Schallortung Einführung. Einführung

Transkript

1 Einführung Einführung

2 Einführung Die Messung mit einem Mikrofonarray als Schallempfänger mit ausgeprägter, selektiver Richtcharakteristik erlaubt es, in kurzer Zeit Schallquellen an komplexen Objekten zu lokalisieren, zu trennen und zu quantifizieren.

3 Einführung Effizienz Messmikrofon Kugelcharackteristik, nur Pegelindikator Aufwand

4 Einführung Effizienz Richtrohrmikrofon Ausgeprägte Keulencharakteristik Messmikrofon Kugelcharackteristik, nur Pegelindikator Aufwand

5 Einführung Hohlspiegelmikrofon Effizienz Richtrohrmikrofon Ausgeprägte Keulencharakteristik Mechanische Realisierung eines Sum & Delay- Beamformers Messmikrofon Kugelcharackteristik, nur Pegelindikator Aufwand

6 Einführung Richtmikrofonarray «digitaler» Hohlspiegel Hohlspiegelmikrofon Effizienz Richtrohrmikrofon Ausgeprägte Keulencharakteristik Mechanische Realisierung eines Sum & Delay- Beamformers Messmikrofon Kugelcharackteristik, nur Pegelindikator Aufwand

7 Einführung Schallortungsarray Richtmikrofonarray Lokalisieren, trennen und quantifizieren in bildlicher Darstellung «digitaler» Hohlspiegel Hohlspiegelmikrofon Effizienz Richtrohrmikrofon Ausgeprägte Keulencharakteristik Mechanische Realisierung eines Sum & Delay- Beamformers Messmikrofon Kugelcharackteristik, nur Pegelindikator Aufwand

8 Grundlagen Grundlagen

9 Grundlagen Ein Schallortungssystem besteht aus -Einer geometrischen Anordnung aus Mikrofonen (zwei bis mehreren hundert) -Einem Messdatenerfassungssystem -Einem Beamfoarming Algorithmus -Einer Software zur Darstellung der Ergebnisse

10 Grundlagen Ein Schallortungssystem besteht aus -Einer geometrischen Anordnung aus Mikrofonen (zwei bis mehreren hundert) -Einem Messdatenerfassungssystem -Einem Beamfoarming Algorithmus -Einer Software zur Darstellung der Ergebnisse 2D Kreis- Array 3D Kugel- Array 2D Spiral- Array

11 Grundlagen Ein Schallortungssystem besteht aus -Einer geometrischen Anordnung aus Mikrofonen (zwei bis mehreren hundert) -Einem Messdatenerfassungssystem -Einem Beamfoarming Algorithmus -Einer Software zur Darstellung der Ergebnisse

12 Grundlagen Ein Schallortungssystem besteht aus -Einer geometrischen Anordnung aus Mikrofonen (zwei bis mehreren hundert) -Einem Messdatenerfassungssystem -Einem Beamfoarming Algorithmus -Einer Software zur Darstellung der Ergebnisse Alle Kanäle müssen samplesynchron aufgezeichnet werden!

13 Grundlagen Ein Schallortungssystem besteht aus -Einer geometrischen Anordnung aus Mikrofonen (zwei bis mehreren hundert) -Einem Messdatenerfassungssystem -Einem Beamfoarming Algorithmus -Einer Software zur Darstellung der Ergebnisse Quelle : ftp://ftp.ni.com/pub/branches/germany/vipdays_09_sessions/schall_6_fhaalen_pannert.pdf

14 Grundlagen Ein Schallortungssystem besteht aus -Einer geometrischen Anordnung aus Mikrofonen (zwei bis mehreren hundert) -Einem Messdatenerfassungssystem -Einem Beamfoarming Algorithmus -Einer Software zur Darstellung der Ergebnisse Quelle : ftp://ftp.ni.com/pub/branches/germany/vipdays_09_sessions/schall_6_fhaalen_pannert.pdf

15 Grundlagen Ein Schallortungssystem besteht aus -Einer geometrischen Anordnung aus Mikrofonen (zwei bis mehreren hundert) -Einem Messdatenerfassungssystem -Einem Beamfoarming Algorithmus -Einer Software zur Darstellung der Ergebnisse Quelle : ftp://ftp.ni.com/pub/branches/germany/vipdays_09_sessions/schall_6_fhaalen_pannert.pdf

16 Grundlagen Ein Schallortungssystem besteht aus -Einer geometrischen Anordnung aus Mikrofonen (zwei bis mehreren hundert) -Einem Messdatenerfassungssystem -Einem Beamfoarming Algorithmus -Einer Software zur Darstellung der Ergebnisse Der Algorithmus berechnet für jeden Punkt der Schallkarte (z.b. 10*10 oder 50*50) das resultierende Schallsignal. Dieses wird in der Regel in der Karte farbig dargestellt, kann aber auch abgehört oder per FFT analysiert werden

17 Grundlagen Ein Schallortungssystem besteht aus -Einer geometrischen Anordnung aus Mikrofonen (zwei bis mehreren hundert) -Einem Messdatenerfassungssystem -Einem Beamfoarming Algorithmus -Einer Software zur Darstellung der Ergebnisse Der Algorithmus berechnet für jeden Punkt der Schallkarte (z.b. 10*10 oder 50*50) das resultierende Schallsignal. Dieses wird in der Regel in der Karte farbig dargestellt, kann aber auch abgehört oder per FFT analysiert werden Berechnetes Pixel

