Gesellschaft zur Förderung angewandter Informatik e. V. – GFaI


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Geförderte Projekte: 39


Vorbeifahrt-Analysen mit Mikrofonarrays – VorAn


Dopplerkorrigiertes akustisches Bild der Vorbeifahrt eines ICE mit 277 km/h im Frequenzband von 1,5 kHz bis 4 kHz
Dopplerkorrigiertes akustisches Bild der Vorbeifahrt eines ICE mit 277 km/h im Frequenzband von 1,5 kHz bis 4 kHz

Projektidee

Zielstellung des FuE-Vorhabens war die Entwicklung, Erprobung und Anwendung effizienter Methoden zur Analyse bewegter Schallquellen mit hochkanaligen Mikrofonarrays. Dabei sollten neue, leistungsfähige Verfahren und Algorithmen zur Vorbeifahrtanalyse von Fahrzeugen entwickelt werden. Bei schnell bewegten Objekten tritt eine durch den Dopplereffekt bedingte Frequenzverschiebung der Schallsignale auf, welche die für das Array-Beamforming benötigte Laufzeit- bzw. Phaseninformation verfälscht und zu einer starken örtlichen Verschmierung von frequenzabhängig kartierten Schallquellen im akustischen Bild führt. In der Theorie seit langem bekannte, aber numerisch sehr rechenaufwendige Verfahren zur erforderlichen Dopplerkorrektur aller Mikrofonsignale kommen bisher fast ausschließlich im Forschungsumfeld bei Messungen mit stationären Arrays (z.B. Vorbeifahrten von Hochgeschwindigkeitszügen, überflugmessungen durch das DLR) zur Anwendung. Für frei am Markt erhältliche, kommerzielle akustische Kartierungssysteme standen vergleichbare und gleichzeitig ausreichend schnelle, praxistaugliche Verfahren für Bewegt-Schallquellen noch nicht zur Verfügung, diese waren deshalb im Projekt zu entwickeln.

Kundennutzen

Im Projekt wurden neue und robuste Methoden zur akustischen Kartierung für Vorbeifahrtanalysen von Fahrzeugen entwickelt. Das schloß neben den erforderlichen algorithmischen Implementierungen und Optimierungen von neuen Algorithmen zur Bildentzerrung und Bildüberlagerung sowie zur Dopplerkorrektur auch die Entwicklung zugehöriger Arraytechnik und die Anpassung der mobilen hochkanaligen Datenaufzeichnungstechnik mit ein. Zielstellung war es, möglichst allgemein verwendbare, nicht auf die Spezifika bestimmter Fahrzeugklassen beschränkte Verfahren und Algorithmen zur akustischen Analyse von Vorbeifahrten zu erhalten. Mit den Ergebnissen wird die praktische Anwendbarkeit akustischer Kartierungstechniken im Außenbereich noch einmal wesentlich erweitert. Die Projektresultate ermöglichen eine gezieltere Untersuchung schnell bewegter Objekte (Rad- und Schienenfahrzeuge aller Art) bezüglich akustischer Emissionen und sie tragen damit auch zur Reduktion von Bahnlärm sowie Straßen- und Verkehrslärm bei.

Ausblick

Die wirtschaftlichen Erfolgsaussichten für die Anwendung der Projektergebnisse werden als sehr gut eingeschätzt, da es speziell im Bereich der Analyse bewegter Objekte (Rad- und Schienenfahrzeuge, Flugzeuge) zur Lokalisierung und detaillierten Bewertung von einzelnen Schallquellen keine Alternative zum Beamforming gibt. Somit haben die Anwender akustischer Kartierungstechniken ein großes Interesse am Einsatz der Projektresultate.
Die während der Projektbearbeitung gesammelten Erkenntnisse und Erfahrungen lassen sich in künftigen Vorhaben nutzen, vor allem zur weiteren Verbesserung der Arraytechnik bezüglich Mobilität und Gewicht, aber auch bei algorithmischen Entwicklungen zur 3D-Kartierung von bewegten Fahrzeugen.

Stand: 19.08.2013
Projektdaten aktualisiert: 08.12.2012

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