Akustische Antennen wie sie unter anderem für das ShotSpotter-System genutzt werden, helfen, Lärmquellen zu lokalisieren.
Andreas Burkert
Dem Knall auf der Spur. Mit der räumlichen Anordnung mehrere empfindlicher Mikrofone lässt sich heute relativ genau der Ursprung eines Geräuschs bestimmen. Während das US-Militär mit akustischen Antennen Heckenschützen enttarnt, suchen Berliner die Ursache nach dem Knall von Wedding.
Der Knall von Wedding hat vor kurzem die Berliner beunruhigt. Lange Zeit hielt das mysteriöse Geräusch Anwohner und Behörden in Atem. Dann rückten Wissenschaftler mit ihren akustischen Antennen an und versuchten den Ursprung der Knallerei zu lokalisieren. Akustische Antennen, wie sie umgangssprachlich genannt werden, sind dafür in manchen Fällen die einzige Möglichkeit, die Schallquelle zu lokalisieren. Darunter wird eine aus einer Vielzahl von örtlich verteilten Mess-Mikrofonen bestehende Anordnung (Mikrofon-Array) verstanden, deren Signale mit speziellen digitalen Verfahren zur Schwenkung der Richtcharakteristik (Beamforming) ausgewertet werden.
Die Ingenieure nutzen dabei die Tatsache, dass sich Schallwellen mit etwa 340 Metern pro Sekunde vergleichsweise langsam in der Luft ausbreiten. So genügen bereits drei Mikrofone, die ungefähre Richtung und die präzise Zeit, um die Geräuschquelle relativ genau bestimmen zu können. Die Millisekunden genaue Zeit ist erforderlich, um die Unterschiede in der Signallaufzeit berechnen zu können.
ShotSpotter-System enttarnt Heckenschützen
Das Prinzip, eine Schallquelle elektronisch zu orten, ist schon sehr lange bekannt. So wird in der Regel nur der Zeitunterschied benötigt, mit dem das Signal jeweils bei den verschiedenen Mikrofonen ankommt. Daraus lässt sich dann die Richtung und gegebenenfalls auch die Position berechnen, wie die Springer-Autoren Michael Möser und Ulf Michel in ihrem Buch „Messtechnik der Akustik“ beschreiben. In Kapitel „Akustische Antennen“ erklären sie ab Seite 365 im Detail die mathematischen Grundlagen.
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Dank immer leistungsfähigeren digitaler Signalprozessoren lässt sich Lärmquelle auch unter schwierigen Bedingungen immer genauer bestimmen. So nutzt beispielsweise Das US-Militär weiterentwickelte Systeme wie das sogenannte ShotSpotter-System, um etwa Heckenschützen aufzuspüren. Auch in diesem Falle werden die unterschiedlichen Signallaufzeiten zwischen verschiedenen Empfängern ausgewertet. Die Mikrofone sind dazu unter anderem an Gebäuden, Strom- und Lichtmasten angebracht.