DE102008029352A1

DE102008029352A1 - Vorrichtung, Verfahren und Computerprogramm zum Lokalisieren einer Schallquelle

Info

Publication number: DE102008029352A1
Application number: DE102008029352A
Authority: DE
Inventors: Frank Dr. Klefenz; Thomas Dr. Sporer
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2008-06-20
Filing date: 2008-06-20
Publication date: 2009-12-31
Also published as: EP2304969B1; US8649529B2; WO2009153053A1; US20110110531A1; EP2304969A1

Abstract

Eine Vorrichtung zum Lokalisieren einer Schallquelle umfasst zumindest zwei drehbar angeordnete Mikrofone, einen Antrieb, der ausgelegt ist, um die Mikrofone in eine Drehbewegung zu versetzten, und einen Auswerter. Der Auswerter ist ausgelegt, um Mikrofon-Signale der zumindest zwei Mikrofone zu empfangen, während die zumindest zwei Mikrofone sich bewegen, und um unter Verwendung der während der Bewegung der Mikrofone erhaltenen Mikrofon-Signale eine Information über eine Richtung, aus der ein Schall von der Schallquelle eintrifft oder eine Information über eine Position der Schaltquelle zu erhalten.

Description

Hintergrund der Erfindung:
Ausführungsbeispiele der Erfindung beziehen sich auf eine Vorrichtung, ein Verfahren und ein Computerprogramm zum Lokalisieren einer Schallquelle. Einige Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen sich auf ein rotierendes Mikrofon-Feld (auch als Mikrofon-Array bezeichnet) beziehungsweise auf rotierende Mikrofonfelder. Einige Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen sich auf den Aufbau eines rotierenden Mikrofonfeldes.
Einige Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen sich auf ein Doppler-Mikrofon-Feld beziehungsweise auf Doppler-Mikrofon-Felder.
In vielen Fällen ist es wünschenswert, eine Position einer Schallquelle oder eine Richtung, aus der ein Schall kommt beziehungsweise eintrifft, festzustellen. Beispielsweise gibt es Systeme, bei denen es gewünscht ist, ein durch einen Schallsender markiertes Objekt zu lokalisieren. Je nach Anwendungsfall kann es wünschenswert sein, nur die Richtung, in der sich das Objekt befindet, oder sogar die genaue Position des Objekts zu erfassen. Unter Lokalisierung wird im Folgenden ganz allgemein die Bestimmung einer vollständigen oder teilweisen Positionsinformation (z. B. Richtungsinformation) im Hinblick auf eine Schallquelle verstanden.
Für die Lokalisierung einer Schallquelle gibt es eine Mehrzahl von herkömmlichen Konzepten. Beispielsweise können ein oder mehrere lineare Mikrofon-Felder eingesetzt werden. Bei Verwendung einer oder mehrerer linearer Mikrofon-Felder ist allerdings eine Richtungsgenauigkeit durch eine Länge des Feldes begrenzt. Für eine genaue Lokalisation sind somit beispielsweise sehr lange Felder nötig. Außerdem ist eine Genauigkeit einer Einzelmessung begrenzt, da beispielsweise das Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) begrenzt ist. Ferner besteht bei linearen Mikrofon-Feldern manchmal ein Problem im Hinblick auf eine Genauigkeit der Position beziehungsweise der Positionen der einzelnen Mikrofone. Für eine komplette 3-dimensionale Messung (3-D-Messung) werden herkömmlicherweise in vielen Fällen mehrere Felder benötigt. Bei einigen anderen herkömmlichen Anordnungen ist eine Drehung eines Feldes beziehungsweise Mikrofon-Feldes zwischen den Messungen nötig, was Probleme im Hinblick auf eine Genauigkeit und im Hinblick auf einen Zeitbedarf mit sich bringen kann.
Bei einigen weiteren herkömmlichen Konzepten wird ein einzelnes Mikrofon beziehungsweise werden einige wenige Mikrofone mit Schrittmotoren zwischen Messungen bewegt. Eine Richtungsgenauigkeit ist dabei in vielen Fällen durch eine Länge einer abgetasteten beziehungsweise „abgescannten” Fläche begrenzt. Für eine genaue Lokalisation sind somit bei einigen herkömmlichen Anordnungen sehr lange Felder nötig. Ferner ist eine Genauigkeit einer Einzelmessung bei einigen herkömmlichen Anordnungen begrenzt, beispielsweise aufgrund des begrenzten Signal-zu-Rausch-Verhältnisses.
Bei der Bewegung eines einzelnen oder weniger Mikrofone mit Schrittmotoren ergibt sich nicht selten das Problem der Genauigkeit der Position der Mikrofonpositionen. Probleme können sich beispielsweise aufgrund von Toleranzen des Schrittmotors oder aufgrund von Schwingungen des Aufbaus ergeben. Ferner ist der Aufbau einer Anordnung zur Bewegung eines einzelnen oder weniger Mikrofone mit Schrittmotoren ohne Reflexionen an Halterungen schwierig.
Einige weitere herkömmliche Anordnungen umfassen so genannte kreisförmige beziehungsweise zirkuläre Felder (auch als „zirkuläre Arrays” bezeichnet).
Bei manchen Anordnungen unter Verwendung kreisförmiger Felder ist eine Richtungsgenauigkeit durch einen Durchmesser des Feldes begrenzt. Bei einigen herkömmlichen Anordnungen sind für eine genaue Lokalisation sehr große Felder nötig. Ferner ist die Genauigkeit der Einzelmessungen beispielsweise durch das erzielbare Signal-zu-Rausch-Verhältnis begrenzt.
Bei einigen herkömmlichen Anordnungen unter Verwendung kreisförmiger Felder ergibt sich das Problem der Genauigkeit der Position der einzelnen Mikrofone. Ferner ist in manchen Fällen ein Aufbau ohne Reflexionen an Halterungen schwierig.
Bei einigen weiteren herkömmlichen Anordnungen erfolgt eine Drehung eines einzelnen oder weniger Mikrofone im Kreis mit einem Schrittmotor zwischen den Messungen. Eine Richtungsgenauigkeit ist dabei in manchen Fällen durch eine Länge einer umfahrenen Fläche begrenzt. Bei manchen derartigen Anordnungen ist für eine genaue Lokalisation ein sehr großer Durchmesser nötig. Ferner ist auch eine Genauigkeit der Einzelmessungen beispielsweise durch ein erzielbares Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) begrenzt. Bei manchen Anordnungen ergibt sich ferner ein Problem der Genauigkeit der Position der Mikrofon-Positionen. Probleme im Hinblick auf die Genauigkeit der Position können sich beispielsweise aus Toleranzen des Schrittmotors oder aus Schwingungen des Aufbaus ergeben, insbesondere bei Verwendung eines langen Mikrofonarms.
In Anbetracht der obigen Ausführungen ist ersichtlich, dass bei vielen herkömmlichen Anordnungen eine Richtungsgenauigkeit durch eine Größe der Anordnungen beschränkt ist.
Es besteht somit ein Bedarf für ein Konzept, das es ermöglicht, bei vorgegebenen Abmessungen einer Anordnung eine besonders aussagekräftige Information im Hinblick auf eine Position einer Schallquelle oder im Hinblick auf eine Richtung, aus der ein Schall eintrifft, zu erhalten.
Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung schaffen eine Vorrichtung zum Lokalisieren einer Schallquelle mit zumindest zwei drehbar angeordneten Mikrofonen. Die Vorrichtung umfasst ferner einen Antrieb, der ausgelegt ist, um die Mikrofone in eine Drehbewegung zu versetzen. Die Vorrichtung umfasst zudem einen Auswerter, der ausgelegt ist, um Mikrofon-Signale der zumindest zwei Mikrofone zu empfangen, während die zumindest zwei Mikrofone sich bewegen, und um unter Verwendung der während der Bewegung der Mikrofone erhaltenen Mikrofon-Signale eine Information über eine Richtung, aus der ein Schall von der Schallquelle eintrifft, oder eine Information über eine Position der Schallquelle zu erhalten.
Weitere Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung schaffen ein entsprechendes Verfahren und ein entsprechendes Computerprogramm.
Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung basieren auf der Erkenntnis, dass ein Mikrofon-Signal von einem drehbar angeordneten Mikrofon einen besonders hohen Informationsinhalt aufweist, wenn das Mikrofon-Signal erhalten wird, während das Mikrofon sich bewegt. Während nämlich ein Mikrofon-Signal, das von einem stationären Mikrofon aufgenommen wird, lediglich eine Information über eine Phase einer am Ort des Mikrofons vorhandenen Schallwelle aufweist, so trägt ein Mikrofon-Signal, das während der Bewegung des Mikrofons aufgezeichnet wurde, zusätzlich eine Information über eine Beziehung zwischen einer Bewegungsrichtung des Mikrofons und einer Ausbreitungsrichtung der Schallwellen. Diese zusätzliche Information entsteht im wesentlichen aufgrund einer Doppler-Frequenzverschiebung, wobei eine Größe der Doppler-Frequenzverschiebung sowohl von einem Betrag als auch von einer Richtung der Geschwindigkeit, mit der sich das Mikrofon bewegt, abhängig ist. Gerade im Verlauf einer Drehbewegung des Mikrofons kann eine besonders aussagekräftige Information erhalten werden, da sich im Laufe der Drehbewegung typischerweise eine Beziehung zwischen der Bewegungsrichtung des Mikrofons und der Ausbreitungsrichtung der Schallwellen verändert.
Somit ist zusammenfassend festzuhalten, dass ein Mikrofon-Signal, das während einer Drehbewegung eines Mikrofons aufgenommen wird, eine besonders aussagekräftige Information zur Bestimmung einer Information über eine Richtung, aus der ein Schall von einer Schallquelle eintrifft, oder eine besonders aussagekräftige Information über eine Position der Schallquelle trägt, beziehungsweise dass aus dem während der Drehbewegung empfangene Mikrofon-Signal in besonders aussagekräftiger Weise die Information über die Richtung, aus der der Schall eintrifft, oder die Information über die Position der Schallquelle, gewonnen werden kann.
Weitere Details im Hinblick auf das erfindungsgemäße Konzept sowie weitere Vorteile des Konzepts werden nachfolgend noch erläutert.
Kurze Beschreibung der Figuren:
Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Lokalisierung einer Schallquelle, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Lokalisierung einer Schallquelle, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3a eine schematische Darstellung von verschiedenen Positionen, an denen sich ein drehbares Mikrofon befinden kann, sowie eine Ausbreitung von Schallwellen;
3b eine grafische Darstellung einer Doppler-Frequenz-Verschiebung, einer Phasendifferenz zwischen zwei Mikrofonsignalen und einer Amplitude von zwei Mikrofonsignalen, in Abhängigkeit von einer Position entlang eines Weges;
4 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Lokalisieren einer Schallquelle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei sich die Schallquelle in einem Zentrum einer Drehbewegung befindet;
4b ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Lokalisieren einer Schallquelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei sich die Schallquelle abseits des Zentrums der Drehbewegung befindet;
5 eine schematische Darstellung eines Verlaufs einer Doppler-Verschiebung entlang eines Weges für zwei verschiedene Positionen der Schallquelle abseits des Zentrums der Drehbewegung;
6 eine schematische Darstellung eines Verlaufs einer Doppler-Frequenz-Verschiebung in Abhängigkeit von einem Weg, für den Fall, dass sich die Schallquelle abseits des Zentrums der Drehbewegung befindet, und für den Fall, dass sich die Schallquelle an dem Zentrum der Drehbewegung befindet;
7 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Lokalisieren einer Schallquelle, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
8 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Lokalisieren einer Schallquelle, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
9a bis 9g schematische Darstellungen von verschiedenen Möglichkeiten zur Anordnung von Mikrofonen, gemäß Ausführungsbeispiel der Erfindung;
10a bis 10c schematische Darstellungen von verschiedenen Möglichkeiten zur Anordnung von Mikrofonen, gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung;
11 eine schematische Darstellung einer Möglichkeit zur Anordnung von Mikrofonen, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
12 eine schematische Darstellung einer Möglichkeit zur Anordnung von Mikrofonen, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
13 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Lokalisieren einer Schallquelle, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
1 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Lokalisieren einer Schallquelle, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Vorrichtung gemäß der 1 ist in ihrer Gesamtheit mit 100 bezeichnet. Die Vorrichtung 100 umfasst zumindest zwei drehbar angeordnete Mikrofone 110, 112. Die Vorrichtung 100 umfasst ferner einen Antrieb 120, der ausgelegt ist, um die Mikrofone 110, 112 in eine Drehbewegung zu versetzen. Die Vorrichtung 100 umfasst zudem einen Auswerter 130, der ausgelegt ist, um Mikrofon-Signale 132, 134 der zumindest zwei Mikrofone 110, 112 zu empfan gen, während die zumindest zwei Mikrofone sich bewegen. Die Auswerteeinheit 130 ist ferner ausgelegt, um unter Verwendung der während der Bewegung der Mikrofone erhaltenen Mikrofon-Signale 132, 134 eine Information 136 über eine Richtung, aus der der Schall von der Schallquelle eintrifft, oder eine Information über eine Position der Schallquelle zu erhalten. Die Schallquelle ist in der 1 nicht gezeigt, da die Schallquelle natürlich nicht ein notwendiger Bestandteil der Einrichtung 100 ist.
Im Folgenden wird kurz die Funktionsweise der Vorrichtung 100 erläutert. Die Auswerteeinheit 130 der Vorrichtung 100 ist in der Lage, Mikrofon-Signale auszuwerten, die während der Bewegung der Mikrofone empfangen beziehungsweise aufgenommen oder abgetastet worden sind. Somit umfassen die Mikrofon-Signale 132, 134 die Auswirkungen einer Doppler-Verschiebung. Es hat sich gezeigt, dass eine Positionsbestimmung, basierend auf zwei oder mehr Mikrofon-Signalen, die aufgrund einer Drehbewegung eine Doppler-Frequenzverschiebung aufweisen, zu besonders guten Ergebnissen führt. Eine Dopplerverschiebung kann auf ganz verschiedene Weisen ausgewertet werden, beispielsweise durch Auswertung einer Phasenbeziehung zwischen zwei oder mehr Mikrofon-Signalen 132, 134, durch Auswertung einer Größe der Doppler-Frequenzverschiebung oder durch Auswertung eines zeitlichen Verlaufs der Doppler-Frequenzverschiebung. Ganz allgemein lässt sich somit sagen, dass sich eine besonders hohe Genauigkeit bei der Positionsbestimmung dadurch ergibt, dass nicht nur Mikrofon-Signale statischer Mikrofone aufgezeichnet werden, sondern dass vielmehr Mikrofon-Signale von bewegten Mikrofonen verwendet werden. Aufgrund der Drehbewegung der Mikrofone sind die Mikrofon-Signale besonders aussagekräftig und eignen sich besonders gut für die Positionsbestimmung, da die Charakteristika der Mikrofon-Signale, beispielsweise im Hinblick auf die darin auftretende Doppler-Verschiebung, besonders gut auswertbar sind.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ermöglicht die Berücksichtigung der durch die Drehbewegung entstehenden Doppler-Frequenzverschiebung, die sich aufgrund der Drehbewegung periodisch ändert, eine besonders präzise Positionsbestimmung basierend auf lediglich zwei Mikrofon-Signalen. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist es sogar möglich, basierend auf lediglich zwei Mikrofon-Signalen die Position, an der sich eine Schallquelle befindet oder zumindest eine Richtung, aus der ein Schall eintrifft, vollständig zu bestimmen, was mit herkömmlichen Anordnungen unter Verwendung lediglich zweier feststehender Mikrofone nicht oder nur schwer möglich ist. Insgesamt ist somit festzuhalten, dass die Vorrichtung 100 eine präzisere Lokalisierung als herkömmliche Vorrichtungen ermöglicht, da die beiden Mikrofon-Signale 132, 134 aufgrund der Drehbewegung der Mikrofone 110, 112 eine Doppler-Verschiebung aufweisen, die zusätzlich zu der reinen Phaseninformation der Mikrofon-Signale 132, 134 eine weitere Information über die Position der Schallquelle trägt.
Weitere Details werden im Folgenden Bezug nehmend auf die 2, 3a und 3b beschrieben.
2 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Lokalisierung einer Schallquelle, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Vorrichtung gemäß der 2 ist in ihrer Gesamtheit mit 200 bezeichnet.
Es sollte hier darauf hingewiesen werden, dass im Rahmen der vorliegenden Beschreibung gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleich wirkende Einrichtungen beziehungsweise einander entsprechende Signale bezeichnen.
Die Vorrichtung 200 umfasst ein erstes Mikrofon 110 sowie ein zweites Mikrofon 112. Die Mikrofone 110, 112 sind beweglich angeordnet und können beispielsweise durch einen in der 2 nicht gezeigten Antrieb in eine Drehbewegung versetzt werden. Die Vorrichtung 200 umfasst einen Auswer ter 230, der im wesentlichem dem Auswerter 130 der Vorrichtung 100 entspricht. Der Auswerter 230 ist ausgelegt, um ein erstes Mikrofon-Signal 132 von dem ersten Mikrofon 110 sowie ein zweites Mikrofon-Signal 134 von dem zweiten Mikrofon 112 zu empfangen. Die Mikrofon-Signale 132, 134 können beispielsweise einen Luftdruck am Ort der Mikrofone 110, 112 beschreiben, während die Mikrofone sich in der Drehbewegung befinden.
Der Auswerter 230 umfasst beispielsweise einen Informations-Extraktor 240, der ausgelegt ist, um eine Information aus den Mikrofon-Signalen 132, 134 zu extrahieren.
Der Informations-Extraktor 240 kann beispielsweise ausgelegt sein, um eine Information über eine Phasenbeziehung zwischen dem ersten Mikrofon-Signal 132 und dem zweiten Mikrofon-Signal 134 zu bestimmen. In anderen Worten, der Informations-Extraktor 240 kann einen Phasen-Beziehungs-Bestimmer aufweisen, der ausgelegt ist, um zu bestimmen, wie stark eine Phasenlage des ersten Mikrofon-Signals 132 gegenüber einer Phasenlage des zweiten Mikrofon-Signals 134 verschoben ist. Der Phasen-Beziehungs-Bestimmer kann beispielsweise ausgelegt sein, um zu bestimmen, wie stark Maxima, Minima oder Null Durchgänge der Mikrofon-Signale 132, 134 gegeneinander zeitlich verschoben sind.
Der Informations-Extraktor 240 kann ferner, alternativ oder zusätzlich einen Amplituden-Bestimmer aufweisen, der ausgelegt ist, um eine Amplitudenbeziehung zwischen dem ersten Mikrofon-Signal 132 und dem zweiten Mikrofon-Signal 134 auszuwerten. Der Amplituden-Beziehungs-Bestimmer kann beispielsweise bestimmen, ob eine Amplitude des ersten Mikrofon-Signals 132 kleiner als die Amplitude des zweiten Mikrofon-Signals 134, gleich der Amplitude des zweiten Mikrofon-Signals 134 oder größer als die Amplitude des zweiten Mikrofon-Signals 134 ist.
Der Informations-Extrator 240 kann ferner, alternativ oder zusätzlich, einen Doppler-Frequenzverschiebungs-Bestimmer aufweisen, der ausgelegt ist, um eine Frequenzverschiebung eines der Mikrofon-Signale zu erkennen und eine Information zu liefern, die die Frequenzverschiebung zumindest eines der Mikrofon-Signale 132, 134 beschreibt.
Somit ist insgesamt festzuhalten, dass aus den Mikrofon-Signalen 132, 134 (und gegebenenfalls aus zusätzlichen Mikrofon-Signalen, die nicht gezeigt sind) verschiedene Informationen extrahiert werden können. Beispielsweise kann unter Verwendung des Phasen-Beziehungs-Bestimmers oder des Doppler-Frequenzverschiebungs-Bestimmers ein Einfluss des Doppler-Effekts auf die Mikrofon-Signale 132, 134 ausgewertet werden. Eine Amplitudenbeziehung zwischen den Mikrofon-Signalen 132, 134 kann weiterhin bei einigen Ausführungsbeispielen zu einer Verbesserung der Präzision der Richtungsbestimmung oder Positionsbestimmung eingesetzt werden. Somit liefert der Informations-Extraktor 240 insgesamt eine Information 242, die auf einer Phasenbeziehung zwischen den Mikrofon-Signalen 132, 134 basiert (oder die diese Phasenbeziehung beschreibt), oder die eine Amplitudenbeziehung zwischen den Mikrofon-Signalen 132, 134 beschreibt (oder auf dieser basiert) oder die eine Doppler-Frequenzverschiebung zumindest eines der Mikrofon-Signale 132, 134 beschreibt. Die Information 242 kann aber auch eine Kombination von zwei oder mehr der oben genannten Informationen umfassen.
Der Auswerter 230 umfasst ferner einen Richtungs-Bestimmer 250. Der Richtungs-Bestimmer 250 kann ausgelegt sein, um basierend auf der durch den Informations-Extraktor 240 gelieferten Information 242 eine Richtungsinformation oder Positionsinformation 252 bereit zu stellen. Die Richtungsinformation oder Positionsinformation 252 kann beispielsweise eine Information darüber tragen, aus welcher Richtung ein Schallsignal von einer Schallquelle auf die Vorrichtung 200 eintrifft. Alternativ dazu kann die Positionsinformati on 252 auch eine Information über eine Position der Schallquelle tragen. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Positionsinformation beispielsweise einen Schätzwert im Hinblick auf einen Abstand zwischen der Schallquelle und der Vorrichtung 200 tragen.
