DE102007051615B4

DE102007051615B4 - Method and arrangement for determining the relative position of microphones and a corresponding computer program and a corresponding computer-readable storage medium

Info

Publication number: DE102007051615B4
Application number: DE200710051615
Authority: DE
Inventors: Dirk Döbler
Original assignee: Angewandter Informatik Ev Gesell zur Forderung; FOERDERUNG ANGEWANDTER INFORMATIK E V GES
Current assignee: Angewandter Informatik Ev Gesell zur Forderung; FOERDERUNG ANGEWANDTER INFORMATIK E V GES
Priority date: 2007-10-24
Filing date: 2007-10-24
Publication date: 2012-09-13
Anticipated expiration: 2027-10-25
Also published as: DE102007051615A1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung der relativen Lage von Mikrofonen unter Verwendung von mindestens einer Schallquelle und von mindestens zwei Mikrofonen, wobei die Entfernung der mindestens zwei Mikrofone von der mindestens einen Schallquelle durch Auswertung der Schallaufzeit zwischen der mindestens einen Schallquelle und den mindestens zwei Mikrofonen ermittelt wird, und wobei die mindestens eine Schallquelle an mindestens drei verschiedenen Positionen angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens drei verschiedenen Positionen der mindestens einen Schallquelle von den Mikrofonpositionen verschieden sind und aus den ermittelten Entfernungen zwischen den mindestens zwei Mikrofonen und der mindestens einen Schallquelle durch Ausgleichsrechnung die relativer Lage der Mikrofone zueinander bestimmt wird.Method for determining the relative position of microphones using at least one sound source and at least two microphones, the distance of the at least two microphones from the at least one sound source being determined by evaluating the sound propagation time between the at least one sound source and the at least two microphones, and wherein the at least one sound source is arranged in at least three different positions, characterized in that the at least three different positions of the at least one sound source are different from the microphone positions and the relative from the determined distances between the at least two microphones and the at least one sound source by means of a compensation calculation Position of the microphones to each other is determined.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung der relativen Lage von Mikrofonen zueinander sowie ein entsprechendes Computerprogramm und ein entsprechendes computerlesbares Speichermedium, welche insbesondere geeignet sind, Mikrofon- und Kamerakoordinaten von hochkanaligen Mikrofon-Arrays automatisch und exakt im Feldeinsatz zu bestimmen.The invention relates to a method and an arrangement for determining the relative position of microphones to each other and a corresponding computer program and a corresponding computer-readable storage medium, which are particularly suitable to determine microphone and camera coordinates of high-channel microphone arrays automatically and accurately in the field.

Das der Quellortung mit einer sogenannten Akustischen Kamera zu Grunde liegende Verfahren wertet Laufzeitunterschiede von Schallereignissen zu den im Sensorarray befindlichen Mikrofonen aus. Je genauer die Position der Mikrofone zueinander bestimmt ist, umso feiner lassen sich Schallquellen räumlich auflösen. Künftig werden Mikrofonarrays mit veränderbarer Geometrie und größerer Kanalzahl eingesetzt werden. Nur über solche Arrays kann die vom Anwender geforderte Auflösung akustischer Quellen in allen Wellenlängenbereichen und die Handhabbarkeit und Mobilität des Systems gesichert werden. Bisher werden in aufwendigen Verfahren die Koordinaten der Mikrofone eines Arrays einmalig bestimmt, wobei die Genauigkeit vor allem bei Arrays mit veränderlicher Geometrie unzureichend ist. Eigentlich müsste vor jeder Messung eine Koordinatenbestimmung erfolgen, was mit den aktuell zur Verfügung stehenden Mitteln nicht realisiert werden kann. Jedes Array enthält als weiteren Sensortyp eine Videokamera, mit der die optischen Bilder aufgenommen werden, auf die die Kartierung der Akustischen Fotos erfolgt. Die Justierung von Videokamera und akustischem Bild erfolgt bisher manuell, ist aufwendig, ineffektiv und fehleranfällig.The method underlying the source location with a so-called acoustic camera evaluates transit time differences of sound events to the microphones located in the sensor array. The more precisely the position of the microphones is determined relative to one another, the finer the sound sources can be spatially resolved. In the future, microphone arrays with variable geometry and larger number of channels will be used. Only by means of such arrays can the user-required resolution of acoustic sources in all wavelength ranges and the manageability and mobility of the system be ensured. So far, the coordinates of the microphones of an array are determined once in complex procedures, the accuracy is insufficient especially in arrays with variable geometry. Actually, a coordinate determination would have to be carried out before each measurement, which can not be achieved with the means currently available. Each array contains another type of video camera that captures the optical images that are mapped to the Acoustic Photos. The adjustment of video camera and acoustic image has been done manually, is expensive, ineffective and prone to errors.

Auf dem Gebiet der Erfindung sind bereits verschiedene Lösungen bekannt. So wird in der Publikation: Stanley T. Birchfield: „Geometric Microphone Array Calibration by Multidimensional Scaling”, IEEE International Conference an Acoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP) 2003, Hong Kong [1], ein Verfahren beschrieben, mit dem die Mikrofon-Koordinaten durch Ausmessen aller Abstände der Mikrofone zueinander mit Hilfe eines Maßbandes und anschließender Ausgleichung des Streckennetzes ermittelt werden. In einem Verfahren, welches in der Publikation: Amarnag Subramanya, Stanley T. Birchfield: „Extension and Evaluation of MDS for Geometric Microphone Array Calibration”, European Signal Processing Conference (EUSIPCO) Vienna, Austria, September 2004 [2], beschrieben wird, wird das vorstehend erwähnte Verfahren vereinfacht, indem für die Ausgleichung nicht mehr alle Strecken bekannt sein müssen. Aus der Publikation: Stanley T. Birchfield, Amarnag Subramanya: „Microphone Array Position Calibration by Basis-Point Classical Multidimensional Scaling”, IEEE Transactions an Speech and Audio Processing, 2004 [3], ist ein Verfahren bekannt, bei welchem die Strecken mit Hilfe einer bekannten und fixen Anordnung von Lautsprechern und der Auswertung der Laufzeiten von synchronisierten Schallimpulsen zwischen Lautsprechern und Mikrofonen ermittelt werden. Dieses Verfahren hat insbesondere den Nachteil, dass dabei stets ein großes und unhandliches Lautsprecher-Array benutzt werden muss. Darüber hinaus ist die erreichte Genauigkeit für die Bestimmung von Mikrofon- bzw. Kamerakoordinaten von hochkanaligen Mikrofon-Arrays unzureichend. Ein weiteres Verfahren zur Koordinatenbestimmung von Mikrofonen wird in der Publikation: Vikas C. Raykar and Ramani Duraiswami: „Automatic Position Calibration of Multiple Microphones”, Perceptual Interfaces and Realities Lab., University of Maryland, CollegePark [4], beschrieben. Bei diesen Verfahren werden die Entfernungen zwischen allen Mikrofonen paarweise bestimmt. Hierfür wird mindestens ein Mikrofon des Mikrofon-Arrays in unmittelbare Nähe eines Lautsprechers gebracht. Dies ist aufwändig, bringt in der Regel Probleme mit dem vorhandenen Dynamikbereich der Mikrofone mit sich und ist für spezielle Mikrofon-Arrays überhaupt nicht durchführbar.Various solutions are already known in the field of the invention. Thus, in the publication: Stanley T. Birchfield: "Geometric Microphone Array Calibration by Multidimensional Scaling", IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP) 2003, Hong Kong [1], describes a method by which the Microphone coordinates are determined by measuring all distances between the microphones to each other using a tape measure and subsequent adjustment of the route network. In a process described in the publication: Amarnag Subramanya, Stanley T. Birchfield: "Extension and Evaluation of MDS for Geometric Microphone Array Calibration", European Signal Processing Conference (EUSIPCO) Vienna, Austria, September 2004 [2], the above-mentioned method is simplified in that it is no longer necessary to know all the sections for the adjustment. From the publication: Stanley T. Birchfield, Amarnag Subramanya: "Microphone Array Position Calibration by Basis-Point Classical Multidimensional Scaling", IEEE Transactions to Speech and Audio Processing, 2004 [3], a method is known in which the routes with the help a known and fixed arrangement of speakers and the evaluation of the maturities of synchronized sound pulses between speakers and microphones are determined. This method has the particular disadvantage that it always has a large and unwieldy speaker array must be used. In addition, the achieved accuracy for the determination of microphone or camera coordinates of high-channel microphone arrays is insufficient. Another method for coordinate determination of microphones is described in the publication: Vikas C. Raykar and Ramani Duraiswami: "Automatic Position Calibration of Multiple Microphones", Perceptual Interfaces and Realities Lab., University of Maryland, College Park [4]. In these methods, the distances between all microphones are determined in pairs. For this purpose, at least one microphone of the microphone array is brought into the immediate vicinity of a loudspeaker. This is complex, usually involves problems with the existing dynamic range of the microphones and is not feasible for special microphone arrays.

