DE10064756A1 - Verfahren und Anordnung zur Verarbeitung von Geräuschsignalen einer Geräuschquelle - Google Patents
Verfahren und Anordnung zur Verarbeitung von Geräuschsignalen einer GeräuschquelleInfo
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Abstract
Für eine Ortung, Identifizierung und Klassifizierung von Geräuschquellen innerhalb und außerhalb von Räumen ist erfindungsgemäß ein Verfahren zur Verarbeitung von Geräuschsignalen einer Geräuschquelle vorgesehen, bei dem mehrere Geräuschsignale (SQ1 bis SQ4) ortsbezogen erfaßt, mittels einer Schallanalyse anhand von Signalmerkmalen derart untersucht werden, daß der Geräuschquelle (G1 bis G4) zugrunde liegende Parameter bestimmt werden.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von Ge
räuschsignalen einer Geräuschquelle, z. B. eines fahrenden Fahr
zeugs, einer Werkhalle, in einem Raum, z. B. in der Umgebung.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Verar
beitung von Geräuschsignalen einer Geräuschquelle.
Zur Einhaltung von gesetzlichen Geräuschgrenzwerten, z. B. beim
Betrieb einer Maschine in einer Werkhalle, beim Starten und
Landen von Flugzeugen, in lärmkritischen Zonen, z. B. in Wohnge
bieten oder beim Vorbeifahren von Fahrzeugen, sind objektseiti
ge Maßnahmen zur Geräuschabsenkung bekannt, welche den auf die
Umgebung einwirkenden Maschinen-, Flugzeug- bzw. Verkehrslärm
senken und demzufolge das Arbeitsklima, Wohnklima und den Fahr
komfort verbessern sollen. Beispielsweise sind zur Schallreduk
tion von Objekten, z. B. von Straßen- oder Schienenfahrzeugen,
Flugzeugen oder Maschinen, geräuscharme Abgas- und Ansauganla
gen, weitgehend resonanzfreie Triebwerke bzw. schalldämmende
Karosserien bekannt. Nachteilig dabei ist, daß die objektseiti
gen Maßnahmen zur Geräuschabsenkung und daraus resultierend die
Absenkung des Geräuschpegels begrenzt sind. Den Geräuschpegel
beeinflussende Maßnahmen oder Umweltbedingungen, wie z. B. ge
räuscharme Fahrbahn bzw. meteorologische Umgebungsbedingungen,
werden derzeit im Hinblick auf die Einhaltung der Geräusch
grenzwerte nur ansatzweise berücksichtigt.
Darüber hinaus sind üblicherweise stationäre, passive Meßein
richtungen zur Erfassung und Überwachung von Immissionswerten,
wie z. B. von Benzol-, Ruß-Grenzwerten. Dabei wird ggf. auch der
an diesem Ort der Meßeinrichtung auftretende Schallimmissions
wert gemessen. Eine derartige passive, ortsbezogene Schallim
missionsmessung ist dabei nicht für eine Identifizierung und
Klassifizierung von den Geräuschpegel erzeugenden Geräuschquel
len geeignet. Darüber hinaus sind über die objektseitigen Maß
nahmen hinausgehenden Maßnahmen zur Geräuschabsenkung nicht er
möglicht.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Verarbei
tung von Geräuschsignalen einer Geräuschquelle
anzugeben, bei dem besonders einfach und sicher eine von der
Geräuschquelle verursachte Geräuschemission oder Lärmabstrah
lung erfaßt und bestimmt wird. Darüber hinaus ist eine zur
Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Anordnung an
zugeben.
Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Ver
fahren zur Verarbeitung von Geräuschsignalen einer Geräusch
quelle, bei dem mehrere Geräuschsignale ortsbezogen erfaßt,
mittels einer Schallanalyse anhand von Signalmerkmalen unter
sucht und der Geräuschquelle zugrundeliegende Parameter be
stimmt werden. Durch eine derartige gemeinsame Erfassung mehre
rer Geräuschsignale und deren örtlichen und/oder zeitlichen A
nalyse ist eine Ortung, Identifikation, Klassifizierung und Be
wertung der die Geräuschsignale erzeugenden Geräuschquelle er
möglicht. Bevorzugt werden die Geräuschsignale gleichzeitig er
faßt. Dabei kann das Verfahren sowohl in geschlossenen Räumen,
als auch im Freien eingesetzt werden. Somit ist eine Identifi
zierung von kritischen Geräuschen im Freien, z. B. von einem
lauten Knall, oder von zeitlich schwankenden Geräuschen in ei
nem Raum, welche z. B. auf einen Funktions- oder Betriebsfehler
oder eine Auslastung einer rotierenden Maschine in einer Ma
schinenhalle hinweisen, ermöglicht. Unter Verwendung geeigneter
Meßsensoren und schneller Signalverarbeitung zur Überwachung
von laufenden Maschinenanlagen, wie Motoren oder Turbinen, kön
nen anhand der Schallanalyse Hinweise auf eventuelle Betriebs
störungen gewonnen werden. Durch die Schallanalyse der Signalmerkmale
der erfaßten Geräuschsignale und daraus resultierend
anhand der Bestimmung von Parametern der die Schall- oder Ge
räuschsignale verursachenden Geräuschquelle ist eine Dokumenta
tion von zeitlichen und/oder örtlichen Verhalten der Geräusch
quelle ermöglicht. Alternativ oder zusätzlich können anhand der
ermittelten Geräuschsignale und den ermittelten Parametern der
zugrundeliegende Geräuschquelle Maßnahmen zur Geräuschminderung
oder Geräuschsenkung ausgeführt werden, z. B. können geräuschre
duzierende Regelungs- und/oder Steuerungsmaßnahmen unmittelbar
bei der Geräuschquelle ausgeführt werden.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß zur Ein
haltung von Lärmgrenzwerten im Freien, z. B. in Wohngebieten o
der in der Nähe von Krankenhäusern, oder in geschlossenen Räu
men, z. B. in Werks- oder Maschinenhallen, die in dieser Umge
bung auftretende Schallimmission erfaßt und überwacht werden
sollte. Dabei sollte nicht nur der Schallimmissionswert als lo
kale Größe erfaßt werden. Vielmehr sollte die diesen Schallim
missionswerte begründende Schall- oder Geräuschquelle bestimmt,
geortet, klassifiziert und bewertet werden. Dazu werden vor
teilhafterweise als Signalmerkmale des oder jeden erfaßten Ge
räuschsignals deren Amplitude, Frequenz und/oder Phase bestimmt
und analysiert. Beispielsweise ist anhand eines Pegel- oder
Amplitudenvergleichs der verschiedenen ortsbezogenen Geräusch
signale eine ortsbezogene Auswertung der diese Geräuschsignale
verursachenden Geräuschquelle ermöglicht. Bei von beispielswei
se drei örtlich an verschiedenen Stellen erfaßten Geräuschsig
nalen mit zeitlich signifikanten Merkmalen wird durch Laufzeit
messung und Triangulation die Geräuschquelle geortet. Darüber
hinaus sind anhand der Amplitude oder des Schallintensitätspe
gels der jeweiligen Geräuschsignale Rückschlüsse auf die
Schallleistung der Geräuschquelle möglich.
