DE10043055A1 - Verfahren und Anordnung zur passiven Schallortung - Google Patents
Verfahren und Anordnung zur passiven SchallortungInfo
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Abstract
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vollständige Richtungsbestimmung in einer Ebene nur mit einem zweikanaligen Signal zu ermöglichen. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass richtungsspezifische Schalleigenschaften in ein Stereosignal abgebildet und analysiert werden, wobei zur rechts/links Orientierung in einem unteren Bereich des akustischen Spektrums binaurale Zeitdifferenzen mit einem Kreuzkorrelationsverfahren ermittelt werden und, basierend auf demselben Stereosignal, in einem höheren Frequenzbereich spektrale Unterschiede zur vorne/hinten Unterscheidung analysiert werden und dass zwei Mikrofone in der Ortungs-Ebene angeordnet sind und die Mikrofone mit einer Tiefpaßanordnung gekoppelt sind, deren Charakteristik um 180 Grad entgegengesetzt ausgerichtet ist. DOLLAR A Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur passiven Schallortung im Sinne der Bestimmung der Einfallsrichtung des Schalls in einer durch die Lage einer zweikanaligen Mikrofonanordnung bestimmten Ebene.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur passiven
Schallortung im Sinne der Bestimmung der Einfallsrichtung des Schalls in einer
durch die Lage einer zweikanaligen Mikrofonanordnung bestimmten Ebene.
Bekannte passive Schallortungssysteme verwenden vielkanalige
Mikrofon-Anordnungen, um durch Kreuzkorrelation der Kanäle
Laufzeitdifferenzen zu ermitteln und damit Schallquellenort oder
Schalleinfallsrichtung zu bestimmen. Alternativ oder ergänzend kann die
Richtcharakteristik von festen oder beweglichen Mikrofonen benutzt werden,
um Schallpegeldifferenzen einzubeziehen.
Im Stand der Technik sind verschiedene Verfahren und Anordnungen zur
Schallortung bekannt.
Nach WO 99/60788 ist ein vierkanaliges, laufzeitbasiertes Ortungssystem
bekannt, bei dem auch die Entfernung einer Schallquelle ermittelt wird. Eine
vorne/hinten Unterscheidung des Signals ist hierbei jedoch nicht möglich.
In US 5 778 082 ist ein Verfahren und eine Anordnung beschrieben, bei der
eine Richtungsbestimmung und eine Nutz-/Störgeräuschtrennung durch
Frequenzanalyse und Kreuzkorrelation eines Stereosignals erfolgt. Mit dem
dort verwendeten Mikrofonpaar ist jedoch nur eine 180 Grad umfassende
Richtungsbestimmung möglich. Zur Erweiterung der Ortungsmöglichkeiten
werden zusätzliche Mikrofone vorgeschlagen.
Ferner ist aus US 4 817 149 ein System zur Bestimmung von
Rauminformationen in binauralen Mikrofonsignalen bekannt, das nach dem
Vorbild des menschlichen Gehörs arbeitet. Nachteilig ist hierbei jedoch, dass
Kunstkopfaufnahmen erforderlich sind.
In DE 197 45 762 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Einfallsrichtung
empfangener Schallimpulse beschrieben, bei dem eine Peilung nach einem
Verfahren erfolgt, bei dem mittels Korrelation der Signale eines Mikrofon-
oder Antennenarrays unter Verwendung der Einhüllenden der Signale die
Auswertung vorgenommen wird. Nachteilig ist hier, dass ausschließlich
Laufzeitinformationen ausgewertet werden und dass vielkanalige Anordnungen
zur vollständigen 2D- oder 3D-Richtungsbestimmung benötigt werden.
Allen bekannten Anordnungen haftete der Nachteil an, dass diese zur
Realisierung einer 360 Grad umfassenden Peilung mehr als nur zwei Sensoren
benötigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vollständige
Richtungsbestimmung in einer Ebene nur mit einem zweikanaligen Signal zu
ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen der
Patentansprüche 1 und 3 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Stereosignal erzeugt und
analysiert, in welchem gleichzeitig Laufzeitinformationen und
richtungsspezifische, spektrale Eigenschaften in einer im Vergleich zu
Kunstkopfaufnahmen einfach auszuwertenden Form enthalten sind.
Die Ermittlung der Laufzeitinformationen erfolgt in einem unteren, die
spektrale Analyse im oberen Bereich des akustischen Spektrums. Zur
Bestimmung der Einfallsrichtung des Schalls kann mit einem
Kreuzkorrelationsverfahren eine Zeitdifferenz zwischen beiden
Mikrofonsignalen und somit die rechtslinks Orientierung der Schallquelle mit
einer festzulegenden Genauigkeit bestimmt werden. Die Auswertung der
erzeugten, spektralen Unterschiede ermöglicht zusätzlich die vorn/hinten
Unterscheidung und somit eine 360 Grad umfassende Schallortung.
Die vorgestellte Erfindung ist insbesondere dafür geeignet, natürliche,
breitbandige Geräusche, wie beispielsweise die menschliche Sprache, zu orten.
Die Erfindung zeichnet sich insbesondere durch den Vorteil aus, dass sie eine
360 Grad umfassende Richtungsbestimmung in einer Ebene auf der Grundlage
eines zweikanaligen Signals gestattet, das ohne Kunstkopftechnik und nur mit,
auf die Größe der Anordnung bezogen kleinen und frei angeordneten
Mikrofonen erzeugt wird.
Die Erfindung wird im Folgenden an einem Ausführungsbeispiel näher
erläutert.