18 Grundlagen Ein Schallortungssystem besteht aus -Einer geometrischen Anordnung aus Mikrofonen (zwei bis mehreren hundert) -Einem Messdatenerfassungssystem -Einem Beamfoarming Algorithmus -Einer Software zur Darstellung der Ergebnisse Der Algorithmus berechnet für jeden Punkt der Schallkarte (z.b. 10*10 oder 50*50) das resultierende Schallsignal. Dieses wird in der Regel in der Karte farbig dargestellt, kann aber auch abgehört oder per FFT analysiert werden

19 Grundlagen Ein Schallortungssystem besteht aus -Einer geometrischen Anordnung aus Mikrofonen (zwei bis mehreren hundert) -Einem Messdatenerfassungssystem -Einem Beamfoarming Algorithmus -Einer Software zur Darstellung der Ergebnisse

20 Grundlagen Ein Schallortungssystem besteht aus -Einer geometrischen Anordnung aus Mikrofonen (zwei bis mehreren hundert) -Einem Messdatenerfassungssystem -Einem Beamfoarming Algorithmus -Einer Software zur Darstellung der Ergebnisse Auswahl Zeitbereich

21 Grundlagen Ein Schallortungssystem besteht aus -Einer geometrischen Anordnung aus Mikrofonen (zwei bis mehreren hundert) -Einem Messdatenerfassungssystem -Einem Beamfoarming Algorithmus -Einer Software zur Darstellung der Ergebnisse Auswahl Zeitbereich Auswahl Frequenzbereich

22 Grundlagen Ein Schallortungssystem besteht aus -Einer geometrischen Anordnung aus Mikrofonen (zwei bis mehreren hundert) -Einem Messdatenerfassungssystem -Einem Beamfoarming Algorithmus -Einer Software zur Darstellung der Ergebnisse Auswahl Zeitbereich Auswahl Frequenzbereich Schallkarte mit x*x Analysepunkten

23 Leistungsmerkmale Leistungsmerkmale

24 Leistungsmerkmale Untere Grenzfrequenz Obere Grenzfrequenz örtliche Auflösung Dynamik Maximale Ausdehnung des Arrays Minimaler Abstand zwischen zwei Mikrofonen Anordnung, Algorithmus, Abstand und Frequenz Anordnung und Algorithmus

25 Leistungsmerkmale Untere Grenzfrequenz Obere Grenzfrequenz örtliche Auflösung Dynamik Maximale Ausdehnung des Arrays Minimaler Abstand zwischen zwei Mikrofonen Anordnung, Algorithmus, Abstand und Frequenz Anordnung und Algorithmus Die untere ortbare Fequenz steigt mit der Ausdehnung des Arrays. Anwendungsfall: Lokalisation von Motorordnungen bis 200Hz

26 Leistungsmerkmale Untere Grenzfrequenz Obere Grenzfrequenz örtliche Auflösung Dynamik Maximale Ausdehnung des Arrays Minimaler Abstand zwischen zwei Mikrofonen Anordnung, Algorithmus, Abstand und Frequenz Anordnung und Algorithmus Die obere ortbare Fequenz wird vom minmalen Mikrofonabstand bestimmt. Anwendungsfall: Hochfrequente Turboladergeräusche

27 Leistungsmerkmale Untere Grenzfrequenz Obere Grenzfrequenz örtliche Auflösung Dynamik Maximale Ausdehnung des Arrays Minimaler Abstand zwischen zwei Mikrofonen Anordnung, Algorithmus, Abstand und Frequenz Anordnung und Algorithmus Die örtliche Auflösung hängt von der Anordnung der Mikrofone, vom verwendeten Algorithmus, dem Abstand des Arrays zum Messobjekt und der zu ortenden Frequenz ab. Anwendungsfall: Mündungsgeräusche an mehrrorigen Abgasanlagen

28 Leistungsmerkmale Untere Grenzfrequenz Obere Grenzfrequenz örtliche Auflösung Dynamik Maximale Ausdehnung des Arrays Minimaler Abstand zwischen zwei Mikrofonen Anordnung, Algorithmus, Abstand und Frequenz Anordnung und Algorithmus Die Dynamik des Arrays ist von der Anordnung der Mikrofone und des verwendeten Algorithmus abhängig. Der Beamforming Algorithmus erreicht maximal 14 16dB Anwendungsfall: Schallortung von Windgeräuschen am Fahrzeug. Relativ leise, tonale Geräusche werden vom lauten Strömungsgeräusch maskiert.

29 Leistungsmerkmale Beispiel Array 1 GFAI, Berlin Ringarray mit 36 Mikrofonen Durchmesser 0.35m Frequenzbereich 1kHz 20kHz

30 Leistungsmerkmale Beispiel Array 1 GFAI, Berlin Ringarray mit 36 Mikrofonen Durchmesser 0.35m Frequenzbereich 1kHz 20kHz Zusammenhang Durchmesser <-> untere Grenzfrequenz: Wellenlänge= Schallgeschwindigkeit/Frequenz Wellenlänge =343 [m/s] / 1000 [1/s] = 0.35m

31 Leistungsmerkmale Beispiel Array 1 GFAI, Berlin Ringarray mit 36 Mikrofonen Durchmesser 0.35m Frequenzbereich 1kHz 20kHz Zusammenhang Durchmesser <-> untere Grenzfrequenz: Wellenlänge= Schallgeschwindigkeit/Frequenz Wellenlänge =343 [m/s] / 1000 [1/s] = 0.35m

32 Leistungsmerkmale Beispiel Array 2 Norsonic Kreisarray mit 225 Mikrofonen Durchmesser 1.05m Frequenzbereich 100Hz 7kHz

33 Anwendung Regel Es gibt kein universell anwendbares Beamformingsystem. Je nach Aufgabenstellung muss eine geeignete Kombination gewählt werden

34 Anwendung Ende