakustischen Windkanal (FKFS, Stuttgart)

Das Messprinzip beruht darin, das Mikrofonarray auf die verschiedenen Messpunkte auf dem Messobjekt zu "fokussieren". Dies erfolgt durch eine der Laufzeit vom Messpunkt zum jeweiligen Mikrofon entsprechenden Zeitverschiebung der von diesem Mikrofon erfassten Signale. Die zeitkorrigierten Signale aller Mikrofone werden summiert, wodurch sich ein dem jeweiligen Messpunkt zugeordnetes Zeitsignal ergibt. Der Schall von Quellen an anderen Positionen wird dabei gedämpft, da deren Signale nicht mehr vollständig zeitkorrigiert sind und sich teilweise destruktiv überlagern. Hingegen wird der vom jeweiligen Messpunkt (Fokuspunkt) abgestrahlte Schall verstärkt. Die Qualität des Beamformer wird oftmals durch die Verwendung aufwendigerer, digitaler Filter gesteigert.

Der Frequenzbereich von Mikrofonarrays wird nach unten durch die Array-Größe begrenzt: je größer das Array, desto niedriger seine Grenzfrequenz. Die obere Begrenzung des Frequenzbereichs erfolgt durch das zunehmende Auftreten von Schein-Schallquellen (Aliasen). Diese treten besonders bei regelmäßig angeordneten Mikrofonen auf und führen zu Fehlinterpretationen. Die Grenzfrequenz, oberhalb der diese Erscheinungen auftreten, ist um so höher, je kleiner der Abstand der Mikrofone zueinander ist.

Meistens wird die Bedeutung der Schallquellen in einem Farbcode dargestellt und in ein konventionelles Videobild des Messobjektes eingeblendet. Auf diese Weise können die Positionen der Hauptschallquellen einfach erkannt werden. Auch frequenzselektive Darstellungen sind dabei möglich.

Weitere Anwendungen

• Ausblenden von Störquellen

Dieses funktioniert nach dem gleichen Prinzip wie die Lokalisation, jedoch werden die Filter dahingehend optimiert, von einem oder mehren bestimmten Orten abgestrahlten Schall bestmöglich zu unterdrücken, z.B. in Handy-Freisprecheinrichtungen in Fahrzeugen.

• Akustische Holografie (Holophonie)

Hier werden alle Signale der Mikrofone genutzt, um eine möglichst vollständige Messung des Schallfelds zu ermöglichen. Durch Extrapolation lässt sich die Lage von Schallquellen bestimmen.

Weblinks

Anbieter von Beamforming Systemen

• Brüel & Kjaer
• akustik data
• Gesellschaft zur Förderung angewandter Informatik e.V.

Veröffentlichungen

• Literaturdownload Technical Review - Beamforming
• Einsatz einer akustischen Kamera zur NVH-Optimierung von Motor und Triebstrang

Literatur

• J. J. Christensen; J. Hald: Beamforming. Technical Review No. 1 - 2004, Brüel&Kjær Sound&Vibration Measurement A/S, Nærum, Dänemark, 2004 (s. "Weblinks")
• Michel, U., Barsikow, B., Haverich, B., Schüttpelz, M.: Investigation of airframe and jet noise in high-speed flight with a microphone array. 3rd AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference 12-14 May 1997, Atlanta, AIAA-97-1596
• Billingsley, J., Kinns, R.: The acoustic telescope. Journal of Sound and Vibration, 48(4), 1976, pp 485-510
• Soderman, P. T. and Noble, S. C.: A Directional Microphone Array for Acoustic Studies of Wind Tunnel Models. AIAA Paper 74-640, AIAA Aerodynamic Testing Conference, 8th, Bethesda, Md., July 8-10, 1974
• Heinz, G.: Zur Physik bildgebender Rekonstruktion akustischer Bilder und Filme im Zeitbereich. 33.Deutsche Jahrestagung für Akustik, DAGA 2007, Uni Stuttgart, 19.-22.3.2007
• weitere Literatur zum Download: siehe "Weblinks"