Zweckmäßigerweise wird die Schallanalyse anhand einer Zeit-,
Frequenz- und/oder Pegelanalyse ausgeführt. Dazu wird bei
spielsweise für ein das jeweilige Geräuschsignal charakterisie
rende Schallspektrum die Abhängigkeit des Schalldruckpegels von
der Frequenz mittels einer Frequenzanalyse, z. B. einer Fast-
Fourier-Transformation (kurz FFT genannt), ermittelt. Anhand
der Fast-Fourier-Transformation können bevorzugt Abtastrate,
Blocklänge oder Intervall des zugrundeliegenden Schall- oder
Geräuschsignals ermittelt werden.
Vorteilhafterweise wird als Parameter der Geräuschquelle deren
Typ, Position und/oder Zustand bestimmt. Dazu wird beispiels
weise anhand der mittels der Schallanalyse ermittelten Merkmale
des Geräuschsignals, z. B. des Intervalls, oder anhand der Ver
knüpfung mehrerer Geräuschsignale der Typ der Geräuschquelle,
z. B. ein Martinshorn eines Einsatzfahrzeuges, bzw. die Position
der Geräuschquelle bestimmt. Als Zustand der Geräuschquelle
wird anhand der Schallanalyse der Geräuschsignale eine Bewegung
der Geräuschquelle oder ein Betriebszustand der Geräuschquelle
bestimmt.
Bei Überschreiten eines Geräuschgrenzwertes wird zweckmäßiger
weise die Schallanalyse ausgeführt. Hierdurch ist eine diffe
renzierte Schallanalyse ermöglicht. Beispielsweise wird eine
Schallanalyse der gemessenen Geräuschsignale und daraus resul
tierend eine Ortung, Identifikation, Klassifizierung und Bewer
tung der zugrundeliegenden Geräuschquelle bei Vorliegen von
kritischen Geräuschen ausgeführt, z. B. bei einem Detonations
knall im Freien oder bei einem Knall, verursacht durch einen
Verkehrsunfall, oder bei einem zeitlich schwankenden Geräusch,
welches auf einen unruhigen Betriebslauf einer rotierenden Ma
schine hinweist. Vorzugsweise wird für die infolge einer Ge
räuschgrenzwertüberschreitung ausgeführte Schallanalyse ein
PRE-Trigger zur Beibehaltung eines temporären Ringspeichers
verwendet.
Zweckmäßigerweise wird mindestens eines der Signalmerkmale des
Geräuschsignals in Form eines Geräuschmusters hinterlegt. Bei
spielsweise wird das Frequenzspektrum oder das Pegelspektrum
von wiederholt auftretenden Geräuschsignalen für eine spätere
Identifizierung bzw. Identifikation von gleichen zukünftigen
Geräuschsignalen in Form von Mustern hinterlegt. Für eine be
sonders schnelle Identifizierung und/oder Klassifizierung der
Geräuschsignale und somit der Geräuschquelle wird mindestens
eines der Signalmerkmale des Geräuschsignals mit gespeicherten
Geräuschmustern verglichen. Hierdurch ist eine besonders einfa
che und schnelle Bestimmung und Zuordnung von Parametern der
zugrundeliegenden Geräuschquelle ermöglicht.
Alternativ oder zusätzlich werden vorzugsweise externe Daten,
insbesondere meteorologische Daten, optische Daten, Zeitdaten,
Uhrzeitdaten, bei der Schallanalyse der erfaßten Geräuschsigna
le berücksichtigt. Hierdurch können mögliche Störsignale, wie
z. B. von Regengeräuschen, aus den im Freien erfaßten Geräusch
signale eliminiert werden. Darüber hinaus können die gespei
cherten Signalmerkmale, Geräuschsignale bzw. Geräuschmuster im
Zusammenhang mit den erfaßten Zeitdaten, insbesondere Uhrzeit
daten, für Auswertungen, z. B. Statistiken, herangezogen werden.
Somit ist die Qualität der Identifizierung der zugrundeliegen
den Geräuschquelle verbessert. Ferner sind Langzeitbetrachtun
gen von lokalen Schallimmissionen im Freien oder in einem Raum
ermöglicht.
Darüber hinaus werden vorzugsweise optische Daten, z. B. ein
Bild eines Objekts mit seiner Umgebung oder ein Bild eines
Raums, erfaßt. Anhand der optischen Daten können mögliche Ab
sorptions- oder Reflexionsstellen identifiziert und bei der
Schallanalyse berücksichtigt werden. Ferner können durch die
aus dem Bild gewonnenen Daten der Geräuschquelle und die daraus
ableitbaren Parameter, wie Typ, Form, Abmessung und/oder Zu
stand, z. B. Bewegung, zur Plausibilitätskontrolle der akustisch
erfaßten Geräuschsignale und der daraus ermittelten Signalmerk
malen und Parameter der Geräuschquelle verwendet werden. Somit
ist eine besonders sichere Identifizierung und Klassifizierung
der Geräuschquelle oder des Objekts oder des Ereignisses ermög
licht.
Zur Bestimmung und Klassifizierung der Signalmerkmale des Ge
räuschsignals und/oder der Parameter der Geräuschquelle wird
vorteilhafterweise ein selbstlernendes System verwendet. Als
selbstlernendes System werden verschiedene Formen von künstli
cher Intelligenz, z. B. neuronale Netze, Fuzzy-Logik und/oder
Expertensysteme, eingesetzt. Hierdurch ist eine Berücksichti
gung von unscharfen Werten, wie z. B. von "lauten" oder "weniger
lauten" Regengeräuschen, ermöglicht. Darüber hinaus sind derar
tige Systeme auch für die Klassifizierung einsetzbar, z. B. für
eine Berücksichtigung von altersbedingten Änderungen der Para
meter der identifizierten Geräuschquelle. Alternativ oder zu
sätzlich werden die hinterlegten Geräuschmuster mittels neuro
naler Netze anhand der aktuell oder momentan erfaßten Geräusch
signale der identifizierten Geräuschquelle angepaßt.
Vorteilhafterweise werden die Signalmerkmale und/oder die Para
meter einem Steuerungs- und/oder einem Regelungssystem, einem
Informationssystem und/oder einem Alarmsystem zugeführt. Die
Verwendung der erfaßten Geräuschsignale und/oder der ermittel
ten Parameter der Geräuschquelle z. B. als Stell- oder Sollgröße
bei einem Steuerungs- und/oder Regelungssystem, z. B. einer
Lastregelung eines vorbeifahrenden Fahrzeugs, welches einen ü
ber die Lärmgrenzwerte hinausgehendes Fahrgeräusch verursacht,
ermöglicht eine Begrenzung bzw. Absenkung des Lärmpegels.