Eine Bestimmung der Lagebeziehung von Mikrofonen wird in Druckschrift DE 41 21 274 C2 beschrieben, wobei Schallsendeeinrichtungen eingesetzt werden, die jeweils mit einem der Mikrofone kombiniert sind und am selben Ort wie das jeweilige Mikrofon angeordnet sind.A determination of the positional relationship of microphones is in the literature DE 41 21 274 C2 described, wherein sound emitting devices are used, which are each combined with one of the microphones and are arranged in the same place as the respective microphone.

Eine vergleichbare Lösung wird in der US-Patentschrift US 5,339,281 beschrieben. Auch dort wird die Lagebeziehung von Mikrofonen ermittelt unter Verwendung von miteinander kombinierten Mikrofon-Lautsprecher-Paaren.A comparable solution is disclosed in US Pat US 5,339,281 described. Here, too, the positional relationship of microphones is determined using combined microphone-speaker pairs.

Eine Bestimmung der relativen Lage von Echoloten eines Echolotnetzes wird in US 5,027,333 vorgeschlagen. Bei dieser Lösung werden Transducer, welche in einer starren Struktur angeordnet sind, und ein Kompass eingesetzt, um die Lagebeziehung der Echolote zu bestimmen.A determination of the relative position of echosounders of an echolot network is made in US 5,027,333 proposed. In this solution, transducers arranged in a rigid structure and a compass are used to determine the positional relationship of the echosounders.

Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung der relativen Lage von Mikrofonen zueinander sowie ein entsprechendes Computerprogramm und ein entsprechendes computerlesbares Speichermedium bereitzustellen, welche die Nachteile der bekannten Lösungen vermeiden und insbesondere die Koordinatenbestimmung auch von Mikrofonen komplexer Mikrofon-Arrays ermöglichen und eine leichte Handhabbarkeit des Messaufbaus gestatten.The object of the invention is thus to provide a method and an arrangement for determining the relative position of microphones to each other and a corresponding computer program and a corresponding computer-readable storage medium, which avoid the disadvantages of the known solutions and in particular the coordinate determination of microphones complex microphone arrays allow and allow easy handling of the measurement setup.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale in den Ansprüchen 1, 14, 20 und 21 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.This object is achieved by the features in claims 1, 14, 20 and 21. Advantageous embodiments of the invention are contained in the subclaims.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht insbesondere darin, dass für die Bestimmung der relativen Lage von Mikrofonen eines Mikrofon-Arrays Schallquellen eingesetzt werden, welche vollkommen frei im Raum angeordnet werden können und deren Koordinaten nicht bekannt sein müssen. (Im Rahmen der Beschreibung der vorliegenden Erfindung wird unter einem Mikrofon-Array eine Anordnung von mindestens zwei Mikrofonen verstanden.) Diese Flexibilität der Schallquellenanordnung wird dadurch erreicht, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung der relativen Lage von mindestens zwei Mikrofonen (Mikrofon-Array) zumindest eine Schallquelle eingesetzt und diese mindestens eine Schallquelle an mindestens drei verschiedenen räumlichen Positionen angeordnet wird. Vorzugsweise wird an jeder dieser mindestens drei Positionen im Raum jeweils eine Schallquelle angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform werden als Schallquellen Impulsschallquellen eingesetzt. Die Schallquellen geben einzeln, nacheinander ein Signal ab, welches von den Mikrofonen registriert wird. Schallquellen und Mikrofone sind über eine Datenverarbeitungseinrichtung derart miteinander verbunden, dass die Schalllaufzeit zwischen der mindestens einen Schallquelle und den mindestens zwei Mikrofonen ermittelt werden kann. Unter Schalllaufzeit wird hierbei die Zeitspanne verstanden, welche zwischen dem Aussenden des Signals durch die Schallquelle und der Detektion des Signals durch das jeweilige Mikrofon vergeht. Durch Auswertung der Schalllaufzeit wird in einem nächsten Schritt die Entfernung zwischen den mindestens drei Positionen, an denen die mindestens eine Schallquelle angeordnet war, und den Mikrofonen ermittelt. Anschließend wird die relative Lage der mindestens zwei Mikrofone zueinander ermittelt, indem die Entfernungen zwischen den Mikrofonen des Mikrofon-Arrays und den mindestens drei Positionen der Schallquellen, von denen aus die Schalllaufzeit gemessen wurde, ausgewertet werden. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Positionen der Schallquellen vollkommen frei wählbar sind und deren Koordinaten nicht bekannt sein müssen. Insbesondere sind diese Positionen weitgehend unabhängig von dem jeweils eingesetzten Mikrofon-Array. Eine Einschränkung erfährt diese Flexibilität lediglich dadurch, dass die Schallquellen nicht zu weit von dem Mikrofon-Array angeordnet werden sollten, da dadurch die Unterschiede zwischen den Schalllaufzeiten bzw. Entfernungen immer geringer werden und dadurch Messfehler einen zu großen Einfluss gewinnen. Die Schallquellen sollten auch nicht zu nahe an dem Mikrofon-Array angeordnet sein, da dadurch die Schalllaufzeiten bzw. Entfernungen zu kurz werden und dadurch ebenfalls Messfehler zu stark ins Gewicht fallen würden. Der Fachmann wird in Abhängigkeit des Mikrofon-Arrays die optimale Anordnung wählen. In jeder anderen Hinsicht sind die Schallquellen völlig frei anordenbar. Insbesondere ist es nicht erforderlich, wie beispielsweise in der in [4] vorgestellten Lösung, jeweils ein Mikrofon mit einer Schallquelle am selben Ort zu positionieren. Die Erfindung sieht vielmehr vor, dass zumindest ein Teil der Mikrofone des Mikrofon-Arrays entfernt von den bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Schallquellen angeordnet sind. Wie bereits erwähnt, kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine einzige Schallquelle zum Einsatz kommen, welche nacheinander an mindestens drei verschiedenen Positionen im Raum angeordnet wird, oder es können alternativ an jeder der mindestens drei räumlichen Positionen eine eigene Schallquelle angeordnet werden. Dann sind mindestens drei Schallquellen an mindestens drei verschiedenen Positionen angeordnet. A particular advantage of the method according to the invention is in particular that sound sources are used for determining the relative position of microphones of a microphone array, which can be arranged completely freely in the room and whose coordinates need not be known. (In the context of the description of the present invention, a microphone array is understood to mean an arrangement of at least two microphones.) This flexibility of the sound source arrangement is achieved in that in the method according to the invention for determining the relative position of at least two microphones (microphone array). at least one sound source is used and this at least one sound source is arranged at at least three different spatial positions. Preferably, a sound source is arranged at each of these at least three positions in the room. In a preferred embodiment, sound sources are used as sound sources. The sound sources individually, one after the other a signal, which is registered by the microphones. Sound sources and microphones are connected to one another via a data processing device such that the sound propagation time between the at least one sound source and the at least two microphones can be determined. Sound propagation time is understood here to be the time span which elapses between the transmission of the signal by the sound source and the detection of the signal by the respective microphone. By evaluating the sound propagation time, the distance between the at least three positions at which the at least one sound source was arranged and the microphones is determined in a next step. Subsequently, the relative position of the at least two microphones to each other is determined by the distances between the microphones of the microphone array and the at least three positions of the sound sources, from which the sound propagation time has been measured, are evaluated. The invention is characterized in that the positions of the sound sources are completely freely selectable and their coordinates need not be known. In particular, these positions are largely independent of the particular microphone array used. A limitation of this flexibility only by the fact that the sound sources should not be too far from the microphone array should be arranged, as this, the differences between the sound propagation times or distances are getting smaller and thus measurement errors gain too much influence. The sound sources should also not be placed too close to the microphone array, as this would make the sound propagation times or distances too short and thereby also measurement errors would be too significant. The person skilled in the art will select the optimum arrangement as a function of the microphone array. In every other respect, the sound sources are completely free to arrange. In particular, it is not necessary, as for example in the solution presented in [4], to respectively position a microphone with a sound source at the same location. Rather, the invention provides that at least a part of the microphones of the microphone array are arranged away from the sound sources used in the method according to the invention. As already mentioned, in the method according to the invention, a single sound source can be used, which is successively arranged at at least three different positions in space, or alternatively, a separate sound source can be arranged at each of the at least three spatial positions. Then at least three sound sources are arranged at at least three different positions.

Um die Genauigkeit der Bestimmung der relativen Lage der Mikrofone zu erhöhen, werden in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung Schallquellen an mindestens vier verschiedenen Positionen angeordnet. Dadurch erhält man für die Auswertung der Entfernungen zwischen Mikrofonen und Schallquellen ein überbestimmtes Gleichungssystem, wodurch die relative Lage der Mikrofone genauer bestimmt werden kann. Auch hier kann eine einzige Schallquelle nacheinander an den mindestens vier verschiedenen Positionen angeordnet werden. Alternativ können jedoch auch an jeder der mindestens vier räumlichen Positionen eine eigene Schallquelle angeordnet werden.In order to increase the accuracy of the determination of the relative position of the microphones, in a preferred embodiment of the invention, sound sources are arranged at at least four different positions. This provides an over-determined system of equations for the evaluation of the distances between microphones and sound sources, whereby the relative position of the microphones can be determined more accurately. Again, a single sound source can be arranged sequentially at the at least four different positions. Alternatively, however, a separate sound source can also be arranged at each of the at least four spatial positions.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, die relative Lage der Mikrofone zueinander durch Ausgleichung des aus den Messungen der Schalllaufzeit zwischen Schallquellen und Mikrofon-Array ermittelten Streckennetzes zu bestimmen. Vorzugsweise werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren lediglich die Entfernungen zwischen den mindestens zwei Mikrofonen des Mikrofon-Arrays und den drei Positionen der mindestens einen Schallquelle, nicht jedoch die Entfernungen nicht zwischen allen Mikrofonen paarweise gemessen bzw. bestimmt, wie es bei der in [4] beschriebene Lösung notwendig ist. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung fließen die Abstände zwischen den Mikrofonen des zu vermessenden Mikrofon-Arrays in die Ausgleichrechnung nicht ein. Insbesondere fließen somit für die Bestimmung der relativen Lage der Mikrofone des Mikrofon-Arrays nicht alle paarweise Entfernungen zwischen allen Mikrofonen des Arrays ein.In a preferred embodiment of the method according to the invention, it is provided to determine the relative position of the microphones relative to one another by equalizing the route network determined from the measurements of the sound propagation time between sound sources and microphone array. Preferably, in the method according to the invention, only the distances between the at least two microphones of the microphone array and the three positions of the at least one sound source, but not the distances, are not measured or determined in pairs between all the microphones, as described in [4] Solution is necessary. In a preferred embodiment of the invention, the distances between the microphones of the microphone array to be measured do not flow into the compensation calculation. In particular, therefore, not all pairwise distances between all microphones of the array flow into the microphone array for determining the relative position of the microphones.

Eine weitere Erhöhung der Genauigkeit des Verfahrens zur Bestimmung der relativen Lage von Mikrofonen eines Mikrofon-Arrays wird in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch erreicht, dass bei der Auswertung der Schalllaufzeit die Lufttemperatur berücksichtigt wird und/oder andere Störungen eliminiert werden.A further increase in the accuracy of the method for determining the relative position of microphones of a microphone array is achieved in a preferred embodiment of the method according to the invention, that in the evaluation of the sound propagation time, the air temperature is taken into account and / or other disturbances are eliminated.

