Robin Gruber
Abschlussvortrag
Räumliche Ortung und Separation von
Geräuschquellen für den Bereich der mobilen
Servicerobotik
Inhalt
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Motivation, Umfang und Besonderheiten
Bisherige Ansätze
Subtraktiver Beamformer
Hardware
Software
Ergebnise
Motivation
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
Schallquelle stellt immer ein Hindernis dar.
Steuerung eines simulierten Richtmikrofons auf einen
Sprecher
Sprachliche Steuerung eines Roboters
Umfang
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Hardware
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

Mikrofonständer
Verstärker
Software
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

Schallortung
Sprachaktivitätsdetektor
Simuliertes Richtmikrofon
Besonderheiten
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
Störgeräusche durch den Roboter
Körperschall / Vibrationen
Zu ortende Schallquellen und Roboter nicht statisch
„Elektisch laute“ Umgebung
Ortung verschiedenster Geräusche
Praktisch omnidirektionale Ortung erforderlich
Low-Cost-Lösung
Bisherige Ansätze
Steered Beamformer
Suche eines simulierten Richtmikrofons nach der
Richtung der maximalen einfallenden Schallenergie
Bisherige Ansätze
Steered Beamformer
Bisherige Ansätze
Laufzeitdifferenzschätzung (TDOA)
Messen der Zeitdifferenz zwischen den ankommenden
Signalen z.B. durch
 Kreuzkorrelation
 Phasenkreuzkorrelation
 Adaptive Filter
Subtraktiver Beamformer
Verschiebung der gefensterten Signale gegeneinander
mit Differenzbildung und Suche nach dem Minimum
Subtraktiver Beamformer
Entspricht einem Beamformer mit Differenzbildung der
Mikrofonsignale
E  
M
2

t 
M
2
( xM 1[t 
T [ ]
T [ ] 2
]  xM 2 [t 
])
2
2
Subtraktiver Beamformer
Minimum bei Differenz steiler als Maximum bei Summe
Subtraktiver Beamformer
Zweidimensionale Ortung durch Kombination von sechs
Mikrofonpaaren aus vier Mikrofonen
3
4
E ( ,  )  
M
2
2
(
x
[
t

T
(

,

)]

x
[
t

T
(

,

)])
 n n
m
m
n 1 m  n t   M
2
Subtraktiver Beamformer
Vorteile:
 Einfacher Algoritmus
 Keine Iteration erforderlich
 Ausschließen von Raumbereichen möglich
Aufbau der Hardware


Verwendung von vier sehr kleinen Mikrofonen mit
jeweils gleichem Abstand (20cm) untereinander
(Tetraeder) zur Bildung von sechs Mikrofon-Paaren
Vorverstärker direkt am Mikrofon
Aufbau der Hardware
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

Lagerung des Mikrofonständers auf einer MasseFeder-Körperschalldämpfung
Regelbarer Nachverstärker mit Sync-SignalGenerator
Zwei synchronisierte Soundkarten
Software
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Soundbibliothek



Plugins für







Liest die Daten von den Soundkarten oder aus einer Datei
Soundapplikationen können sich „einhängen“ und erhalten
Sounddaten in individuellen Fensterbreiten
Ortung
Virtuelles Richtmikrofon (Beamformer)
Sprachaktivitätsdetektion
Oszilloskop und Aussteuerungsanzeige
Richtcharakteristiksimulation
Vierspur-Rekorder
Synchronitäts-Messung
Ergebnisse
Ortung von Sprache in einem stark verhallten Raum mit
einigen Computern als Störgeräuschquellen
Abweichungen von mehr als ±4° wurden als falsch
gewertet
Trefferquoten:
1m Abstand zur Quelle: 82%
2m Abstand zur Quelle: 59%
4m Abstand zur Quelle: 27%
Spektren
Spektrum eines Sprachsignals
Spektrum eines Musiksignals
Verzögerungen
Richtcharakteristik
Richtcharakteristik bei Verwendung von vier Mikrofonen

Vortragsfolien