Die zweitgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ei
ne Anordnung mit einer Mehrzahl von Geräuschsensoren zur orts
bezogenen Erfassung von Geräuschsignalen und mit einer zentra
len Datenverarbeitungseinheit zur Schallanalyse der Geräusch
signale anhand mindestens eines Signalmerkmals und zur Bestim
mung mindestens eines die Geräuschquelle charakterisierenden
Parameters. Durch eine derartige Verwendung von einer Mehrzahl
von Geräuschsensoren, welche zur ortsbezogenen Erfassung an
verschiedenen Stellen im Freien oder in einem geschlossenen
Raum angeordnet sind, ist durch deren logischen Verknüpfung und
der Schallanalyse der erfaßten Geräuschsignale eine Ortung, I
dentifizierung, Klassifizierung und Bewertung von Geräuschquellen,
z. B. vorbeifahrendes Fahrzeug oder laufende Turbine eines
Kraftwerks, oder Ereignissen, z. B. ein Bremsgeräusch, ein
Knall, ermöglicht. Als Datenverarbeitungseinheit dient bei
spielsweise ein zentraler Personalcomputer oder eine andere
programmierbare Steuereinheit.
Zweckmäßigerweise sind als Geräuschsensoren Richtmikrofone vor
gesehen. Je nach Art und Ausführung der Anordnung sind ver
schiedene Richtmikrofone vorgesehen. Beispielsweise sind für
eine richtungsbezogene Zuordnung der. Geräuschquelle mehrere
Mikrofone mit Richtcharakteristik, z. B. in alle vier Himmels
richtungen, weitgehend an einer Stelle im Raum oder im Freien
und ein Mikrofon mit Kugelcharakteristik angeordnet. Je nach
Art und Ausführung können akustische Schallsensoren oder Ge
räuschsensoren verteilt an verschiedenen Stellen im Raum oder
im Freien angeordnet sein. Die Geräuschsensoren sind zur räum
lichen und/oder zeitlichen Zuordnung der Geräuschquelle mit der
zentralen Datenverarbeitungseinheit mittels Datenübertragungs
einheiten verbunden. Alternativ oder zusätzlich sind Luft
schallwandler, Körperschallwandler zur Erfassung von objekt- o
der positionsbezogenen akustischen Signalen vorgesehen.
Die Datenverarbeitungseinheit umfaßt vorzugsweise ein Mittel
zur Bestimmung von Amplitude, Frequenz und/oder Phase des oder
jedes Geräuschsignals. Dabei dient das Mittel, insbesondere zur
Bestimmung des Amplituden-, Phasen- oder Frequenzspektrums der
Geräuschsignale. Hierdurch ist beispielsweise durch die ermit
telte Impulsfolge der Schall- oder Geräuschsignale eine über
die übliche Geräuscherfassung hinausgehende Identifizierung,
Klassifizierung und Bewertung der die Geräuschsignale erzeugen
den Geräuschquelle möglich. Beispielsweise sind plötzliche E
nergiefreisetzungen, wie diese z. B. durch mechanischen Verfor
mungen bei einem Unfall auftreten, durch die charakterisieren
den Schallimpulse identifizier- und klassifizierbar.
Zweckmäßigerweise ist ein Mittel zur Bestimmung von Typ, Posi
tion und/oder Zustand der Geräuschquelle vorgesehen. Dazu weist
das Mittel einen Schallanalyse-Baustein, für eine Amplitude-,
Frequenz- und/oder Phasenanalyse, auf. Beispielsweise dient der
Schallanalyse-Baustein zur Analyse der Geräuschamplitude und
der Geräuschfolge, insbesondere der Schallimpulsfolge. In Ab
hängigkeit von der logischen Verknüpfung der Geräuschsignale,
welche an verschiedenen Stellen erfaßt werden, und anhand der
Amplitudenanalyse ist beispielsweise die Einschallrichtung der
eine einzelne Geräuschquelle charakterisierenden Geräuschsigna
le sowie die Position der Geräuschquelle ermittelbar.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung umfaßt die Datenverar
beitungseinheit ein Mittel zur Überwachung eines Geräuschgrenz
wertes. Durch eine derartige Überwachung, z. B. eines maximal
zulässigen Geräuschgrenzwertes durch mindestens eines der er
faßten Geräuschsignale für ein zu überwachendes Gebiet oder ei
nen zu überwachenden Raum, ist eine ereignisgesteuerte Schall
analyse ermöglicht. Alternativ kann je nach Art und Ausführung
der Datenverarbeitungseinheit eine permanente Schallanalyse für
das betreffende Gebiet oder den betreffenden Raum ausgeführt
werden.
Vorzugsweise ist ein Datenspeicher zur Hinterlegung mindestens
eines der Signalmerkmale des Geräuschsignals in Form eines Ge
räuschmusters vorgesehen. Beispielsweise sind die als statio
när, zyklisch oder instationär identifizierten und/oder lokali
sierten Geräuschquellen durch deren zugehörigen Frequenz-, Amp
lituden- und/oder Phasenspektren der Geräuschsignalen, z. B. de
ren Schallimpulsfolgen, charakterisiert, welche in Form von
Mustern hinterlegt werden. Dazu umfaßt die Datenverarbeitungs
einheit zweckmäßigerweise eine Datenbank mit einer Geräuschmus
terbibliothek. Dabei wird die Datenbank fortlaufend durch mo
mentan erfaßte und charakteristische Geräuschsignale und deren
zugehörigen Spektren aktualisiert und ergänzt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Mittel zum Ver
gleich mindestens eines der Signalmerkmale des Geräuschsignals
mit gespeicherten Geräuschmustern zur Bestimmung und Zuordnung
von Parametern der zugrundeliegenden Geräuschquelle vorgesehen.
Durch einen derartigen Vergleichsbaustein ist eine besonders
einfache und schnelle Identifizierung von betreffenden Ge
räuschquellen charakterisierenden Geräuschfolgen und somit eine
schnelle Identifizierung der Geräuschquelle ermöglicht. In be
vorzugter Ausführungsform ist ein Mittel zur Analyse der Para
meter vorgesehen, welches die Parameter anhand der Schallanaly
se in mehreren Iterationsschritten zur Erkennung von signifi
kanten Aspekten oder Mustern innerhalb eines Geräuschs unter
sucht, wie z. B. von signifikanten Frequenzmustern.