Eine solche Störung besteht beispielsweise in der richtungsabhängigen Übertragungsfunktion eines Mikrofons in Form einer Verzögerung des akustischen Signals in Abhängigkeit von der Einfallsrichtung. Diese Übertragungsfunktion kann jedoch für den verwendeten Mikrofontyp einmalig ermittelt bzw. vom Hersteller geliefert und in die Ausgleichsrechnung einbezogen werden. Such a disturbance consists for example in the direction-dependent transfer function of a microphone in the form of a delay of the acoustic signal as a function of the direction of incidence. However, this transfer function can be determined once for the type of microphone used or supplied by the manufacturer and included in the compensation calculation.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei vorgesehen, dass eine oder mehrere bekannte Referenzstrecken, vorzugsweise mit starrem Abstand zwischen zwei Mikrofonen, zur Bestimmung der Temperatur genutzt werden. Hierfür ist das Mikrofon-Array derart ausgeführt, dass eine Anzahl von Abständen (Strecken) zwischen mindestens zwei Mikrofonen vorhanden ist, die – auch bei einem Ein- und Ausklappen oder dem Transport des Mikrofon-Arrays – unverändert bleiben, beispielsweise, weil die Mikrofone mechanisch fest verbunden in einem Arm des Mikrofon-Arrays integriert sind. Diese Strecken lassen sich einfach und hochgenau mechanisch vermessen. Wenn man diese Strecken als Referenzstrecken, also als feste, bekannte Größen in die Ausgleichsrechnung mit einführt, kann die Temperaturabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit herausgerechnet werden (die Lufttemperatur läuft dann als freier Parameter mit), d. h. die genaue Bestimmung der Lufttemperatur entfällt bzw. wird durch die Rechnung auch noch selbst ermittelt.In a preferred embodiment of the method according to the invention, it is provided that one or more known reference paths, preferably with a rigid spacing between two microphones, are used to determine the temperature. For this purpose, the microphone array is designed such that a number of distances (distances) between at least two microphones is present, which remain unchanged even when a folding and unfolding or the transport of the microphone array, for example, because the microphones mechanically firmly integrated in one arm of the microphone array are integrated. These sections can be measured easily and with high precision. If one introduces these distances as reference distances, ie as fixed, known quantities into the compensation calculation, the temperature dependence of the speed of sound can be calculated out (the air temperature runs then as a free parameter), d. H. the exact determination of the air temperature is omitted or is also determined by the calculation itself.

Beim Einsatz von so genannten akustischen Kameras werden in der Regel so genannte akustische Bilder, welche mit einem Mikrofon-Array aufgenommen wurden, mit dem optischen Bild einer optischen Kamera überlagert. Hierfür ist neben der genauen Kenntnisse der relativen Koordinaten der Mikrofone des eingesetzten Mikrofon-Arrays auch die Kenntnis der relativen Lage der optischen Kamera bezüglich der Mikrofone erforderlich. Die Erfindung sieht hierfür vor, dass zusätzlich zu den mindestens zwei Mikrofonen des Mikrofon-Arrays mindestens ein optischer Sensor angeordnet wird. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist dieser optische Sensor fest, vorzugsweise aber lösbar, in das Mikrofon-Array integriert. Mit dem optischen Sensor wird die für die Messung der Schalllaufzeiten zwischen Schallquellen und Mikrofon-Array genutzte Messanordnung erfasst. Der optische Sensor zeichnet also insbesondere zumindest einen Teil der Schallquellen in den Positionen auf, von denen aus die Schalllaufzeiten zwischen Schallquelle und Mikrofon-Array gemessen werden.When so-called acoustic cameras are used, as a rule so-called acoustic images, which were recorded with a microphone array, are superimposed on the optical image of an optical camera. For this purpose, in addition to the exact knowledge of the relative coordinates of the microphones of the microphone array used, the knowledge of the relative position of the optical camera with respect to the microphones is required. For this purpose, the invention provides that at least one optical sensor is arranged in addition to the at least two microphones of the microphone array. In a preferred embodiment of the invention, this optical sensor is fixed, but preferably detachable, integrated into the microphone array. With the optical sensor used for the measurement of sound propagation times between sound sources and microphone array measuring device is detected. The optical sensor records in particular at least a part of the sound sources in the positions from which the sound propagation times between the sound source and the microphone array are measured.

Mit Hilfe der so aufgezeichneten optischen Bilder ist es nun möglich, die relative Lage des mindestens einen optischen Sensors bezüglich der mindestens zwei Mikrofone des Mikrofon-Arrays zu bestimmen. Hierzu werden vorzugsweise aus den Messungen, welche für die Bestimmung der relativen Lage der Mikrofone des Mikrofon-Arrays durchgeführt wurden, jeweils ein akustisches Bild erzeugt. Dieses akustische Bild wird nun mit dem optischen Bild der hierfür eingesetzten Messanordnung überlagert. Optisches und akustisches Bild werden derart kalibriert, dass im Ergebnis der Kalibrierung das optische und das akustische Bild in Übereinstimmung gebracht sind. Insbesondere liegen nun die akustischen bzw. optischen Bilder der Schallquellen deckungsgleich übereinander. Aus der kalibrierten Überlagerung des optischen und akustischen Bildes wird nunmehr die relative Lage der optischen Kamera bezüglich der Mikrofone des Mikrofon-Arrays bestimmt. Vorzugsweise werden hierfür Verfahren der Photogrammetrie eingesetzt.With the aid of the optical images recorded in this way, it is now possible to determine the relative position of the at least one optical sensor with respect to the at least two microphones of the microphone array. For this purpose, an acoustic image is preferably generated from the measurements which were carried out for the determination of the relative position of the microphones of the microphone array. This acoustic image is now superimposed with the optical image of the measuring arrangement used for this purpose. Optical and acoustic images are calibrated such that, as a result of the calibration, the optical and acoustic images are matched. In particular, the acoustic or optical images of the sound sources are now congruent one above the other. From the calibrated superimposition of the optical and acoustic image, the relative position of the optical camera with respect to the microphones of the microphone array is now determined. Preferably, this method of photogrammetry are used.

