Wie funktioniert Delay-and-Sum-Beamforming im Zeitbereich?

Das Funktionsprinzip eines Delay-And-Sum-Beamformers kann man gut erklären, wenn man die Signalverarbeitung schrittweise nachvollzieht. In Abbildung 1 ist das entsprechende Signalflussdiagramm zu sehen, in dem zur Veranschaulichung zwei Punktquellen in einer Ebene vor dem Mikrofonarray angenommen werden.

  1. Der Schall einer Quelle gelangt auf unterschiedlich langen Strecken zu den Mikrofonen.
  2. Dadurch wird der gleiche Schalldruckverlauf mit unterschiedlichen Phasenlagen aufgenommen. Da der Abstand zur Messebene und die Schallgeschwindigkeit bekannt sind, können diese Phasen- bzw. Laufzeitunterschiede für jeden Punkt auf der Messebene berechnet werden. In Abbildung 1 ist der Beamformer auf den Punkt in der Messebene fokussiert, an dem sich Quelle 1 befindet.
  3. Die Signale der einzelnen Mikrofonkanäle verschieben sich entsprechend der für den Punkt berechneten Laufzeitdifferenzen. Dadurch liegen die Signalanteile von Quelle 1 (rote Impulse) in allen Kanälen zeitlich genau übereinander, während die Signalanteile von Quelle 2 (blaue Impulse) verschiedene Phasenlagen aufweisen.
  4. Nun werden die Signale aller Kanäle addiert und danach durch die Anzahl der Kanäle geteilt. In Abbildung 1 ist das Ergebnis dieser Berechnung als \(f_{BF}(x,t)\) dargestellt. Die Signalanteile von Quelle 1 (rot) haben im Ausgangssignal wieder die ursprüngliche Amplitude von Quelle 1, während die Signalanteile von Quelle 2 (blau) unterdrückt wurden. Aus dem Zeitsignal \(f_{BF}(x,t)\) kann der RMS oder maximale Wert berechnet werden, der dann in die akustische Karte eingetragen wird.

Besuchen Sie auch die Website der von der GFaI e. V. veranstalteten Berliner Beamforming-Konferenz http://www.bebec.eu.