Mikrofonarray-Verfahren

Im Entwicklungsprozess von Fahrzeugen, Maschinen und Geräten spielt die Minderung der Lärmemission regelmäßig eine große Rolle. Der Einsatz von Messverfahren auf der Basis von Anordnungen mit einer großen Anzahl von Mikrofonen (Mikrofonarray) liefert dazu wichtige Informationen. Diese Mikrofonarray-Messverfahren, die auch für aeroakustische Messungen viele Vorteile bieten, werden in der Gruppe Aeroakustik verwendet und auch weiterentwickelt.

Dabei liegt der Schwerpunkt zum einen auf Verfahren zur automatischen Trennung mehrerer Quellmechanismen sowie auf Verfahren zur Steigerung der Qualität der Messergebnisse bei tiefen Frequenzen.

Für den Einsatz bei aeroakustischen und anderen Schallquellen wird seit mehreren Jahren an der Juniorprofessur Aeroakustik ein auf einem Mikrofonarray basierendes System entwickelt und eingesetzt. Dabei wurden die Anordnung der Mikrofone und die Signalverarbeitungsalgorithmen an verschiedene Aufgabenstellungen angepasst und weiterentwickelt.

Mit dem eingesetzten Nahfeld-Beamforming-Verfahren ist sowohl die Untersuchung von sehr dicht am Mikrofonarray befindlichen als auch weiter entfernten Objekten möglich. Als Ergebnis einer numerischen Optimierung wurden jeweils sowohl für Messungen von breitbandigen Geräuschen als auch von schmalbandigen Geräuschen optimierte Messverfahren entwickelt. Ein besonderes Problem bei Messungen an komplexen Lärmquellen ist, dass gleichzeitig eine Vielzahl unterschiedlicher Quellmechanismen wirksam sind und oft unerwünschter Störschall die Messung beeinträchtigt. Oft liegen die interessierenden Mechanismen bzw. Anteile im Pegel sogar deutlich unter dem eines Störgeräusches. Ein weiteres Problem ist die räumlich enge Nachbarschaft der zu unterschiedlichen Quellmechanismen gehörenden Schallquellen. Herkömmliche Beamforming-Verfahren mit Mikrofonarray sind durch ihre begrenzte Nebenkeulenunterdrückung und Trennschärfe nicht in den Lage, besonders schwache oder dicht benachbarte Schallquellen aufzulösen bzw. voneinander zu trennen. Als Lösung wurde der orthogonale Beamforming-Algorithmus entwickelt, der die Trennung und getrennte Darstellung von Schallfeldanteilen ermöglicht, die zu unterschiedlichen Quellmechanismen gehören. Die derzeitige Hauptanwendung ist der Einsatz für Messungen im aeroakustischen Windkanal der BTU im Rahmen von Forschungsprojekten. Ein weiteres Anwendungsgebiet sind Messungen an Maschinen und Geräten.

Weiterführende Literatur (Auszug):

Sarradj, E.: A fast signal subspace approach for the determination of absolute levels from phased microphone array measurements. Journal of Sound and Vibration, Vol. 329, pp. 1553–1569, 2010

Ballesteros, J. A., Sarradj, E., Fernández, M. D., Geyer, T., Ballesteros, M. J.: Noise Source Identification with Beamforming in the Pass-by of a Car. Applied Acoustics, Volume 93, June 2015, Pages 106-119, 2015

Herold, G., Sarradj, E.: Microphone array method for the characterization of rotating sound sources in axial fans. Noise Control Engineering Journal, Vol 63(6), 2015

Herold, G., Geyer, T. F., Markus, P. M., Sarradj, E.: Simultaneous Sound Power Measurement of Engine Components. SAE International Journal of Passenger Cars - Mechanical Systems - V125-6EJ, Paper no. 2016-01-1774, 2016

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