Eine erfindungsgemäße Anordnung zur Bestimmung der relativen Lage von Mikrofonen zueinander umfasst mindestens eine Schallquelle und mindestens zwei Mikrofone. Darüber hinaus umfasst die Anordnung eine Datenverarbeitungseinrichtung, welche über Mittel zur Datenübertragung mit den mindestens zwei Mikrofonen und der mindestens einen Schallquelle verbunden ist. Die Anordnung ist erfindungsgemäß derart eingerichtet, dass die Schalllaufzeit zwischen der mindestens einen Schallquelle und den mindestens zwei Mikrofonen gemessen und aus den gemessenen Schalllaufzeiten die Entfernung zwischen den mindestens zwei Mikrofonen und der mindestens einen Schallquelle berechnet werden kann. Für diese Messungen wird diese mindestens eine Schallquelle an mindestens drei verschiedenen Positionen im Raum angeordnet. Vorzugsweise umfasst die Anordnung hierfür mindestens drei verschiedene Schallquellen, die an voneinander entfernten Positionen im Raum angeordnet sind. Aus den so ermittelten Entfernungen zwischen den mindestens zwei Mikrofonen und den an den mindestens drei verschiedenen Positionen angeordneten Schallquellen wird anschließend durch die erfindungsgemäß entsprechend eingerichtete Anordnung die relative Lage der Mikrofone zueinander bestimmt. Vorzugsweise werden zumindest Teile des Verfahrens zur Bestimmung der relativen Lage von Mikrofonen zueinander automatisch durchgeführt. Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn alle Verfahrensschritte automatisch ausgeführt werden.An inventive arrangement for determining the relative position of microphones to each other comprises at least one sound source and at least two microphones. In addition, the arrangement comprises a data processing device, which is connected via means for data transmission with the at least two microphones and the at least one sound source. According to the invention, the arrangement is set up in such a way that the sound propagation time between the at least one sound source and the at least two microphones is measured and the distance between the at least two microphones and the at least one sound source can be calculated from the measured sound propagation times. For these measurements, this at least one sound source is arranged at at least three different positions in space. Preferably, the arrangement for this purpose comprises at least three different sound sources, which are arranged at remote positions in space. From the distances thus determined between the at least two microphones and the sound sources arranged at the at least three different positions, the relative position of the microphones relative to one another is subsequently determined by the arrangement arranged correspondingly according to the invention. Preferably, at least parts of the method for determining the relative position of microphones relative to one another are automatically performed. It proves to be particularly advantageous if all method steps are carried out automatically.

Um die erfindungsgemäße Anordnung in einer optischen Kamera einsetzen zu können, umfasst die Anordnung in einer bevorzugten Ausführungsform weiterhin mindestens einen optischen Sensor. Mit Hilfe einer so ausgestalteten Anordnung können, vorzugsweise gleichzeitig, sowohl akustische als auch optische Bilder aufgenommen werden.In order to be able to use the arrangement according to the invention in an optical camera, the arrangement in a preferred embodiment furthermore comprises at least one optical sensor. With the help of such an arrangement, both acoustic and optical images can be recorded, preferably simultaneously.

Bei der Auswertung solcher akustischen und optischen Messungen werden in der Regel die aufgezeichneten optischen und akustischen Bilder so überlagert, dass die aufgenommenen Szenen zur Deckung gebracht werden. Um die Schallquellen in dem akustischen Bild deutlich darstellen zu können, werden spezielle Schallquellen, vorzugsweise Impulsschallquellen, eingesetzt. Für eine deutliche Darstellung in den optischen Bildern werden in einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung die verwendeten Schallquellen mit mindestens einer Lichtquelle kombiniert derart, dass die relative Lage der Schallquelle bezüglich der mindestens einen Lichtquelle, mit der sie kombiniert ist, bekannt ist. Beim Einsatz dieser mit mindestens einer Lichtquelle kombinierten Schallquelle sind in den optischen Bildern die Lichtquellen deutlich erkennbar. Aus der bekannten Lagebeziehung der Licht- und Schallquellen kann nunmehr leicht die Position der Schallquelle in dem optischen Bild bestimmt werden. Da nun die Positionen der Schallquellen sowohl im akustischen als auch im optischen Bild bekannt sind, lassen sich optisches und akustisches Bild leicht so überlagern, dass die jeweils aufgezeichneten Schallquellen in Übereinstimmung gebracht werden.In the evaluation of such acoustic and optical measurements are usually the recorded optical and acoustic images so superimposed that the recorded scenes are brought to coincidence. In order to clearly represent the sound sources in the acoustic image, special sound sources, preferably impulse sound sources, are used. For a clear representation in the optical images, in a preferred embodiment of the arrangement according to the invention, the sound sources used are combined with at least one light source such that the relative position of the sound source with respect to the at least one light source with which it is combined is known. When using this combined with at least one light source sound source in the optical images, the light sources are clearly visible. From the known positional relationship of the light and sound sources, it is now easy to determine the position of the sound source in the optical image. Since the positions of the sound sources in both the acoustic and the optical image are known, optical and acoustic images can easily be superimposed in such a way that the respectively recorded sound sources are brought into agreement.

Es soll an dieser Stelle noch einmal darauf hingewiesen werden, dass alle in der gesamten Beschreibung und in den Ansprüchen beschriebenen Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens auch bezüglich der erfindungsgemäßen Anordnung erfindungswesentlich sein können und umgekehrt.It should be pointed out again at this point that all described in the entire description and in the claims features of the method according to the invention can also be essential to the invention with respect to the inventive arrangement and vice versa.

Ein Computerprogramm zur Bestimmung der relativer Lage von Mikrofonen zueinander ermöglicht es einer Datenverarbeitungseinrichtung, nachdem es in den Speicher der Datenverarbeitungseinrichtung geladen worden ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen, wobei die Entfernung zwischen mindestens zwei Mikrofonen und mindestens einer Schallquelle durch Auswertung der Schallaufzeit zwischen den mindestens zwei Mikrofonen und der mindestens einen Schallquelle ermittelt wird, wobei die mindestens eine Schallquelle an mindestens drei verschiedenen Positionen angeordnet wird, und wobei durch Auswertung der ermittelten Entfernungen zwischen den mindestens zwei Mikrofonen und der mindestens einen Schallquelle die relativer Lage der Mikrofone zueinander bestimmt wird.A computer program for determining the relative position of microphones relative to one another enables a data processing device, after it has been loaded into the memory of the data processing device, to carry out a method according to one of claims 1 to 12, the distance between at least two microphones and at least one sound source being evaluated the sound transit time between the at least two microphones and the at least one sound source is determined, wherein the at least one sound source is arranged at at least three different positions, and wherein by evaluating the determined distances between the at least two microphones and the at least one sound source, the relative position of the microphones is determined to each other.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das erfindungsgemäße Computerprogramm modular aufgebaut ist, wobei einzelne Module auf verschiedenen Datenverarbeitungseinrichtungen installiert sind.In a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the computer program according to the invention is modular in construction, with individual modules being installed on different data processing devices.

Solche Computerprogramme können beispielsweise (gegen Gebühr oder unentgeltlich, frei zugänglich oder passwortgeschützt) downloadbar in einem Daten- oder Kommunikationsnetz bereitgestellt werden. Die so bereitgestellten Computerprogramme können dann durch ein Verfahren nutzbar gemacht werden, bei dem ein Computerprogramm nach Anspruch 20 aus einem elektronischen Datennetz, wie beispielsweise aus dem Internet, auf eine an das Datennetz angeschlossene Datenverarbeitungseinrichtung heruntergeladen wird.Such computer programs can be made available for download (for a fee or free of charge, freely accessible or password-protected) in a data or communication network, for example. The computer programs thus provided can then be made usable by a method in which a computer program according to claim 20 is downloaded from an electronic data network, such as for example from the Internet, to a data processing device connected to the data network.