Wie aus der 2 ersichtlich ist, können dabei Signale von verschiedenen Schallquellen bearbeitet werden, beziehungsweise es kann eine Lokalisierung von Schallquellen verschiedener Typen erfolgen. Beispielsweise kann die Vorrichtung 200 in Verbindung mit einer Schaltquelle verwendet werden, die ein breitbandiges Frequenzspektrum ausstrahlt. Eine derartige Schallquelle ist in der 2 beispielsweise mit 260 bezeichnet. Beispielsweise kann es sich bei der Schallquelle 260 um einen Menschen handeln, der spricht, singt, oder in anderer Weise Geräusche erzeugt, oder um einen Lautsprecher, der ein breitbandiges Audiosignal wiedergibt.
Alternativ (oder zusätzlich) kann es sich bei der Schallquelle um einen gezielt für die Positionsbestimmung eingesetzten Sender handeln, der beispielsweise ein schmalbandiges, beispielsweise näherungsweise sinusförmiges, Signal erzeugt. Ein derartiger Sender ist in der 2 mit 262 bezeichnet. Weiterhin kann, beispielsweise für eine Kalibrierung der Vorrichtung 200, eine Schallquelle bekannter Position oder zumindest bekannter Richtung eingesetzt werden. Eine derartige Schallquelle kann beispielsweise als Bake bezeichnet werden. Ein Beispiel einer Bake ist in der 2 mit 264 bezeichnet.
Details im Hinblick auf eine Auswertung der Mikrofon-Signale 132, 134 werden nachfolgend Bezug nehmend auf die 3a und 3b näher erläutert.
3a zeigt eine schematische Darstellung einer Ausbreitung einer Schallwelle sowie ferner eine schematische Darstellung einer Bewegung zweier Mikrofone M1, M2. Die sche matische Darstellung der 3a ist in ihrer Gesamtheit mit 300 bezeichnet. Die schematische Darstellung 300 zeigt das erste Mikrofon M1 in einer ersten Position 310. Weiterhin zeigt die schematische Darstellung 300 eine zweite Position 312 des ersten Mikrofons, eine dritte Position 314 des ersten Mikrofons, eine vierte Position 316 des ersten Mikrofons und eine fünfte Position des ersten Mikrofons, die mit der ersten Position 310 zusammenfällt. Im übrigen ist festzuhalten, dass bei einigen Ausführungsbeispielen das zweite Mikrofon M2 dem ersten Mikrofon M1 jeweils gegenüber liegt.
Die schematische Darstellung 300 zeigt ferner eine weitere Position 312a des ersten Mikrofons M1, die in dem Bewegungsablauf zwischen der ersten Position 310 und der zweiten Position 312 liegt. Ferner zeigt die schematische Darstellung 300 eine weitere Position 316a des ersten Mikrofons M1, die in einem Bewegungsablauf zwischen der dritten Position 314 und der vierten Position 316 liegt.
Eine Schallquelle 320 liegt beispielsweise außerhalb eines Bereichs, der von einem beispielsweise kreisförmigen Umlauf des ersten Mikrofons 312 umschlossen wird. Die Schallquelle 320 erzeugt eine Mehrzahl von Schall-Wellenfronten 330, 332, 334, die in der schematischen Darstellung 300 gezeigt sind.
Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass das erste Mikrofon M1 ausgehend von der ersten Position 310 eine Kreisbewegung (beispielsweise mit zumindest näherungsweise konstanter Winkelgeschwindigkeit) durchläuft, und somit nacheinander die zweite Position 312, die dritte Position 314, die vierte Position 316 und schließlich wieder die erste Position 310 erreicht. Somit vergrößert sich während der Bewegung des ersten Mikrofons von der ersten Position 310 zu der dritten Position 314 ein Abstand des ersten Mikrofons M1 von der Schallquelle 320 zunehmend. Das erste Mikrofon M1 bewegt sich also mit der Bewegung von der ersten Position 310 zu der dritten Position 314 von der Schallquelle weg. Bei der Bewegung von der dritten Position 314 zurück zu der ersten Position 310 (auch als fünfte Position bezeichnet) bewegt sich das erste Mikrofon M1 hingegen zu der Schallquelle 320 hin.
Im übrigen wird davon ausgegangen, dass sich das zweite Mikrofon ebenfalls entlang der gleichen Kreisbahn bewegt wie das erste Mikrofon M1, allerdings zeitlich versetzt beziehungsweise in einem bestimmten Winkel, z. B. 180 Grad, verschoben. Im Folgenden werden verschiedene Aspekte der Mikrofon-Signale der Mikrofone M1, M2 anhand der 3b beschrieben. Die 3b zeigt bei Bezugszeichen 350 eine grafische Darstellung eines zeitlichen Verlaufs einer Doppler-Frequenzverschiebung des durch das erste Mikrofon M1 gelieferten ersten Mikrofon-Signals. Eine Abszisse 352 beschreibt einen Weg, den das erste Mikrofon, z. B. ausgehend von der ersten Position 310, zurücklegt. Eine Ordinate 354 beschreibt hingegen eine Frequenz beziehungsweise eine Frequenzverschiebung. Dabei wird davon ausgegangen, dass die Schallquelle 320 ein Audiosignal beziehungsweise ein akustisches Signal einer Grundfrequenz f₀ aussendet. An der ersten Position 310 ist eine Auswirkung einer Doppler-Verschiebung minimal beziehungsweise sogar vernachlässigbar. Mit der Bewegung von der ersten Position 310 zu der zweiten Position 312 bewegt sich das erste Mikrofon von der Schallquelle 320 weg. Somit erfolgt eine Doppler-Verschiebung des Mikrofon-Signals derart, dass sich eine Frequenz des Mikrofon-Signals gegenüber der Grundfrequenz f₀ erniedrigt. An der zweiten Position 312 erreicht die Doppler-Verschiebung beispielsweise einen betragsmäßig maximalen Wert, so dass das Mikrofon-Signal des ersten Mikrofons M1 eine minimale Frequenz aufweist. Bei der Bewegung des ersten Mikrofons M1 von der zweiten Position 312 zu der dritten Position 314 hingegen nimmt der Betrag der Doppler-Verschiebung wieder ab, so dass eine Frequenzverschiebung des Mikrofon-Signals, bezogen auf die Grundfrequenz f₀ auf Null zurückgeht. Bei der Bewegung des ersten Mikrofons von der dritten Position zu der vierten Position bewegt sich das erste Mikrofon M1 auf die Schallquelle 320 zu, so dass eine Frequenz des Mikrofon-Signals gegenüber der Grundfrequenz f₀ erhöht ist. An der vierten Position 316 erreicht ein Betrag der Doppler-Verschiebung wiederum ein lokales Maximum. Anschließend nimmt die Doppler-Verschiebung bei einer Bewegung von der vierten Position 316 zu der ersten Position 310 hin wiederum ab, wie dies aus der grafischen Darstellung 350 ersichtlich ist.
Insofern kann beispielsweise durch eine Auswertung der Größe der Doppler-Verschiebung festgestellt werden, bei welcher Ausrichtung der Mikrofone (beziehungsweise zu welchem Zeitpunkt eines Bewegungsablaufs der Mikrofone) die Doppler-Verschiebung einen betragsmäßig maximalen, oder absolut maximalen oder minimalen Wert, erreicht. Geht man von einer gleichmäßigen beziehungsweise gleichförmigen Bewegung und ferner von einer Symmetrie der Anordnung aus, so kann man beispielsweise basierend auf einer Erkenntnis der zweiten Position 312 und der vierten Position 316 darauf schließen, in welcher Richtung sich die Schallquelle befindet. So ist beispielsweise erkennbar, dass die Schallquelle 320 sich beispielsweise in einer Ebene befindet, die senkrecht zu einer Verbindungslinie zwischen der zweiten Position 312 und der vierten Position 316 ist. Die ebene, in der sich die Schallquelle 320 befindet, liegt beispielsweise so, dass die zweite Position 312 und die vierte Position 316 Spiegelpunkte zueinander im Hinblick auf die Ebene als Symmetrieebene sind. Somit ist bereits basierend auf der Erkenntnis, bei welchen Positionen 312, 316 die Doppler-Frequenzverschiebung ein lokales Minimum oder ein lokales Maximum aufweist, eine Richtung der Schallquelle 320 bestimmbar.
Alternativ oder zusätzlich ermöglicht auch eine Auswertung der Positionen 310, 314, bei der die Doppler-Frequenzverschiebung einen Null-Durchgang aufweist, eine Ableitung einer Information über eine Richtung der Schall quelle 320. Ist beispielsweise durch eine Auswertung der Doppler-Frequenzverschiebung bekannt, dass die Doppler-Frequenzverschiebung an der Position 310 einen Null-Durchgang aufweist, so kann daraus gefolgert werden, dass eine von der Schallquelle 320 ausgehende Wellenfront an der ersten Position 310 tangential zu einer Bewegungsrichtung des ersten Mikrofons M1 an dem ersten Ort 310 ist. Daraus kann somit auf die Position der Schallquelle 320 geschlossen werden.
Bei einigen Ausführungsbeispiel kann im übrigen sowohl eine Position 310, 314, an der die Doppler-Frequenzverschiebung einen Null-Durchgang aufweist, als auch eine Position 312, 316, an der die Doppler-Frequenzverschiebung einen (lokalen oder globalen) Extremwert aufweist, ausgewertet werden, um auf die Position oder Richtung der Schallquelle 320 schließen zu können.
Neben einer direkten Auswertung der Doppler-Frequenzverschiebung ist es aber auch möglich, andere Eigenschaften der Mikrofon-Signale auszuwerten.
Bei Bezugszeichen 360 ist beispielsweise eine grafische Darstellung einer Phasendifferenz zwischen Mikrofon-Signalen des ersten Mikrofons M1 und des zweiten Mikrofons M2 dargestellt. Eine Abszisse 362 beschreibt wiederum eine Position des ersten Mikrofons. Ein Ordinate 364 beschreibt eine Phasendifferenz zwischen den Mikrofon-Signalen der Mikrofone M1 und M2. Befinden sich die beiden Mikrofone M1 und M2 an gegenüber liegenden Positionen, also beispielsweise symmetrisch zu einer Linie, die ein Zentrum der Kreisbewegung mit der Schallquelle verbindet, so liefern das erste Mikrofon M1 und das zweite Mikrofon M2 gleichphasige Signale. Befindet sich beispielsweise das erste Mikrofon M1 an der zweiten Position 312, und befindet sich gleichzeitig das zweite Mikrofon M2 an der vierten Position 316, so sind die bei dem ersten Mikrofon M1 und dem zweiten Mikrofon M2 eintreffenden Signale phasengleich. Eine Pha sendifferenz ist also gleich Null. Allerdings kann es noch weitere Rotationsstellungen der beiden Mikrofone geben, bei denen das Mikrofon-Signal von dem ersten Mikrofon M1 in Phase mit dem Mikrofon-Signal von dem zweiten Mikrofon M2 ist. Befindet sich beispielsweise das erste Mikrofon M1 an der Position 312a, und befindet sich gleichzeitig das zweite Mikrofon an der Position 316a, so können beispielsweise das Mikrofon-Signal des ersten Mikrofons M1 und das Mikrofon-Signal des zweiten Mikrofons M2 gleichphasig sein. Entsprechend kann eine Phasendifferenz Null sein. Auch dies ist aus der grafischen Darstellung bei Bezugszeichen 360 ersichtlich. Es gibt allerdings auch Ausführungsbeispiele, bei denen nur eine einzige Rotations-Stellung der Mikrofone M1, M2 auftritt, bei der die Mikrofon-Signale gleichphasig sind. Die Tatsache, ob Mehrdeutigkeiten diesbezüglich auftreten, hängt im wesentlichen ab von einer Relation zwischen einer Wellenlänge der Schallwelle, also einem Abstand zwischen zwei der Wellenfronten 330, 332, 334 und einem Durchmesser der Drehbewegung der Mikrofone M1, M2.
Sofern Mehrdeutigkeiten existieren, gibt es verschiedene Ansätze, diese zu beseitigen, beziehungsweise eindeutig darauf zu schließen, in welcher Rotationsstellung der Mikrofone M1, M2 die Ausrichtung derart ist, dass die Schallquelle gleichen Abstand von beiden Mikrofonen M1, M2 aufweist.
Eine grafische Darstellung bei Bezugszeichen 370 beschreibt eine Abhängigkeit der Amplituden der von den Mikrofonen M1, M2 gelieferten Mikrofon-Signale von einer Rotationsstellung der Mikrofone M1, M2. Eine Abszisse 372 beschreibt eine Position des ersten Mikrofons M1 beziehungsweise eine Rotationsstellung der Mikrofone M1, M2. Eine Ordinate 374 beschreibt eine Amplitude der Mikrofon-Signale des ersten Mikrofons M1 und des zweiten Mikrofons M2. In Anbetracht der Tatsache, dass eine Intensität eines Schallsignals quadratisch mit einer Entfernung von der Schallquelle abnimmt, ist die Amplitude eines Mikrofon-Signals üblicher weise umso stärker, je näher sich das Mikrofon, von dem das Mikrofon-Signal stammt, an der Schallquelle befindet. Der entsprechende Zusammenhang ist aus der grafischen Darstellung bei Bezugszeichen 370 ersichtlich. Allerdings sei darauf hingewiesen, dass die Amplitude natürlich nur relativ geringfügig variiert, wenn die Entfernung der Schallquelle zu den Mikrofonen M1, M2 wesentlich größer ist als ein Durchmesser einer Drehbewegung der Mikrofone M1, M2.
So ist eine Gleichheit der Amplituden aufgrund der üblichen Toleranzen zumindest für sich alleine genommen kein besonders gutes Maß dafür, wann zwei Mikrofone gleiche Entfernungen von einer Schaltquelle aufweisen.
Allerdings ist es bei einigen Ausführungsbeispielen vorteilhaft, mehrere Kriterien zu kombinieren, um zu entscheiden, wann ein Abstand zweier Mikrofone von einer Schallquelle gleich beziehungsweise näherungsweise gleich ist.
Beispielsweise kann ein Positions-Bestimmer ausgelegt sein, um eine entsprechende Ausrichtung zweiter Mikrofone M1, M2 dann zu erkennen, wenn einerseits die Phasendifferenz zwischen den Mikrofon-Signalen der beiden Mikrofone M1, M2 kleiner als ein vorgegebener Schwellwert ist (beziehungsweise in einem vorgegebenen Bereich liegt) und wenn andererseits zusätzlich ein Amplitudenunterschied zwischen den beiden Mikrofon-Signalen kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist (oder in einem vorgegebenen Bereich liegt). Basierend auf einer Erkennung einer derartigen Ausrichtung der Mikrofone M1, M2 kann beispielsweise eine Richtung, in der sich die Schallquelle 320 befindet, ermittelt werden. Beispielsweise kann ein Positions-Bestimmer erkennen, dass in einem Zustand, in dem sich das erste Mikrofon an der zweiten Position 312 befindet, und in dem sich gleichzeitig das zweite Mikrofon an der vierten Position 316 befindet, die Phasendifferenz ausreichend klein ist, und dass gleichzeitig auch die Differenz zwischen den Amplituden der von den Mikrofonen M1, M2 gelieferten Mikrofon- Signale ausreichend klein ist. Hingegen kann der Positions-Bestimmer erkennen, dass in eine Fall, in dem sich das erste Mikrofon an der Position 312a befindet, und in dem sich das zweite Mikrofon M2 an der Position 316a befindet, eine Differenz zwischen den Amplituden der Mikrofon-Signale größer als der vorgegebene Schwellwert ist. Dem entsprechend kann beispielsweise unter Verwendung einer Information über eine Phasenbeziehung (z. B. über eine Phasendifferenz zwischen den Mikrofon-Signalen) und einer Information über eine Amplitudenbeziehung (beispielsweise einer Information über eine Differenz der Amplituden) bestimmt werden, wann zwei Mikrofone M1, M2 so ausgerichtet sind, dass sie beispielsweise näherungsweise gleichen Abstand von der Schallquelle 320 aufweisen. In anderen Worten, aus so genannten „Nullpunkt-Durchgängen” in der Amplituden-/Phasenebene ist eine Lage der Schallquelle relativ zu den Mikrofonen bestimmbar.
Allerdings existieren abgesehen von der Auswertung der Amplituden der Mikrofon-Signale, die in manchen Fällen vergleichsweise unzuverlässig sein kann, noch weitere Möglichkeiten, die richtige Null-Stelle der Phasendifferenz zu identifizieren. Beispielsweise können die Informationen über die Phasendifferenz sowie die Informationen über die Dopplerverschiebung ausgewertet werden. So kann beispielsweise bestimmt werden, bei welcher Ausrichtung der Mikrofone die Dopplerverschiebung ein lokales Extremum aufweist. Dem entsprechend kann beispielsweise ermittelt werden, welcher der mehreren Null-Durchgänge der Phasendifferenz am nächsten bei derjenigen Ausrichtung der Mikrofone liegt, die zu einem Extremum der Doppler-Frequenzverschiebung führt.
Bezug nehmend auf die schematischen Darstellungen bei Bezugszeichen 350 und 360 ist beispielsweise ersichtlich, dass das lokale (beziehungsweise sogar globale) Minimum der Doppler-Frequenzverschiebung etwa (zumindest näherungsweise) bei der zweiten Position 312 des ersten Mikrofons M1 liegt. Dem entsprechend kann gefolgert werden, dass die Null-Stelle der Phasendifferenz bei der Position 312 des ersten Mikrofons, und nicht die Null-Stelle bei der Position 312a des ersten Mikrofons, die relevante Null-Stelle der Phasendifferenz darstellt.
Zusammenfassend ist somit festzuhalten, dass die Auswertung der Information im Hinblick auf die Doppler-Frequenzverschiebung der Mikrofon-Signale bei einigen Ausführungsbeispielen vorteilhafterweise dazu eingesetzt werden kann, um eine Präzision beziehungsweise Zuverlässigkeit einer Positionsbestimmung zu erhöhen. Beispielsweise kann die Auswertung der Doppler-Frequenzverschiebung eines oder mehrerer Mikrofon-Signale verwendet werden, um einen Rückschluss darauf zu ermöglichen, bei welcher Ausrichtung zwei Mikrofone einen näherungsweise gleichen Abstand von einer Schallquelle aufweisen. Die entsprechende Information über die genannte Ausrichtung kann dann zur Bestimmung einer Positionsinformation im Hinblick auf die Schallquelle verwendet werden.
Zusammenfassend ist festzuhalten, dass ganz verschiedene Möglichkeiten bestehen, welche der aus den Mikrofon-Signalen extrahierten beziehungsweise extrahierbaren Informationen für eine Positionsbestimmung verwendet werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann es ausreichend sein, nur die Information über die Doppler-Frequenzverschiebung auszuwerten. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann es ausreichend sein, nur die Information über die Phasendifferenz auszuwerten. Bei wieder anderen Ausführungsbeispielen kann es ausreichend sein, nur die Information über die Amplitude der Mikrofon-Signale auszuwerten. Allerdings ist es in vielen Fällen vorteilhaft, wie oben beschrieben, eine Kombination der genannten Informationen für die Positionsbestimmung heranzuziehen. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann es sogar wünschenswert sein, sowohl die Information über die Dopplerverschiebung als auch die Information über die Phasendifferenz als auch die Information über die Amplitude der Mikrofon-Signale für eine Positionsbestimmung heranzuziehen.
Während Bezug nehmend auf die 2, 3a und 3b im wesentlichen ein Fall beschrieben wurde, bei dem eine Schallquelle sich außerhalb einer durch die Drehbewegung der Mikrofone eingeschlossenen Fläche (beziehungsweise einer senkrechten Projektion der genannten Fläche) befindet, wird im Folgenden Bezug nehmend auf die 4a, 4b, 5 und 6 beschrieben, wie eine Auswertung in dem Fall erfolgen kann, in dem sich die Schallquelle in der durch die Drehbewegung der Mikrofone eingeschlossenen Fläche oder in einer senkrechten Projektion der durch die Drehbewegung eingeschlossenen Fläche befindet.
Die 4a und 4b zeigen eine derartige Anordnung 400, die der Anordnung 200 gemäß der 2 sehr ähnlich ist. Der Unterschied besteht in der Position der Schallquelle.
Die Vorrichtung 400 kann allerdings anstelle des Auswerters 230 einen Auswerter 430 aufweisen. Der Auswerter 430 kann beispielsweise einen Informations-Extraktor 440 aufweisen, der eine Information 242 liefert. Der Informations-Extraktor 440 kann beispielsweise dem Informations-Extraktor 240 ähnlich sein bzw. dessen Funktionalität aufweisen. Der Informations-Extraktor kann aber auch eine veränderte oder erweiterte Funktionalität aufweisen, wie im Folgenden noch erläutert wird. Der Auswerter 430 kann ferner einen Richtungs-Bestimmer oder Positions-Bestimmer 450 aufweisen, der ausgelegt ist, um basierend auf der durch den Informationsextraktur 440 extrahierten Information 242 eine Richtungsinformation oder Positionsinformation 252 zu liefern.
Der Richtungs-Bestimmer oder Positions-Bestimmer 450 kann bei einigen Ausführungsbeispielen von seiner Funktionalität her dem oben beschriebenen Richtungs-Bestimmer oder Positions-Bestimmer 250 entsprechen. Bei einigen anderen Ausfüh rungsbeispielen kann der Richtungs-Bestimmer oder Positions-Bestimmer 450 aber eine andere oder erweiterte Funktionalität aufweisen als der Richtungs-Bestimmer oder Positions-Bestimmer 250, wie im Folgenden ausgeführt wird.
In der 4a ist eine Anordnung gezeigt, bei der sich eine Schallquelle 420 beispielsweise an einem Zentrum der Drehbewegung der beiden Mikrofone M1, M2 befindet. Ähnliche Ergebnisse ergeben sich aber auch, wenn die Schallquelle sich beispielsweise senkrecht oberhalb oder senkrecht unterhalb des Zentrums der Drehbewegung der Mikrofone M1, M2 befindet, beispielsweise bezogen auf eine Ebene, in der die Drehbewegung der Mikrofone M1, M2 erfolgt.
Wird davon ausgegangen, dass die Schallquelle 420 beispielsweise ein näherungsweise sinusförmiges Schallsignal aussendet, so sind bei entsprechend gleichen Empfindlichkeiten der Mikrofone M1, M2 (von unerwünschten Reflexionen einmal abgesehen) die Mikrofon-Signale der beiden Mikrofone M1, M2 gleichphasig und weisen eine gleiche Amplitude auf, wie dies bei Bezugszeichen 460 gezeigt ist. 4b zeigt die Anordnung 400, wobei sich allerdings die Schallquelle abseits des Zentrums der Drehbewegung der Mikrofone M1, M2 befindet. Bei Bezugszeichen 470 sind beispielhaft die Mikrofon-Signale des ersten Mikrofons M1 und des zweiten Mikrofons M2 gezeigt.