Zusätzlich ist vorzugsweise ein optisches System zur Erfassung
von optischen Daten vorgesehen. Die Aufnahme eines Bilds der
Umgebung der verteilt angeordneten Geräuschsensoren in einem
Raum oder im Freien anhand des optischen Systems ermöglicht ei
ne ergänzende Bestimmung der Geräuschquelle bzw. eine Plausibi
litätskontrolle zu der anhand der Schallanalyse identifizierten
Geräuschquelle. Darüber hinaus können Absorptions- oder Refle
xionsflächen identifiziert und bei der Schallanalyse der Ge
räuschsignale berücksichtigt werden. Ferner ist bei einem zu ü
berwachenden Raum, z. B. einer Werkhalle, eine Raum- oder Gebäu
desicherung, d. h. eine Einbruchsicherung, sowohl optisch als
auch akustisch ermöglicht.
Für eine Berücksichtigung von die Geräuschsignale beeinflussen
den Daten ist vorzugsweise eine Aufnahmeeinheit zur Erfassung
von meteorologischen Daten vorgesehen. Hierdurch sind z. B.
starke Regengeräusche oder Hagelgeräusche aus den Geräuschsig
nalen bei der Schallanalyse eliminierbar. Vorzugsweise ist dar
über hinaus ein Mittel zur Bestimmung und Klassifizierung der
Signalmerkmale des Geräuschsignals und/oder der Parameter der
Geräuschquelle anhand eines selbstlernenden Systems vorgesehen.
Dabei sind unterschiedliche Formen der künstlichen Intelligenz,
z. B. neuronale Netze und/oder Fuzzy-Logik, einsetzbar. Die I
dentifizierung, Lokalisierung und Klassifizierung der Geräusch
signale und/oder der zugrundeliegenden Geräuschquelle in stationär,
zyklisch oder instationäre erfolgt dabei anhand von un
scharfen Werten und deren logischen Verknüpfungen.
Vorteilhafterweise ist ein externes Steuerungs- und/oder Rege
lungssystem vorgesehen. Durch die anhand der Schallanalyse aus
geführten Erfassung und Bewertung der Geräuschsignale können
beispielsweise externe Sicherheitssysteme angesteuert werden.
Alternativ können die Geräuschsignale für lärmsenkende Steue
rungs- und/oder Regelungssysteme verwendet werden.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere
darin, daß für eine permanente Überwachung von Schall- und Ge
räuschimmissionen sowie für eine sichere Identifizierung von
lärmverursachenden Geräuschquellen, Objekten oder Ereignissen
mehrere Geräuschsignale ortsbezogen erfaßt und derart mittels
einer Schallanalyse anhand von Signalmerkmalen analysiert wer
den, daß mindestens ein der Geräuschquelle zugrundeliegender
Parameter bestimmt wird. Durch eine derartige Ermittlung eines
Parameters der lärmabstrahlenden Geräuschquelle, z. B. einem
Brummton einer rotierenden Maschine in einer Motorenhalle oder
einem Knall durch einen Verkehrsunfall, ist ein Einsatz der An
ordnung sowohl in geschlossenen Räumen, z. B. in Werkhallen oder
Fertigungshallen, oder in der Umgebung, z. B. entlang einer Au
tobahn, gegeben. Hierbei sind anhand der erfaßten Daten Aussa
gen über das stationäre, zyklische oder instationäre Verhalten
von Geräuschquellen in besonders einfacher Art und Weise ermög
licht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeich
nung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Anordnung zur Verarbeitung von Ge
räuschsignalen mit mehreren Geräuschsensoren und ei
ner zentralen Datenverarbeitungseinheit,
Fig. 2 ein Diagramm für ein erstes Geräuschmuster,
Fig. 3 ein Diagramm für ein zweites Geräuschmuster,
Fig. 4 ein Diagramm für ein drittes Geräuschmuster,
Fig. 5 ein Diagramm für ein viertes Geräuschmuster,
Fig. 6 schematisch eine Alternative für die Anordnung gemäß
Fig. 1,
Fig. 7 schematisch eine weitere Alternative für die Anord
nung gemäß Fig. 1, und
Fig. 8 schematisch eine weitere Alternative für die Anord
nung gemäß Fig. 1.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den
gleichen Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 ist eine Anordnung 1 zur Verarbeitung von Geräusch
signalen SQ1 bis SQ3 einer Geräuschquelle G1, G2 bzw. G3. Zur
ortsbezogenen Erfassung der Geräuschsignale SQ1 bis SQ3 sind
eine Mehrzahl von Geräuschsensoren M3 bis M7 an verschiedenen
Orten im Freien angeordnet. Beispielsweise ist zur ortsbezoge
nen Erfassung von in einem Wohngebiet 2 imitierten Geräuschen
der Geräuschsensor M6 vorgesehen. Zur Erfassung von Geräusch
signalen SQ2 oder SQ1, welche durch die Geräuschquelle G2, z. B.
eine Industrieanlage 4, bzw. durch die Geräuschquelle G1, z. B.
ein Lüfter einer Klimaanlage in einem Einkaufszentrum 6, verur
sacht sind, ist der Geräuschsensor M7 bzw. M5 vorgesehen. Für
ein auf einer Fahrbahn 8 fahrendes Motorrad 10 sind zur unmit
telbaren Erfassung der Geräuschsignale SQ3 der Geräuschquelle
G3, z. B. des Motors, entlang der Fahrbahn 8 mehrere Geräusch
sensoren M1 bis M4 angeordnet.
Die Geräuschsensoren Ml bis M7 sind über eine nicht näher dar
gestellte Datenübertragungseinheit mit einer zentralen Daten
verarbeitungseinheit 12 zur Schallanalyse der mittels der Ge
räuschsensoren M1 bis M7 erfaßten Geräuschsignalen SQ1 bis SQ3
sowie zur Bestimmung von Parameter P einer im Moment der Meßer
fassung unbekannten und nicht identifizierten Geräuschquelle G1
bis G3 verbunden. Als Datenübertragungseinheit sind beispiel
weise drahtlose oder drahtgebundene Systeme, z. B. Funksysteme
oder Datenbussysteme, vorgesehen. Als Datenverarbeitungseinheit
12 dient beispielsweise ein Personalcomputer einer Immissions
werte überwachenden Umweltmeßstation. Als Geräuschsensoren M1
bis M7 werden beispielsweise Richtmikrofone, akustische Meß
wandler, Luft- oder Körperschallsensoren, verwendet.
Mittels des in dem Wohngebiet 2 angeordneten Geräuschsensors M6
werden folgende Geräuschsignale SQ1 bis SQ4 der vier Geräusch
quellen G1 bis G4 erfaßt:
- 1. das von der Geräuschquelle G1, einem Lüfter einer Klimaanla ge des Einkaufszentrums 6, ausgehende Geräuschsignal SQ1 in unmittelbarer Nähe zum Wohngebiet,
- 2. das von der Geräuschquelle G2, einem Presswerk der Indust rieanlage 4, ausgehende Geräuschsignal SQ2 einige hundert Meter vom Wohngebiet entfernt,
- 3. das von der Geräuschquelle G3, dem Motorrad 10, ausgehende Geräuschsignal SQ3, und
- 4. ein von der Fahrbahn 8 einer Umgehungsstraße um das Wohnge biet 2, die einen 180°-Kreisbogen um den Geräuschsensor M6 beschreibt, ausgehendes Geräuschsignal SQ4 der Geräusch quelle G4. Die zulässige Höchstgeschwindigkeit auf der Umge hungsstraße beträgt beispielsweise 100 km/h.