Um das erfindungsgemäße Verfahren zur relativen Lagebeziehung von Mikrofonen zueinander durchzuführen, ist vorgesehen, ein computerlesbares Speichermedium einzusetzen, auf dem ein Programm gespeichert ist, das es einer Datenverarbeitungseinrichtung ermöglicht, nachdem es in den Speicher der Datenverarbeitungseinrichtung geladen worden ist, ein Verfahren zur Bestimmung der relativer Lage von Mikrofonen durchzuführen, wobei die Entfernung zwischen mindestens zwei Mikrofonen und mindestens einer Schallquelle durch Auswertung der Schallaufzeit zwischen den mindestens zwei Mikrofonen und der mindestens einen Schallquelle ermittelt wird, wobei die mindestens eine Schallquelle an mindestens drei verschiedenen Positionen angeordnet wird, und wobei durch Auswertung der ermittelten Entfernungen zwischen den mindestens zwei Mikrofonen und der mindestens einen Schallquelle die relativer Lage der Mikrofone zueinander bestimmt wird.In order to carry out the method according to the invention for the relative positional relationship of microphones with one another, it is provided to use a computer-readable storage medium on which a program is stored which, after having been loaded into the memory of the data processing device, enables a data processing device to determine a relative Location of microphones, wherein the distance between at least two microphones and at least one sound source is determined by evaluating the sound delay between the at least two microphones and the at least one sound source, wherein the at least one sound source is arranged at at least three different positions, and wherein by evaluation the determined distances between the at least two microphones and the at least one sound source, the relative position of the microphones is determined to each other.

Beim Einsatz der Erfindung entfällt vorteilhafterweise die aufwändige Werkskalibrierung sowohl der Mikrofon- als auch der Kamerakoordinaten.When using the invention advantageously eliminates the complex factory calibration of both the microphone and the camera coordinates.

Die Messergebnisse werden genauer, wenn die eingesetzten Mikrofon-Arrays mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vermessen wurden.The measurement results become more accurate when the microphone arrays used were measured by the method according to the invention.

Zukünftige Arraykonstruktionen können sich ausschließlich an der akustisch optimalen Anordnung der Mikrofone sowie der einfachen Handhabung orientieren. Genau bekannte und immer gleich bleibende Mikrofonkoordinaten sind nicht mehr notwendig. Faltbare Konstruktionen können trotz Leichtbauweise optimale akustische Ergebnisse liefern, wenn die relative Lagebeziehung der Mikrofone mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmt wurde.Future array designs can only be based on the acoustically optimal arrangement of the microphones and the ease of use. Exactly known and always consistent microphone coordinates are no longer necessary. Foldable constructions can provide optimal acoustic results despite lightweight design, when the relative positional relationship of the microphones was determined by the method according to the invention.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigtThe invention will be explained in more detail with reference to the figures of the drawing of an embodiment. It shows

1 beispielhafte Anordnung von zufällig gewählten Startpositionen für Mikrofone und Quellen beim Start der Arraykalibrierung. 1 exemplary arrangement of random microphone and source start positions at the start of the array calibration.

In der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung werden die Koordinaten der Mikrofone 101 eines Mikrofon-Arrays 100 und die Koordinaten von mindestens drei Impulsschallquellen 102 als unbekannte Punkte eingeführt. Die Schalllaufzeiten zwischen den Impulsschallquellen 102 und den Mikrofonen 101 können sehr genau bestimmt werden. Durch genaue Bestimmung der Schallgeschwindigkeit (die im wesentlichen abhängig ist von der Lufttemperatur) und erforderlichenfalls Eliminierung von weiteren Störfaktoren können die Entfernungen (Strecken 103) zwischen Impulsschallquellen 102 und Mikrofonen 101 hochgenau ermittelt werden. Bei einer genügenden Anzahl von Strecken 103 ergibt sich ein überbestimmtes Gleichungssystem, mit dem eine Ausgleichsrechnung durchgeführt werden kann.In the exemplary embodiment of the invention, the coordinates of the microphones become 101 a microphone array 100 and the coordinates of at least three impulse sound sources 102 introduced as unknown points. The sound propagation times between the impulse sound sources 102 and the microphones 101 can be determined very accurately. By accurately determining the speed of sound (the essentially dependent on the air temperature) and, if necessary, elimination of other interfering factors, the distances (stretches 103 ) between impulse sound sources 102 and microphones 101 be determined with high accuracy. With a sufficient number of routes 103 results in an over-determined system of equations, with which a compensation calculation can be carried out.

Durch eine Ausgleichsrechnung (auch als Ausgleichung eines Streckennetzes bekannt) ist eine relative Koordinatenbestimmung von mehreren Punkten möglich. Dabei ist eine Anzahl von Entfernungen (Strecken) zwischen verschiedenen, auch dreidimensional verteilten Punkten bekannt, die Koordinaten der Punkte sind jedoch unbekannt. Mit den Strecken wird ein (gegebenenfalls auch überbestimmtes) Gleichungssystem erstellt und gelöst. Als Ergebnis erhält man die relativen Koordinaten der Punkte zueinander. Ausgleichungsrechnung wird beispielsweise beschrieben in Grafarend, Schaffrin: Ausgleichungsrechnung in linearen Modellen; Wissenschaftsverlag, Mannheim, 1993, oder Höpcke, W.: Fehlerlehre und Ausgleichungsrechnung. Verlag de Gruyter, Berlin 1980.By a compensation calculation (also known as compensation of a route network), a relative coordinate determination of multiple points is possible. A number of distances (distances) between different, even three-dimensionally distributed points is known, but the coordinates of the points are unknown. With the routes a (possibly also overdetermined) system of equations is created and solved. The result is the relative coordinates of the points to each other. Adjustment calculation is described for example in Grafarend, Schaffrin: Adjustment calculation in linear models; Wissenschaftsverlag, Mannheim, 1993, or Höpcke, W .: Error theory and adjustment calculation. Publisher de Gruyter, Berlin 1980.

