Entwicklung und Evaluierung von Algorithmen zur Schallquellenlokalisation mit koinzidenten Mikrofonarrays

Die Diplomarbeit ist bis 18.4.2013 gesperrt.

Mit Hilfe eines Mikrofonarrays ist es möglich, die örtliche Position einer Schallquelle zu bestimmen. Üblicherweise wird dabei unter dem Begriff Mikrofonarray eine Anordnung von räumlich verteilten Mikrofonen verstanden und zur Anwendung gebracht. In der vorliegenden Arbeit werden jedoch Algorithmen zur Schallquellenlokalisation mit einer koinzidenten - und somit prinzipbedingt besonders platzsparenden - Mikrofonanordnung vorgestellt.

Neben der Richtungsbestimmung über den Intensitätsvektor, wird in dieser Arbeit ein Mustererkennungsverfahren zur Quellenlokalisation vorgeschlagen. Dabei wird ein Minimum-Distanz-Klassifizierer verwendet, der Merkmalsvektoren, die blockweise aus den Array-Signalen extrahiert werden, mit einer Merkmalsdatenbank vergleicht. Die Eigenschaften dieses Ansatzes werden anhand einer mathematischen Modellierung von Gradienten-Mikrofonen erster Ordnung sowie anhand von Messungen mit einem planaren 4-Kanal Array-Prototypen aufgezeigt.

Ein besonderer Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf dem robusten Erkennen einer einzelnen, zeitabhängigen Sprachsignalquelle bei Vorhandensein von Umgebungsgeräusch. Daher spielen Überlegungen zur Verbesserung der Robustheit der Positionsschätzung bei schlechtem Signal-Rauschverhältnis (SNR) eine wichtige Rolle. Die entsprechenden Algorithmen sind in einer einfach zu benutzenden MATLAB-Funktion zusammengefasst. Neben der Quellenlokalisation mit koinzidenten Arrays wird auch das sogenannte Beamsteering, also das Richten des Aufnahmefokus in eine bestimmte Richtung, kurz vorgestellt.

Die Leistungsfähigkeit der vorgestellten Lokalisationsalgorithmen wird für statische Quellpositionen sowie für eine bewegte Schallquelle evaluiert, wobei unterschiedliche SNR-Situationen Betracht finden. Die Ergebnisse bei der Bestimmung des Azimut-Winkels sind vielversprechend und zeigen die praktische Relevanz der vorgestellten Algorithmen.