Am Geräuschsensor M6 oder Kontrollmikrofon werden zum Zeitpunkt
t = 0 empfangende Geräuschsignale SQ1 bis SQ4 mittels einer
Schallanalyse, insbesondere einer Amplituden-, Frequenz- oder
Phasenanalyse, zur Bestimmung von Parametern P der die Ge
räuschsignale SQ1, SQ2, SQ3 oder SQ4 erzeugenden Geräuschquelle
G1, G2, G3 bzw. G4, insbesondere zur Identifizierung von die
Geräuschquellen G1 bis G4 beschreibenden Geräuschmustern SM1
bis SM4, untersucht. Ein Geräuschmuster SM1 bis SM4 kennzeich
net dabei charakteristische Geräuschpegel (oder Geräuschpegelverhältnisse)
über die Frequenz und die Zeit der zugehörigen
Geräuschquellen G1 bis G4.
Je nach Art und Aufbau der Datenverarbeitungseinheit 12 kann
die Schallanalyse der erfaßten Geräuschsignale SQ1 bis SQ4 bei
Überschreiten eines zulässigen oder maximalen Geräuschgrenzwer
tes, insbesondere eines Grenzwertes für den Geräuschpegel, und
somit in Abhängigkeit von vorgebbaren und/oder momentanen akus
tischen oder optischen Bedingungen ausgeführt werden. Bei
spielsweise kann bei einem durch ein optischen System 14 erfaß
tes Bild, welches eine kritische Situation, z. B. einen Ver
kehrsunfall oder einen Störfall im Preßwerk, z. B. einen Brand,
darstellt, durch ein entsprechendes Signal die Schallanalyse
mittels der Datenverarbeitungsanlage 12 ausgeführt werden.
Durch eine derartige ereignisgesteuerte Schallanalyse kann die
Anordnung 1 sowohl für eine akustische und/oder optische Or
tung/Lokalisierung, Identifizierung, Klassifizierung und/oder
Bewertung von Geräuschsignalen SQ1 bis SQ4 und/oder Geräusch
quellen G1 bis G4 ausgeführt werden. Beispielsweise kann bei
einem aufgrund der mittels des optischen Systems 14 erfaßten
optischen Daten ein Brand erkannt werden. In Kombination mit
der akustischen Auswertung von im selben Moment erfaßten Ge
räuschsignalen SQ mittels mindestens einer der Geräuschsensoren
M1 bis M7 kann eine möglicherweise vorausgehende Explosion oder
Detonation identifiziert werden.
In Fig. 2 ist beispielhaft ein die Geräuschquelle G1 (= den
Lüfter der Klimaanlage) beschreibendes Geräuschmuster SM1 dar
gestellt. Der Lüfter läuft beispielsweise mit konstanter Dreh
zahl und erzeugt dabei stationäre Einzeltöne, die als Luft
schall und somit Geräuschsignale SQ1 abgestrahlt werden. Diese
Geräuschsignale SQ1 sind durch seine Drehzahl und die Anzahl
seiner Rotorblätter bestimmt. Das durch die Einzeltöne, die als
Geräuschsignale SQ1 empfangen werden, entstehende Geräuschmuster
SM1 des Lüfters ist in Fig. 2 in Form eines Campbell-Dia
gramms dargestellt. Das Campbell-Diagramm zeigt dabei Funktio
nen von zwei Veränderlichen - hier Pegel über Frequenz und
Zeit. Das Campbell - Diagramm für den Lüfter der Klimaanlage
des Einkaufszentrums ist durch solche charakteristischen Ein
zeltöne geprägt, die als feste Frequenzen mit über die Zeit
konstantem Pegel im Diagramm erscheinen. Sie sind als gerade
Linien parallel zur Zeitachse erkennbar und schneiden die Fre
quenzachse zum Zeitpunkt t = 0 s bei der jeweiligen Frequenz.
In Fig. 3 ist beispielhaft ein die Geräuschquelle G2 beschrei
bendes Geräuschmuster SM2 dargestellt. Die Geräuschquelle G2,
die Industrieanlage 4, z. B. ein Presswerk zur Blechverarbei
tung, presst jede Sekunde ein Formteil. Das dabei erzeugte Ge
räuschsignal SQ2 weist einen typischen Impuls-Charakter auf.
Die Bandbreite des zugehörigen Frequenzbereichs verläuft bei
spielsweise von 30 Hz bis 6800 Hz. Das Geräuschmuster SM2 ist
beispielhaft in Form eines Campbell-Diagramms dargestellt. Das
Campbell-Diagramm für das Presswerk ist durch die charakteris
tischen Einzel-Impulse oder Geräuschsignale SQ2 geprägt, die
parallel zur Frequenzachse von 30 Hz bis 6800 Hz im Abstand von
einer Sekunde verlaufen. Die den jeweiligen Einzel-Impuls oder
das Geräuschsignal SQ2 repräsentierende Linie beschreibt die
frequenzbezogene Lautstärke des Einzel-Impulses gemäß der Tex
tur-Skalierung.
In Fig. 4 ist beispielhaft ein die Geräuschquelle G3 beschrei
bendes Geräuschmuster SM3 dargestellt. Die Geräuschquelle G3,
z. B. ein Motorrad 10, biegt mit Schrittgeschwindigkeit aus dem
Wohngebiet 2 in die Umgehungsstrasse am Punkt P1 (siehe Fig.
1) ein. Das Motorrad 10 beschleunigt mit einer gleichmäßigen
Änderung der Motordrehzahl von 1000 min-1 zum Zeitpunkt t1 = 0 s
bis 11000 min-1 um Zeitpunkt t2 = 10 s. Das von der Zündfrequenz
f dominierte Motorgeräusch und somit das empfangende Geräuschsignal
SQ3 ergibt sich z. B. für einen 4-Zylinder-4Takt-Motor
als Sweep (= sich ändernder Ton) mit der zweiten Motorordnung
(zweifachen Motordrehzahl) als Frequenz. Dieser Sweep verläuft
somit von f1 = 33,3 Hz (2. Motorordnung bei 1000 min-1) zum
Zeitpunkt t1 0 s bis f2 = 366,6 Hz (2. Motorordnung bei 11000 min-1)
zum Zeitpunkt t2 = 10 s. Die Lautstärke dieses Sweeps
steige dabei kontinuierlich an. Aufgrund der kreisförmigen An
ordnung der Umgehungsstraße um den Geräuschsensor M6 oder dem
Kontrollmikrofon im Wohngebiet 2 (siehe Fig. 1) ist der Ab
stand zwischen der bewegten Lärm- oder Geräuschquelle G3 (also
dem Motorrad 10) und dem Geräuschsensor (M6) annähernd kon
stant. Somit tritt keine Frequenzverschiebung nach dem akusti
schen Dopplereffekt auf. Somit verläuft das in Fig. 4 in Form
eines Campbell-Diagramms dargestellte Geräuschmuster SM3 für
die Geräuschquelle G3 linear. Das Campbell-Diagramm für das
Motorrad 10 und somit für die Geräuschquelle G3 ist durch den
charakteristischen Verlauf des Sweeps infolge der Zündfrequenz
änderung während des Beschleunigungsvorgangs beschrieben. Die
ser charakteristische Verlauf ist als diagonale Linie erkenn
bar, die die Punkte P1 (t1 = 0 s; f1 = 33,3 Hz) und P2 (t1 = 10
s; f2 = 366,6 Hz) verbindet. Die Lautstärkezunahme während die
ser Drehzahländerung wird durch die Textur-Skalierung beschrie
ben.