Ein beispielhafter Algorithmus für die numerische Lösung inklusive der Methode der Temperaturkompensation nach erfolgter Messung der Laufzeiten zwischen Quellen und Mikrofonen und nach Festlegung und mechanischer Vermessung einer oder mehrerer Referenzstrecken kann wie folgt realisiert sein:

1. Wähle für die bekannte Anzahl der Mikrofone (M) und die bekannte Anzahl der Quellen (Q) zufällige dreidimensional verteilte Startpositionen (im folgenden als Simulation bezeichnet);
2. Wähle eine Lufttemperatur (z. B. 20°C);
3. Errechne für diese Temperatur die Schallgeschwindigkeit;
4. Errechne mit dieser Schallgeschwindigkeit und den gemessenen Laufzeiten alle Strecken zwischen den Mikrofonen und den Quellen;
5. Errechne alle Strecken zwischen den Mikrofonen und den Quellen in der Simulation;
6. Errechne die Länge der Referenzstrecken in der Simulation;
7. Ermittle für alle Strecken den quadratischen Fehler zwischen gemessener und simulierter Strecke;
8. Gewichte den Fehler der Referenzstrecken deutlich höher (z. B. Faktor 10);
9. Addiere alle Fehlerquadrate;
10. Setzte Mikrofonindex m auf 0;
11. Verschiebe die Position von Mikrofon n in positiver X-Richtung um Schrittweite s (z. B. 1 cm);
12. Errechne die sich neu ergebenden Fehlerquadrate nach Punkt 6, 7, 8 und 9;
13. Wiederhole Schritt 11 und 12 solange, wie sich eine Verkleinerung der Summe der Fehlerquadrate gegenüber dem vorherigen Zustand ergibt; wenn sich bereits bei der ersten Verschiebung in positive X-Richtung eine Verschlechterung der Summe der Fehlerquadrate ergibt, verschiebe Mikrofon n in negativer X-Richtung um Schrittweite s (z. B. 1 cm);
14. Führe die Schritte 11 bis 13 für den Y-Vektor aus;
15. Führe die Schritte 11 bis 13 für den Z-Vektor aus;
16. Erhöhe m um 1 (nächstes Mikrofon);
17. Wiederhole Schritte 11 bis 16, bis m = M – 1;
18. Setze Quellenindex q auf 0;
19. Wiederhole Schritte 11 bis 17, aber mit der Quelle q statt mit Mikrofon m und solange, bis q = Q – 1;
20. Erhöhe die Lufttemperatur um DeltaT (z. B. 0,1°C);
21. Führe die Schritte 3 bis 9 aus;
22. Wiederhole die Schritte 20 bis 21 solange, wie sich eine Verkleinerung der Summe der Fehlerquadrate gegenüber dem vorherigen Zustand ergibt. Wenn sich bereits bei der ersten Erhöhung der Lufttemperatur eine Verschlechterung der Summe der Fehlerquadrate ergibt, erniedrige die Lufttemperatur jeweils um DeltaT;
23. halbiere Schrittweite s und DeltaT;
24. Wiederhole Schritt 10 bis 23 solange, bis sich keine Verkleinerung der Summe der Fehlerquadrate mehr erreichen lässt.

An exemplary algorithm for the numerical solution including the method of temperature compensation after measuring the transit times between sources and microphones and after fixing and mechanical measurement of one or more reference sections can be realized as follows:

1. For the known number of microphones (M) and the known number of sources (Q), select random three-dimensionally distributed starting positions (hereinafter referred to as simulation);
2. Choose an air temperature (eg 20 ° C);
3. Calculate the speed of sound for this temperature;
4. Calculate all distances between the microphones and the sources with this speed of sound and the measured transit times.
5. Calculate all distances between the microphones and the sources in the simulation;
6. Calculate the length of the reference sections in the simulation;
7. Determine the quadratic error between measured and simulated distance for all routes;
8. Weigh the error of the reference lines significantly higher (eg factor 10);
9. Add all error squares;
10. Set microphone index m to 0;
11. Move the position of microphone n in positive X direction by increments s (eg 1 cm);
12. Calculate the newly generated squares according to items 6, 7, 8 and 9;
13. Repeat steps 11 and 12 as long as there is a reduction in the sum of the squares of errors from the previous state; if the sum of the error squares already deteriorates in the first shift in the positive X direction, move microphone n in the negative X direction by increments s (eg 1 cm);
14. Perform steps 11 through 13 for the Y vector;
15. Perform steps 11 through 13 for the Z vector;
16. Increase m by 1 (next microphone);
17. Repeat steps 11 to 16 until m = M - 1;
18. Set source index q to 0;
19. Repeat steps 11 to 17, but with the source q instead of microphone m and until q = Q - 1;
20. Increase the air temperature by DeltaT (eg 0.1 ° C);
21. Perform steps 3 through 9;
22. Repeat steps 20 to 21 as long as there is a reduction in the sum of the squares of errors compared to the previous state. If the sum of the squares of the squares is already degraded at the first increase in the air temperature, the air temperature will decrease by ΔT;
23. halve increments s and delta T;
24. Repeat steps 10 to 23 until no reduction in the sum of the squares of the squares can be achieved.

Dem Fachmann ist dabei klar, dass die Zahlenangaben im beispielhaften Algorithmus in gewissem Rahmen frei wählbar sind, und er wird sie für das konkrete Mikrofon-Array angemessen wählen. Ebenso kann es sich bei der Schrittweite für die Parameteränderungen als vorteilhaft erweisen, andere Zahlenwerte oder Verhältnisse zu wählen, so kann in Schritt 23 Schrittweite s oder DeltaT auf andere Art verkleinert werden.It will be clear to those skilled in the art that the numbers in the exemplary algorithm are freely selectable to some extent, and will suitably select them for the particular microphone array. Likewise, it may be advantageous for the step size for the parameter changes to select other numerical values or ratios, so step size s or delta T can be reduced in another way in step 23.

Man erhält durch die Ausgleichsrechnung die relativen Koordinaten der Impulsschallquellen 102 und der Mikrofone 101. Zur Vereinfachung kann in der Praxis mit nur einer Impulsschallquelle 102 gearbeitet werden, mit der nacheinander aus verschiedenen Positionen Messungen durchgeführt werden. Bei mehr als drei Messungen wird das Gleichungssystem überbestimmt, es kann eine höhere Genauigkeit erreicht und eine Abschätzung des Restfehlers vorgenommen werden.The compensation calculation gives the relative coordinates of the impulse sound sources 102 and the microphones 101 , For simplicity, in practice, with only one impulse sound source 102 be worked, with the succession of different positions measurements are performed. If there are more than three measurements, the equation system is overdetermined, a higher accuracy can be achieved and an estimate of the residual error can be made.

