Akustische Geschwindigkeitsmessung

Beispiel: Geschwindigkeitsmessung eines Tiger Scale Hubschraubers

Dieses Beispiel soll Schritt für Schritt den Umgang mit dem Programm "Gram" zeigen.

Diese Beschreibung ist vielleicht etwas ausführlich, aber wenn man es ein paar mal gemacht hat, ist die folgende Auswertung nur mehr eine Arbeit von Sekunden.

Dazu habe ich einen Vorbeiflug eines Scale-Helicopters aufgenommen. Bitte lade diese Datei jetzt HIER in Deinen Computer und ent-zippe es. Die Datei hat den Namen "tiger.wav" und enthält die Geräusche des Vorbeiflugs sowie einige Nebengeräusche.

  1. Programmstart: Jetzt wird das Programm "Gram" gestartet, dann 2x OK klicken und es steht zur Verfügung (nach 10 Minuten Laufzeit bricht das Programm ab, da es eine kostenlose Testversion ist. In diesem Fall einfach neu starten).

  2. Laden von Tiger.wav: Taste F1 drücken. Es geht ein Fester auf, in dem man die Datei tiger.wav sucht und auswählt. Dann mit "Öffnen" bestätigen. Ein neues Fenster geht auf:

  3. Einstellung der Auflösung: Am Anfang stellen wir noch nichts besonderes ein, da wir die Geräusche noch nicht kennen. Damit das Einlesen nicht zulange dauert klicken wir auf den Knopf "2048" rechts oben. Den Schieber für "Low Band Limit" (unterste zu messende Tonfrequenz) schieben wir nach links, auf 0. Den Schieber für "High Band Limit" (oberste zu messende Tonfrequenz) schieben wir auf ungefähr 6000. Links unten befindet sich noch das Eingabefeld "Scale (msec)" (Auflösung), dort tragen wir 10 ein. Diese Grundeinstellungen sind erst mal ok. Du wirst bald selbst verstehen, was man am besten einträgt.
    Dann drücken wir "OK".

  4. Darstellung des Spektrums: Das Spektrum der Geräusche wird gezeichnet. Der Bildschirm sieht jetzt so aus:



    Man sieht sehr schön die hellen waagrechten Streifen. Diese Linien gilt es jetzt genauer herauszuarbeiten, denn aus ihnen wird die Geschwindigkeit errechnet.

  5. Heraus-Zoomen des Zeitpunktes: Zuerst zoomen wir uns den benötigten Zeitabschnitt der Aufnahme heraus damit wir nicht die ganze große Aufnahme mit uns herumschleppen müssen. Dazu kann man erst den Knopf "PLAY WDW" drücken um sich die Aufnahme anzuhören. Dann hört man recht gut, auf welchen Teil des Bildes es ankommt. Jetzt geht man mit der Maus in das Bild und bewegt sie ungefähr auf den Zeitpunkt 8000 (man sieht in der Mitte unten, wo man mit der Maus gerade ist).
    Dann klickt man den linken Mausbutton und hält ihn gedrückt. So fährt man mit der Maus nach rechts bis zum Zeitpunkt ca. 14000 und lässt den Mausbutton wieder los. Es öffnet sich das bekannte Einstellfenster.

  6. Heraus-Zoomen des interessanten Frequenzbereichs: In dem soeben geöffneten Einstellfenster kann man die untere und obere Grenze des Diagramms einstellen. In diesem Bild ist das ca. 200 bis 3000 Hz. Also stellt man den Wert 200 bei "Low Band Limit" und den Wert 3000 bei "High Band Limit" ein. Dann mit "OK" das Fenster schliessen.

  7. Ge-zoomte Darstellung betrachten: Das neue, vergrößerte Diagramm sieht nun so aus:



    Interessant sind jetzt die helleren waagrechten Linien. Man sieht, dass diese links etwas höher sind als rechts. Links ist das Geräusch des Anflugs (höhere Töne) und rechts das Geräusch das Wegflugs (tiefere Töne). Wir suchen uns eine Linie heraus, die am besten zu erkennen ist (Höhere Linien sind zu bevorzugen, da sie eine bessere Genauigkeit liefern).

  8. Bestimmung der Tonfrequenzen: Nun setzen wir den Mauszeiger auf den Anfangs- und Endpunkt der Linie, wie oben im Bild rot gezeigt. Dann notieren wir uns die entsprechenden Frequenzwerte. Diese sind in der Mitte unten im grauen Feld "Analyse File" unter "Frequency (Hz)" abzulesen. Im Beispiel sind die beiden Frequenzwerte: f1 = 1134 Hz sowie f2 = 1060 Hz.

  9. Berechnung der Geschwindigkeit: Um aus diesen beiden Frequenzen die Geschwindigkeit des Modells zu berechnen, sind nur mehr minimale Rechenkünste erforderlich, ein Taschenrechner hilft dabei:

    wir rechnen:   
    1224 * (f1 - f2) / (f1 + f2)
    in unserem Beispiel also:
    1224 * (1134 - 1060) / (1134 + 1060)
    mit Hilfe des Taschenrechners ermitteln wir das Ergebnis: 41 km/h

Das war es auch schon. Nun wissen wir, dass der Tiger Hubschrauber mit 41 km/h an uns vorbeigeflogen ist.

Wie genau ist das Ergebnis eigentlich ? Nun, wir können die Rechnung ja noch mit höheren und tieferen Linien wiederholen, das Ergebnis wird immer ganz ähnlich sein und ist sicher genauer als 5 %. Merke: je höher die Linie liegt, umso genauer, daher nehme die höchste Linie, die man noch vernünftig erkennen kann. (Messfehler können sich ergeben, wenn das Flugmodell zu weit vom Mikrofon weg war).