SubArrays

Optimierte Subarrays für akustische Kartierungen

Ziel dieses Projekts war es, durch Auswahl und Kombination von Mikrofon-Teilmengen (Subarrays) aus hochkanaligen Mikrofonarrays akustische Teilbilder zu gewinnen und anschließend geschickt so miteinander zu verrechnen, dass die vorhandenen Schallquellen hervorgehoben und Artefakte unterdrückt werden. Dadurch sollte eine deutliche Verbesserung der Dynamik der akustischen Bilder bei gleichzeitiger Vermeidung der aus anderen Algorithmen (z.B. CLEAN-SC) bekannten Artefakte erreicht werden. Die zugrundeliegende Idee entstand aus der Beobachtung, das örtlich verschiedene Mikrofonverteilungen zu örtlich unterschiedlichen Verteilungen der unerwünschten Artefakte führen, während die realen Schallquellen immer an den korrekten Orten kartiert werden. Ziel war die Entwicklung eines Verfahrens, welches mit Hilfe der Varianz aus den verschiedenen Teilkarten die realen Schallquellen von den Artefakten trennen kann. 

Nach umfangreichen Versuchen mit simulierten Schallquellen, verschiedenen Arrayformen und Größen sowie unterschiedlichen Methoden der Subarraybildung (Zahl und Größe der Subarrays sowie deren Mikrofonverteilung) erwies sich die Berechnung einer kombinierten Wichtungskarte aus den unterschiedlichen statistischen Eigenschaften (normierte Streuungsmaße) der vielen Karten der einzelnen Subarrays als zielführend. In den Bildern 1 und 2 ist ein Vergleich der gefundenen Methode mit einem etablierten erweiterten Beamforming-Verfahren dargestellt. 

Im anschließenden Test mit realen Schallquellen (Fahrzeug im Windkanal) wurde das Subarray-Verfahren dem etablierten Standard CLEAN-SC gegenübergestellt. Hier zeigt sich ein weiterer Vorteil der Subarray-Methode. CLEAN-SC neigt Prinzip bedingt dazu, Linien- oder Flächenquellen in punktförmige Einzelquellen zu zerlegen (Bild 3), während die Subarray-Methode diese Quellen korrekt darstellt (Bild 4). Dies ist besonders gut am Heckspoiler, an der A-Säule und an der Frontschürze zu sehen. Diese Verbesserung wird allerdings mit einer deutlichen Erhöhung der Rechenzeit erkauft. Trotzdem kann die Methode bei speziellen Fragestellungen (Linienquelle oder viele Punktquellen) einen Beitrag zur Verbesserung der Schallquellenkartierung leisten. Von Vorteil ist hier, dass keine zusätzliche Hardware sowie keine Wiederholung von Messungen notwendig sind. Die Methode kann zusätzlich zu den etablierten Verfahren auf alle Messungen auch im Nachhinein angewendet werden.