Mikrofon-Arry für STSF
| Räumliche Schallfeldtransformation (Spatial Transformation of Sound Fields, STSF) Eine moderne Messtechnik für akustische Fragestellungen ist die Räumliche Schallfeldtransformation. Dabei handelt es sich um eine Messtechnologie zur Ermittlung dreidimensionaler induzierter Schallfelder schwingfähiger Strukturen aufgrund diskreter Schalldruck- messungen mit einem Mikrophon-Array (siehe Bild rechts). Die Möglichkeit zur Simulation von schallmindernden Modifikationen an Schallquellen ist ebenso implementiert. Ein Ziel der Schallfeldtrans- formation ist die Ortung von lokalen Teilschallquellen an abstrahlenden Strukturoberflächen. Durch konventionelle Schalldruckmessungen mit einem Mikrophon gehen alle räumlichen Informationen eines Schallfeldes verloren, da der Schalldruck keine vektorielle Größe ist. STSF beruht auf dem bekannten Kreuzspektrum-Verfahren. Dadurch lassen sich auch alle weiteren akustischen Energie- und Feldgrößen bestimmen. STSF ist ein Frequenzbereichsverfahren und kann nur auf stationäre Schallquellen angewendet werden. |
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| Messaufbau und Funktionsprinzip: Zur Durchführung einer STSF-Messung betrachte man sich das rechte Bild. Der Schalldruck wird über ein Mikrophon-Array (3) an diskreten Punkten in einer zweidimensionalen Ebene parallel zur Struktur- oberfläche gemessen. Das Kreuzspektrum-Verfahren benötigt darüber hinaus noch mindestens ein Referenzsignal. Dieses Signal dient dazu, den durch das Array aufgenommenen Schalldruck einem Messobjekt (1) über eine Kohärenzanalyse zuzuweisen. Somit ist es möglich, nicht kohärenten Schall heraus zu filtern. Die STSF ist damit unabhängig von akustischen Störquellen, was dem Bediener sehr entgegen kommt. Als Referenzsignal können entweder strukturdynamische Größen (Beschleunigung, Geschwindigkeit) oder akustische Größen (Schalldruck) verwendet werden. Zur Eliminierung von weiteren Schallquellen komplexer Maschinen, die ebenfalls kohärente Signale liefern, können weitere Referenzsensoren (2) eingesetzt werden, die an den nicht zu berücksichtigenden Schallquellen angebracht werden. Diese Schallquellen können dann mittels STSF „entfernt“ werden. Die Daten werden über ein Frontend (5) gesammelt und an die Auswertungssoftware weitergegeben. Zusätzlich ist noch der Einsatz einer robotergesteuerten Traversierung (4+6) möglich, um die Messzeit zu reduzieren und die Messpunkte exakt reproduzieren zu können. Im Bild rechts ist das Prinzip der STSF zu sehen. STSF wird durch die Kombination der drei folgenden mathematischen Modelle ermöglicht:
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Anwendungsbereiche von STSF: Helmholtzsche Integralgleichung |
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