Beamforming in modalen Schallfeldern von Fahrzeuginnenräumen

  • Beamforming in modal sound fields of vehicle interior

Nau, Clemens; Vorländer, Michael (Thesis advisor); Jax, Peter Johannes (Thesis advisor)

Berlin : Logos Verlag (2016, 2017)
Buch, Doktorarbeit

In: Aachener Beiträge zur technischen Akustik 25
Seite(n)/Artikel-Nr.: IV, 169 Seiten : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2016

Kurzfassung

Physikalisch basiert das konventionelle Beamforming-Verfahren (CBF) auf einer Zerlegung des einfallenden Wellenfeldes in ebene oder sphärische Elementarwellen, deren relative Phasen so interpretiert werden, dass die Einfallsrichtungen und Quellorte identifiziert und klassifiziert werden können. Eine zentrale Annahme des CBF ist dabei dessen Anwendung im akustischen Freifeld. Diese Annahme ist insbesondere in Räumen, wie z.B. einem Fahrzeuginnenraum, in denen bis zu einem gewissen Frequenzbereich (unterhalb der Schröderfrequenz) modale Einflüsse das Schallfeld dominieren, verletzt. Unter diesen Randbedingungen zeigt der CBF nur noch ein geringes Lokalisierungsvermögen; bis hin zum Versagen einer Lokalisierung. Um das Beamforming jedoch ebenfalls unter diesen Randbedingungen und in diesem Frequenzbereich anwenden zu können, werden in der vorliegenden Arbeit zwei Ansätze parallel verfolgt, um die raumakustischen Einflüsse auf das Beamforming zu minimieren und somit das Lokalisierungsergebnis insbesondere in einem Fahrzeuginnenraum zu verbessern. Ein erster Ansatz basiert auf der Vorverarbeitung der Kreuzspektralmatrix mit Hilfe der sogenannten generalisierten Kreuzkorrelation. Ein zweiter Ansatz nutzt ein Makromodellierungsmodell um die Polfrequenzen der Raumübertragungsfunktionen zu approximieren. Auf Basis der ermittelten Polfrequenzen wird automatisch ein inverses Filter generiert, welches ebenfalls angewandt auf die Kreuzspektralmatrix die modalen Einflüsse vor dem eigentlichen Beamforming minimiert. Beide Ansätze werden sowohl theoretisch diskutiert als auch in aufeinander aufbauenden Schritten praktisch untersucht und bewertet. Dazu wird aufbauend auf Prinzip-Untersuchungen an definierten Reflexionsflächen, das Verhalten beider Ansätze in einem Modellraum aufgezeigt, analysiert und bewertet. Anschließend werden beide Ansätze unter den realen Bedingungen eines Fahrzeuginnenraums evaluiert. Ein Exkurs hinsichtlich der Kombination des Beamformings mit beliebigen Übertragungsfunktionen zur Weiterentwicklung des Beamformings über die Freifeldannahme hinaus bildet den Abschluss der Untersuchungen der Arbeit. Den Abschluss der Arbeit bildet das Kapitel „Zusammenfassung und Ausblick“.

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