Lokalisierung und Identifikation sich bewegender Schallquellen

Schallquellenlokalisierungsverfahren sind weit verbreitet in der Automobil-, Schienenfahrzeug- und Luftfahrtindustrie. Viele verschiedene Methoden stehen für die Analyse von ruhenden Schallquellen zur Verfügung. Geignete Verfahren für bewegte Schallquellen kämpfen nach wie vor mit den Problemstellungen der Dopplerverschiebung, der vergleichsweise kurzen Messzeiten und Ausbreitungseffekten durch die umgebende Atmosphäre. Das Projekt LION kombiniert die Expertise von vier Arbeitsgruppen aus drei verschiedenen Ländern im Bereich der Schallquellenlokalisierung: Die Beuth Hochschule für Technik Berlin (Beuth), das Fachgebiet Turbomaschinen- und Thermoakustik der TU Berlin (TUB), das Akustische Forschungsinstitut (ARI) der Östereichischen Akademie der Wissenschaften und das Schweizer Forschungslabor für Akustik /Schallfeldregelung der EMPA. Die genannten Institutionen kooperieren, um die existierenden Methoden zur Analyse von bewegten Schallquellen zu erweitern und zu verbessern. Dabei soll der Dynamikbereich erweitert sowie die räumliche und die Frequenzauflösung erhöht werden. Die neuen Verfahren sollen auf komplexe Probleme wie die Analyse von tonalen Quellen mit starker Richtcharakteristik oder kohärenten, räumlich verteilten Quellen angewandt werden. Die Partner werden die Methoden gemeinsam entwickeln, validieren und Synergieeffekte heben, die sich durch diese Partnerkonstellation ergeben. Beuth plant, die Methode der äquivalenten Schallquellen im Frequenzbereich auf bewegte Quellen im Halbraum zu erweitern und dabei die Einflüsse des Bodens und der Schallausbreitung in der Atmosphäre zu berücksichtigen. ARI steuern die akustische Holografie, die Hauptkomponentenanalyse und die Methode der unabhängigen Komponenten bei und möchten diese zusammen mit ihrer Expertise für vorbeifahrende Züge nutzen, um numerische Randelementeverfahren inklusive der Transformation vom stehenden in das bewegte Bezugssystem zu verbessern. TUB entwickelt Optimierungsmethoden und modellbasierte Ansätze für die Lokalisierung von bewegten Schallquellen und bringt eine umfangreiche Datenbasis an mit einer großen Anzahl von Mikrofonen erfassten Überflugversuchsdaten ins Projekt ein. EMPA fügt seine Expertise zur Schallausbreitungsmodellierung mit atmosphärischer Turbulenz und Bodeneffekten basierend auf zeitvarianten digitalen Filtern hinzu. Sie werden überdies einen synthetischen Testfall zur Validerung der erweiterten und verbesserten Schalllokalisierungsmethoden aufsetzen. Das Projekt ist für eine Laufzeit von drei Jahren geplant. Das Arbeitsprogramm ist in vier Arbeitspakete organisiert: 1) Entwicklung der Algorithmen und Modelle, 2) die Entwicklung einer virtuellen Testumgebung für die Methoden, 3) die Simulation von Szenarien in der virtuellen Testumgebung und 4) die Anwendung der verbesserten und erweiterten Verfahren auf existierende Mikrofonmessungen von Zügen und Flugzeugen.

Um Berechnungen der Schallabstrahlung von Objekten zu verbessern, ist es erforderlich die Lage der akustischen Quellen von Objekten genauer zu kennen. Im Verkehr hat man es mit bewegten Quellen zu tun. Zeichnet man die Vorbeifahrt nit einer stationären akustischen Kamera auf, erhält man einen Doppler Effekt. Der Doppler Effekt bewirkt, dass bei einer Langzeitbeobachtung im Frequenzraum eine verschmierte Antwort erhält. Mittels numerischer Methoden (2.5D Randelemente Methode) wird der Transferpfad von der Quelle zur akustischen Kamera berechnet. Im Frequenzraum werden mit Hilfe der Transferfunktionen die aufgezeichneten Signale auf die vermuteten Quellpositionen projiziert. Dabei werden der Doppler Effekt und die Abbildungsungenauigkeiten der numermischen Transformation von der Zeit in den Frequenzraum in den Transferfunktionen berücksichtigt. Die verschmierten Antworten erlauben es mehere Frequenzen in der Umgebung der originalen Frequenz für die Auswertung zu verwenden, womit die Auflösung in Bewegungsrichtung deutlich erhöht wird.