Die grafischen Darstellungen bei den Bezugszeichen 460, 470 zeigen jeweils die Mikrofon-Signale der beiden Mikrofone M1, M2 als Funktion der Zeit. Während bei der Anordnung gemäß der 4a weder eine Phasenverschiebung zwischen den Mikrofon-Signalen der Mikrofone M1, M2 noch eine zeitliche Amplitudenvariation der Mikrofon-Signale der Mikrofone M1, M2 noch eine Doppler-Frequenzverschiebung der Mikrofon-Signale vorliegt, treten alle genannten drei Effekte bei der Anordnung gemäß der 4b auf.
Einerseits verändert sich beispielsweise ein Abstand zwischen der Schallquelle 420 und dem ersten Mikrofon M1 während einer Drehbewegung des ersten Mikrofons M1. Ferner weist die Drehbewegung beispielsweise des ersten Mikrofons M1 Abschnitte auf, während derer sich das erste Mikrofon M1 zu der Schallquelle 420 hin bewegt, und während der die Frequenz des Mikrofon-Signals des ersten Mikrofons M1 gegenüber der von der Schallquelle 420 ausgestrahlten Frequenz erhöht ist. Zudem treten Abschnitte der Drehbewegung des ersten Mikrofons M1 auf, während derer sich das erste Mikrofon M1 von der Schallquelle 420 weg bewegt, so dass die Frequenz des Mikrofon-Signals des ersten Mikrofons M1 im Vergleich zu einer Frequenz des durch die Schallquelle 420 ausgestrahlten Signals verringert ist. Im übrigen ergibt sich zusätzlich noch eine zeitlich veränderliche Phasenverschiebung zwischen den Mikrofon-Signalen der Mikrofone M1, M2. Ist beispielsweise der Abstand der beiden Mikrofone M1, M2 von der Schallquelle 420 näherungsweise gleich, so sind die Mikrofon-Signale der beiden Mikrofone M1, M2 in Phase. Der entsprechende Zustand ist beispielsweise in der schematischen Darstellung bei Bezugszeichen 472 gezeigt.
Im Folgenden werden Bezug nehmend auf die 5 und 6 verschiedene Zustände sowie die zugehörigen Charakteristika der Mikrofon-Signale beschrieben. Zusätzlich wird dargestellt, wie basierend auf den Mikrofon-Signalen eine Auswertung durch den Richtungs-Bestimmer oder Positions-Bestimmer 450 erfolgen kann.
5 zeigt bei Bezugszeichen 510 eine schematische Darstellung eines Weges eines Mikrofons, das sich beispielsweise entlang einer kreisförmigen Bahn um ein Zentrum 512 bewegt. Für die folgenden Erklärungen wird davon ausgegangen, dass das Mikrofon sich zunächst an einer ersten Position 520 befindet, und sich dann zu einer zweiten Position 522, zu einer dritten Position 524 und schließlich zu einer vierten Position 526 weiter bewegt. Ferner wird davon ausgegangen, dass das Mikrofon danach wieder zu der ersten Po sition 520 zurückkehrt, wobei der gesamte Bewegungsablauf im Rahmen einer kontinuierlichen Kreisbewegung erfolgen kann. Eine Schallquelle 530 kann sich beispielsweise in einem Abstand d1 von dem Zentrum 512 der Kreisbewegung des ersten Mikrofons M1 befinden.
Eine schematische Darstellung bei Bezugszeichen 540 beschreibt einen zeitigen Verlauf einer Frequenz des durch das Mikrofon gelieferten Mikrofon-Signals, wobei beispielsweise davon ausgegangen wird, dass die Schallquelle 530 ein sinusförmiges Signal einer Grundfrequenz f₀ aussendet. Beispielsweise kann eine Doppler-Frequenzverschiebung des Mikrofon-Signals in Bezug auf die Frequenz des von der Schallquelle 530 ausgesendeten Schallsignals vernachlässigbar sein, wenn sich das erste Mikrofon M1 an der ersten Position 520 befindet. Bewegt sich das erste Mikrofon M1 von der ersten Position 520 zu der dritten Position 524, so nähert es sich dabei der Schallquelle 530 immer mehr an. Es kommt also zu einer Erhöhung der Frequenz des ersten Mikrofon-Signals in Bezug auf die von der Schallquelle ausgesendete Frequenz. Die Frequenzverschiebung weist beispielsweise ein Maximum bei Bezugszeichen 542 auf. Bei der Bewegung des ersten Mikrofons von der dritten Position 524 zu der ersten Position 520 bewegt sich das erste Mikrofon M1 beispielsweise von der Schallquelle 530 weg (die Entfernung zwischen der Schallquelle 530 und dem ersten Mikrofon M1 vergrößert sich also). Folglich verringert sich die Frequenz des Mikrofon-Signals, wie dies in der schematischen Darstellung bei Bezugszeichen 540 gezeigt ist. Die Frequenz des ersten Mikrofon-Signals erreicht beispielsweise ein Minimum 544. Eine Zeitdauer zwischen dem Maximum 542 der Doppler-Frequenzverschiebung und dem Minimum 544 der Doppler-Frequenzverschiebung ist beispielsweise mit Δt1 bezeichnet. Die Zeitdauer Δt1 trägt beispielsweise eine Information über eine Position der Schallquelle 530. Zusätzlich trägt auch eine Amplitude der Frequenzverschiebung eine Information über die Position der Schallquelle.
Ferner ist festzuhalten, dass in einer Anordnung mit zwei Mikrofonen noch weitere Informationen ausgewertet werden können. Wird beispielsweise davon ausgegangen, dass eine Vorrichtung zur Lokalisierung der Schallquelle 530 zwei Mikrofone M1, M2 aufweist, die sich in Bezug auf das Zentrum 512 der Drehbewegung beispielsweise gegenüber liegen, so trägt auch eine Phasenverschiebung zwischen einem ersten Mikrofon-Signal von dem ersten Mikrofon M1 und einem zweiten Mikrofon-Signal von dem zweiten Mikrofon M2 eine Information über eine Position der Schallquelle 530. Ist beispielsweise ein Abstand zwischen der Schallquelle und dem ersten Mikrofon M1 gleich einem Abstand zwischen der Schallquelle 530 und dem zweiten Mikrofon M2, so ist eine Phasenverschiebung zwischen einem ersten Mikrofon-Signal, das von dem ersten Mikrofon M1 geliefert wird, und dem zweiten Mikrofon-Signal, das von dem zweiten Mikrofon M2 geliefert wird, zumindest näherungsweise gleich Null. Befindet sich beispielsweise das erste Mikrofon M1 an der zweiten Position 522, so kann davon ausgegangen werden, dass sich das zweite Mikrofon M2 an der vierten Position 526 befindet. In diesem Fall sind das erste Mikrofon M1 und das zweite Mikrofon M2 gleich weit von der Schallquelle 530 entfernt, und eine Phasenverschiebung zwischen den zugehörigen Mikrofon-Signalen ist beispielsweise gleich Null. Der entsprechende Sachverhalt ist beispielsweise in einer schematischen Darstellung bei Bezugszeichen 550 gezeigt.
Im übrigen ist festzuhalten, dass auch die Amplituden der Mikrofon-Signale mit der Position der Mikrofone M1, M2 entlang der Drehbewegung um das Zentrum 512 variieren. Dies ist in einer schematischen Darstellung bei Bezugszeichen 560 gezeigt. Sind das erste Mikrofon M1 und das zweite Mikrofon M2 gleich weit von der Schallquelle 530 entfernt, was beispielsweise dann der Fall ist, wenn sich das erste Mikrofon M1 an der zweiten Position 522 oder an der vierten Position 526 befindet, so sind die Amplituden der von den beiden Mikrofonen M1, M2 gelieferten Mikrofon-Signale beispielsweise näherungsweise gleich groß. Insofern kann auch eine Information über die Amplituden der Mikrofon-Signale M1, M2 ausgewertet werden, um eine Information über die Position der Schallquelle 530 zu erhalten.
Zur Veranschaulichung zeigt die 5 bei Bezugszeichen 570 eine grafische Darstellung einer Anordnung, bei der sich die Schallquelle 530 in einem anderen Abstand d2 von dem Zentrum 512 befindet als bei der bei Bezugszeichen 510 dargestellten Anordnung. In anderen Worten, d1 ≠ d2.
In einer schematischen Darstellung bei Bezugszeichen 580 ist ein zeitlicher Verlauf der Frequenz des von dem ersten Mikrofon bereitgestellten Mikrofon-Signals gezeigt. Die Frequenz des ersten Mikrofon-Signals weist ein Maximum 582 sowie ein Minimum 584 auf. Eine Zeitdauer Δt2 zwischen erstem Maximum 582 und zweitem Maximum 584 unterscheidet sich dabei von der Zeitdauer Δt1. In anderen Worten, bei ansonsten gleichen Rahmenbedingungen ist eine Zeitdauer zwischen einem Maximum und einem Minimum der Frequenz des ersten Mikrofon-Signals abhängig von der Position der Schallquelle 530. Eine entsprechende Abhängigkeit der Zeitdauer zwischen dem Maximum und dem Minimum der Frequenz des Mikrofon-Signals von dem Abstand zwischen der Schallquelle 530 und dem Zentrum 512 der Drehbewegung kann ohne weiteres aufgrund problemlos durchführbarer Berechnungen, Simulationen oder Messungen bestimmt werden. Insofern ist die Zeitdauer zwischen einem Maximum der Frequenz des Mikrofon-Signals und einem Minimum der Frequenz des Mikrofon-Signals ein Kriterium, anhand dessen eine Information über eine Position der Schallquelle 530 erhalten werden kann. Im übrigen ist auch die Amplitude der Frequenzveränderung des Mikrofon-Signals mit der Zeit beziehungsweise mit einer Veränderung der Position des Mikrofons M1 ein weiteres Kriterium, das bei einer Bestimmung der Position der Schallquelle 530 herangezogen werden kann.
Im Folgenden wird anhand der 6 noch ein weiterer Extremfall gezeigt. 6 zeigt bei Bezugszeichen 510 die Anordnung, wie sie bereits anhand der 5 beschrieben wurde. Bei Bezugszeichen 540 ist der zeitliche Verlauf der Frequenz des Mikrofon-Signals gezeigt, wie er bereits anhand der 5 beschrieben wurde.
Zudem zeigt die 6 bei Bezugszeichen 610 eine Anordnung, bei der sich die Schallquelle 530 an dem Ort des Zentrums der Drehbewegung des ersten Mikrofons M1 befindet. Eine schematische Darstellung bei Bezugszeichen 620 beschreibt eine Frequenz des Mikrofon-Signals des ersten Mikrofons M1 in Abhängigkeit von der Zeit beziehungsweise in Abhängigkeit von der Position des ersten Mikrofons M1. Wie aus der schematischen Darstellung 620 ersichtlich ist, bleibt die Frequenz des ersten Mikrofon-Signals zeitlich unverändert. Dies resultiert aus der Tatsache, dass bei der Anordnung gemäß der schematischen Darstellung 610 das erste Mikrofon M1 sich stets in gleichem Abstand von der Schallquelle 530 befindet. Insofern weist das erste Mikrofon-Signal die gleiche Frequenz auf wie das von der Schallquelle 530 abgestrahlte Schallsignal. Eine Amplitude der Doppler-Frequenzverschiebung ist also gleich Null.
Insofern ist also ersichtlich, dass die Amplitude der Doppler-Frequenzverschiebung eine Aussage im Hinblick auf eine Position der Schallquelle 530 liefert. Je näher die Schallquelle 530 bei dem Zentrum 512 der Drehbewegung ist, desto geringer ist die Amplitude der Doppler-Frequenzverschiebung, und umgekehrt.
Somit ist zusammenfassend festzuhalten, dass der Auswerter 430 ganz verschiedene Informationen aus den Mikrofon-Signalen 132, 134 extrahieren und einzeln oder gemeinsam zur Richtungsbestimmung oder Positionsbestimmung auswerten kann. Die Information über die Doppler-Frequenzverschiebung ist diesbezüglich als eine besonders wichtige Information anzusehen, da sowohl deren Amplitude als auch Details im Hinblick auf deren Zeitverlauf eine Information über die Position der Schallquelle tragen. Der Doppler- Frequenzverschiebungs-Bestimmer des Informations-Extraktors 440 kann beispielsweise ausgelegt sein, um die Amplitude der Dopplerverschiebung eines oder mehrerer der Mikrofon-Signale zu ermitteln und eine Information diesbezüglich bereitzustellen. Zudem kann der Doppler-Frequenzverschiebungs-Bestimmer ausgelegt sein, um dem Richtungs-Bestimmer oder Positions-Bestimmer 450 eine Information über einen zeitlichen Abstand zwischen zwei Extremwerten (z. B. zwischen einem Minimum und einem Maximum) der Doppler-Frequenzverschiebung bereit zu stellen. Alternativ oder zusätzlich kann der Doppler-Frequenzverschiebungs-Bestimmer auch ausgelegt sein, um eine Kurvenform der Doppler-Frequenzverschiebung auszuwerten, beispielsweise mit Mitteln der Mustererkennung beziehungsweise des Mustervergleichs. So kann der Doppler-Frequenzverschiebungs-Bestimmer beispielsweise eine Mehrzahl von Vergleichs-Frequenzverschiebungskurven aufweisen und ausgelegt sein, um einen aktuell gemessenen Zeitverlauf der Doppler-Frequenzverschiebung mit mehreren Vergleichs-Kurvenverläufen zu vergleichen, um zu bestimmen, welcher der Vergleichs-Kurvenverläufe dem aktuell gemessenen Zeitverlauf der Doppler-Frequenzverschiebung am ähnlichsten ist. Der Doppler-Frequenzverschiebungs-Bestimmer kann somit ausgelegt sein, um an den Richtungs-Bestimmer oder Positions-Bestimmer eine entsprechende Information zu liefern, um diesem somit eine Information für die Richtungsbestimmung oder Positionsbestimmung bereitzustellen. Die Vergleichs-Zeitverläufe können beispielsweise durch Vergleichsmessungen, Simulationen oder Berechnungen erhalten werden.
Der Positions-Bestimmer oder Richtungs-Bestimmer 450 kann im übrigen die durch den Informations-Extraktor 440 gelieferten Informationen, beispielsweise im Hinblick auf Zeitpunkte, zu denen eine Phasenverschiebung zwischen zwei Mikrofon-Signalen zu Null wird, im Hinblick auf Zeitpunkte, zu denen Amplituden von zwei Mikrofon-Signalen gleich sind, im Hinblick auf eine Amplitude einer Doppler-Frequenzverschiebung, oder im Hinblick auf einen zeitlichen Verlauf der Doppler-Frequenzverschiebung auswerten, um die Informationen 252 über die Position der Schallquelle oder über die Richtung, in der sich die Schallquelle befindet, zu erhalten. Der Richtungs-Bestimmer oder Positions-Bestimmer 450 kann dabei beispielsweise, aber nicht notwendigerweise, verschiedene der genannten Informationen kombinieren. Wie schon oben beschrieben, kann beispielsweise eine Information über die Doppler-Frequenzverschiebung verwendet werden, um zu entscheiden, bei welchem Null-Durchgang einer Phasenverschiebung zwischen den Mikrofon-Signalen der Mikrofone M1, M2 davon ausgegangen werden kann, dass die Mikrofone M1, M2 einen gleichen Abstand von der Schallquelle aufweisen. Basierend darauf, in welchem zeitlichen Abstand Extrema der Doppler-Frequenzverschiebung auftreten beziehungsweise darauf, wie groß die Amplitude der Doppler-Frequenzverschiebung ist, kann zusätzlich darauf geschlossen werden, wo entlang einer bestimmten Richtung sich die Schallquelle befindet. Der Richtungs-Bestimmer oder Positions-Bestimmer 450 kann beispielsweise ausgelegt sein, um eine erste Information (z. B. eine Information im Hinblick auf eine Phasenverschiebung zwischen zwei Mikrofon-Signalen) zu verwenden, um eine erste Eingrenzung im Hinblick auf eine Position der Schallquelle oder eine Richtung, von der der Schall eintrifft, zu bestimmen. Zudem kann der Richtungs-Bestimmer oder Positions-Bestimmer 450 eine zweite Information (z. B. eine Information im Hinblick auf eine Doppler-Frequenzverschiebung eines Mikrofon-Signals oder mehrerer Mikrofon-Signale) verwenden, um eine weitere Eingrenzung der Position der Schallquelle oder einer Richtung, aus der der Schall eintrifft, vorzunehmen. Weitere Informationen können optional verwendet werden, um die Position der Schallquelle noch genauer zu bestimmen beziehungsweise einzugrenzen. Beispielsweise kann der Positions-Bestimmer ausgelegt sein, um basierend auf einer Information über eine Null-Stelle einer Phasenverschiebung zwischen zwei Mikrofon-Signalen (bzw. über eine Ausrichtung der Mikrofone bei Vorliegen der Nullstelle) zu erkennen, dass sich die Schallquelle auf ver schiedenen zweidimensionalen Flächen im Raum befinden kann. Anhand einer Information, die beispielsweise angibt, wann eine Doppler-Frequenzverschiebung einen maximalen oder minimalen Wert aufweist, kann dann ermittelt werden, auf welcher der mehreren möglichen zweidimensionalen Flächen sich die Schallquelle befindet, indem beispielsweise Mehrdeutigkeiten im Hinblick auf Nullstellen der Phasenverschiebung eliminiert werden. Wird weiterhin beispielsweise eine Amplitude der Doppler-Frequenzverschiebung ausgewertet, so kann beispielsweise darauf geschlossen werden, in welcher Höhe oberhalb oder unterhalb einer Ebene, in der sich die Mikrofone bewegen, die Schallquelle sich befindet. Somit kann wiederum die Genauigkeit der Positionsbestimmung oder Richtungsbestimmung verbessert werden. Wird noch mehr Information ausgewertet, so kann schließlich bei einigen Ausführungsbeispielen die Position der Schallquelle, oder die Richtung, aus der der Schall eintrifft, auf eine einzige mögliche Position oder eine einzige mögliche Richtung eingegrenzt werden.
Es existieren also verschiedene Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung, die sich darin unterscheiden, welche Informationen aus den oben beschriebenen verschiedenen Informationen genau für eine Positionsbestimmung oder Richtungsbestimmung ausgewertet wird. Im übrigen unterscheiden sich die Ausführungsbeispiele darin, wie viel an Informationen verwendet wird, und wie genau die Position oder Richtung bestimmt wird. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann so viel Information vorhanden sein, dass die Position durch die zur Verfügung stehende Information sogar über-bestimmt wäre. In diesem Fall kann die hohe Menge an Information beispielsweise verwendet werden, um die Position der Schallquelle (oder die Richtung, aus der der Schall eintrifft) mit Hilfe von Verfahren zur Fehlerminimierung in besonders zuverlässiger Weise zu bestimmen.
Je nach den Anforderungen kann der Positions-Bestimmer oder Richtungs-Bestimmer 450 ausgelegt sein, um die Position der Schallquelle durch Berechnungen oder durch Vergleich der von den Informations-Extraktor gelieferten Informationen mit verschiedenen Vergleichsinformationen zu ermitteln.
Im Folgenden wird ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung Bezug nehmend auf die 7 beschrieben. 7 zeigt zu diesem Zweck ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Lokalisierung einer Schallquelle, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Vorrichtung gemäß der 7 ist in ihrer Gesamtheit mit 700 bezeichnet. Die Vorrichtung 700 umfasst eine Mikrofon-Anordnung 710 sowie einen Auswerter 720. Die Mikrofon-Anordnung 710 umfasst beispielsweise vier Mikrofone M1, M2, M3, M4, die beispielsweise angeordnet sind, um um ein Zentrum 712 einer Drehbewegung zu rotieren. Beispielsweise können die Mikrofone M1 bis M4 an einem kreuzförmigen Träger angeordnet sein, der um das Zentrum 712 rotiert. Allerdings sind auch andere Anordnungen möglich.
Die Vorrichtung 700 kann beispielsweise ausgelegt sein, um eine Position einer Schallquelle 730 zu bestimmen, oder um eine Richtung zu bestimmen, aus der ein Schallsignal von der Schallquelle 730 eintrifft. Die Schallquelle 730 kann beispielsweise durch einen akustischen Sender gebildet werden, der ein akustisches Signal mit einer vorbestimmten und bekannten Frequenz ausstrahlt.
Eine Bestimmung der Position des Senders 730, oder zumindest einer Richtung, in der sich der Sender 730 von einem Ort der Mikrofon-Anordnung 710 aus gesehen befindet, kann beispielsweise durch den Auswerter 720 basierend auf Mikrofon-Signale der Mikrofone M1 bis M4 erfolgen.
Im Folgenden werden Details im Hinblick auf die Vorgehensweise bei der Bestimmung der Position des Senders 730 oder der entsprechenden Richtung, aus der Schallsignale von dem Sender 730 eintreffen, beschrieben. Dabei wird davon ausgegangen, dass beispielsweise die Frequenz der von dem Sender 730 ausgesendeten Schallsignale bekannt ist. Gesucht ist beispielsweise eine Position des Senders 730. Die Position des Senders 730 kann beispielsweise durch drei Koordinaten x, y, z beschrieben werden. Ist aber beispielsweise eine der Koordinaten des Senders 730, beispielsweise eine z-Koordinate, bekannt, so kann die Position des Senders auch nur durch zwei unbekannte Koordinaten, beispielsweise x und y, beschrieben werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann es ausreichend sein, eine Richtung zu bestimmen, in der sich der Sender, beispielsweise von dem Ort der Mikrofon-Anordnung 710 aus gesehen, befindet. Je nachdem, ob weitere Informationen über die Position des Senders bekannt sind, kann diese Richtung durch eine Winkelkoordinate oder durch zwei Winkelkoordinaten beschrieben werden.
Bei einigen Ausführungsbeispielen können verschiedene Parameter der Mikrofon-Anordnung 710 unbekannt beziehungsweise nur mit geringer Genauigkeit bekannt sein. Dies kann beispielsweise vorkommen, wenn die Mikrofon-Anordnung 710 in besonders billiger Weise hergestellt ist, so dass größere Toleranzen auftreten können. Bei einigen Ausführungsbeispielen können z. B. ein oder mehrere der folgenden Parameter (zumindest vor deren indirekter Bestimmung unter Verwendung der Mikrofonsignale) unbekannt beziehungsweise nur mit unzureichender Genauigkeit bekannt sein:

– Abtastrate eines Empfängers, der die Mikrofon-Signale abtastet und in abgetasteter Weise dem Auswerter 720 zuführt, beziehungsweise eine Verarbeitungsrate oder Verarbeitungsgeschwindigkeit des Auswerters 720. In anderen Worten, es kann ganz allgemein gesprochen unbekannt sein, wie viele Abtastwerte eines Mikrofon-Signals pro Sekunde dem Auswerter 720 bereitgestellt werden, oder wie viele Abtastwerte der Auswerter 720 pro Sekunde verarbeiten kann. Im Folgenden wird dieser unbekannte Parameter ganz allgemein als „empfängersei tige Abtastrate” beziehungsweise „Abtastrate Empfänger” bezeichnet.
– eine Drehzahl eines Empfängers: Die Drehzahl, mit der sich die Mikrofone M1 bis M4 um den gemeinsamen Drehpunkt 712 drehen, kann beispielsweise unbekannt sein. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Drehzahl der Mikrofone durch eigens dafür vorgesehene Sensoren bestimmt werden. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann allerdings die Drehzahl der Mikrofone M1 bis M4 durch eine Auswertung der entsprechenden Mikrofon-Signale, beispielsweise in dem Auswerter 720, bestimmt werden, ohne dass weitere zusätzliche Drehzahlsensoren erforderlich sind.
– ein Abstand der Mikrofone von dem Zentrum beziehungsweise von dem gemeinsamen Drehpunkt 712: Bei einigen Ausführungsbeispielen kann beispielsweise eine Herstellungstoleranz der Mikrofon-Anordnung so groß sein, dass eine genaue Position der Mikrofone M1 bis M4 nicht bekannt ist. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist beispielsweise ein Abstand der Mikrofone M1 bis M4 von dem gemeinsamen Drehpunkt 712 nicht oder nicht genau bekannt. Anstelle einer genauen Vermessung durch mechanische Messvorrichtungen kann beispielsweise der Abstand der Mikrofone M1 bis M4 von dem gemeinsamen Drehpunkt 712 durch Auswertung der Mikrofon-Signale, beispielsweise in dem Auswerter 720 bestimmt werden.

