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Die Schallabstrahlung der inneren Tankdruckausgleichsöffnungen beim A319
Die Lärmsignatur des A319 wird durch die Druckausgleichsöffnungen unterhalb der Tragflächen bestimmt. Im hier dargestellten Schallbild für das Frequenzband um 529 Hz sieht man die äußeren Öffnungen. |
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Das Prinzip des delay-and-sum beamforming:
Der von der Quelle Q kommende Schall legt unterschiedlich lange Wege zu den Mikrofonen zurück. Nach einer Kompensation der unterschiedlichen Schall-Laufzeiten können die einzelnen Mikrofonsignale konstruktiv addiert werden. | |
Die Mikrofonarray-Technik liefert Informationen über die Lage und die Stärke von Schallquellen. Die Schallquellen in einem bestimmten Frequenzbereich können in einem Bild dargestellt werden, weshalb diese Technik auch unter dem Namen akustische Kamera bekannt ist.
Das Prinzip der Mikrofonarray-Technik
Das Prinzip ist relativ einfach: die Signale vieler Mikrofone werden zeitgleich aufgezeichnet, danach werden die einzelnen Signale so zeitlich gegeneinander verschoben, dass die Laufzeit des Schalls zwischen jedem einzelnen Mikrofon und den Punkt am Objekt, der analysiert werden soll kompensiert wird. Wenn die laufzeitkorrigierten Mikrofonsignale dann addiert werden, so addieren sich Anteile, die von Quellen in diesem Punkt abgestrahlt werden konstruktiv, während sich Anteile von Signalen von Quellen an anderen Orten statistisch wegmitteln.
Dieses Verfahren wird als delay-and-sum beamforming bezeichnet.
Üblicherweise wird diese Prozedur mit vielen in einer Ebene liegenden Punkten durchgeführt. Für jeden Punkt wird ein Spektrum der Schalldrucks berechnet. Damit können dann Karten der Schallquellen des Mess-Objekts für alle erfassten Frequenzbänder erstellt werden.
Die historische Entwicklung der Mikrofonarray-Technik
Das der Mikrofonarray-Technik zugrundeliegende Prinzip stammt aus der Radartechnik und der Radioteleskopie. Die erste wissenschaftliche Veröffentlichung aus dem Gebiet der Strömungsakustik stammt von J. Billingsley und R. Kinns, die 1976 den Artikel The Acoustic Telescope veröffentlichten (Journal of Sound and Vibration, 48, pp. 485-510). Sie befasst sich mit der Untersuchung der Schallquellen eines Strahltriebwerks mit einem Array von Mikrofonen. Später wurden in wissenschaftlichen Veröffentlichungen die Bezeichnungen acoustic antenna oder microphone array verwendet.
Die Abteilung Triebwerksakustik des DLR verwendet Mikrofonarrays seit 1978, zuerst für Untersuchungen an Hochgeschwindigkeitszügen und dann an fliegenden Flugzeugen.
Heute ist die Schallquellenlokalisierung mit Mikrofonarrays ein Standardverfahren in Forschungseinrichtungen und in der Industrie.