Vergleich robuster Mikrofonarrays

Diplomarbeit

Ziel dieser Diplomarbeit ist die Entwicklung eines Mikrofonarrays zur verbesserten Sprachwiedergabe in der Konferenzsituation. Diesbezüglich wird ein Mikrofonarray fix vor einem Sprecher installiert (z.B. Tisch, Wand). Zuerst wird ein Überblick über die grundlegenden Theorien des Array-Processing vor allem hinsichtlich des Beamformings mittels Mikrofonarrays geliefert. Ausgehend vom Delay & Sum Beamforming (D&S-B) werden zwei weitere Methoden, der Minimum Varianz Ansatz wie auch der Filter & Sum Beamformer (F&S-B), erläutert, die eine Möglichkeit zur Optimierung hinsichtlich der Keulenformung bieten. Zusätzlich werden jeweils kurz die Vor- und Nachteile eines jeden Ansatzes aufgezeigt.

In weiterer Folge werden die Verhaltensweisen bezüglich der Richtcharakteristik grundsätzlicher Sensorgeometrien in einem Mikrofonarray beschrieben. Durch Untersuchung der Keulenformung und Steeringeigenschaften eines Delay & Sum Beamformers bei unterschiedlichen Anordnungen, wird eine Arraystruktur mit kleiner Mikrofonanzahl gefunden, die sich sehr gut für die gestellten Anforderungen eignet.

Mit der gefundenen Geometrie werden verschiedene aus der aktuellen Literatur ausgewählte Beamforming Algorithmen mathematisch erläutert. Diese werden mit MATLAB simuliert und schließlich in der Echtzeit Programmierumgebung Pure Data (PD) implementiert, um dort jeweils eine Realisierung der Ansätze zu erhalten. Die Simulationen sollen die prinzipiellen Möglichkeiten der Optimierung, die jeweiligen Ansätze zur Realisierung von Breitbandbeamformern veranschaulichen. Die Echtzeitrealisierungen werden sowohl mittels akustischer Vermessung, als auch subjektiv in einer typischen Anwendungssituation getestet. Anschließend erfolgt ein Vergleich mit den Ergebnissen aus den Simulationen. Jeder Ansatz wird bezüglich seiner Robustheit evaluiert. Für einen der behandelten adaptiven Beamformer wird eine Verbesserung der Robustheit gegenüber Arrayimperfektionen und Umwelteinflüssen vorgestellt.

Im letzten Kapitel wird ein Ausblick weitere Möglichkeiten zur Verbesserung der Algorithmen und Anmerkungen zu alternativen Ansätzen gegeben.