Beam Forming Network

Beamforming ist eine Methode zur Ortung (als Positionsbestimmung) von Quellen in Wellenfeldern (z. B. Schallfeldern). Entsprechende Vorrichtungen werden auch akustische Kamera oder Mikrofonarray genannt. In der Akustik wird Beamforming meistens dann eingesetzt, wenn Messungen in der Nähe des Messobjektes nicht (oder nur mit großem Aufwand) möglich sind, wie z. B. bei landenden Flugzeugen oder vorbeifahrenden Zügen. Daher wurde in der einschlägigen Literatur auch schon der Begriff "akustisches Teleskop" eingeführt. Die Mikrofonanordnung erfolgt dann meistens auf einer ebenen Fläche. In der Regel werden ringförmige, kreuzförmige, lineare und quasi-zufallsverteilte Arrays eingesetzt.

Der bei Antennen für elektromagnetische Strahlung verwendete Begriff Beamforming network (BFN) steht demgegenüber für eine Schaltung, die das Strahlungsprofil einer Antenne einer beliebig gestalteten geometrischen Kontur anpasst (s. Kapitel Anwendungen).

Mikrofonarray in einem aeroakustischen Windkanal (FKFS, Stuttgart)

Inhaltsverzeichnis

Messprinzip

Das Messprinzip soll hier am Beispiel von akustischen Arrays erläutert werden. Es beruht darauf, dass das Mikrofonarray auf die verschiedenen Messpunkte auf dem Messobjekt "fokussiert" wird. Dies erfolgt durch eine der Laufzeit vom Messpunkt zum jeweiligen Mikrofon entsprechenden Zeitverschiebung der von diesem Mikrofon erfassten Signale. Die zeitkorrigierten Signale aller Mikrofone werden summiert, wodurch sich ein dem jeweiligen Messpunkt zugeordnetes Zeitsignal ergibt. Der Schall von Quellen an anderen Positionen wird dabei gedämpft, da deren Signale nicht mehr vollständig zeitkorrigiert sind und sich teilweise destruktiv überlagern. Hingegen wird der vom jeweiligen Messpunkt (Fokuspunkt) abgestrahlte Schall verstärkt. Die Qualität des Beamformer wird oftmals durch die Verwendung aufwendigerer, digitaler Filter gesteigert.

Funktionsprinzip eines Mikrofonarrays

Der Frequenzbereich von Beamforming-Arrays wird nach unten durch die Array-Größe begrenzt: je größer das Array, desto niedriger seine Grenzfrequenz. Die obere Begrenzung des Frequenzbereichs erfolgt durch das zunehmende Auftreten von Schein-Schallquellen (Aliasen). Diese treten besonders bei regelmäßig angeordneten Mikrofonen auf und führen zu Fehlinterpretationen. Die Grenzfrequenz, oberhalb der diese Erscheinungen auftreten, ist umso höher, je kleiner der Abstand der Mikrofone zueinander ist.

Meistens wird die Bedeutung der Schallquellen in einem Farbcode dargestellt und in ein konventionelles Videobild des Messobjektes eingeblendet. Auf diese Weise können die Positionen der Hauptschallquellen einfach erkannt werden. Auch frequenzselektive Darstellungen sind dabei möglich.

Anwendungen

  • Schallquellenortung und -bewertung
  • Ausblenden von Störquellen
Dieses funktioniert nach dem gleichen Prinzip wie die Lokalisation, jedoch werden die Filter dahingehend optimiert, von einem oder mehreren bestimmten Orten abgestrahlten Schall bestmöglich zu unterdrücken, z. B. in Handy-Freisprecheinrichtungen in Fahrzeugen.
  • Beamforming bei Radiowellen
Bei Antennen für elektromagnetische Strahlung steht der Begriff Beamforming Network (BFN) für eine Schaltung, die ein Strahlungsprofil einer Antenne einer beliebig gestalteten geometrischen Kontur anpasst. Bei symmetrisch strahlenden Gruppenantennen wie den Yagi- oder Phased-Array-Antennen ist die Bezeichnung dagegen ungebräuchlich (siehe auch MIMO).
Die Antennen moderner Fernsehsatelliten besitzen ein Abstahlungsprofil, das sich an der Kontur der Landfläche orientiert, wo die Signale empfangen werden sollen. Dazu strahlen mehrere Feeds auf einen gemeinsamen Parabolreflektor. Zur Feinanpassung wird ein entsprechend geformter Sekundärreflektor zwischengeschaltet.

