Ziel der Entwicklung

Ziel des FuE-Vorhabens war die Entwicklung von neuen, hardwaregestützten Methoden und algorithmischen Verfahren für akustisches Beamforming mit Mikrofonarrays, wodurch eine Basis für die dringend notwendige Ergänzung und weitere Öffnung des derzeit immer noch relativ hochpreisigen Markts für hochkanalige akustische Kartierungssysteme in Richtung kleinerer, leichterer und kostengünstiger, somit insbesondere auch für die KMU erschwinglicher akustischer Kartierungstechniken gelegt wurde. Die Projektidee bestand darin, die sehr rechenaufwändigen Kernalgorithmen eines Beamformers im Zeitbereich von der CPU eines PCs in ein hardwaregestütztes, FPGA-basiertes System zu verlagern. Durch die erhebliche Entlastung des Hauptprozessors wird die künftige Entwicklung miniaturisierter und gleichzeitig deutlich preisreduzierter Mikrofonarray- und Datenrekordersysteme realisierbar.

Vorteile und Lösungen

Aktuell am Markt verfügbare kommerzielle akustische Kartierungssysteme für Beamforming mit mittlerer bis hoher Mikrofonkanalzahl liegen je nach Anbieter und Ausbaustufe meist in einer preislichen Größenordnung um die siebzigtausend bis weit über hunderttausend Euro, dabei umfassend ein Mikrofonarray, einen hochkanaligen Datenrekorder und die benötigte Auswertesoftware. Diese Systeme erfüllen weitgehend die technischen Anforderungen der Anwender, sind jedoch für die allermeisten KMU in der Anschaffung deutlich zu teuer. Mittlerweile von einzelnen Anbietern offerierte LowCost-Lösungen bieten zwar bereits ein geringeres Preisniveau, sie sind jedoch in der Regel trotzdem immer noch an schnelle PC-Technik gebunden und hinsichtlich Auswertung und Zusatzfunktionen stark eingeschränkt. Das hier realisierte Projekt konnte mit dazu beitragen, diese noch viel zu große Lücke zwischen Bezahlbarkeit und Praktikabilität mittels der Einführung neuer, hardwareunterstützter Beamforming-Verfahren auf FPGA-Basis weiter zu schließen.

Zielgruppe und Zielmarkt

Das Vorhaben bildet eine sehr wichtige Grundlage für die Weiterentwicklung von Mikrofonarraysystemen. Durch die Einbeziehung hardwaregestützter Beamformingmethoden werden sich die Systeme der nächsten Generation deutlich preisgünstiger, miniaturiserter und mobiler gestalten lassen, als das bei heutigen PC-gestützten Lösungen der Fall ist. Bei nur geringfügig eingeschränkter Leistungsfähigkeit hinsichtlich Mikrofonkanalzahl, Abtastrate und Zusatzfunktionen lassen sich so dennoch die wichtigsten Anforderungen industrieller Anwender bezüglich leichter Einsetzbarkeit und Bedienbarkeit, deutlich erhöhter Mobilität, Gewichtsreduktion und Flexibilität sowie kurzer Rechenzeiten bei der Auswertung in zufriedenstellender Weise erfüllen. Insbesondere im Zusammenhang mit der dafür erforderlichen Entwicklung qualitativ hochwertiger Mikrofone mit Digitalschnittstelle gibt es hierfür noch ein erhebliches Innovationspotenzial, das in künftigen FuE-Vorhaben umzusetzen ist.