Zusätzlich zu den genannten unbekannten Parametern der Anordnung 700 selbst kann im übrigen eine Schallgeschwindigkeit, also eine Geschwindigkeit, mit der sich Schallwellen ausbreiten, unbekannt sein. So variiert die Schallgeschwindigkeit beispielsweise in Abhängigkeit von einem Luftdruck und einer Temperatur. Anstelle einer separaten Messung der Schallgeschwindigkeit können die Mikrofon-Signale der Mik rofone M1 bis M4 ausgewertet werden, um die Schallgeschwindigkeit zu ermitteln.
Im Folgenden werden Details eines weiteren Ausführungsbeispiels beschrieben. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung rotieren vier Mikrofone M1 bis M4 als Kreuz um ein Zentrum 712. Ein Sender 730 sendet eine Frequenz. Die Vorrichtung 700 ermöglicht somit eine Ortung (beispielsweise eine Bestimmung einer Richtung) des Senders 730 aus den vier Mikrofon-Signalen der Mikrofone M1 bis M4.
Bei einigen Ausführungsbeispiel ist eine Frequenz des Senders (manchmal auch kurz mit P0 bezeichnet) bekannt. Eine Position einer oder mehrerer Schallquellen, die auch durch Koordinaten x0, y0 beschrieben werden kann, ist gesucht.
Bei einigen Ausführungsbeispielen sind verschiedene Parameter unbekannt, beispielsweise die folgenden Parameter:

P1:: Abtastrate Empfänger;
P2:: Drehzahl Empfänger;
P3:: Abstand der Mikrofone M1 bis M4 von dem Zentrum 712; und
P4:: Schallgeschwindigkeit.

