Schallquellenlokalisation: state of the art und neues inverses Verfahren

Die Lokalisation von akustischen Schallquellen mithilfe von Schalldruckmessungen unter Verwendung von Mikrofonarrays ist ein wichtiges Instrument in der Lärmbekämpfung. Ein weit verbreitetes Verfahren ist hierbei das akustische Beamforming, mit dem sowohl die Quellpositionen als auch -verteilungen bestimmt werden können. Bekannte Algorithmen, wie Standard-Beamforming, Functional-Beamforming oder Entfaltungsmethoden (wie z. B. Clean-SC) haben den Vorteil, dass sie robust und schnell in der Berechnung sind. Nachteilig ist hingegen, dass meist ein simples Modell für die akustischen Quellen angenommen wird, und dass die Green’sche Funktion für freie Schallabstrahlung als Transferfunktion zwischen Quell- und Mikrofonpositionen verwendet wird. Außerdem können bewegte Schallquellen nicht ohne weitere Signalverarbeitungsschritte lokalisiert werden. In diesem Zusammenhang werden zwei Methoden für rotierende Schallquellen, wie sie z. B. bei einem rotierenden Ventilator vorkommen, präsentiert.

Für eine akkurate Berücksichtigung der Messumgebung und um die Einschränkungen bezüglich des vereinfachten Quellenmodells und der Randbedingungen der Messumgebung zu überwinden, wird ein inverses Verfahren präsentiert, in dem die Wellengleichung im Frequenzbereich (Helmholtz-Gleichung) mit entsprechenden Randbedingungen mittels der Finite Elemente-Methode gelöst wird. Dieses Verfahren basiert auf einem Tikhonov-Funktionals, das die Differenz zwischen Mikrofonmessungen und den simulierten Schalldrücken minimiert. Mit dieser inversen Methode können die Schallquellen in Amplitude und Phase identifiziert werden, sodass das vorherrschende Schallfeld mit hoher Genauigkeit rekonstruiert werden kann