Robin Gruber Abschlussvortrag Räumliche Ortung und Separation von Geräuschquellen für den Bereich der mobilen Servicerobotik

Inhalt Motivation, Umfang und Besonderheiten Bisherige Ansätze Subtraktiver Beamformer Hardware Software Ergebnise

Motivation Schallquelle stellt immer ein Hindernis dar. Steuerung eines simulierten Richtmikrofons auf einen Sprecher Sprachliche Steuerung eines Roboters

Umfang Hardware Software Mikrofonständer Verstärker Schallortung Sprachaktivitätsdetektor Simuliertes Richtmikrofon

Besonderheiten 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

Laufzeitdifferenzschätzung (TDOA) 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

Subtraktiver Beamformer Minimum bei Differenz steiler als Maximum bei Summe

Subtraktiver Beamformer Zweidimensionale Ortung durch Kombination von sechs Mikrofonpaaren aus vier Mikrofonen

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 Lagerung des Mikrofonständers auf einer Masse-Feder-Körperschalldämpfung Regelbarer Nachverstärker mit Sync-Signal-Generator Zwei synchronisierte Soundkarten

Software Soundbibliothek Plugins für Richtcharakteristiksimulation Liest die Daten von den Soundkarten oder aus einer Datei Soundapplikationen können sich „einhängen“ und erhalten Sounddaten in individuellen Fensterbreiten Plugins für 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