Literatur

  • J. J. Christensen; J. Hald: Beamforming. Technical Review No. 1/2004, Brüel & Kjær Sound & Vibration Measurement A/S, Nærum, Dänemark, 2004 (s. "Weblinks")
  • Michel, U., Barsikow, B., Haverich, B., Schüttpelz, M.: Investigation of airframe and jet noise in high-speed flight with a microphone array. 3rd AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference 12-14 May 1997, Atlanta, AIAA-97-1596
  • Billingsley, J., Kinns, R.: The acoustic telescope. Journal of Sound and Vibration, 48(4), 1976, pp 485–510
  • Soderman, P. T. and Noble, S. C.: A Directional Microphone Array for Acoustic Studies of Wind Tunnel Models. AIAA Paper 74–640, AIAA Aerodynamic Testing Conference, 8th, Bethesda, Md., July 8–10, 1974
  • Heinz, G.: Zur Physik bildgebender Rekonstruktion akustischer Bilder und Filme im Zeitbereich. 33. Deutsche Jahrestagung für Akustik, DAGA 2007, Uni Stuttgart, 19. - 22. März 2007

Weblinks

Anbieter von akustischen Beamforming Systemen

Veröffentlichungen


Wikimedia Foundation.

Schlagen Sie auch in anderen Wörterbüchern nach:

  • Cellular network — Top of a cellular radio tower A cellular network is a radio network distributed over land areas called cells, each served by at least one fixed location transceiver known as a cell site or base station. When joined together these cells provide… …   Wikipedia

  • List of Mega Man Battle Network characters — The following is a list characters from both the Mega Man Battle Network series of video games, and the MegaMan NT Warrior (Rockman EXE) anime and manga. Note that when there is a discrepancy between the English and Japanese names, the English… …   Wikipedia

  • Antena — Saltar a navegación, búsqueda Para otros usos de este término, véase Antena (desambiguación). Antena de onda corta Cortina , Moosbrunn, Austria …   Wikipedia Español

  • Antenna (radio) — Whip antenna on car …   Wikipedia

  • Allen Telescope Array — For other uses, see ATA. Allen Telescope Array ATA The Allen Telescope Array (ATA 42), October 11, 2007 …   Wikipedia

  • Many antennas — Many antennas,[1] is a smart antenna technique, which overcomes the performance limitation of single user multiple input multiple output (MIMO) techniques. In cellular communication, the maximum number of considered antennas for downlink is 2 and …   Wikipedia

  • Oscilloscope — This article is about current oscilloscopes, providing general information. For history of oscilloscopes, see Oscilloscope history. For detailed information about various types of oscilloscopes, see Oscilloscope types. Illustration showing the… …   Wikipedia

  • Radar — For other uses, see Radar (disambiguation). A long range radar antenna, known as ALTAIR, used to detect and track space objects in conjunction with ABM testing at the Ronald Reagan Test Site on Kwajalein Atoll …   Wikipedia

  • High-Speed Downlink Packet Access — (HSDPA) is an enhanced 3G (third generation) mobile telephony communications protocol in the High Speed Packet Access (HSPA) family, also dubbed 3.5G, 3G+ or turbo 3G, which allows networks based on Universal Mobile Telecommunications System… …   Wikipedia

  • Munhwa Broadcasting Corporation — Type Broadcast radio and television …   Wikipedia

Share the article and excerpts

Direct link
Do a right-click on the link above
and select “Copy Link”