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Was ist Coherence Scanning Holography?
Coherence Scanning Holography oder kurz CSH ist ein von Seven Bel patentiertes Verfahren zur Visualisierung von Schall. Es unterscheidet sich grundlegend von Beamforming, dem herkömmlichen Messverfahren, welches in konventionellen akustischen Kameras seit mehr als 20 Jahren zum Einsatz kommt.
WODURCH WIRD DIE QUALITÄT EINER AKUSTISCHEN KAMERA FESTGELEGT?
Die Bildqualität einer akustischen Kamera ist durch zwei Parameter wesentlich bestimmt, nämlich die Größe der Messfläche und die Anzahl bzw. Anordnung der darauf verteilten Mikrofone.
Folgende Zusammenhänge sind zu beachten:
- Je größer der Durchmesser der Messfläche, desto höher ist die örtliche Auflösung und desto besser können nahe zueinander liegende Schallquellen separiert werden.
- Die Größe der Messfläche bestimmt aber auch die tiefste Frequenz, bei der Schallquellen lokalisiert werden können.
- Je höher die Mikrofonanzahl, desto größer ist der im akustischen Bild darstellbare Unterschied zwischen lauten und leisen Schallquellen (Dynamikumfang).
Viele Anwendungen aus unterschiedlichen Branchen verlangen die Lokalisierung von komplexen Schallquellverteilungen mit unterschiedlichem Lautstärkeniveau und mit dominanten Frequenzinhalt unterhalb von 1kHz.
Typische Beispiele sind die Lokalisierung von Schallbrücken in Gebäuden oder Schallquellen an Motor-/Getriebeeinheiten.
Somit ist die Verwendung von großen Messflächen mit hoher Mikrofondichte für viele Anwendungen ein Muss.
Mit Coherence Scanning Holography werden diese kritischen Anforderungen an die Bildqualität einer akustischen Kamera voll erfüllt:
- Bei diesem Messverfahren werden bis zu sieben Mikrofone auf konzentrischen Kreisbahnen geführt, und das einfallende Schallfeld wird an mehr als 400 virtuellen Mikrofonpositionen granular abgetastet.
- Der einfache Aufbau eines Schallscanners ermöglicht die Realisierung von sehr großen Messflächen mit einem Durchmesser von mehr als 2,5 Metern.
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WIE FUNKTIONIERT COHERENCE SCANNING HOLOGRAPHY?
Die über eine Umdrehung hinweg gewonnenen Audiodaten beinhalten Dopplerfrequenzverschiebungen aufgrund der Mikrofonbewegung.
Ein unbewegtes Mikrofon in der Mitte der Scan-Fläche wird als Referenz verwendet und enthält keine Dopplerfrequenzverschiebungen.
Ein magnetischer Drehwinkelencoder ist koaxial mit der Drehachse der Mikrofonanordnung angeordnet und misst deren Winkelstellung.
Zur Berechnung des akustischen Bilds wird nun eine sogenannte Rekonstruktionsebene parallel zur Mikrofonmessebene gewählt, in der die akustische Quellverteilung berechnet werden soll.
In einem ersten Schritt wird das Signal des bewegten Mikrofons zeitlich zu jedem Bildpunkt in der Rekonstruktionsebene verschoben. Das Signal wird somit so manipuliert, als wäre es von diesem Punkt aus abgestrahlt worden und durch das bewegte Mikrofon aufgenommen worden.
An dieser Stelle ist bereits interessant zu erwähnen, dass für jenen Bildpunkt, an dem sich tatsächlich eine Schallquelle befindet, die Dopplerfrequenzverschiebungen vollständig kompensiert sind. Für Bildpunkte abseits der Schallquelle ergeben sich zusätzliche Dopplerfrequenzverschiebungen im Mikrofonsignal.
Verwendet man nun die Kohärenz als Maß für die Ähnlichkeit zwischen den Signalen des bewegten Mikrofons und des unbewegten Referenzmikrofons, so ergibt sich für Bildpunkte, in denen sich tatsächlich Schallquellen befinden, eine hohe Ähnlichkeit und in anderen Bildpunkten eine geringe Ähnlichkeit der Signale.
Dieses Maß wird verwendet, um eine farbliche Darstellung der Schallquellenverteilung in der Rekonstruktionsebene mit einem optischen Bild der Mess-Szene zu überlagern.
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