Wie kann der Doppler-Effekt bei TDBF-Messungen mit dem PassBy-2D-Algorithmus korrigiert werden?

Soll eine Messung an einem bewegten Objekt durchgeführt werden, kann mit herkömmlichen Beamforming-Verfahren nur eine unscharfe Quellendarstellung erstellt werden, da sich die Schallquellen zu jedem Zeitpunkt an einem anderen Ort der akustischen Karte befinden. Außerdem verändert der durch die Bewegung des Messobjekts auftretende Doppler-Effekt sowohl das Spektrum als auch den zeitlichen Verlauf der Amplitude des ausgesendeten Signals am Empfänger.

Das Modul Vorbeifahrt 2D beruht in seinem Ansatz auf dem TDBF und berücksichtigt die Bewegung des Messobjekts, wodurch auch der Einfluss des Doppler-Effekts korrigiert wird. Für diese Korrektur muss jedoch sowohl die Geschwindigkeit \(v\) als auch die Trajektorie (Weg) des Messobjekts bestimmt werden. Sind diese bekannt, kann die Fokusebene beim Beamforming mit der Geschwindigkeit v auf der angegebenen Trajektorie mit dem Messobjekt mitgeführt werden. Dazu muss zu jedem Zeitschritt \(t_i\) der Zeitversatz \(\Delta t_{nm,i}\) für jeden einzelnen möglichen Quellpunkt n=1,...,N zu jedem Mikrofon m neu berechnet werden.

Anschließend wird der Schalldruck \(p_{m,t_i+\Delta t_{nm,i}}\) über alle m=1,...,M Mikrofone aufsummiert, um so den Schalldruck \(p_{n,t_i}\) an jedem Punkt auf der akustischen Karte zu erhalten. Dies entspricht dem Vorgehen beim TDBF mit zusätzlich zeitabhängigem \(\Delta t_{nm,i}\), wie es in Abbildung 1 dargestellt wird. Die Addition der Samples korrigiert die Frequenzverschiebung des Doppler-Effekts. Eine Beschreibung zur Korrektur der Veränderung der Amplitude ist in der unten aufgeführten Literatur zu finden.

Abbildung 2 zeigt die Anwendung des Moduls Vorbeifahrt 2D an einem Hochgeschwindigkeitszug, der sich mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von v=78,6 m/s bewegt. Für die Berechnung wurde eine Integrationszeit von 25 ms gewählt; die akustische Karte besitzt eine Dynamik von 6,5 dBA. Abgebildet wird das Terzband um 3,15 kHz.

Literatur

Meyer, A., & Döbler, D. (2014). Efficient methods for the analysis of moving sound sources with high channel microphone arrays. Berlin Beamforming Conference.
Zechel, G. (2010). Time-Domain Beamforming on moving objects with known trajectories. Berlin Beamforming Conference.

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