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 Mikrofonständer Verstärker

Software 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 BeamformerSuche 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

22

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M

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Subtraktiver Beamformer

Minimum bei Differenz steiler als Maximum bei Summe

Subtraktiver Beamformer

Zweidimensionale Ortung durch Kombination von sechs Mikrofonpaaren aus vier Mikrofonen

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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 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