Im Folgenden wird anhand der 8 beschrieben, wie die unbekannten Parameter P1 bis P4, beispielsweise basierend auf den Mikrofon-Signalen bestimmt werden können. In anderen Worten, anhand der 8 wird beschrieben, welche Rechnungen durchgeführt werden können, um die Parameter 21 bis P4 zu bestimmen.
Die Bestimmung der Parameter 21 bis 24, wie sie im Folgenden beschrieben wird, sowie die Bestimmung der Position der Schallquelle beziehungsweise der Richtung, aus der ein Schallsignal eintrifft, kann beispielsweise durch den Auswerter 720 erfolgen.
8 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen unbekannter Parameter sowie zum Bestimmen einer Information über eine Position (oder Richtung) einer Schallquelle. Das Verfahren gemäß der 8 ist in seiner Gesamtheit mit 800 bezeichnet. Das Verfahren 800 umfasst in einem ersten Schritt 810 ein Bestimmen einer Abtastrate, mit der ein oder mehrere Mikrofon-Signale abgetastet werden, basierend auf einer bekannten Frequenz des Schallsignals beziehungsweise Audiosignals und zumindest einem Mikrofon-Signal. Liegt beispielsweise eine abgetastete Version des Mikrofon-Signals von einem der Mikrofone M1 bis M4 vor, die durch Abtastung des Mikrofon-Signals mit einer unbekannten oder nicht genau bekannten Abtastrate erzeugt wurde, so kann die Abtastrate basierend darauf ermittelt werden. Es kann beispielsweise ausgewertet werden, wie viele Abtastwerte eine Periode des Audiosignals umfasst. Wird beispielsweise erkannt, dass eine Periode des Audiosignals durch n Abtastwerte dargestellt wird, so kann daraus gefolgert werden, dass eine Zeitdauer zwischen zwei Abtastungen ein n-tel einer Periodendauer des Audiosignals ist. Ist die Frequenz des Audiosignals und damit auch die Periodendauer des Audiosignals also bekannt, so kann also darauf geschlossen werden, wie groß ein zeitlicher Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Abtastwerten ist. Dem entsprechend kann die Abtastrate als das Inverse dieser Zeitdauer zwischen zwei aufeinander folgenden Abtastwerten ermittelt werden.
Somit ist festzuhalten, dass in dem Schritt 810 die Abtastrate, mit der eines oder mehrere der Mikrofon-Signale abgetastet werden, bestimmt werden kann. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Vorrichtung 700 mit sehr billigen Komponenten realisiert wird, die eine genaue Vorgabe der Abtastfrequenz nicht ermöglichen, oder wenn eine sehr hohe Präzision gefordert ist.
Das Verfahren 800 umfasst ferner in einem Schritt 820 ein Bestimmen einer Drehzahl, basierend auf einer Autokorrelation zumindest eines Mikrofon-Signals. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann nämlich erwartet werden, dass das Mikrofon-Signal sich nach einer vollen Umdrehung eines Mikrofons um den Drehpunkt 712 in identischer oder zumindest näherungsweise identischer Weise wiederholt. Wird davon ausgegangen, dass beispielsweise die Schallquelle über mehrere Umdrehungen eines Mikrofons M1 hinweg im wesentlichen unverändert bleibt, also weder ihre Position noch das ausgewählte Audiosignal sich wesentlich verändert, so kann durch eine Durchführung einer Autokorrelation des Mikrofon-Signals bestimmt werden, mit welcher Drehzahl das Mikrofon M1 rotiert. Bei der Berechnung einer Autokorrelationsfunktion wird, bildlich gesprochen, ein Maß dafür bestimmt, wie groß eine Übereinstimmung zwischen einem Mikrofon-Signal und einer zeitlich verschobenen Kopie des Mikrofon-Signals ist. Besteht eine ausreichend große Übereinstimmung zwischen dem Mikrofon-Signal und der zeitlich verschobenen Kopie des Mikrofon-Signals, so kann davon ausgegangen werden, dass das Mikrofon während eines Zeitrahmens, der gleich der zeitlichen Verschiebung ist, wieder an seine ursprüngliche Position zurückgekehrt ist. Somit kann durch die entsprechende Durchführung der Autokorrelationsfunktion die Drehzahl des Mikrofons bestimmt werden. Eine besonders hohe Zuverlässigkeit der Autokorrelationsfunktion ergibt sich beispielsweise dadurch, dass das Mikrofon-Signal empfangen wird, während sich das Mikrofon (beispielsweise kontinuierlich) bewegt. Die daraus resultierende Doppler-Frequenzverschiebung des Mikrofon-Signals führt dazu, dass die Autokorrelation des Mikrofon-Signals nur dann einen besonders großen Wert (z. B. größer als ein vorgegebener Schwellwert) annimmt, wenn sich das Mikrofon, dessen Mikrofon-Signal für die Berechnung der Autokorrelation verwendet wird, zu dem Zeitpunkt, zu dem die Autokorrelationsfunktion ausgewertet wird, um eine volle Umdrehung (oder um mehrere volle Umdrehungen) gegenüber einem Anfangszustand weiterge dreht hat. In anderen Worten, eine Autokorrelation bzw. Autokorrelationsfunktion eines Mikrofon-Signals weist periodische Korrelationsmaxima auf. Ein zeitlicher Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Korrelationsmaxima entspricht einer Periodendauer, während derer sich die Mikrofon-Anordnung einmal um 360 Grad gedreht hat.
Das Verfahren 800 umfasst ferner in einem Schritt 830 ein Bestimmen eines Abstandes der Mikrofone von einem Zentrum und einer Schallgeschwindigkeit, basierend auf einem Phasenversatz zweier Mikrofon-Signale und auf einer Größe einer Doppler-Frequenzverschiebung. Beispielsweise hängt ein Phasenversatz zwischen Signalen zweier Mikrofone, die in Linie mit der Schallquelle liegen, sowohl von dem Abstand der Mikrofone von dem Drehpunkt beziehungsweise Drehzentrum als auch von der Schallgeschwindigkeit ab. Geht man beispielsweise davon aus, dass zwei einander gegenüber liegende Mikrofone (beispielsweise das erste Mikrofon M1 und das dritte Mikrofon M3) Mikrofon-Signale mit einem maximalen Phasenversatz liefern, wenn die beiden genannten Mikrofone „in Linie” mit der Schallquelle liegen, so kann man diesen maximalen Phasenversatz bestimmen. Der maximale Phasenversatz gibt an, wie groß ein Abstand zwischen den genannten gegenüber liegenden Mikrofonen (z. B. Mikrofone M1, M3) im Vergleich zu der Wellenlänge ist. So gilt: Δφmax = 2πdM1-M3f/c,wobei Δφ_max einen maximalen Phasenversatz zwischen dem Mikrofon-Signal des ersten Mikrofons M1 und dem Mikrofon-Signal des dritten Mikrofons M3 bezeichnet, wobei d_M1-M3 einen Abstand zwischen dem ersten Mikrofon M1 und dem dritten Mikrofon M3 beschreibt, wobei f eine Frequenz des von der Schallquelle ausgesendeten Schallsignals beschreibt, und wobei c eine Schallgeschwindigkeit beschreibt. Geht man davon aus, dass die maximale Phasenverschiebung sowie die Frequenz f bekannt sind, so umfasst die genannte Gleichung zwei Unbekannte, nämlich den Abstand d_M1-M3 zweier gegenüberliegender Mikrofone und die Schallgeschwindigkeit c.
Ist ferner noch eine Amplitude einer Doppler-Frequenzverschiebung eines Mikrofon-Signals bekannt, so gilt: ΔfDoppler = ωdM1-M2/c.
Dabei bezeichnet Δf_Doppler eine Amplitude der Doppler-Frequenzverschiebung, und ω bezeichnet eine Kreisfrequenz der Drehbewegung der Mikrofone.
Basierend auf den beiden o. g. Gleichungen ist somit ein Verhältnis zwischen einem Abstand d_M1-M3/c zwischen einem Abstand zweier gegenüber liegender Mikrofone und der Schallgeschwindigkeit c in recht präziser Weise bestimmbar. Das genannte Verhältnis kann sowohl basieren auf dem Phasenversatz zwischen Signalen zweier Mikrofone in Linie mit der Schallquelle, als auch basieren auf der maximalen Doppler-Verschiebung eines Mikrofon-Signals bestimmt werden.
Zusammenfassend ist somit festzuhalten, dass basierend auf einer Kenntnis der Frequenz des von der Schallquelle ausgestrahlten Audiosignals eine Abtastrate des Empfängers (also eine Rate, mit der eines oder mehrere der Mikrofon-Signale abgetastet werden) ermittelt. werden kann. Basierend auf einer Autokorrelationsfunktion eines Mikrofon-Signals kann zudem eine Drehzahl der Mikrofon-Anordnung bestimmt werden. Ein Phasenversatz zwischen Signalen zweier Mikrofone in Linie mit der Schallquelle kann beispielsweise ausgewertet werden, um das Verhältnis d_M1-M3/c zu bestimmen. Dabei kann zusätzlich auch noch eine Amplitude einer Doppler-Frequenzverschiebung eines Mikrofon-Signals herangezogen werden, z. B. um Mehrdeutigkeiten zu eliminieren beziehungsweise aufzulösen.
Somit ist es bei einigen Ausführungsbeispielen möglich, basierend nur auf einer Kenntnis einer Frequenz des von der Schallquelle ausgesendeten Schallsignals wichtige Parameter der Mikrofon-Anordnung zu bestimmen.
Das Verfahren 800 umfasst ferner in einem vierten Schritt 840 ein Bestimmen eines Minimums einer Einhüllenden einer Differenz zwischen zwei Mikrofon-Signalen, um eine Richtung einer Schallquelle zu bestimmen.
Bezug nehmend auf die Anordnung 700 gemäß der 7 kann beispielsweise durch den Auswerter 720 eine Differenz zwischen einem Mikrofon-Signal zweier gegenüber liegender Mikrofone gebildet werden. Beispielsweise kann der Auswerter ausgelegt sein, um eine Differenz zwischen einem Mikrofon-Signal des ersten Mikrofons M1 und einem Mikrofon-Signal des dritten Mikrofons M3 zu bilden. Alternativ dazu kann der Auswerter auch ausgelegt sein, um eine Differenz zwischen dem Mikrofon-Signal des zweiten Mikrofons M2 und dem Mikrofon-Signal des vierten Mikrofons M4 zu bilden. Eine Einhüllende dieses Differenzsignals weist beispielsweise ein lokales Minimum auf, wenn zwei gegenüber liegende Mikrofone „in Linie” mit der Schallquelle liegen. Hingegen weist die Einhüllende des Differenzsignals bei einigen Ausführungsbeispielen ein lokales Maximum auf, wenn die beiden einander gegenüber liegenden Mikrofone M1, M3 (oder M2, M4) beide näherungsweise gleich weit von der Schallquelle entfernt sind. Dieser Effekt resultiert aus der Doppler-Frequenzverschiebung. Liegen nämlich die beiden gegenüber liegenden Mikrofone M1, M2 „in Linie” mit der Schallquelle, sind die Doppler-Frequenzverschiebungen minimal, und die bei den gegenüber liegenden Mikrofone M1, M3 eintreffenden Signale weisen eine maximale Ähnlichkeit auf. Sind die beiden gegenüber liegenden Mikrofone hingegen nicht „in Linie” mit der Schallquelle, führt die Doppler-Frequenzverschiebung dazu, dass das Signal von dem ersten Mikrofon M1 gegenüber dem Signal von dem gegenüber liegenden Mikrofon M3 frequenzverschoben ist. Dem entsprechend sind die Mikrofon-Signale von den beiden gegenüber liegenden Mikrofone M1, M3 zueinander nicht ausreichend ähnlich. Ein Differenzsignal zwischen den Mikrofon-Signalen der Mikrofone M1, M3 weist daher eine schnelle Oszillation auf, deren Ursache in der Doppler-Frequenzverschiebung zu sehen ist. Entsprechend weist die Einhüllende ein lokales Maximum auf.
Während also die Einhüllende des Differenzsignals ohne das Vorliegen der Doppler-Frequenzverschiebung ein lokales Minimum aufweisen würde, wenn beide gegenüber liegende Mikrofone näherungsweise gleich weit von der Schallquelle entfernt sind, so führt die Doppler-Frequenzverschiebung dazu, dass in diesem Zustand gerade ein lokales Maximum der Einhüllenden entsteht.
Aufgrund der Ausnutzung des Doppler-Effekts wird somit bewirkt, dass bei einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung eine zuverlässige Detektion einer Richtung, in der sich die Schallquelle befindet, ermöglicht wird. Während herkömmlicherweise nämlich beispielsweise Minima eines Differenzsignals zwischen Mikrofon-Signalen von gegenüber liegenden Mikrofonen sowohl dann auftreten, wenn die beiden gegenüber liegenden Mikrofone „in Linie” mit der Schallquelle angeordnet sind, als auch dann, wenn die beiden Mikrofone näherungsweise gleichen Abstand der Schallquelle aufweisen, so wird durch die Doppler-Frequenzverschiebung, die bei einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung ausgenutzt wird, bewirkt, dass das Differenzsignal ein Maximum aufweist, wenn die beiden Mikrofone näherungsweise gleich weit von der Schallquelle entfernt sind.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist das erfindungsgemäße Konzept auch dann anwendbar, wenn die Schallquelle kein schmalbandiges Signal ausstrahlt, sondern vielmehr ein breitbandiges Signal. Auch bei der Ausstrahlung eines breitbandigen Signals ergibt sich nämlich ein lokales Minimum einer Einhüllenden des Differenzsignals zweier gegen über liegender Mikrofone, wenn sich die zwei gegenüber liegenden Mikrofone „in Linie” mit der Schallquelle befinden. Andererseits ist bei einigen Ausführungsbeispielen aber auch der Einsatz einer Schallquelle, die ein schmalbandiges Signal, also beispielsweise ein näherungsweise sinusförmiges Signal ausstrahlt, möglich. Somit eignen sich Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung für den Einsatz in Verbindung mit einer Vielzahl von möglichen Schallquellen.
Im übrigen sei noch darauf hingewiesen, dass es bei einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung ausreichend ist, zwei Mikrofone anstelle von vier Mikrofonen zu verwenden. Werden vier Mikrofone eingesetzt, so ist es beispielsweise möglich, eine besonders hohe Präzision zu erzielen, indem beispielsweise unter Verwendung von zwei Mikrofon-Signalen von zwei gegenüber liegenden Mikrofonen eine erste Positionsbestimmung durchgeführt wird, und indem ferner unter Verwendung von Mikrofon-Signalen von zwei weiteren gegenüber liegenden Mikrofonen eine zweite Positionsbestimmung durchgeführt wird. Das Ergebnis der ersten Positionsbestimmung kann dann mit einem Ergebnis der zweiten Positionsbestimmung kombiniert werden, um beispielsweise eine Minimierung eines Fehlers zu bewirken.
Im Folgenden werden Bezug nehmend auf die 9a bis 9g, 11 und 12 verschiedene Anordnungen von Mikrofonen beschrieben. Zu diesem Zweck zeigen die 9a bis 9g schematische Darstellungen von Anordnungen von zwei oder mehr Mikrofonen.
9a zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Anordnung 910. Ein erstes Mikrofon M1 und ein zweites Mikrofon M2 sind beispielsweise gegenüber liegend an einer Oberfläche einer Kugel 912 angeordnet. Die beiden Mikrofone können beispielsweise auf der Oberfläche der Kugel angebracht sein. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel können die Mikrofone aber auch in die Kugel 912 eingebracht sein.
9b zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Anordnung 920. Zwei oder mehr Mikrofone M1 bis M4 sind beispielsweise an einer Scheibe angeordnet. Beispielsweise können zwei Mikrofone M1, M3 gegenüber liegend, bezogen auf einen Mittelpunkt der Scheibe 922, angeordnet sein. Zwei weitere Mikrofone M2, M4 können ebenso gegenüber liegend, bezogen auf den Mittelpunkt der Scheibe 922, angeordnet sein. Die Mikrofone können beispielsweise auf der Oberfläche der Scheibe angebracht sein. Beispielsweise können alle Mikrofone M1 bis M4 auf einer oberen oder unteren Oberfläche der Scheibe angebracht sein. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel können alle Mikrofone M1 bis M4 auf einer seitlichen Oberfläche der Scheibe 922 angeordnet sein. Bei weiteren Ausführungsbeispielen können die Mikrofone M1 bis M4 in die Scheibe 922 eingelassen sein.
9c zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Anordnung 930 von Mikrofonen. Die Anordnung 930 umfasst einen sternförmigen Träger 932, der eine Mehrzahl von „Spitzen” aufweist. Zwei oder mehr Mikrofone M1 bis M4 sind beispielsweise an den verschiedenen „Spitzen” des sternförmigen Trägers 932 angeordnet. Je zwei der Mikrofone können sich beispielsweise bezogen auf ein Zentrum des sternförmigen Trägers 930 gegenüber liegen. Die Mikrofone können wiederum alle auf einer gleichen Haupt-Oberfläche des sternförmigen Trägers 932 angeordnet sein. Die Mikrofone M1 bis M4 können aber auch in verschiedene Richtungen, beispielsweise von dem Zentrum des sternförmigen Trägers 932 weg, orientiert sein. Die Mikrofone M1 bis M4 können auf der Oberfläche des sternförmigen Trägers 932 angeordnet sein oder in dem sternförmigen Träger 932 eingelassen sein.
9d zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Anordnung der Mikrofone M1 bis M4. Beispielsweise können die Mikrofone in oder an einem drehbar gelagerten Ring 942 angebracht sein, wie dies in 9d gezeigt ist. Die Mikrofone können alle auf einer gemeinsamen Haupt-Oberfläche des Ringes 940 angeordnet sein und dabei in die gleiche Richtung orientiert sein. Die Mikrofone können aber auch auf einer Oberfläche des Ringes angeordnet sein, um alle in unterschiedliche Richtungen zu weisen.
9e zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung 950 von Mikrofonen in oder auf einem kreuzförmigen Träger 952. Im Hinblick auf die Möglichkeiten zur Anordnung der Mikrofone wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.
Die 9f zeigt eine Anordnung 960 von Mikrofonen an einem Gyroskop 962. Das Gyroskop 962 kann beispielsweise ausgelegt sein, um eine Information über Drehungen, beispielsweise mit vergleichsweise hoher Präzision, zu erfassen. Die Mikrofone M1 bis M4 können beispielsweise an der Oberfläche des Gyroskops 962 angebracht sein. Die Mikrofone M1 bis M4 können aber auch in Ausnehmungen des Gyroskops 962 eingelassen sein. Selbstverständlich können die Mikrofone M1 bis M4 aber auch beabstandet von dem Gyroskop 962, aber verbunden mit dem Gyroskop 962, angeordnet sein. Ein entsprechender Auswerter kann beispielsweise eine von dem Gyroskop 962 gelieferte Positionsinformation, die die Lage beziehungsweise Orientierung der Mikrofone M1 bis M4 beispielsweise mit vergleichsweise hoher Genauigkeit beschreibt, auswerten. Der entsprechende Auswerter kann also die von dem Gyroskop 962 gelieferte Lageinformation beziehungsweise Positionsinformation im Hinblick auf die Mikrofone M1 bis M4 mit den von den Mikrofonen M1 bis M4 gelieferten Mikrofon-Signalen (beziehungsweise der daraus extrahierten Information) kombinieren, um so die Position der Schallquelle, oder eine Richtung, aus der der Schall eintrifft, zu bestimmen.
9g zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Anordnung 970 von Mikrofonen. Die Anordnung 970 umfasst einen Zylinder 972, an dem die Mikrofone, beispielsweise Mikrofone M1 bis M4, angeordnet sind. Die Mikrofone M1 bis M4 können beispielsweise entlang einer Kreislinie an dem Mantel des Zylinders 972 angeordnet sein. Die Mikrofone können beispielsweise auf einer Oberfläche des Zylinders 972 angeordnet sein, in dem Zylinder 972 eingelassen sein oder, beispielsweise durch Abstandshalter getragen, von dem Mantel des Zylinders 972 beabstandet sein.
Im Folgenden werden anhand der 10a bis 10c verschiedene Orientierungen der Mikrofone beschrieben. Die 10a bis 10c zeigen schematische Darstellungen von verschiedenen Orientierungen von Mikrofonen gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung.
10a zeigt eine erste Anordnung 1010 der Mikrofone. Die Mikrofone M1 bis M4 können beispielsweise um einen Drehpunkt 1012 herum angeordnet sein. Bei der Anordnung 1010 können die Mikrofone M1 bis M4 beispielsweise so angeordnet sein, dass Hauptempfindlichkeitsrichtungen 1020, 1022, 1024, 1026 der Mikrofone von dem Drehpunkt 1012 wegweisen. Vollführen die Mikrofone M1 bis M4 eine Drehbewegung um den Drehpunkt 1010, so sind beispielsweise die Hauptempfindlichkeitsrichtungen der Mikrofone M1 bis M4 im wesentlichen senkrecht zu der Bewegungsrichtung der Mikrofone M1 bis M4.
10b zeigt eine weitere Anordnung 1030 von Mikrofonen. Die Mikrofone M1 bis M4 sind wiederum beispielsweise um einen Drehpunkt 1032 herum angeordnet. Hauptempfindlichkeitsrichtungen 1040 bis 1046 der Mikrofone M1 bis M4 sind beispielsweise zumindest näherungsweise tangential zu einer Bewegungsrichtung der Mikrofone M1 bis M4 orientiert. Vollziehen die Mikrofone M1 bis M4 somit eine Drehbewegung, so entsprechen die Hauptempfindlichkeitsrichtungen der Mikrofone M1 bis M4 beispielsweise der lokalen Bewegungsrichtung der Mikrofone M1 bis M4, oder sind dieser lokalen Bewegungsrichtung entgegen gesetzt.
10c zeigt eine weitere Anordnung 1050 von Mikrofonen M1 bis M4. Die Mikrofone M1 bis M4 sind beispielsweise angeordnet, um eine Drehbewegung um einen Drehpunkt 1052 zu vollziehen. Die Mikrofone M1 bis M4 bewegen sich im Rahmen dieser Drehbewegung beispielsweise in einer gemeinsamen Ebene. Hauptempfindlichkeitsrichtungen 1060 bis 1066 der Mikrofone M1 bis M4 sind beispielsweise im wesentlichen senkrecht zu der Ebene, in der die Drehbewegung stattfindet, ausgerichtet.
Die 11 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung von Mikrofonen. Die Anordnung gemäß der 11 ist in ihrer Gesamtheit mit 1100 bezeichnet. Die Anordnung gemäß der 11 umfasst beispielsweise die Mikrofone M1 bis M4, die an einem kreuzförmigen Träger angeordnet sind. Der Träger, der die Mikrofone M1 bis M4 trägt, ist bevorzugt drehbar gelagert. Somit können die Mikrofone M1 bis M4 beispielsweise eine Drehbewegung um einen gemeinsamen Drehpunkt beziehungsweise um ein gemeinsames Drehzentrum ausführen. Benachbart zu dem gemeinsamen Drehpunkt (oder unmittelbar an dem gemeinsamen Drehpunkt) ist beispielsweise ein optionales weiteres Mikrofon M5 angeordnet. Das Mikrofon M5 kann beispielsweise so angeordnet sein, dass das Mikrofon M5 im wesentlichen stationär ist oder sich bei Drehung der Mikrofone M1 bis M4 mit einer langsameren Geschwindigkeit bewegt als die Mikrofone M1 bis M4. Das Mikrofon M5 kann beispielsweise ein weiteres Mikrofon-Signal liefern, das für die Auswertung der Mikrofonsignale von den Mikrofonen M1 bis M4 einsetzbar ist.
Die Anordnung 1100 gemäß der 11 kann im übrigen optional (beispielsweise zusätzlich zu dem Mikrofon M5, oder anstelle des Mikrofons M5) ein weiteres Mikrofon M6 haben. Das Mikrofon M6 kann beispielsweise oberhalb oder unterhalb (beziehungsweise auf der einen Seite oder auf der anderen Seite) einer Ebene angeordnet sein, in der die Mikrofone M1 bis M4 eine Rotationsbewegung ausführen. Befindet sich somit beispielsweise eine Schallquelle oberhalb oder unterhalb der Ebene, in der die Mikrofone M1 bis M4 Ihre Drehbewegung ausführen, so entsteht allein schon durch die Lage des Mikrofons M6 eine Phasenverschiebung zwischen dem Mik rofon-Signal des Mikrofons M6 und den Mikrofonsignalen der Mikrofone M1 bis M4. Somit kann ein Auswerter beispielsweise durch Vergleich von Phasenlage des Mikrofon-Signals von dem Mikrofon M6 und zumindest eines weiteren Mikrofon-Signals von einem der Mikrofone M1 bis M4 beziehungsweise M5 eine Information darüber erhalten, ob sich eine Schallquelle oberhalb oder unterhalb der Ebene, in der die Mikrofone M1 bis M4 eine Drehbewegung ausführen, befindet.
Im übrigen sei angemerkt, dass beispielsweise die Verwendung des Mikrofons M5 und/oder des Mikrofons M6 auch in Verbindung mit nur zwei Mikrofonen, die eine Drehbewegung ausführen, bereits sinnvoll ist. In anderen Worten, auch eine Mikrofonanordnung, die nur zwei drehbare Mikrofone erhält, kann durch Hinzufügen eines Mikrofons M5 und/oder eines Mikrofons M6 optional verbessert werden.
12 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung von Mikrofonen, die durch einen schallharten Trennkörper getrennt sind. Die Anordnung gemäß der 12 ist in ihrer Gesamtheit mit 1200 bezeichnet. Die Anordnung 1200 umfasst zwei oder mehr Mikrofone M1 bis M4, die beispielsweise drehbar angeordnet sind. Eine Trägerstruktur, die die Mikrofone M1 bis M4 trägt, ist hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt. Zwischen den Mikrofonen ist beispielsweise ein schallharter Trennkörper angeordnet. Der schallharte Trennkörper, der zum Beispiel als Kugel ausgebildet sein kann, ist beispielsweise zwischen zwei gegenüberliegenden Mikrofonen angeordnet. Beispielsweise kann der schallharte Trennkörper 1220 zwischen dem ersten Mikrofon M1 und einem dazu gegenüberliegenden Mikrofon M3 angeordnet sein. Ferner kann der schallharte Trennkörper 1220 zwischen einem zweiten Mikrofon M2 und einem vierten Mikrofon M4 angeordnet sein.
Umfasst eine Mikrofonanordnung beispielsweise nur zwei drehbar angeordnete Mikrofone, kann der schallharte Trennkörper beispielsweise so angeordnet sein, dass der schall harte Trennkörper eine direkte Schallausbreitung von dem ersten Mikrofon (z. B. 111) zu dem dazu gegenüberliegenden zweiten Mikrofon (z. B. 113) unterbricht. Je nach Wellenlänge eines Schallsignals kann der schallharte Trennkörper für ein Schallsignal eine Dämpfung und/oder eine Verzögerung darstellen. Schallsignale mit geringer Wellenlänge werden an dem schallharten Trennkörper beispielsweise reflektiert. Schallsignale mit größerer Wellenlänge hingegen werden durch den schallharten Trennkörper beispielsweise gebeugt und breiten sich um dem schallharten Trennkörper 1220 herum aus. Somit wird beispielsweise durch den schallharten Trennkörper 1220 eine Laufzeit von Mikrofon-Signalen zwischen zwei gegenüberliegenden Mikrofonen vergrößert, was eine Auswertung in manchen Fällen erleichtert.
Die 13 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 1300 zum Lokalisieren einer Schallquelle. Das Verfahren 1300 umfasst ein Erhalten 1310 von Mikrofon-Signalen von zumindest zwei Mikrofonen, während die zumindest zwei Mikrofone eine Drehbewegung vollziehen. Das Verfahren 1300 umfasst ferner ein Bestimmen 1320 einer Information über eine Richtung, aus der ein Schall von einer Schallquelle eintrifft, oder einer Information über eine Position der Schallquelle, unter Verwendung der während der Bewegung der Mikrofone erhaltenen Mikrofon-Signale.
Das Verfahren 1300 kann um all diejenigen Schritte und Merkmale ergänzt werden, die hierin beschrieben sind. Beispielsweise kann das Bestimmen 1320 einer Information über eine Richtung oder eine Information über eine Position einen oder mehrere der Verfahrensschritte 810, 820, 830, 840 gemäß 8 umfassen.
Im Folgenden werden noch einige Details im Hinblick auf einige Ausführungsbeispiele beschrieben.
Einige Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung ermöglichen eine Messung einer Raumimpulsantwort mit Information, aus welcher Richtung (x, y, z) welche Reflexion kommt.
Einige Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung ermöglichen eine genaue Ortung von Schallquellen. Einige Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung ermöglichen beispielsweise eine genaue Ortung von Lautsprecher-Anordnungen (auch als „Lautsprecher-Setups” bezeichnet) für eine Mehrkanalwiedergabe und Wellenfeldsynthese.
Einige Ausführungsbeispiel der Erfindung basieren auf der Grundidee, zwei oder mehrere Mikrofone kontinuierlich im Kreis zu bewegen, bei gleichzeitiger Messung. Bei stationären und quasi-stationären Testsignalen tritt beispielsweise eine zyklische Frequenzverschiebung auf. Beispielsweise tritt bei Annäherung (beispielsweise der Mikrofone an eine Schallquelle) eine Erhöhung der Frequenz auf. Bei einer Entfernung (beispielsweise der Mikrofone von der Schallquelle) kommt es zu einer Absenkung der Frequenz. Bei Quellenpositionen in einer Ebene der Mikrofon-Drehung ergibt sich bei einigen Ausführungsbeispielen eine maximale Frequenzverschiebung. Bei Quellenpositionen außerhalb dieser Ebene (z. B. dieser Höhe) ergibt sich bei einigen Ausführungsbeispielen eine von einem Elevationswinkel abhängige geringere Frequenzverschiebung.
Bei einigen Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung können eine oder mehrere der folgenden Wirkungen bzw. Vorteile erzielt werden:

