Implementierung eines 64 Kanal Mikrofonarrays

Diplomarbeit (9.542KB)

Beamforming, oder auch räumliches Filtern, wird dazu eingensetzt die Richtungsempfindlichkeit einer Mikrofonanordnung zu formen. Dazu werden mindestens zwei Mikrofone benötigt. Zur Verbesserung der räumlichen Auflösung benötigt es mehrere Mikrofone. Dies stellt die Motivation dar, ein planares Mikrofonarray mit 64 Kanälen zu entwerfen. Die Implementierung eines kostengünstigen planaren Mikrofonarrays für 64 einzelne Kanäle, ist der erste Schritt in dieser Arbeit. Die Grundkonfiguration der Mikrofone ist ein 8x8 Raster mit variablen Abständen der Rasterpunkte. Dadurch lassen sich unterschiedlichste Geometrien entwerfen. Die Vermessung der Geometrie stellt jedoch bei 64 Mikrofonen eine Herausforderung dar. Daher soll die Erfassung der Geometrie automatisiert erfolgen. Dazu werden Quellen an bekannten Raumpunkten benötigt. Als stabile räumliche Kontruktion wird eine tetraederförmige Quellanordnung in dieser Arbeit eingesetzt. In den Ecken des Teatraeders befinden sich vier individuell bespielbare Lautsprecher. Mit diesen Lautsprechern werden Messsignale auf das Mikrofonarray gesendet. Die Laufzeiten zu den einzelnen Mikrofonen werden mittels Generalized Cross Correlation Phastransform (GCC-PHAT) und linearer Regression bestimmt. Bei bekannter Schallgeschwindigkeit entsprechen die Laufzeiten den zurückgelegten Weglängen des Luftschalls. Aus diesen Weglängen wird mit numerischen Methoden (Simplex Methode) die Geometrie der Anordnung bestimmt. Das Resultat sind die Koordinaten der Mikrofone im Raum. Die Koordinaten dienen in weiterer Folge als Grundlage zur Implementierung eines Delay and Sum Beamformers. Eine weitere Anwendung des planaren Mikrofonarrays ist die Nahfeldholographie, die im letzten Kapitel kurz vorgestellt wird.