Ziel der Entwicklung
Ziel des Projektes ArKalibri war die Entwicklung eines neuartigen Kalibrier- und Abgleichsystems für Mikrofonarrays mit integrierter optischer Kamera. Auf algorithmischer Basis war eine weitgehend automatische Bildlagekorrektur zwischen optischem Kamerabild und der mittels erweiterter Beamformingmethoden berechneten akustischen Karte vorzunehmen. Wichtige technische Teilziele waren dabei die wesentliche Erhöhung der Lokalisierungsgenauigkeit akustischer Kartierungen auf Werte unterhalb zirka ein cm, die Entwicklung geeigneter Testschallquellen, hohe Robustheit gegenüber Fokusänderungen, Applizierbarkeit auch für größere Arraystrukturen, eine Objektivierung des bisher zu stark subjektiven Kalibrier- und Abgleichprozesses sowie die Senkung des erforderlichen zeitlichen und personellen Aufwandes für den gesamten Prozess der Arrayfertigung, Justage und Kalibrierung.
Vorteile und Lösungen
Im Vorhaben wurden neue algorithmische Verfahren und Optimalitätskriterien entwickelt, die einen automatischen Abgleich von optischem Bild und akustischer Karte mit einer Lageabweichung im unteren mm-Bereich selbst für größer ausgedehnte Arraystrukturen (Aperturen von einigen Metern) erlauben. Hardwareseitig wurde eine neue Kalibrier- und Abgleichstrecke für Mikrofonarrays realisiert, die elektronisch ansteuerbare Funkenquellen als nahezu ideale Punktschallquellen und optische Zielmarker enthält. Diese Zielmarker enthalten die Funkenquellen als Mittelpunkt. Zum eigentlichen Abgleich werden durch das System die Abweichungen zwischen den Positionen der berechneten und realen akustischen Quellen bestimmt, Korrekturparameter mittels speziell entwickelter mathematischer Ausgleichsverfahren berechnet und die ermittelten Parameter in einer Beschreibungsdatei des Mikrofonarrays abgelegt. Die eigentliche Korrektur erfolgt somit ausschließlich in Software, mechanische Einstellungen am Arraysystem sind nicht mehr notwendig. Das System wurde mit einer komfortabel bedienbaren Softwareoberfläche und mit einer Remote-Funktion versehen, so dass auch Arrayjustagen in weltweit verteilten Distributor- und Kundensystemen mit stationären und großen Arrayinstallationen durchführbar sind. Großer Vorteil der neuen Entwicklung ist, dass sowohl Fertiger als auch Anwender von Arraytechnik erhebliche Zeit- und Personalressourcen bei der Systemeinrichtung sparen. Der Zeitaufwand für den Abgleich eines größeren Systems (Verbund von zwei bis drei Einzelarrays mit Ausdehnung im Bereich jeweils einiger Meter) konnte von vormals zwei bis drei Tagen auf nur noch wenige Stunden bei deutlich höherer Ergebnisqualität gesenkt werden. Bei kleineren Arrays nimmt der eigentliche Abgleichvorgang sogar nur noch wenige Minuten in Anspruch. In den Bildern eins und zwei wird die Situation vor und nach erfolgtem Abgleich demonstriert.
Zielgruppe und Zielmarkt
Zielmärkte liegen in allen Bereichen, in denen Anlagen, Maschinen und Geräte hinsichtlich Lärmreduzierung, Sounddesign und Fehlererkennung zu optimieren sind, so dass die Zielmärkte grundsätzlich eine sehr weite Spanne industrieller Anwendungen und Branchen abdecken. Durch das erfolgreiche Realisieren der technischen Zielsetzungen des Projektes zur deutlichen Verbesserung von Arraykalibrierung, Bildjustage und Lokalisierungsgenauigkeit können viele wichtige und teilweise auch neue Anwendungsfelder für den Einsatz Akustischer Kameras am Markt erschlossen werden. Als Beispiele für Zielmärkte und Anwendungsfelder sind dabei zu nennen: Der klassische Automobilsektor und die Zulieferindustrie, die akustische Qualitätsüberwachung und Fehlerprüfung von Maschinen (Verbrennungsmotore, Elektro- und Hybridantriebe, Getriebe), der Einsatz akustischer Kameras zur Produktoptimierung und Lärmreduktion (Hersteller von Haushaltsgeräten, Werkzeugen, Energieanlagen, Turbinen, Pumpen, Lüftern und vielen anderen lärmerzeugenden technischen Objekten), die akustische Analyse und Zustandsüberwachung von Maschinen und Anlagen in Industriehallen und Produktionsumgebungen bei verbesserter Quelltrennung, Ortungsgenauigkeit und quantitativer Analysemöglichkeit. Daneben eröffnen sich Anwendungen für akustische Prüfungen im Kfz-Innen-Bereich mit sphärischen Arrays zum Beispiel Tür- und Fensterdichtungen an Pkw und Lkw, für die Nutzung in der Raum- und Bauakustik (Durchschallungsanalysen) sowie für den Einsatz im High-End-Bereich (aeroakustische Windkanäle) mit hochkanaligen Mehrarraysystemen, wo es auf besonders präzise Ortszuordnungen und Quantifizierungen der getrennten Teilschallquellen ankommt.
