FAQ-G.2: Wie funktioniert die Hörbarmachung der Ultraschall-Signale mit dem Heterodyn- und Phase Vocoderverfahren?

Durch Signalverarbeitung können Ultraschallschwingungen in ein sekundäres, „heruntergemischtes“ Signal im hörbaren Bereich umgewandelt werden.

Beim Heterodyn-Verfahren wird ein schmaler Frequenzausschnitt im Ultraschallbereich ausgewählt (z.B. Trägerfrequenz 40 kHz +/- 2 kHz) und über Differenzfrequenzen in den Hörbereich transformiert. Das Verfahren wird bei den traditionellen analogen Prüfgeräten eingesetzt, die im Schmalband um 40 kHz arbeiten. Das breitbandig arbeitende, digitale SONPAHONE integriert diesen Ansatz. Über eine Verschiebung der Trägerfrequenz (verschiebbare Linie im Spektrogramm im Breitband 20…100 kHz) wird das entsprechende schmalbandige Hörsignal zur Verfügung gestellt.
Über den Höreindruck ist mit dem Heterodynverfahren in vielen Fällen bereits eine qualitative Bewertung möglich, beispielsweise bei der Lecksuche und bei der einfachen Bewertung von Lagerfehlern.

In den meisten Fällen liegen die Ultraschallsignale über einen breiten Frequenzbereich verteilt vor, d.h. die Informationen im akustischen Signal können in einem schmalen Frequenzausschnitt nicht vollständig erfasst werden. Beim breitbandig arbeitenden SONAPHONE ist daher die Hörbarmachung auch mit dem Phase Vocoder-Verfahren möglich. Hier wird der gesamte Frequenzbereich von 20…100 kHz um den Faktor 32 komprimiert. Trotz geringen Informationsverlusts kann die ursprüngliche akustische Situation im Breitband abgebildet werden, der Höreindruck steht für den gesamten Ultraschallbereich zur Verfügung.

Beide Verfahren „klingen“ unterschiedlich. Das Signal kann über eingebaute Lautsprecher bzw. Kopfhörer mitgehört werden. Die Abtastraten der Hörsignale liegen bei 8 kHz. Die Lautstärke des Signals ändert sich dabei ähnlich wie der Intensitätsverlauf der originalen Hochfrequenzsignale. Zudem bleibt die zeitliche Variation des ursprünglichen Signals erhalten, so dass sich die Dynamik von Vorgängen im hörbargemachten Signal wiederfindet.
Mit dem SONAPHONE werden darüber hinaus die hörbaren Signale aufgezeichnet. Sie liegen im Format WAV vor und stehen somit auch für entsprechende Weiterverarbeitungen zur Verfügung.

Abbildung: Darstellung der beweglichen Linie im Spektrogramm um den Ultraschall in hörbare Signale umzuwandeln (heterodyne Methode)