Neuartiges Messverfahren zur Schallvisualisierung

Seit wenigen Wochen ist sie nun verfügbar - die von Seven Bel entwickelte neuartige Sound-Scanning Technologie. Diese adressiert das bisherige Preis-Leistungs-Dilemma bei akustischen Kameras. Mit den Sound Scannern lassen sich innerhalb kürzester Zeit hochqualitative akustische Bilder erzeugen, die auch tieffrequenten Schall erfassen.

Akustische Kameras gelten als leistungsstarke Werkzeuge zur Ortung unerwünschter Geräusche. Ingenieure in der Produktentwicklung, Fertigung und Wartung, die Zugang zu derartigen Technologien haben, schätzen den Mehrwert visueller Informationen für die Implementierung hochwirksamer technischer Lösungen.

Das Dilemma

Im Gegensatz zu Wärmebildkameras haben akustische Kameras bisher keine vergleichbare Verbreitung im Messequipment-Pool gefunden, vor allem bei kleineren und mittleren Unternehmen. Einer der Gründe dafür liegt in den Eigenschaften von Schallemissionen industrieller Anwendungen, die von Natur aus typischerweise niederfrequente Geräuschanteile haben. Um Schallquellen zuverlässig orten zu können, ist in derartigen Situationen ein Mikrofonarray-System mit einem Durchmesser von mindestens einem Meter erforderlich. Anschaffungskosten im Bereich von weit über 40.000 € und das für derartige Systeme notwendige Experten-Know-how führen oft dazu, dass potentielle Anwender auf die Anschaffung verzichten. In den letzten Jahren kamen mobile akustische Kameras auf den Markt, welche die Hoffnung auf Schallortungslösungen zu akzeptableren Kosten erweckten. Mobile Systeme mit einem Array-Durchmesser von etwa 30 cm sind jedoch nicht in der Lage, die erforderliche Bildqualität für typische industrielle Anwendungen zu liefern.

Fazit: Man kann nicht einfach die Physik überlisten, und der Array-Durchmesser ist ein wesentliches Kriterium, das bei der Anschaffung derartiger Systeme berücksichtigt werden muss.

Eine neue Methode zur Visualisierung von Schall

Aus diesem Grund hat Seven Bel eine neuartige akustische Kamera entwickelt, welche hohe Bildqualität für industrielle Anwendungen, hervorragende Benutzerfreundlichkeit und Mobilität zu einem erschwinglichen Preis bietet. Die Technologie basiert auf einem kompakten, rotierenden Soundscanner mit digitalen Mikrofonen. Durch die feine räumliche Abtastung des Schallfeldes auf einer Kreisfläche mit einem Durchmesser von bis zu 1,32 Metern erhält man akustische Bilder mit ausgezeichneter räumlicher Auflösung und Dynamik. Diese Marktinnovation unterstützt Anwender bei der Implementierung technischer Lösungsvorschläge.

Der Vorteil des räumlichen Abtastens eines großen Bereichs mit Mikrofonen lässt sich anhand des folgenden Experiments zeigen, das typischerweise beim Testen von Antriebssträngen und Motoren auftritt. Drei Lautsprecher werden mit weißem Rauschen angeregt, wobei die beiden äußeren Lautsprecher mit einem kohärenten Signal angesteuert werden. Das ausgewählte Frequenzband ist 2000 Hz +/- 115 Hz und ein Dynamik-Bereich von 15 dB wird gewählt. Die Verstärkung des mittleren Lautsprechers beträgt +10 dB gegenüber den äußeren Lautsprechern. Der große Soundscanner mit einem Durchmesser von 1,32 m (linkes Bild) zeigt eine sehr gute Trennung der einzelnen Schallquellen, während der kleine Scanner mit einem Durchmesser von 0,5 m (rechtes Bild) Schwierigkeiten hat, die drei Quellen örtlich aufzulösen. Der kleinere Scanner eignet sich jedoch besonders zur Messung mittel- bis hochfrequenter Schallereignisse sowie für Messungen in beengten Räumen, wie z.B. Fahrzeugkabinen.    

Der Sound Scanner bildet zusammen mit einem Smartphone und der Cloud-Infrastruktur von Seven Bel ein kompaktes Hochleistungsmesssystem für die schnelle Analyse akustischer Herausforderungen. Dabei legten die Entwickler von Seven Bel besonderes Augenmerk auf einen massiv vereinfachten Arbeitsablauf für die Messung und Analyse akustischer Bildinformationen. Automatisch generierte Berichte können problemlos mit Kollegen, Partnern oder Kunden geteilt werden.

Die Technologie wurde bereits erfolgreich an Produkten und Prozessen aus verschiedensten Branchen demonstriert; von der Automobilindustrie über den Maschinenbau bis hin zu Haushaltsgeräten und Baukaustik.

Spannende Anwendungsfälle

Die Konstruktion von Gehäusen für Bearbeitungszentren ist für Maschinenbauer eine besonders herausfordernde Aufgabe. Hersteller müssen nicht nur entsprechende gesetzliche Grenzwerte einhalten, sondern auch vermehrt berücksichtigen, dass ein optimales Arbeitsumfeld für die Maschinenbediener gewährleistet ist. Akustische Bilder unterstützen Ingenieure während der Entwicklungsphase dabei, die örtliche Schallabstrahlung während eines Bearbeitungsprozesses zu verstehen. Diese Erkenntnisse ermöglichen es, Maschinengehäuse zu konstruieren, die hinsichtlich Kosten und akustischer Wirksamkeit optimiert sind. In vielen Fällen kommt das störende Geräusch nämlich nicht von der Stelle, an der er ursprünglich vermutet wird. Das Schleifen der Kanten von Glasplatten in Glasverarbeitungszentren führt zur Anregung von kritischen Eigenfrequenzen und Eigenmoden des zu verarbeitenden Materials. Der Schall kommt dann nicht nur von jenem Ort, an dem das Schleifen stattfindet, da die verarbeitete Glasplatte sich wie ein Lautsprecher verhält und vorwiegend Schall von der gegenüberliegenden Kante ausstrahlen kann. Genau diese Art von Erkenntnissen gibt den Ingenieuren die Zuversicht, bei der Entwicklung von technischen Lösungen die effektivsten Maßnahmen zu ergreifen.

Eine weitere interessante Anwendung findet sich im Bereich der Fahrzeugtechnik, wo Ingenieure aus der Fahrzeugsimulation und -prüfung an der Abstimmung von Simulationsmodellen mit Messdaten arbeiten. Die folgende Abbildung zeigt ein Motorrad, das unter Volllast auf einem Rollenprüfstand betrieben wird. Ingenieure sind besonders daran interessiert, den genauen Ort der Schallabstrahlung vom Kupplungsdeckel zu bestätigen, um Material- und Geometrieparameter in Simulationsmodellen zu aktualisieren und damit die Gesamtkonstruktion zu optimieren.

Seven Bel hat seine Sound Scanner P50 und P132 in der zweiten Jahreshälfte 2020 erfolgreich auf dem europäischen Markt eingeführt und freut sich, mehr über neue, spannende Anwendungen zu erfahren. Kontaktieren Sie uns deshalb noch heute und vereinbaren Sie einen Termin für eine Produktdemonstration.