In der zugehörigen Zeichnung ist die Anordnung schematisch dargestellt.
Die richtungsspezifischen, spektralen Eigenschaften werden im Sinne einer
interauralen Differenz erzeugt, und zwar so, dass die Ausrichtung der
Mikrofoncharakteristik um 180 Grad entgegengesetzt und orthogonal zur
Mikrofonbasis erfolgt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Mikrofonen mit
Richtcharakteristik wird nicht eine möglichst gleichmäßige Dämpfung oder
Verstärkung aller Frequenzbereiche angestrebt, die Richtungsabhängigkeit des
Übertragungsverhaltens soll vielmehr auf hohe Frequenzen beschränkt bleiben.
In der abgebildeten Anordnung wird der akustische Effekt der Beugung
genutzt, der sich mit zunehmender Frequenz des Schalls weniger stark
auswirkt. Das Signal mit der helleren Klangfarbe kann so dem Mikrofon
zugeordnet werden, welches mehr der Schallquelle zugewandt ist.
Die Mikrofone selbst sind senkrecht zur Ortungs-Ebene ausgerichtet, um
gegenphasige Signale zu verhindern. Die Anordnung ist so gestaltet, daß nur
hinreichend geringe Laufzeitfehler entstehen.
Zur Auswertung der spektralen Unterschiede soll zunächst eine Analyse des
aktuellen linken und rechten Spektrums entweder durch eine elektronische
Schaltung oder algorithmisch anhand der digitalisierten Signale durchgeführt
werden. Für die resultierenden Spektren wird pegelunabhängig eine Wichtung
zwischen den Frequenzkomponenten berechnet, zeitlich gemittelt und
verglichen.
Die Anordnung sollte möglichst frei vom Einfluß dämpfender oder
reflektierender Körper und Flächen an oder über einem Gerät oder frei im
Raum angebracht werden. Die erzielte Ortungsgenauigkeit wird durch die
Abmessungen der Anordnung sowie durch das zeitliche Auflösungsvermögen
der Laufzeitmessung (i. a. die Abtastfrequenz bei der Digitalisierung der
Mikrofonsignale) bestimmt. In der vorgeschlagenen Realisierung sind die
Mikrofone senkrecht im verschlossenen Ende zweier kleiner Rohre angebracht,
deren offene Enden sich einmal nach vorn und einmal nach hinten weisend auf
der links/rechts-Achse befinden. Länge und Durchmesser werden so gewählt,
dass die Periodendauer der Resonanzfrequenz der Anordnung nicht im Bereich
der detektierten Laufzeit liegt und der dem Rohr-Radius entsprechende
maximale Laufzeitfehler gering ist.
Die Bestimmung der rechts/links Orientierung kann mit einem bekannten
binauralen Korrelationsverfahren erfolgen. Zur vorn/hinten Unterscheidung
kann das aktuelle Schallspektrum durch eine Fouriertransformation der
digitalisierten Mikrofonsignale über ein Zeitfenster von n Werten erfolgen. Für
die resultierenden Spektren [f1 . . . fn]links und [f1 . . . fn]rechts berechne man einen
linken und rechten spektralen Schwerpunkt:
Korrespondierend zur Abbildung ist nun eine einfache Auswertung möglich:
Clinks < Crechts → vorne; Clinks < Crechts → hinten. Sind die Werte nahezu gleich ist ihre Unterscheidung nicht notwendig, da die Laufzeitschätzung bereits ein eindeutiges Ergebnis (90 Grad rechts bzw. links) liefert.
Clinks < Crechts → vorne; Clinks < Crechts → hinten. Sind die Werte nahezu gleich ist ihre Unterscheidung nicht notwendig, da die Laufzeitschätzung bereits ein eindeutiges Ergebnis (90 Grad rechts bzw. links) liefert.
Claims (5)
1. Verfahren zur passiven Schallortung im Sinne der Bestimmung der
Einfallsrichtung des Schalls in einer durch die Lage einer zweikanaligen
Mikrofonanordnung bestimmten Ebene, dadurch gekennzeichnet, dass
richtungsspezifische Schalleigenschaften in ein Stereosignal abgebildet und
analysiert werden, wobei zur rechts/links Orientierung in einem unteren Bereich
des akustischen Spektrums binaurale Zeitdifferenzen mit einem
Kreuzkorrelationsverfahren ermittelt werden und, basierend auf demselben
Stereosignal, in einem höheren Frequenzbereich spektrale Unterschiede zur
vorne/hinten Unterscheidung analysiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal mit
der helleren Klangfarbe dem Mikrofon zugeordnet wird, welches der
Schallquelle mehr zugewandt ist.
3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass zwei Mikrofone in der Ortungs-Ebene
angeordnet sind und die Mikrofone mit einer Tiefpaßanordnung gekoppelt sind,deren Charakteristik um 180 Grad entgegengesetzt ausgerichtet sind.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
Schwingungsachse der Mikrofone senkrecht zur Ortungsebene angeordnet ist.
5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an den
Mikrofonen rohrförmige Umhüllungen angebracht sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000143055 DE10043055A1 (de) | 2000-08-29 | 2000-08-29 | Verfahren und Anordnung zur passiven Schallortung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000143055 DE10043055A1 (de) | 2000-08-29 | 2000-08-29 | Verfahren und Anordnung zur passiven Schallortung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10043055A1 true DE10043055A1 (de) | 2002-03-14 |
Family
ID=7654604
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2000143055 Withdrawn DE10043055A1 (de) | 2000-08-29 | 2000-08-29 | Verfahren und Anordnung zur passiven Schallortung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10043055A1 (de) |
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