Dreidimensionales Beamforming gewinnt in technischen Anwendungen stetig an Bedeutung, erfordert aber gleichzeitig, besonders bei großen Messobjekten, Mikrofonarrays mit einer großen Anzahl von Sensoren. Zudem muss ein Modell des Messobjekts vorliegen und dessen genaue Position gegenüber dem Mikrofonarray bekannt sein. DynaBeam ist ein Verfahren, das alle diese Probleme und Schritte mit einer Messung löst.
Dazu wird ein portables, handliches Mikrofonarray verwendet, das mit einer Kamera zur Tiefenerkennung ausgestattet ist und damit auch die Position der Sensoren und ein dreidimensionales Modell des Messobjekts erfassen kann.
Parallel zu den akustischen Daten werden die 3D-Daten mit Hilfe des 3D-Scanners erfasst, aus denen das 3D-Modell erstellt wird. Um die Qualität des 3D-Modells zu erhöhen, können vor der akustischen Messung zusätzliche optische Daten erfasst werden. Neben dem Modell und den akustischen Daten werden über den kompletten Messzeitraum die Trajektorien des Mikrofonarrays und der Kamera aufgezeichnet, auf denen diese bewegt werden. Anschließend wird das dreidimensionale Modell des Messobjekts erstellt und gespeichert.
Die Auswertung der akustischen Daten erfolgt über einen beliebigen, frei wählbaren Beamforming-Algorithmus im Zeitbereich oder im Frequenzbereich. Die Trajektorienpunkte innerhalb eines spezifischen Wegbereiches werden zu einer Messposition zusammengefasst. Mit den zeitlich korrespondierenden akustischen Daten wird jeweils eine akustische Karte erstellt.
In jeder akustischen Karte werden nur Quellstärken für Punkte auf dem Messobjekt ausgewertet, die für das Mikrofonarray bzw. dessen optische Kamera auch ‚sichtbar‘ sind. Ist einer dieser Punkte von mehreren Positionen auf der Trajektorie des Mikrofonarrays ‚sichtbar‘, existieren folglich mehrere Quellstärken zu diesem Punkt auf dem Messobjekt. Diese werden jeweils gemittelt. Um nun in der gemittelten akustischen Karte überhaupt zur Anzeige zu kommen, wird abschließend geprüft, ob ein Punkt insgesamt für eine nach unten durch die Länge der markierten Kanaldaten beschränkte Zeitspanne vom Mikrofonarray aus ‚sichtbar‘ war.
Neben der akustischen Karte ist es mit DynaBeam auch möglich eine Art Hauptabstrahl-charakteristik des Messobjekts zu bestimmen. Diese zeigt für jeden Punkt auf dem Messobjekt auf die Position auf der Trajektorie des Mikrofonarrays, bei der die größte Quellstärke auftritt.
Anwendungsbeispiel: Staubsauger
Abbildung 1 zeigt die Auswertung einer DynaBeam-Messung eines Staubsaugers. Die blauen Punkte bilden die Trajektorie, von der die akustischen Daten aufgenommen wurden. Von den grauen und blauen Punkten aus wurde das dreidimensionale Modell des Messobjekts erstellt, das in Abbildung 2 zu sehen ist. Abbildung 3 zeigt eine kleine Schallquelle derselben Messung. Auf Abbildung 4 ist oben eine weitere kleine Schallquelle sichtbar. Abbildung 5 illustriert die Darstellung der größten Schallquelle mit eingeblendeten Hauptabstrahlrichtungen.
Besuchen Sie auch die Website der von der GFaI e. V. veranstalteten Berliner Beamforming-Konferenz https://www.bebec.eu.