In Fig. 5 ist beispielhaft ein weiteres Geräuschmuster SM4 für
mittels des Geräuschsensors M6 empfangende Geräuschsignale 5%
dargestellt, welche eine Kombination aus Brumm- und Schlagge
räuschen beschreiben. Dazu biegt das Motorrad 10 (= Geräusch
quelle G3) mit Schrittgeschwindigkeit aus dem Wohngebiet 2 in
die Umgehungsstrasse (Punkt P1 in Fig. 1) ein. Das Motorrad 10
beschleunigt mit einer gleichmäßigen Änderung der Motordrehzahl
von 1000 min-1 zum Zeitpunkt t1 = 0 s bis 11000 min-1 zum Zeit
punkt t2 = 10 s. Im Profil des Reifens des Motorrads 10 hat
sich ein Stein festgeklemmt, der bei jeder Radumdrehung einmal
auf den Asphalt schlägt und dabei einen Impuls der Bandbreite
90 Hz bis 5 kHz erzeugt. Dieses schlagende Geräusch wird zusam
men mit der sich ändernden Zündfrequenz des hochdrehenden Mo
tors vom Geräuschsensor M6 im Wohngebiet 2 erfasst.
Das dadurch entstehende Geräuschmuster SM4 ist in Fig. 5 in
Form eines Campbell-Diagramms dargestellt. Das Geräuschmuster
SM4 umfaßt dabei sich überlagernde die Geräuschquelle
G3 charakterisierende Geräuschsignale SQ3 bzw. SQ4, d. h. das Mo
tor- und das Fahrgeräusch. Die schräg verlaufende Linie zwi
schen den Frequenzen f1 und f2 beschreibt die sich verändernde
Zündfrequenz des hochdrehenden Motors und somit das Geräusch
signal SQ3. Die parallel zur Frequenzachse verlaufenden Linien
beschreiben die schlagenden Geräusche des Steins auf den As
phalt und somit das Geräuschsignal SQ4. Der zeitliche Abstand
Δt zwischen zwei Schlägen entspricht einer Radumdrehung. Dieser
verringert sich von der Anfangsdrehzahl (n1 = 1000 min-1) bis
zur Enddrehzahl (n2 = 11000 min-1) des Motors kontinuierlich von
Δt1 auf Δt2.
Im Betrieb der Datenverarbeitungseinheit 12 werden die erfaßten
Geräuschsignale SQ1 bis SQ4 mittels einer Schallanalyse anhand
von Signalmerkmalen derart untersucht, daß diese der zugrunden
liegenden Geräuschquelle G1 bis G4 zugeordnet werden und der
Geräuschquelle G1 bis G4 zugrundeliegende Parameter P, wie z. B.
Lüfter in Betrieb oder Motorrad 10 fährt oder steht, bestimmt
werden. Je nach Art und Aufbau der Datenverarbeitungseinheit 12
wird die Schallanalyse in Abhängigkeit von einem am Geräusch
sensor M6 erfaßten Geräuschpegel, der einen Geräuschgrenzwert
überschritten hat, ausgeführt. Die Datenverarbeitungseinheit 12
umfaßt dabei zur Grenzwertüberwachung ein entsprechendes Mit
tel, z. B. einen entsprechenden in Software realisierten Funkti
onsbaustein.
Die Schallanalyse kann dabei anhand verschiedener Analysen,
z. B. Zeit-, Frequenz- und/oder Pegelanalysen ausgeführt werden.
Die Schallanalyse umfaßt dazu Algorithmen, die das betreffende
Geräuschsignal SQ1 bis SQ4 nach charakteristischen Signalmerk
malen, wie z. B. festen Frequenzen (Lüfter), kurzen breitbandi
gen Impulsen (Presswerk) und Sweeps (beschleunigendes Motorrad)
untersuchen. Ein solcher Algorithmus ist z. B. die nachfolgend
beschriebene Methode zur Identifikation von charakteristischen
Signalmerkmalen der Geräuschsignale SQ1 bis SQ4 eines zugrunde
liegenden Geräuschmusters SM1 bis SM4. Die charakteristischen
Signalmerkmale des Geräuschmusters SM1 bis SM4 werden als Iden
tifikationskriterien für das jeweilige Geräuschmusters SM1 bis
SM4 verwendet, anhand derer ein Vergleich mit in einer Daten
bank der Datenverarbeitungseinheit 12 abgelegten Geräuschmus
tern SMa bis SMz und mit anhand der Geräuschsensoren M1 bis M7
erfaßten Geräuschmustern SM1 bis SM4 erfolgt. Dieser Vergleich
ermöglicht eine Zuordnung vom im Mikrofon M6 erfassten Ge
räuschsignalen SQ1 bis SQ4 zur verursachenden Geräuschquelle G1
bis G4.
Beispielsweise werden die erfassten Geräuschsignale SQ1 bis SQ4
der Messstellen oder Geräuschsensoren M1 bis M7 als Zeitdaten
in einem Ringspeicher hinterlegt. Bei Überschreitung eines
Schwellwertes oder Geräuschgrenzwertes, z. B. am Mikrofon M6 im
Wohngebiet 2, wird der Inhalt des Ringspeichers mit einer vor
gebbaren Vorlaufzeit vor Auftreten einer Überschreitung des Ge
räuschgrenzwertes gespeichert. Charakteristische Geräusch- oder
Signalmerkmale werden anhand der Schallanalyse gemäß den grafi
schen Aspekten im Campbell-Diagramm analysiert. Ein Pixel im
Campbell-Diagramm (je nach Auflösung der Fast-Fourier-
Transformation (FFT)) entspricht einem Lautstärkewert einer a
nalysierten Frequenz- und Zeitbandbreite innerhalb der Erfas
sungsbereiche. Grafische Zusammenhänge (vgl. Geräuschmuster SM1
bis SM4 in Fig. 2 bis 5) entsprechen akustischen Signalmerkmalen,
die anhand des Datenbankvergleichs und des Vergleichs
mit anderen Geräuschsignalen SQ1 bis SQ4 anderer Geräuschsenso
ren M1 bis M7 (z. B. Nahfeldmikrofonen, Richtmikrofonen) kon
kreten Verursachern oder Geräuschquellen G1 bis G4 zugeordnet
werden.