– Durch Drehung gleichzeitige Messung in alle Richtungen;
– Ausgleich von Aufbautoleranzen;
– Verbesserung der Messung (z. B. eines Signal-zu-Rausch-Verhältnisses, SNR) durch Addition der Messsig nale mehrere Umdrehungen; bei einigen Ausführungsbeispielen wird ein Ergebnis in Abhängigkeit der Messzeit kontinuierlich besser;
– Ausnutzen des Dopplereffekts zur virtuellen Vergrößerung des Durchmessers ist möglich, weil mehrere Messungen auch ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis verbessern;
– Reduktion der Messzeit und daher auch Messung in vollen Auditorien ist möglich;
– Messung ist auch mit beliebigen Messsignalen möglich durch rechnerische Korrelation von gesendetem und empfangenem Signal.

Im Folgenden werden einige Verbesserungsmöglichkeiten beschrieben, die optional eingesetzt werden können, um die hierin beschriebenen Vorrichtungen weiter zu verbessern.
Bei einigen Ausführungsbeispielen kann optional eine Richtung durch eine oder mehrere mechanische, optische oder akustische Baken markiert werden. Beispielsweise kann also bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zusätzlich zu dem rotierenden Mikrofonfeld eine akustische Bake vorhanden sein. Die Kombination aus einem Mikrofonfeld und einer Bake kann beispielsweise als ein Richtungsmesssystem angesehen werden. Die Bake kann beispielsweise ausgelegt sein, um ein Audiosignal mit bestimmten Eigenschaften auszusenden, wobei die Eigenschaften des Baken-Audiosignals beispielsweise dem Mikrofonfeld (beziehungsweise dem dazugehörigen Auswerter) bekannt sind. Der Auswerter kann so ermitteln, aus welcher Richtung ein Baken-Mikrofronsignal eintrifft beziehungsweise an welcher Position sich die Bake befindet. Die Richtung, aus der das Baken-Audiosignal eintrifft, oder die Position der Bake, kann beispielsweise als eine Referenzrichtung oder eine Referenzposition definiert werden. Empfängt das Mikrofonfeld weiterhin ein Nutz-Audio-Signal (also ein Audiosignal, dessen Einfallsrichtung oder dessen Schallquellen-Position bestimmt werden soll), so kann der Auswerter die Richtung, aus der das Nutz-Schallsignal eintrifft, oder die Position einer Nutz-Schallquelle, die das Nutz-Schallsignal aussendet, in Bezug auf die Richtung, aus der das Baken-Audiosignal eintrifft, oder in Bezug auf die Position der Bake bestimmen. Somit ist es im praktischen Einsatz relativ einfach, das Mikrofonfeld einzusetzen. Eine aufwändige Kalibrierung entfällt. Vielmehr muss lediglich eine entsprechende Bake an einer gewünschten Position in einem Raum positioniert werden. Der Auswerter kann dann, ohne Kenntnis, wie genau das Mikrofon fehlmontiert ist, die Richtungsinformation oder Positionsinformation in Bezug auf die Richtung oder Position der Bake angeben.
Bei einigen Ausführungsbeispielen kann es aber auch hilfreich sein, wenn der Auswerter zusätzlich eine Information über eine Lage der Bake erhält. Dadurch kann beispielsweise eine Genauigkeit der Messung verbessert werden und es kann die Bake u. a. zu einer Fein-Kalibrierung beitragen.
Bei einigen Ausführungsbeispielen können die zwei oder mehr drehbar angeordneten Mikrofone durch ein weiteres Mikrofon in z-Richtung ergänzt werden, welches beispielsweise entweder im Mittelpunkt einer (beispielsweise ebenen) Mikrofon-Anordnung angeordnet sein kann, oder welches beispielsweise oberhalb der anderen Mikrofone (bzw. oberhalb einer Ebene, in der die anderen Mikrofone sich befinden) angeordnet sein kann. Letzteres ermöglicht beispielsweise eine einfachere Bestimmung einer Höhe von Schallquellen.
Ohne ein zusätzliches Mikrofon ist bei einigen Ausführungsbeispielen eine Bestimmung der Elevationswinkel für φ ≠ +/–90° durch Bestimmung einer Drehrichtung möglich. Ausschließlich flache Felder (beziehungsweise Mikrofon-Felder) können Elevationswinkel von φ = 90° und φ = –90° manchmal nicht unterscheiden.
In anderen Worten, bei einem flachen Mikrofon-Feld, bei dem alle Mikrofone in einer gemeinsamen Rotationsebene um ein Rotationszentrum rotieren, kann in manchen Fällen nicht unterschieden werden, ob sich eine Schallquelle genau senkrecht oberhalb des Rotationszentrums (bezogen auf die Rotationsebene) oder genau senkrecht unterhalb des Rotationszentrums (bezogen auf die Rotationsebene) befindet. Eine derartige Richtungsunterscheidung kann beispielsweise ermöglicht werden, indem zumindest ein Mikrofon vorhanden ist, das oberhalb oder unterhalb der gemeinsamen Rotationsebene der zumindest zwei drehbar angeordneten Mikrofone angeordnet ist. Das zusätzliche Mikrofon kann fest oder drehbar angeordnet sein. Ein Phasenvergleich der Mikrofon-Signale des zusätzlichen Mikrofons und der drehbar angeordneten Mikrofone kann beispielsweise eine Information über die Richtung der Schallquelle liefern.
Sind beispielsweise zwei Mikrofone angeordnet, um in einer gemeinsamen Rotationsebene um ein Rotationszentrum zu rotieren, und ist ein weiteres Mikrofon „oberhalb” der Rotationsebene (allgemein: auf einer ersten Seite der Rotationsebene) angeordnet, so kann dadurch unterschieden werden, ob sich eine Schallquelle oberhalb (auf einer ersten Seite) der Rotationsebene oder unterhalb (auf einer zweiten Seite) der Rotationsebene befindet. Befindet sich beispielsweise die Schallquelle oberhalb der Rotationsebene, so kann ein Phasenvergleicher, der Teil des Auswerters sein kann, beispielsweise erkennen, dass eine Phasenlage des Mikrofon-Signals des weiteren Mikrofons einer Phasenlage der Mikrofon-Signale der in der Rotationsebene rotierenden Mikrofone voraus eilt. Somit kann der Auswerter eine Information liefern, die anzeigt, dass die Schallquelle sich oberhalb der Rotationsebene befindet. Eilt hingegen eine Phasenlage des Mikrofon-Signals des weiteren Mikrofons einer Phasenlage der Mikrofon-Signale der in der Rotationsebene rotierende Mikrofon nach, so kann daraus geschlossen werden, dass sich die Schallquelle unterhalb der Rotationsebene befindet, und der Auswerter kann eine entsprechende Information liefern.
Im Folgenden werden noch einige Verbesserungen beschrieben, die beispielsweise in Verbindung mit zwei oder mehr Mikrofonen eingesetzt werden können. Beispielsweise können die Mikrofone durch einen schallharten Trennkörper, z. B. eine Kugel, voneinander getrennt werden.
Vorteile einer solchen Anordnung bestehen in einer Abschattung bei hohen Frequenzen und einer größeren zeitlichen Verschiebung zwischen den Messsignalen (beziehungsweise Mikrofon-Signalen) einander gegenüber liegender Mikrofone bei niedrigen Frequenzen. Durch eine Beugung an dem Trennkörper entsteht nämlich bei einigen Ausführungsbeispielen ein Umweg um den Faktor Π/2. Die Abschattung bei hohen Frequenzen und die größere zeitliche Verschiebung zwischen den Messsignalen einander gegenüber liegender Mikrofone bei niedrigen Frequenzen kann bei einigen Ausführungsbeispielen ohne eine Vergrößerung des Feldes beziehungsweise Mikrofon-Feldes erreicht werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen ergibt sich im übrigen eine Verringerung unerwünschter Reflexionen am Aufbau.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung kurz dargestellt:
Bei dem entsprechenden Ausführungsbeispiel rotieren beispielsweise vier Mikrofone M1 bis M4 als Kreuz um ein Zentrum. Ein Sender sendet eine Frequenz. Eine Ortung (z. B. eine Bestimmung einer Richtung) des Senders erfolgt aus den vier Mikrofon-Signalen.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Frequenz des Senders, die auch als Parameter PO bezeichnet wird, bekannt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Position der Schallquelle (beziehungsweise mehrerer Schallquellen) gesucht, die beispielsweise durch x0 und y0 dargestellt werden kann.
Bei dem genannten Ausführungsbeispiel gibt es beispielswei se die folgenden unbekannten Parameter:

P1:: Abtastrate Empfänger;
P2:: Drehzahl Empfänger;
P3:: Abstand der Mikrofone vom Zentrum; und
P4:: Schallgeschwindigkeit.

Bei dem genannten Ausführungsbeispiel können die folgenden Rechnungen ausgeführt werden:

I1: Abtastrate Empfänger P1 aus P0 und Signal eines Mikrofons bestimmen (eventuell auch unter Verwendung eines Wort-Taktes bzw. „Word-Clock”);
I2: Drehzahl Empfänger P2 aus Autokorrelation eines (oder mehrerer) Mikrofone bestimmen (evtl. auch unter Verwendung bzw. via eines Triggersignals und/oder einer Bake);
I3: Phasenversatz zwischen Signalen zweier Mikrofone in Linie mit der Quelle hängt ab von P3 und P4; die entsprechende Ausrichtung der Mikrofone wird auch als „Front-Feuer” beziehungsweise „Front-Fire” beziehungsweise „Längs-Feuer” bezeichnet;
I4: Doppler-Verschiebung (Minimum-Maximum) eines Mikrofons hängt ab von: P2 (bekannt), P3 und P4 („Breitseite” beziehungsweise „Broadside”); verwendet man also die Beziehungen I3 und I4, so kann man daraus (beispielsweise auch unter Verwendung der Beziehungen I1 und I2) die unbekannten Parameter P1 bis P4 bestimmen. I3 + I4 → P1 – P4 bekannt.
I5: Minimum der Einhüllenden von M1–M3 beziehungsweise M2–M4 ist die Richtung, in der minimale Doppler-Verschiebung gilt: „Front-Feuer” beziehungsweise „Front-Fire”.

