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Beschreibung
Herkömmliche Messungen mit einzelnen oder wenigen Mikrofonen liefern bei schalltechnischen Untersuchungen komplexer Objekte oft nur unbefriedigende Ergebnisse, wenn es darum geht, den Quellen für die Lärm- und Schallentstehung auf die Spur zu kommen.Eine Lösung bietet hier das von der Gesellschaft für Akustikforschung Dresden mbH entwickelte Messsystem AcoustiCam®.
Abbildung der Schallsituation mit Mikrofonarray
Die gleichzeitige Messung mit einer großen Anzahl von Mikrofonen (Mikrofonarray) sowie die nachträgliche Verarbeitung der aufgezeichneten Mikrofonsignale durch eine Analysesoftware ermöglichen es, Schallquellen innerhalb kürzester Zeit exakt zu lokalisieren und voneinander zu trennen.Beliebige Schallsituationen lassen sich mit einer einzelnen Messung entlang frei wählbarer Scanflächen als farbige, zweidimensionale, absolute Schalldruckverteilungen abbilden. Zur Visualisierung der Schallsituation kann das Lokalisationsergebnis mit einer optischen Fotografie des zu untersuchenden Objekts hinterlegt werden.
Elliptischer Hohlspiegel
Die prinzipielle Funktionsweise des Messsystems AcoustiCam® lässt sich mit der eines elliptischen Hohlspiegels vergleichen. Der Hohlspiegel kann mechanisch auf einen beliebigen Fokuspunkt ausgerichtet werden. Dieser Fokuspunkt entspricht dem ersten Brennpunkt des Hohlspiegels F1. Die emittierten Schallwellen einer in F1 befindlichen Quelle werden an der Spiegeloberfläche in den zweiten Brennpunkt des Spiegels F2 reflektiert und summieren sich dort auf.Da durch eine definierte Form des Spiegels gleiche Laufzeiten der Einzelschallwellen erreicht werden, erfolgt die Addition der Schalldrücke phasenrichtig. Aus anderen Punkten einfallende Schallwellen werden an F2 vorbei reflektiert und somit vom Hohlspiegel nicht “gesehen”. Dadurch entsteht eine Richtcharakteristik.
Beamforming
Um die Wirkungsweise eines Hohlspiegels zu erzielen, ist es notwendig, die Ausgänge der in einer Ebene angeordneten Arraymikrofone durch eine nachgeschaltete Signalverarbeitung zu verbinden. Um eine phasenrichtige Addition der einzelnen Schalldruck-Zeit-Funktionen zu gewährleisten, müssen diese in Amplitude und Phase korrigiert werden. Dies geschieht durch Berechnung der Weglängen und der daraus resultierenden Laufzeitunterschiede in Abhängigkeit vom jeweiligen Fokuspunkt.Durch Variation der Amplituden- und Phasenkorrekturglieder kann das Mikrofonarray auf jeden beliebigen Punkt fokussiert werden. Somit ist es möglich, einen beliebigen Raum vor dem Array mit einer einzelnen Messung ohne zusätzliche mechanische Drehung des Arrays zu scannen.