Aufbau, Inbetriebnahme und Charakterisierung eines Mikrofonarrays

Abstract

Bei vielen Messaufgaben ist die örtliche Verteilung und die Stärke von Schallquellen von Interesse. Für solche Aufgaben kann ein Mikrofon-Array eingesetzt werden, welche auf Grundlage der Beamforming-Methode eine Lokalisation akustischer Emissionen ermöglicht. Es kann festgestellt werden, wo und welcher Teil einer Schallquelle welche Emission verursacht. Aus den gewonnenen Ergebnissen können Qualitätsprobleme lokalisiert und Maßnahmen zur Lärmreduktion gesetzt werden. Zur Bestimmung der Schallquellen werden gewöhnlich Intensitätssonden oder gewöhnliche Schallpegelmessgeräte eingesetzt. Die bisher eingesetzten Verfahren haben den Nachteil einer begrenzten bzw. nicht vorhandenen Ortsauflösung. Für jeden Messpunkt benötigte man ein eigenes Mikrofon, muss dicht an das Messobjekt heran und es entsteht ein hoher finanzieller und zeitlicher Aufwand. Durch die örtlich verteilte Mikrofonanordnung (= Mikrofon-Array) lässt sich aus den synchron erfassten Mikrofonsignalen, mittels Beamforming-Algorithmen (z. B. Standard Beamfroming, Functional Beamforming, CLEAN SC) das Schallfeld in einzelne Quellen zerlegen und deren Position sowie Quellstärke ermitteln. Diese Eigenschaften werden anhand eines Ring- und Underbrink-Arrays gezeigt und durch Simulationen validiert.

For many measurement tasks, the spatial distribution and the strength of sound sources is of interest. For such tasks, a microphone array can be used. In combination with the beamforming method a localization of acoustic emissions is possible. It can be found where and which part of a sound source causes emissions. The gained information can be used to detect quality problems or to reduce noise. To determine sound sources intensity probes or ordinary sound level meters are commonly used. These methods have the disadvantage of a limited or non-existent spatial resolution. For each measuring point a separate microphone is needed, the distance to the device under test has to be small and time-consuming resulting in high costs. By locally distributed microphones (= microphone array) using their time signals and applying a beamforming algorithm (e. g. Standard Beamforming, Functional Beamforming, CLEAN SC), the sound field can be decomposed into individual sources to determine their position and strength. These characteristics are shown by a ring and underbrink array and validated by simulations.