Akustisk lokalisering av fly med mikrofonklynger

I området rundt flyplasser er det ofte satt opp ulike måleanlegg og spesielt kan dette være anlegg for å overvåke støy fra aktiviteten på flyplassen. I noen tilfeller er det satt opp mikrofonklynger som i tillegg kan fokusere på støyen fra enkeltfly og også beregne flyenes posisjon. En kort forklaring av prinsippet bak dette er gitt under, og en mer detaljert teknisk beskrivelse finnes i en artikkel publisert i tidskriftet Acta Acustica nå nylig. Dette er beskrevet lenger ned.

gunnar1Retningen til innfallende lyd kan beregnes ved å måle det innfallende lydsignalet i to eller flere punkter. Dette er illustrert i figuren til høyre. Analyse av lydsignalet i hvert punkt gir tidsforskjellen \tau_{nm} som igjen gir retningen fordi lydhastigheten c er kjent.

Det finnes mange eksempel på at retningen til en lydkilde kan finnes på en lignende måte. Det mest nærliggende eksempelet er gitt av dine egne to ører. Dersom du kun har ett øre er det vesentlig vanskeligere å bestemme retningen en lyd kommer fra.

Et annet eksempel er gitt av en mikrofonklynge konstruert for å registrere løpende posisjon og støy fra biler på en vei. Det siste gir nødvendig informasjon for å beregne støykart. Mer om dette er beskrevet i MOVE-prosjektet, og eksempel på støykart finner du på http://www.miljostatus.no/ eller i den tilsvarende applikasjonen for smarttelefon.

gunnar2Et tredje eksempel er gitt ved å lokalisere fly ved bruk av en mikrofonklynge. I dette tilfellet vil mikrofonklyngen ikke kun motta den direkte lyden, men også lyden reflektert fra bakken. Idealiseringen i den første figuren er da gal. Denne komplikasjonen kan håndteres ved å inkludere effekten av bakken i modellen. Dette er på samme måte som at effekten av refleksen fra skuldrene dine, og også geometrien til ørene dine, brukes i hjernens prosessering for å lokalisere lydkilder. En alternativ strategi er å bruke direktive mikrofoner slik at den reflekterte lyden undertrykkes. Dette siste er studert i mer detalj i artikkelen:

Estimation of aircraft sound direction of arrival using directional-microphone arrays

Genescà, Meritxell; Svensson, U. Peter; Taraldsen, Gunnar

In the presence of ground reflections, the traditional methods for aircraft noise direction of arrival estimation based on the time differences between the microphones of a compact array lose accuracy in the vertical angle. The benefits of using a tetrahedral array geometry of first order directional microphones instead of omnidirectional ones to reduce this error is studied. This shows that the ground reflections introduce a systematic error in the time delay estimates, which is considerably reduced by using directional microphones, and that the selection of the optimum directivity pattern depends on the height of the array over the ground. The mean square estimation errors of the proposed approach are compared to the Cramer-Rao bound of those of a minimum variance estimator for a tetrahedral array of omnidirectional microphones in free field. Finally, computer simulations using real jet and propeller signals are used to assess the performance of the proposed method in the presence of microphone self-noise and wind induced noise.

Acta Acustica united with Acustica, Volume 101, Number 1, January/February 2015, pp. 113-123(11), DOI: 10.3813/AAA.918809

Fotoet er tatt fra Wikimedia Commons.

Share on Facebook0Share on Google+0Share on LinkedIn0Tweet about this on Twitter