Wie hängt der Arraykontrast von der Kanalzahl ab?

Zwischen der Anzahl der Mikrofone und dem Kontrast eines Mikrofonarrays besteht nur ein indirekter Zusammenhang. Als Arraykontrast wird der Pegelunterschied zwischen der Hauptkeule und der größten Nebenkeule des Beampatterns bezeichnet, welches in erster Linie durch die Form des Arrays festgelegt wird. Es ist wichtig, dass der durchschnittliche Abstand zwischen zwei benachbarten Mikrofonen geringer als die halbe Wellenlänge

\(\ d_{min}<(\lambda/2)\)

ist, da sonst Aliasing-Effekte auftreten. Das Aliasing verursacht sogenannte Grating Lobes. Das sind Nebenkeulen mit besonders hoher Amplitude, welche den Kontrast verschlechtern. Die Abbildung zeigt die Arraypatterns von Ringarrays mit unterschiedlichen Mikrofondichten, die sich durch eine Sinusquelle direkt vor den Arrays ergeben. Für eine allgemeingültige Aussage wurden alle Werte auf die Wellenlänge normiert. Solange der Abstand zweier benachbarter Mikrofone größer als die halbe Wellenlänge ist, treten merkliche Unterschiede in den Beampatterns auf. Ist der Abstand kleiner als die halbe Wellenlänge, bewirkt eine weitere Erhöhung der Kanalzahl keine weitere Änderung des Arraypatterns.

Bei den gezeigten Beispielen handelt es sich um harmonische Simulationen. Alle Abstände wurden auf die Wellenlänge normiert. Für ein reales Ringarray gelten die simulierten Patterns demnach nur für eine Frequenz, abhängig von der Mikrofonanzahl und dem Arraydurchmesser. Bei manchen Arraypatterns mit \(\ d_{min}<(\lambda/2)\) kann es passieren, dass der Arraykontrast sogar besser ist als bei der Simulation mit dem Mikrofonabstand 0,6 \(\lambda\). Gleichzeitig ändert sich aber das Arraypattern bei einer anderen Frequenz, was dort zu einem schlechteren Kontrast führen kann.

Um sicherzustellen, dass das Array über den gesamten genutzten Frequenzbereich gleiche Ergebnisse liefert, sollte daher die Wellenlänge der höchsten Frequenz kleiner als das Doppelte des durchschnittlichen Abstands zwischen zwei benachbarten Mikrofonen sein.

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