Eine bevorzugte Bewertung von erfaßten Geräuschsignalen SQ1 bis
SQ4 ist z. B. die Fast-Fourier-Transformation (kurz FFT ge
nannt) der Mikrofonsignale und die Berechnung des sogenannten
A-bewerteten Schalldruckpegels. Der A-bewertete Schalldruckpe
gel ist wie folgt definiert:
Maßgebliche Bewertungskriterien der FFT sind beispielsweise Ab
tastrate (fest gewählt z. B. bei 25 kHz) oder Blocklänge. Wenn
zur Identifikation eines Geräuschmusters SM1 bis SM4 dicht bei
einander liegende Frequenzen aufzulösen sind, ist eine andere
Blocklänge zu wählen als bei zeitlich dicht aufeinanderfolgen
den Impulsen (gemäß Prinzip der Geräuschmuster SM1 bis SM4).
Eine Schall- oder Musteranalyse kann mehrere voneinander unab
hängige Prozessen umfassen, die als Bewertungskriterien bei
spielsweise unterschiedliche Blocklängen der FFT anwenden. Die
se exemplarische Wahl des Wertes eines Bewertungskriteriums
kann vom laufenden Prozess selbst oder von externen Vorgaben
abhängen. Bevorzugt weist die Datenverarbeitungseinheit 12 dazu
ein Mittel zur Analyse der Parameter P anhand der Schallanalyse
auf, wobei die Parameteranalyse in mehreren Iterationsschritten
durchgeführt wird, um signifikante Aspekte oder Geräuschmuster
SM1 bis SM4 innerhalb eines erfaßten Geräuschssignals SQ1 bis
SQ4 zu erkennen, wie z. B. Frequenz und Lautstärke eines Brumm
tons, Bandbreite, Lautstärke und zeitlicher Abstand eines wie
derholt schlagenden Geräusches. Dabei können die Bewertungskriterien
der Schallanalyse anhand von Eingangsgrößen verändert
werden.
Als Eingangssignal kann analog der akustischen Mustererkennung
auch eine optische Mustererkennung (über die Zeit) erfolgen.
Dazu ist zusätzlich ein nicht dargestelltes optisches System
zur Erfassung von optischen Daten der Umgebung oder eines Rau
mes vorgesehen. Anhand des Vergleichs der Analysen können Zu
sammenhänge von Ursachen und Auswirkungen beschrieben, bewertet
und gespeichert werden. Ein anderer Anwendungsfall kann z. B.
in einer konkreten Erkennungsvorgabe spezieller Vorgänge beste
hen. Dies kann z. B. die gezielte Suche nach hochdrehenden Mo
torrädern oder anfahrenden Nutzfahrzeugen sein, deren Auftreten
aus den erfassten Geräuschsignalen SQ1 bis SQ4 herausgefiltert
wird. Ein weiterer Anwendungsfall ist z. B. bei lärmkritischen
Wartungsarbeiten gegeben, wenn wegen der Nachtruhe unter norma
len Witterungs- und Verkehrsbedingungen diese nicht durchge
führt werden können, so kann im Fall einer lautstarken Ge
räuschkulisse wie prasselnder Regen oder hohes Verkehrsaufkom
men (infolge einer Umleitung wegen Unfall) die lärmkritische
Tätigkeit dennoch zugelassen werden. Je nach Art und Ausführung
der Datenverarbeitungseinheit 12 kann die Berücksichtigung der
Daten von externen Systemen, wie z. B. von optischen, meteorolo
gischen oder Navigationssystemen, bei der Schallanalyse anhand
von Eingangsgrößen, z. B. Grenzwertüberschreitungen, und/oder
Qualitätsmerkmalen bestimmt und gesteuert werden.
Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform für die Anordnung 1 für eine
räumliche und zeitliche Bewertung von Geräuschquellen G1 bis
G4. Die Anordnung 1 umfaßt fünf Geräuschsensoren M1 bis M5, die
an einem Meßpunkt, z. B. dicht übereinander an einem Laternen
mast an einer Fahrbahn oder an einer Träger in einer Werkshal
le, angeordnet sind, Vier von den fünf Geräuschsensoren M1 bis
M4 weisen dabei eine horizontale Richtcharakteristik in alle
vier Himmelsrichtungen auf. Einer der fünf Geräuschsensoren M5
weist dabei eine vertikale Richtcharakteristik, insbesondere
eine Kugelcharakteristik, auf. Ein den Geräuschgrenzwert über
schreitendes Geräuschsignal SQ1 bis SQ4 wird mittels des Ge
räuschsensors M5 mit Kugelcharakteristik erfaßt. Anhand der
Schall- oder Musteranalyse der Datenverarbeitungseinheit 12
wird mindestens ein Signalmerkmal des Geräuschsignals SQ1 bis
SQ4, z. B. Pegel, Frequenz, Phase, untersucht und identifiziert.
Das dabei ermittelte Geräuschmuster SM1 bis SM4 wird mit den
mittels der vier Richtmikrofone oder Geräuschsensoren M1 bis M4
empfangenden Geräuschsignalen SQ1 bis SQ4 auf Gleichheit ver
glichen, wodurch anhand desjenigen Geräuschsensors M1 bis M4
mit dem gleichen Geräuschmuster SM1 bis SM4 und dem stärksten
Pegel die Richtung bestimmt werden kann.
Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Anordnung 1 mit
mehreren Geräuschsensoren M1 bis M5. Die Geräuschsensoren M1
bis M5 sind als Mikrofone mit einer vertikalen Kugelcharakte
ristik auf einem Untersuchungsgelände einer Industrieanlage
gleichmäßig verteilt angeordnet. Alternativ können diese auch
in einem geschlossenen Raum, z. B. in einer Werkhalle der In
dustrieanlage 4, angeordnet sein. Geräuschsignale SQ1 bis SQ4
derselben Geräuschquelle G1 bis G4, z. B. das Geräuschsignal SQ1
eines vorbeifahrenden Fahrzeugs 14 oder das Geräuschsignal SQ2
der Industrieanlage 4, wird von den örtlich an verschiedenen
Stellen angeordneten Geräuschsensoren M1 bis M5 in Abhängigkeit
von der zurückgelegten Schalllaufstrecke und der daraus resul
tierenden Schalllaufzeit zu verschiedenen Zeitpunkten empfan
gen. Anhand der gegebenen Position der Geräuschsensoren M1 bis
M5 und der ermittelten Schalllaufstrecke bzw. Schalllaufzeit
für den jeweiligen Geräuschsensor M1 bis M5 wird die Position
der Geräusch- oder Schallquelle G1 oder G2, d. h. des Fahrzeugs
14 oder der Industrieanlage 4, ermittelt.