Beim Einsatz von Mikrofon-Arrays 100 in akustischen Kameras muss auch die relative Lage der verwendeten optischen Kamera bezüglich der Mikrofone 101 des Mikrofon-Arrays 100 bekannt sein. Hierzu wird in einem zweiten Schritt die Kameraposition und die Kameraorientierung relativ zu den gerade ermittelten Mikrofonkoordinaten bestimmt Bei jeder Entfernungsmessung zwischen einer Impulsschallquelle 102 und den Mikrofonen 101 des Mikrofon-Arrays 100 speichert die integrierte optische Kamera ein optisches Bild. In die Impulsschallquelle 102 sind in einer beispielhaften Ausführungsform zwei helle Lichtquellen (z. B. superhelle LED) integriert, welche in gleichem Abstand zur Impulsschallquelle 102 angeordnet sind und mit der Impulsschallquelle 102 auf einer Geraden liegen, welche den Mittelpunkt der Impulsschallquelle 102 schneidet. Aus den durchgeführten akustischen Messungen zur Bestimmung der relativen Koordinaten der Mikrofone 101 und den daraus ermittelten Mikrofonkoordinaten werden akustische Bilder berechnet, in welchen die Impulsschallquellen 102 klar zu erkennen sind. Durch Übereinanderlegen der optischen und akustischen Bilder kann die Differenz zwischen der Position der im optischen Bild zu sehenden Impulsschallquelle 102 (Mitte zwischen den beiden im optischen Bild zu sehenden zwei helle Lichtquellen) und der Position der im akustischen Bild zu sehenden Impulsschallquelle 102 bestimmt werden. Mit den vorliegenden mindestens drei akustischen Messungen kann dann mit aus der Photogrammetrie bekannten Verfahren die Lage der optischen Kamera relativ zu den Mikrofonkoordinaten bestimmt werden. Nach erfolgreicher Kalibrierung stimmen optisches und akustisches Bild perfekt überein. Ein derartiges Verfahren zur Bestimmung der relativen Lagebeziehung der optischen Kamera bezüglich der Mikrofone eines Mikrofon-Arrays ist ausführlich in der Offenlegungsschrift DE 10 2005 037 841 A1 beschrieben.When using microphone arrays 100 In acoustic cameras must also be the relative position of the optical camera used with respect to the microphones 101 of the microphone array 100 be known. For this purpose, in a second step, the camera position and the camera orientation relative to the currently determined microphone coordinates is determined at each distance measurement between a pulse sound source 102 and the microphones 101 of the microphone array 100 The integrated optical camera stores an optical image. In the impulse sound source 102 In an exemplary embodiment, two bright light sources (eg super bright LED) are integrated, which are equidistant from the pulsed sound source 102 are arranged and with the impulse sound source 102 lie on a straight line which is the center of the impulse sound source 102 cuts. From the performed acoustic measurements to determine the relative coordinates of the microphones 101 and the microphone coordinates determined therefrom, acoustic images are calculated in which the impulse sound sources 102 are clearly visible. By superposing the optical and acoustic images, the difference between the position of the impulse sound source to be seen in the optical image 102 (Middle between the two bright light sources seen in the optical image) and the position of the impulse sound source seen in the acoustic image 102 be determined. With the present at least three acoustic measurements, the position of the optical camera relative to the microphone coordinates can then be determined by methods known from photogrammetry. After successful calibration, the visual and acoustic image are in perfect agreement. Such a method for determining the relative positional relationship of the optical camera with respect to the microphones of a microphone array is described in detail in the published patent application DE 10 2005 037 841 A1 described.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100: Mikrofon-ArrayMicrophone array
101101: Mikrofonmicrophone
102102: ImpulsschallquelleImpulse source
103103: Streckeroute

Claims

Method for determining the relative position of microphones using at least one sound source and at least two microphones, wherein the removal of the at least two microphones from the at least one sound source is determined by evaluating the sound propagation time between the at least one sound source and the at least two microphones, and wherein the at least one sound source is arranged at at least three different positions, characterized in that the at least three different positions of the at least one sound source are different from the microphone positions and from the determined distances between the at least two microphones and the at least one sound source by compensation calculation the relative Location of the microphones is determined to each other.

A method according to claim 1, characterized in that a sound source is arranged at at least three different positions.

A method according to claim 1, characterized in that at least three sound sources are arranged at at least three different positions.

A method according to claim 1, characterized in that at least one sound source is arranged at at least four different positions.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the relative position of the microphones is determined by compensation calculation.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the evaluation of the sound transit time comprises the evaluation of the air temperature and / or the elimination of disturbances.

A method according to claim 6, characterized in that the air temperature is determined by evaluating the sound transit time between two microphones whose decency is known.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that in addition the relative position of the sound sources is determined.

Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that in addition to the at least two microphones at least one optical sensor is arranged and at least the at least one sound source is detected by the at least one optical sensor.

Method according to claim 9, characterized in that the relative position of the at least one optical sensor with respect to the at least two microphones is determined by from measurements of signals of the at least one sound source, the measurements being carried out with the at least two microphones, generating an acoustic image, superimposing the acoustic image with an optical image of the optical sensor and evaluating the superimposition of the optical and acoustic image.

A method according to claim 9, characterized in that the evaluation of the superposition of the optical and acoustic image comprises methods of photogrammetry.

Method according to one of claims 1 to 11, characterized in that a calibration of the optical and acoustic image takes place such that as a result of the calibration optical and acoustic images are brought into agreement.

Method according to one of claims 1 to 12, characterized in that the at least one sound source is combined with at least one light source.

Arrangement for determining the relative position of microphones, the arrangement comprising at least one sound source, at least two microphones and at least one data processing device, characterized in that the arrangement is arranged such that a method for determining the relative position of microphones is feasible, wherein the distance of the at least two microphones from the at least one sound source is determined by evaluating the sound delay between the at least one sound source and the at least two microphones, wherein the at least one sound source is arranged at at least three different positions, the at least three different positions of the at least one sound source are different from the microphone positions and from the determined distances between the at least two microphones and the at least one sound source by compensation calculation, the relative position of the microphones is determined.

Arrangement according to claim 14, characterized in that at least three sound sources are arranged at at least three different positions

Arrangement according to Claim 14 or 15, characterized in that the at least two microphones are a microphone array.

Arrangement according to one of claims 14 to 16, characterized in that in addition to the at least two microphones, an optical sensor is arranged.

Arrangement according to one of claims 14 to 17, characterized in that the at least one sound source is combined with at least one light source.

Arrangement according to one of claims 16 to 18, characterized in that the microphone array comprises at least three microphones and at least two microphones are arranged at a known distance from each other.

Computer program that allows a data processing device, after it has been loaded into storage means of the data processing device to perform a method for determining the relative position of microphones, wherein at least one sound source and at least two microphones are used, and the distance of the at least two microphones from the at least one sound source is determined by evaluating the sound delay between the at least one sound source and the at least two microphones, wherein the at least one sound source is arranged at at least three different positions, the at least three different positions of the at least one sound source are different from the microphone positions and from the determined distances between the at least two microphones and the at least one sound source by compensation calculation, the relative position of the microphones is determined.

A computer-readable storage medium having stored thereon a program that allows a data processing device, after being loaded into storage means of the data processing device, to perform a method of determining the relative position of microphones, wherein at least one sound source and at least two microphones are used, and the distance of the at least two microphones from the at least one sound source is determined by evaluating the sound delay between the at least one sound source and the at least two microphones, wherein the at least one sound source is arranged at at least three different positions, the at least three different positions of the at least one sound source are different from the microphone positions and from the determined distances between the at least two microphones and the at least one sound source by compensation calculation, the relative position of the microphones is determined.

Method in which a computer program according to claim 20 is downloaded from an electronic data network, such as for example from the Internet, to a data processing device connected to the data network.