top

Technik akustischer Kameras

Werbeflyer für Akustische Kameras vom 17.Oktober 2001. Man erkennt die Highlights der Technik: Schallbilder von einem Windkraftwerk, die Schallreflexion eines Flugzeug-Triebwerks, einen elektrischen Funken, einen Motorrad-Auspuff, eine Bohrmaschine ohne und mit darunter liegender Matte, eine Brückenemission bei darüber rollendem Verkehr, eine ICE-Vorbeifahrt, eine Chemieanlage und einen PKW-Innenraum bei Anregung durch einen Verwindungstisch.


Erste akustische Kamera ausgeliefert

Die Konfiguration der ersten, weltweit an einen Kunden (Porsche Weissach, NVH unter Rolf von Sievers) ausgelieferten akustische Kamera (Sept. 2001) ist im folgenden Bild zu erkennen.

Ein System besteht aus Ringarray, Datenrecorder, Klicker und Notebook. Dazu kommen Kabel und Stativ. Der im Bild abgebildete Winkelsensor gehört nicht zum Lieferumfang, jedoch ist ein digitaler Eingang für diesen Sensortyp vorhanden.

Zum Auslieferungsumfang eines Systems gehörte ein dreitägiger Schulungskurs. In diesem wurde Wissen zu akustischen Fragen, zu technischen Details, aber auch zu Anwendungserfahreungen vermittelt. Wesentlicher Bestandteil war auch ein Übungskomplex, bei dem die Teilnehmer die Bedienung des Systems erlernen.



First sold Acoustic Camera system in the world, August/September 1991.

32 Mikrophone sind ringförmig angeordnet. Der große Vorteil dieser Anordnung gegenüber anderen Anordnungen liegt im gut interpretierbaren Aliasing-Muster. Es hat die Form eines zentralsymmetrischen, 32-zackigen Sterns. Nachteil offener, planarer Anordnungen ist eine nahezu identische Empfindlichkeit nach vorn und hinten. Beim Ring32 ist deshalb stets darauf zu achten, Reflexionen oder Störquellen im Hintergrund zu vermeiden. Die Mikrophonmembranen liegen in der Ebene der Ringoberfläche, um seitliche Reflexionen zu vermeiden.

Beim Ring32 wurde der mittige Laserstrahl durch eine justierbare Logitech USB-Kamera abgelöst, die an einer Testwand mit akustisch hochfrequenten Quellen kalibriert wird. Ein Kalibriertester (Klicker) dient einerseits vor Meßbeginn dazu, diese Kamerakalibrierung zu testen. Andererseits dient er bei abgeschaltetem Lautsprecher als Fernauslöser.

Logitech (Connectix) war eine der ersten Firmen, die seit 1999 erste USB-Kameras anbot. Die QuickCam-Pro ist mit 24 Bit Farbe und eine Bildauflösung von 640x480 Pixel spezifiziert. Das Design paßte perfekt in die ringförmige Kalibrierhalterung.

Recorder-Daten werden über EPP (Enhanced Printer Port) eingelesen, die Kamera ist separat an eine USB-Buchse des Notebook anzuschließen. Über spezielle Eingänge können weitere Sensoren, wie ein Drehwinkelsensor, angeschlossen werden.

Im (Standard-) Ring32-Array sind 32 Sennheiser Mikrofone vom Typ KE4-211 verbaut (Kennempfindlichkeit 10 mV/Pa, Eigenrauschen kleiner 38 dBA, Linearität -3dB von 20 Hz bis 50 kHz). Diese Mikrofonkapseln werden auch für das Cube32-Array und im Star36-Array verwendet.


Mikrophon-Arrays und Bauformen (2002)

Eine Vielzahl von Dienstleistungsmessungen brachte unterschiedlichste Versionen von Arrays hervor. Bis auf die Varianten Portable32 und die Meßmikrofon-Variante Ring28 wurden alle vielfach verkauft. Spitzenreiter wurde das für Porsche entwickelte Array Ring32.

2001 besitzen die Arrays eine MicBus-Schnittstelle zum Datenrecorder. Die Mikrophone müssen nicht einzeln an den Datenrecorder gesteckt werden. Trotzdem können an einen Datenrecorder verschiedene Arrays angeschlossen werden, neben dem Ring32 zum Beispiel auch der Star36 und der Cube32. Der MicBus gestattet den Anschluß von maximal 36 Mikrophonen.

