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Akustische Kameras: Der Guide für Einsteiger

21.10.2021

Makellose Produkte. Die Gesundheit von Kunden und Mitarbeitern. Ein rechtskonformes Auftreten. Das ist nur ein Auszug der Dinge, auf die jedes Unternehmen achten sollte. Störgeräusche an Produkten oder am Betriebsgelände stehen dieser Idylle allerdings oft im Weg.
Die Frage: Wie beuge ich dem vor?

Das Thema Lärmschutz bzw. Lärmreduktion gewinnt in der heutigen Zeit immer mehr an Bedeutung. Gesetzliche Anforderungen für Lärmemissionen werden strenger und sowohl Unternehmen als auch Verbraucher reagieren zunehmend sensibler auf Störgeräusche bei Produkten und Prozessen. Angesichts dieser Tatsache entdecken viele Unternehmen eine neue, spannende Technologie für sich – akustische Kameras.

 

Grafik zeigt laute Maschine und Lärmausbreitung in einem Büroraum

 

Was ist eine akustische Kamera?

Eine akustische Kamera, manchmal auch Akustikkamera oder Schallkamera genannt, ist ein aus mehreren Mikrofonen bestehendes Messsystem zur Analyse von Schall. Es wird eingesetzt, um Schallquellen zu orten und deren Frequenzinhalt sowie Schalldruckpegel zu bewerten. Im Gegensatz zu einem Schalldruckpegelmesser erlaubt die akustische Kamera eine visuelle Darstellung und Zuordnung des Schalls, ähnlich einer Wärmebildkamera.

 

Frontalbilder der akustischen Kamera von Seven Bel

 

Wann benötigt man eine akustische Kamera?

Störgeräusche und andere akustische Auffälligkeiten können zwar deutlich hörbar sein – die genaue Ortung stellt Betroffene allerdings häufig vor Herausforderungen. Mit bloßem Gehör lassen sich nur selten Erfolge erzielen und einfache Messungen des Schalldruckpegels liefern in komplexen Situationen nicht genug Informationen, um die Ursache eines Akustikproblems identifizieren zu können. In solchen Fällen führt der Einsatz einer akustischen Kamera schnell zu verwertbaren Ergebnissen. Die visuelle Darstellung beschleunigt die Ursachenforschung und verschafft dem Anwender so genug Zeit und Informationen, um an einer zielgerichteten Lösung arbeiten zu können. Neben Anwendern in Wartung und Instandhaltung profitieren vor allem Ingenieure in der Produktentwicklung von diesen Vorteilen.

 

Anwendungsgebiete

Der potentielle Anwendungsbereich für akustische Kameras umfasst verschiedenste Branchen:

 

Die technische Funktionsweise

Die Funktionsweise einer akustischen Kamera lässt sich am besten anhand der uns vertrauten menschlichen Sensorik erklären. Mit unseren zwei Ohren sind wir in der Lage, die Richtung einer Schallquelle einschätzen zu können. Ein Schallereignis, wie zum Beispiel ein sich von rechts annäherndes Fahrzeug, erzeugt eine Schallwelle, die von den beiden Ohren zu leicht unterschiedlichen Zeitpunkten wahrgenommen wird. Bereits kleinste zeitliche Unterschiede von weit weniger als einer Tausendstelsekunde sind für die Verarbeitung im Gehirn ausreichend, um erfolgreich die Richtung eines Einzelschallereignisses zuzuordnen. 

Akustische Kameras machen sich genau dieses Messprinzip zunutze und ermöglichen durch enormen technischen Einsatz eine dem Menschen weit überlegene Ortungsgenauigkeit von komplexen Schallereignissen mit mehreren Quellen unterschiedlicher Lautstärke und Frequenzanteile. Die beiden Ohren werden hierbei durch ein sogenanntes Mikrofon Array ersetzt - hunderte Mikrofone, die auf einer Fläche von bis zu mehreren Quadratmetern verteilt sind. Pro Sekunde werden so bis zu 200 Megabyte an Audiodaten verarbeitet und farblich codiert mit einem optischen Bild der Messszene überlagert.

Wesentliche Qualitätskriterien für akustische Kameras sind einerseits die Fläche des Mikrofon Array sowie die Anzahl der darauf verteilten Mikrofone. Da industrielle Schallereignisse typischerweise tieffrequente Anteile weit unter zwei Kilohertz aufweisen, soll der Durchmesser der Mikrofon Array Fläche auf jeden Fall größer als ein Meter sein, um eine akzeptable örtliche Auflösung zu erhalten. Auch sollte das Array mehrere hundert verteilte Mikrofone umfassen, um eine hohe Bilddynamik zu erreichen und so in der Analyse laute und leisere Quellen gezielt zu bewerten.

 

Grafik zum Preis/-Leistungsverhältnis bei akustischen Kameras

Die Innovation - Sound Scanner

Seven Bel hat sich zum Ziel gesetzt, das bekannte Spannungsdreieck von Mobilität, Bildqualität im tieffrequenten Bereich und Anschaffungskosten mit einer neuen Technologie zur Schallvisualisierung auszuhebeln: dem Sound Scanner. Das Messgerät basiert auf dem patentieren Verfahren der Coherence Scanning Holography (CSH), welches es Seven Bel - im Vergleich zu auf Beamforming basierten Verfahren - ermöglicht, kompakte und kostengünstige akustische Kameras zu realisieren, mit denen Flächen von bis zu 5m2 mit mehr als 400 virtuellen Mikrofonen abgescannt werden. Dadurch können tieffrequente Schallereignisse im industriellen Umfeld mit noch nie dagewesener Ortsauflösung und Bilddynamik gemessen werden. Die Bedienung der Sound Scanner wurde möglichst einfach gestaltet, um Anwendern einen effektiven Einstieg in die Welt der Schallvisualisierung zu ermöglichen.