Eine weitere Ausführungsform der Anordnung 1 ist in Fig. 8
dargestellt. Die Anordnung 1 umfaßt sechs Geräuschsensoren M1
bis M6. Die Geräuschsensoren M1 bis M6 sind als Mikrofone mit
Kugelcharakteristik ausgeführt. Die Geräuschsensoren M1 bis M6
sind an verschiedenen Meßpunkten im Untersuchungsgebiet ange
ordnet. Die Geräuschsensoren M1 bis M4 sind entlang der Fahr
bahn 8 angeordnet. Der Geräuschsensor M5 ist im Nahbereich der
Industrieanlage 4 angeordnet. Der Geräuschsensor M6 ist in dem
Wohngebiet 2 angeordnet. Im Betrieb der Anordnung 1 wird mit
tels des Geräuschsensors M6 ein den Geräuschgrenzwert über
schreitendes Geräusch detektiert. Das diesem Geräuschsignal SQ1
zugrundeliegende Geräuschmuster SM1 wird mit den von den ande
ren Geräuschsensoren M1 bis M4 empfangenden Geräuschmustern SM1
bzw. von dem Geräuschsensor M5 empfangenden Geräuschmuster SM2
verglichen. Bei Übereinstimmung von Geräuschmustern SM1 (M1 bis
M4) = SM1 (M6) von verschiedenen Geräuschsensoren M1 bis M4
bzw. M6 ist eine Identifizierung und Klassifizierung der Ge
räuschquelle SQ1 ermöglicht. Anhand einer Pegelanalyse ist auch
eine Bewertung des erfaßten Geräuschsignals SQ1 und somit auch
eine Bewertung der Geräuschquelle G1 gegeben. Beispielsweise
ist anhand einer kombinierten Frequenz- und Pegelanalyse unter
Berücksichtigung von externen Einflüssen oder Daten, wie z. B.
unter Eliminierung von Stör- oder anderen Geräuschsignalen wie
Regengeräusche, eine Aussage über den Zustand der Geräuschquel
le G1, z. B. das Fahrzeug 14 beschleunigt oder bremst, ermög
licht.
Claims (24)
1. Verfahren zur Verarbeitung von Geräuschsignalen (SQ1 bis
SQ4) einer Geräuschquelle (G1 bis G4),
dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Ge
räuschsignale (SQ1 bis SQ4) ortsbezogen erfaßt, mittels einer
Schallanalyse anhand von Signalmerkmalen untersucht und der Ge
räuschquelle (G1 bis G4) zugrundeliegende Parameter bestimmt
werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Signalmerkmale des Geräuschsignals (SQ1 bis SQ4) dessen
Amplitude, Frequenz und/oder Phase bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schallanalyse anhand einer Zeit-, Frequenz- und/oder
Pegelanalyse ausgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Parameter der Geräuschquelle (G1 bis G4) deren Typ, Po
sition und/oder Zustand bestimmt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei Überschreiten eines Geräuschgrenzwertes die Schallana
lyse ausgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die infolge einer Geräuschgrenzwertüberschreitung ausge
führte Schallanalyse einen Trigger zur Beibehaltung eines tem
porären Ringspeichers verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens eines der Signalmerkmale des Geräuschsignals
(SQ1 bis SQ4) in Form eines Geräuschmusters (SM1 bis SM4) hin
terlegt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens eines der Signalmerkmale des Geräuschsignals
(SQ1 bis SQ4) mit gespeicherten Geräuschmustern (SMa bis SMz)
zur Bestimmung und Zuordnung von Parametern der zugrundeliegen
den Geräuschquelle (G1 bis G4) verglichen wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß externe Daten, insbesondere meteorologische Daten, optische
Daten, Zeitdaten, Betriebsparameter, berücksichtigt werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Bestimmung und Klassifizierung der Signalmerkmale des
Geräuschsignals (SQ1 bis SQ4) und/oder der Parameter der Ge
räuschquelle (G1 bis G4) ein selbstlernendes System verwendet
wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Signalmerkmale und/oder die Parameter einem Steuerungs-
und/oder einem Regelungssystem zugeführt werden.
12. Anordnung (1) zur Verarbeitung von Geräuschsignalen (SQ1
bis SQ4) einer Geräuschquelle (G1 bis G4),
dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehr
zahl von Geräuschsensoren (M1 bis M7) zur ortsbezogenen Erfas
sung von Geräuschsignalen (SQ1 bis SQ4) und eine zentrale Da
tenverarbeitungseinheit (12) zur Schallanalyse der Geräuschsig
nale (SQ1 bis SQ4) anhand mindestens eines Signalmerkmals und
zur Bestimmung mindestens eines die Geräuschquelle (G1 bis G4)
charakterisierenden Parameters vorgesehen sind.
13. Anordnung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Geräuschsensoren (M1 bis M7) Richtmikrofone vorgesehen
sind.
14. Anordnung nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Mittel zur Bestimmung von Amplitude, Frequenz und/oder
Phase des Geräuschsignals (SQ1 bis SQ4) vorgesehen ist.
15. Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Mittel zur Bestimmung von Typ, Position und/oder Zu
stand der Geräuschquelle (G1 bis G4) vorgesehen ist.
16. Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Mittel zur Überwachung eines Geräuschgrenzwertes vorge
sehen ist.
17. Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Datenspeicher zur Hinterlegung mindestens eines der
Signalmerkmale des Geräuschsignals (SQ1 bis SQ4) in Form eines
Geräuschmusters (SM1 bis SM4) vorgesehen ist.
18. Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Datenbank umfassend eine Geräuschmusterbibliothek vor
gesehen ist.
19. Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 18,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Mittel zum Vergleich mindestens eines der Signalmerkma
le des Geräuschsignals (SQ1 bis SQ4) mit gespeicherten Ge
räuschmustern (SMa bis SMz) zur Bestimmung und Zuordnung von
Parametern der zugrundeliegenden Geräuschquelle (G1 bis G4)
vorgesehen ist.
20. Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 19,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein optisches System zur Erfassung von optischen Daten vor
gesehen ist.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 20,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Aufnahmeeinheit zur Erfassung von meteorologischen Da
ten vorgesehen ist.
22. Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 21,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Mittel zur Bestimmung und Klassifizierung der Signal
merkmale des Geräuschsignals (SQ1 bis SQ4) und/oder der Parame
ter der Geräuschquelle (G1 bis G4) anhand eines selbstlernenden
Systems vorgesehen ist.
23. Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 22,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein externes Steuerungs- und/oder einem Regelungssystem
vorgesehen ist.
24. Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 23,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Mittel zur Analyse der Parameter (P) anhand der Schall
analyse in mehreren Iterationsschritten zur Erkennung von sig
nifikanten Aspekten innerhalb eines Geräuschs vorgesehen ist.
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