Die bei diesen drei Arrays verwendeten Sennheiser-Mikrophone KE4-211 sind bis zu 100 kHz nutzbar und mit einem Eigenrauschen kleiner 38 dB(A) spezifiziert. Bei einer maximalen Abtastrate des Datenrecorders von 196 Kilosamples pro Sekunde (kS/s) und fs/2 von 90 kHz lassen sich damit auch Ultraschallemissionen untersuchen.

In einer speziell für Liebherr entwickelten Low-Noise Version des Ringarrays kommen größere Sennheiser-Kapseln KE14-234 mit geringstem Eigenrauschen von kleiner 27 dB(A) zum Einsatz (20 Hz bis 20 kHz). Signalquellen mit rund 20 dB (Kühlschränke) sind damit kartierbar.

Bei im Rauschen verschwindenden Signalamplituden kommt korrelierten Störsignalen (Brummen) entscheidendes Augenmerk zu. Eine planare Mikrophonanordnung erzeugt prinzipbedingt einen zentral liegenden Störfleck. Somit sind bei Ringarrays höhere Anforderungen an Verkabelung, Schaltungstechnik und Brummfreiheit zu stellen, als bei anderen Array-Bauformen.

Da planare, offene Array-Bauformen rückwärtigen Schall ebenso kartieren, wie von vorn kommenden Schall, dies aber in Werkhallen mit rundherum lärmenden Maschinen zu Problemen führen kann, ist auch ein Koffer-Array mit refexiver Bauform im Angebot.

  • Der Standard für den Industrieeinsatz Ring32 (PDF)
  • Für leise Quellen (Kühlschränke) (low noise) Ring32LN (PDF)
  • Für das Akustiklabor mit Meßmikrofonen Ring28 (PDF)
  • Für Außenmessungen in großer Entfernung Star36 (PDF)
  • Kugelarray für den PKW-Innenraum Cube32 (PDF)
  • Reflexives Kofferarray für raue Umgebungen Portable32 (PDF)
  • Pinbelegung des MicBus (PDF)

    Das Star36-Array hatte einen planaren Vorgänger (Star30/36), mit dem bereits Dienstleistungsmessungen erfolgt waren. Das Array hatte drei in einer Ebene liegende Arme, die vergleichbar zum Ringarray nach vorn und hinten identische Empfindlichkeit lieferten. Bei Messungen an Industrieanlagen wurde dies allerdings oft problematisch, wenn hinten liegende Quellen einstrahlen konnten. Daraus entstand die Idee, die Mikrophone räumlich anzuordnen. So liefert die patentierte Mikrophonanordnung des neuen, geknickten Star36 Arrays eine beachtliche Rückwärtsdämpfung.


    Datenblätter

  • Lieferumfang einer Standardkonfiguration (PDF) (Konfigurationsbeispiel)
  • Datenblatt Software NoiseImage (PDF)
  • Datenblatt Datenrecorder mit MicBus-Connector (PDF)
  • Datenblatt Datenrecorder mit BNC/Lemo-Buchsen (PDF)
  • Buchsenbelegungen am Datenrecorder (PDF)
  • Datenblätter der MicBus-Mikrophone (PDF)
  • Schulungskurs Übersicht (PDF)


    Siehe auch

  • Kurzinfo zu AK (PDF)
  • AK-System vom Januar 1999 (HTML)
  • AiF-Innovationspreis 2001 für AK-Team (PDF)
  • Historisch interessante Erstmessungen (1994-2003)
  • Grundlagen der akustischen Bildgebung (2003)
  • JSAE-Kongreß 2004, Distributor CV-Corp. Flyer
  • Schall orten, Lokalisierungstechniken im Vergleich (2004)
  • Index historischer Seiten (deutsch), (english)
  • Erste Bewegtfilme (Movies) zwischen 1997 und 2004 (english)
  • Zum Algorithmus der Rekonstruktion akustischer Bilder (deutsch)
  • Kunden der ersten Kameras (PDF) (2005)
  • Kontaktformular 1997 (deutsch) (english)


    • >