Sehen Sie die unsichtbare Welt des Klangs

Karolina Jaruszewska

DIE AKUSTISCHE KAMERA ist ein relativ neues Messinstrument, das ursprünglich in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Automobilindustrie eingesetzt wurde. Das Prinzip dieses Werkzeugs ist verblüffend einfach: Die akustischen Eigenschaften eines beliebigen Messobjekts werden in Form so genannter „akustischer Fotos“ dargestellt, bei denen akustische Falschfarbenkarten optischen Bildern oder 3D-Modellen der Messszene/des Messobjekts überlagert werden.

Die akustischen Messungen in der Abteilung für Akustik und Multimedia der Technischen Universität Wrocław.

WIE ES FUNKTIONIERT?

Akustische Kamera während der Messungen, Gunnar Heilmann, gfai tech GmbH Berlin.

PRINZIP DER LOKALISIERUNG – 2D

Wenn die Akustische Kamera in einer zweidimensionalen Umgebung eingesetzt wird, wird eine Messebene (oft auch als virtuelle Bildebene, Objektebene oder Fotoebene bezeichnet) am Ort des Messobjekts eingeführt. Diese Ebene wird anschließend in Zeilen und Spalten unterteilt (was zu Pixeln führt), und für jedes Pixel wird eine Strahlformung im Zeit- oder Frequenzbereich durchgeführt. Die Werte werden dann in einer akustischen Karte gespeichert, die der Messebene überlagert wird.

Mikrofonanordnung für 2D-Messungen (links) und akustisches Foto (rechts).

PRINZIP DER LOKALISIERUNG – 3D

Die Lokalisierung von Schallquellen in einer dreidimensionalen Umgebung funktioniert in der Theorie ähnlich wie der 2D-Ansatz. Die praktische Anwendung unterscheidet sich dadurch, dass die Messebene durch ein 3D-Modell des betreffenden Objekts ersetzt wird. Die akustische Karte wird dem 3D-Modell entweder durch Einfärbung von Punkten eines Punktwolkenmodells oder Dreiecken eines Dreiecksnetzmodells überlagert.

Akustische Messungen mit 3D-Scanning (links) und dreidimensionale Verteilung des Schalldruckpegels (rechts).

Bei raum- und bauakustischen Analysen kann die Akustische Kamera als Werkzeug zur Identifizierung von Schallquellen und zur Ermittlung von Informationen über reflektierende, absorbierende und diffuse Eigenschaften von Oberflächen eingesetzt werden, die bei Bau- oder Umgestaltungsentscheidungen helfen können, aber auch zur Überprüfung von Simulationen nach der Implementierung.

Sphärisches Mikrofonarray für 3D-Messungen.

Der Ort der Schallwellen, die von der Wand mit Diffusor reflektiert werden.

Der Ort der Schallwellen, die von der Wand mit absorbierendem Material reflektiert werden.

NAHFELDMESSUNGEN

Das Paddle Array ist ein Instrument zur Messung niedriger Frequenzen. Es kann Bilder von Schallintensität und Schalldruck erzeugen. Die Messungen können sowohl mit der Intensitätsmethode als auch mit der Holographiemethode (HELS-basiert) durchgeführt werden. Je nach gewählter Methode sind die möglichen Optionen für Metriken „Schallintensität“, „Schalldruck“ und „Partikelgeschwindigkeit“.

24 Zweischichtkanalsystem bei Messungen im Prüfstand.

ANWENDUNGEN IN DER INDUSTRIE

Lärm ist eines der am weitesten verbreiteten und am häufigsten auftretenden Probleme in der industriellen Arbeitsumgebung. Die Industrieakustik ist ein Bereich der Akustik, der sich mit Lärmschutz und Wohn- und Arbeitskomfort beschäftigt.

Vibroakustische Analysen

Vibroakustische Analysen ermöglichen es den Konstrukteuren und Maschinenbauern, den gewünschten Klang effektiv zu modellieren und unerwünschte Geräusche und Vibrationen zu entfernen. Auf der Grundlage von vibroakustischen Analysen von Maschinen werden Geräuschquellen und akustische Energieübertragungswege bewertet. Auf diese Weise lässt sich der Beitrag der zu prüfenden Quelle und der Weg der resultierenden Energie bis zum Empfangsort bestimmen.

Beispiel für die Verwendung eines Mikrofonarrays zur Identifizierung und Lokalisierung von Lärmquellen, die von einem Bagger ausgehen.

Lärmreduzierung

Konventionelle Methoden bewähren sich, wenn die Lärmquelle leicht zugänglich ist und problemlos identifiziert werden kann. Viel schwieriger ist es jedoch bei der Lärmminderung in Industriehallen, wo wir es oft mit einer sogenannten komplexen akustischen Situation zu tun haben. In der Regel müssen die Messungen relativ schnell durchgeführt werden, ohne den Produktionsprozess zu stören.
Die akustische Kamera ermöglicht eine schnelle und genaue Ortung von Schallquellen auch in einer komplexen akustischen Situation und bietet die Möglichkeit, Schallquellen in großer Entfernung zu lokalisieren, ohne dass man sich ihnen nähern muss.

Beispiel für den Einsatz eines Mikrofonarrays zur Identifizierung und Lokalisierung von Schallquellen, die von einem Kraftwerk ausgehen.