Im folgenden werden noch einige Aspekte gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.
Zunächst wird auf verschiedene Möglichkeiten eingegangen, wie ein Mikrofon-Feld aufgebaut sein kann. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Position der Mikrofone netzartig sein. Die Position der Mikrofone kann nach einem Muster vorgegeben werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen werden für Rechnungszwecke die relativen Abstände der Mikrofone zueinander gemessen. Somit kann beispielsweise erreicht werden, dass die Position der Mikrofone vorbekannt ist. Alternativ dazu können aber auch Informationen über die Position der Mikrofone zur Laufzeit erzeugt werden, wie dies hierin beschrieben ist.
Die Mikrofone können beispielsweise auf einer Kugel, einem sternförmigen Gebilde, einer Scheibe, einem Ring, einem x-blättrigen Ventilator, einer Trommel, einer Felge, einem Gyroskop oder sonstigen Körpern, die in eine Drehbewegung gebracht werden können, angeordnet sein.
Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der Antrieb ein Speichendirektmotor sein beziehungsweise einen Speichendirektmotor umfassen. Bei einigen weiteren Ausführungsbeispielen kann der Antrieb über einen Antriebsriemen von außen angetrieben werden, wie beispielsweise bei einer Waschmaschine. Eine momentane Radialposition (oder eine momentane Winkelposition) kann beispielsweise über eine Lichtschranke, ein Stroboskop, einen Schrittmotor-Inkrement-Zähler beziehungsweise einen so genannten „Stepper- Inkrement-Zähler” oder eine akustische Kalibration bestimmt werden.
Die Mikrofone können beispielsweise in äquidistanten Abständen

a) radial nach außen;
b) tangential nach außen; und/oder
c) senkrecht

Rotiert das System (beispielsweise das Mikrofon-Feld) beispielsweise mit 1 Hz (z. B. mit einer Umdrehung pro Sekunde) um eine Achse, so wird ein gesamter 2Π-Bereich 44.100 mal abgetastet bei einer Abtastfrequenz der Mikrofone von 44,1 kHz. Was das Mikrofon an Schallquellen sieht, hängt dabei beispielsweise von einer Charakteristik des Mikrofons ab.
Im Folgenden werden die Verfahren nach a) und b) kurz erläutert.
Rotieren beispielsweise zwei Mikrofone um eine Kreisscheibe, so gibt es genau einen Punkt, an dem die empfangenen Signale in Phase sind, weil die Schallquelle sich achsensymmetrisch im gleichen Abstand zu den Mikrofonen befindet. Bei einem nächsten Abtast-Kombinationspaar ändert sich die Amplitude und Phasenlage. Die Amplitude ändert sich mit 1/r², die Phasenverschiebung hängt von der Frequenz des Emitters (beziehungsweise der Schallquelle) und der Drehgeschwindigkeit ab. Anschaulich ausgedrückt kommt es darauf an, wie viele Wellenberge von dem Mikrofon durchtunnelt werden. Aus Nullpunkts-Durchgängen in der Amplituden-/Phasenebene ist eine Lage der Schallquelle relativ zu den Mikrofonen bestimmbar.
Im Folgenden wird das Verfahren c) kurz erläutert. Mit diesem Verfahren kann beispielsweise eine „akustische Linse” realisiert werden. Es kann beispielsweise eine N-Pol-Null-Abgleich-Lösung zum Einsatz kommen.
Befindet sich eine Schallquelle genau in einem Achsenmittelpunkt, so erhalten beispielsweise alle Mikrofone das gleiche Signal, sowohl von der Lautstärke als auch der Signallaufzeit. Damit gilt, dass die Amplitudendifferenzen Null sind und die Signallaufzeitdifferenzen ebenfalls Null sind. Das System ist komplett in Phase bei gleicher Lautstärke (auch als „Äqui-Lautstärke” bezeichnet), da überall der gleiche Abstand r zu der Schallquelle vorliegt.
Durch Minimierung von Termen beziehungsweise durch Minimierung der Terme können damit bei Abtastung einer Kugelfläche gezielt Schallquellen gesucht werden.
Bei einigen Ausführungsbeispielen kann somit das Mikrofon-Feld so lange im Hinblick auf seine Lage bewegt werden, bis die Mikrofon-Signale zumindest näherungsweise gleich sind. Das Mikrofon-Feld kann sich dabei um ein Rotationszentrum drehen, während das Mikrofon-Feld verschoben wird beziehungsweise während eine Rotationsachse des Mikrofon-Feldes im Raum bewegt wird.
Im folgenden werden weitere Details im Hinblick auf das Auftreten einer Doppler-Frequenzverschiebung erläutert.
Bei einigen Ausführungsbeispielen wird durch eine variable Drehgeschwindigkeit eine Signalfrequenz f zu f' nach der Formel f' = f(1+w/c) moduliert. In der genannten Formel beschreibt w eine Geschwindigkeit, mit der sich ein Mikrofon auf die Schallquelle zu bewegt. Da sich jeweils ein Mikrofon auf die Quelle beziehungsweise Schallquelle zu- beziehungsweise weg bewegt, ergeben sich beispielsweise zwei unterschiedliche frequenzmodulierte Terme mit einer verscho benen Phasenlage zueinander. Da die relative Geschwindigkeit Schallquelle-Mikrofon nicht konstant ist, ergibt sich eine Modulation der Frequenz zu f' um die Grundfrequenz f bis zu einem maximalen Wert f_max bei maximaler Relativgeschwindigkeit. Die Modulationsfrequenz ist beispielsweise abhängig von der Drehgeschwindigkeit.
Da Lautsprecher unterschiedliche Schwingungsmodi haben und auch gegenphasige Teilbereiche da sind, können durch den Doppler-Effekt die Schwingungseigenschaften der Lautsprechermembran untersucht werden, ähnlich der Doppler-Shift eines Insekts beim Flügelschlag.
Im folgenden wird kurz die Beschreibung eines Piezo-Elements beziehungsweise Piezo-Wobblers beschrieben.
Mit einem zusätzlichen Piezo-Wobbler wird beispielsweise die Frequenz zu einem Testsignal fein abgestimmt. Das heißt, dass der Wandler mit dem Signal „mitgeht”, beispielsweise dem Maximum folgt, so dass ein konstanter Signalverlauf in einer Halbwelle einstellbar ist. Der Piezo-Wandler ist beispielsweise frequenzdurchstimmbar, so dass das Feld beziehungsweise „Array” auf eine Testsignal-Frequenz einstellbar ist.
Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der Piezo-Wobbler als Piezo-getriebener Balkenschlitten ausgeführt sein, mit dem das Mikrofon (oder mehrere Mikrofone) hin- und herbewegt wird. Wird die Bewegung mit der gleichen Frequenz wie die des Schallgebers durchgeführt, wird das Signal immer zur gleichen Phasenlage abgetastet und ist dadurch stationär (z. B. so abgestimmt, dass immer auf das Maximum nachgezogen wird). Wegen der Wellenlänge wäre das System praktisch aufzubauen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung können beispielsweise die drei folgenden Mikrofon-Anordnungen eingesetzt werden:

a) n-Mikrofone radial zu einer rotierenden Kreisscheibe am Scheibenrand;
b) n-Mikrofone tangential zu der Kreisscheibe am Scheibenrand; und/oder
c) n-Mikrofone senkrecht zu der Kreisscheibe am Kreisscheibenrand.

Im Hinblick auf eine praktische Realisierung sind beispielsweise die folgenden Möglichkeiten denkbar:

a) „Konrad”-Deckenventilator mit Lichtschranke;
b) Waschmaschinen mit Schwungrad, beispielsweise 1800 Umdrehungen pro Minute (U/min) und Stroboskop; oder
c) „Teldix”-Gyroskop/Kreisel mit Schritt-Inkrement-Zähler („Stepper”-Inkrement-Zähler).

Das System funktioniert beispielsweise, wenn beziehungsweise da 2π 44.100 Mal pro Sekunde abgetastet wird, bei einer einzigen Drehung. In anderen Worten, bei einigen Ausführungsbeispielen werden bei Überstreichen eines Winkelbereichs von 2π (also 360°) 44.100 Abtastwerte der Mikrofon-Signale aufgenommen. Deshalb kann es bei einigen Ausführungsbeispielen auch von Vorteil sein, unterabzutasten bei höheren Umdrehungen (also beispielsweise weniger Abtastwerte pro Umdrehung aufzuzeichnen beziehungsweise zu verarbeiten).
Die Variante c ist eine n-Pol-Lösung mit relativem Null-Abgleich. Wenn sich eine Schallquelle genau im Zentrum befindet, liefern alle Mikrofone das gleiche Signal. Diese Tatsache kann beispielsweise ausgewertet werden, um das Mikrofon-Feld so zu bewegen beziehungsweise auszurichten, dass alle Mikrofon-Signale näherungsweise gleich sind. Da mit kann beispielsweise auf die Position der Schallquelle geschlossen werden.
Ein Verständnis der vorliegenden Erfindung wird im übrigen durch die folgenden Veröffentlichungen erleichtert, wobei einige Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung eine biomechanische Signalverarbeitung nach empfinden:
Julie Goulet, Jacob Engelmann, Boris P. Chagnaud, Jan-Moritz P. Franosch, Maria D. Suttner, J. Leo van Hemmen: „Object localisation through the lateral line system of fish; Theory and experiment", Corp Physiol A (2008) 194:1 bis 17; und
Leo van Hemmen: „The map in our head: How does the brain represent the outside world", Chem Physchem 2002,3,291 bis 298.
Die hierin beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können ganz oder teilweise unter Verwendung eines Computers realisiert werden. In anderen Worten, die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren kann in Hardware oder in Software implementiert werden. Die Implementation kann auf einem digitalen Speichermedium, beispielsweise einer Diskette, einer CD, einer DVD, einem ROM, einem PROM, einem EPROM, einem EEPROM, oder einem FLASH-Speicher, mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die so mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, dass das entsprechende Verfahren ausgeführt wird. Allgemein besteht die vorliegende Erfindung somit auch in einem Computer-Programm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Computerprogramm-Produkt auf einem Rechner abläuft. In anderen Worten ausgedrückt, die Erfindung kann als ein Computer-Programm mit einem Programmcode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens realisiert werden, wenn das Computer-Programm auf einem Computer abläuft.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Julie Goulet, Jacob Engelmann, Boris P. Chagnaud, Jan-Moritz P. Franosch, Maria D. Suttner, J. Leo van Hemmen: „Object localisation through the lateral line system of fish; Theory and experiment”, Corp Physiol A (2008) 194:1 bis 17 [0178]
- Leo van Hemmen: „The map in our head: How does the brain represent the outside world”, Chem Physchem 2002,3,291 bis 298 [0178]

Claims

Vorrichtung (100; 200; 400; 700) zum Lokalisieren einer Schallquelle (260, 262; 420; 730) mit folgenden Merkmalen: Zumindest zwei drehbar angeordneten Mikrofonen (110, 112; M1, M2, M3, M4); einem Antrieb (120), der ausgelegt ist, um die Mikrofone in eine Drehbewegung zu versetzen; und einen Auswerter (130; 230; 430; 720), der ausgelegt ist, um Mikrofon-Signale der zumindest zwei Mikrofone zu empfangen, während die zumindest zwei Mikrofone sich bewegen, und um unter Verwendung der während der Bewegung der Mikrofone erhaltenen Mikrofon-Signale eine Information über eine Richtung, aus der ein Schall von der Schallquelle eintrifft, oder eine Information über eine Position der Schallquelle zu erhalten.
Vorrichtung (100; 200; 400; 700) gemäß Anspruch 1, wobei der Auswerter (130; 230; 430; 720) ausgelegt ist, um eine Phasenbeziehung zwischen den Mikrofon-Signalen (132, 134) auszuwerten, um die Information (130; 252) über die Richtung, aus der der Schall von der Schallquelle eintrifft, oder die Information (130; 252) über die Partition der Schallquelle zu erhalten.
Vorrichtung (100; 200; 400; 700) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Auswerter (130; 230; 430; 720) ausgelegt ist, um eine Doppler-Frequenzverschiebung zwischen einem ersten Mikrofon-Signal (132) von einem ersten der Mikrofone und einem zweiten Mikrofon-Signal (134) von einem zweiten der Mikrofone auszuwerten.
Vorrichtung (100; 200; 400; 700) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Auswerter (130; 230; 430; 720) aus gelegt ist, um die Information (130; 252) über die Richtung oder die Information (130; 252) über die Position in Abhängigkeit davon bereit zu stellen, bei welcher Ausrichtung der Mikrofone (110, 112) sich Phasen des ersten Mikrofon-Signals (132) und des zweiten Mikrofon-Signals (134) um höchstens einen vorgegebenen Schwellwert unterscheiden.
Vorrichtung (100; 200; 400; 700) gemäß Anspruch 4, wobei der Auswerter (130; 230; 430; 720) ausgelegt ist, um die Information (136; 252) über die Richtung oder die Information (136; 252) über die Position in Abhängigkeit davon, bei welcher Ausrichtung der Mikrofone (110, 112) sich Phasen des ersten Mikrofon-Signals (132) und des zweiten Mikrofon-Signals (134) um höchstens einen vorgegebenen Schwellenwert unterscheiden, und in Abhängigkeit von einem Unterschied zwischen einer Amplitude des ersten Mikrofon-Signals (132) und einer Amplitude des zweiten Mikrofon-Signals (134) bereitzustellen.
Vorrichtung (100; 200; 400; 700) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Auswerter (130; 230; 430; 720) ausgelegt ist, um die Information (136; 252) über die Richtung oder die Information (136, 252) über die Position in Abhängigkeit davon bereitzustellen, bei welcher Ausrichtung der Mikrofone (110, 112) ein Unterschied zwischen den Mikrofon-Signalen (132, 134) der Mikrofone (110, 112) im Hinblick auf eine Amplitude und im Hinblick auf eine Phase in einem vorgegebenen Bereich liegt.
Vorrichtung (100; 200; 400; 700) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Auswerter (130; 230; 430; 720) ausgelegt ist, um die Information (136; 252) über die Richtung oder die Information (136; 252) über die Position in Abhängigkeit davon bereitzustellen, bei welcher Ausrichtung der Mikrofone (110; 112) eine Doppler-Frequenzverschiebung zwischen einem ersten der Mikrofon-Signale (132) und einem zweiten der Mikrofon-Signale (134) und eine Phasenverschiebung zwischen dem ersten Mikrofon-Signal (132) und dem zweiten Mikrofon-Signal (134) in einem vorgegebenen Bereich liegen.
Vorrichtung (100; 200; 400; 700) gemäß Anspruch 7, wobei der Auswerter (130; 230; 430; 720) ausgelegt ist, um in Abhängigkeit davon, bei welcher Ausrichtung der Mikrofone (110; 112) eine Doppler-Frequenzverschiebung eine vorgegebene Bedingung erfüllt, eine Orientierung aus einer Mehrzahl von Orientierungen auszuwählen, bei denen ein Unterschied zwischen den Mikrofon-Signalen (132, 134) im Hinblick auf eine Amplitude und im Hinblick auf eine Phase in einem vorgegebenen Bereiche liegt, und um die Information (136; 352) über die Richtung oder die Information (136, 352) über die Position in Abhängigkeit von der ausgewählten Orientierung der Mikrofone bereitzustellen.
Vorrichtung (100; 200; 400; 700) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Auswerter (130; 230; 430; 720) ausgelegt ist, um eine Information über eine Größe einer Doppler-Frequenzverschiebung zwischen einem ersten Mikrofon-Signal (132) von einem ersten der Mikrofone (110) und einem zweiten Mikrofonsignal 134 von einem zweiten der Mikrofone (112) auszuwerten, um die Information (136; 252) über die Richtung, aus der der Schall von der Schallquelle eintrifft, oder die Information (136; 252) über die Position der Schallquelle zu erhalten.
Vorrichtung (100; 200; 400; 700) gemäß Anspruch 9, wobei der Auswerter (130; 230; 430; 720) ausgelegt ist, um die Information über eine Größe der Doppler-Frequenzverschiebung zwischen dem ersten Mikrofon-Signal (132) und dem zweiten Mikrofon-Signal (134) auszuwerten, um eine Information darüber zu erhalten, welchen Abstand eine Position der Schallquelle von einer Ebene, in der sich zumindest eines der Mikrofone bewegt, aufweist.
Vorrichtung (100; 200; 400; 700) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Auswerter (130; 230; 430; 720) ausgelegt ist, um eine Information über einen zeitlichen Verlauf einer Doppler-Frequenzverschiebung zwischen einem ersten Mikrofon-Signal (132) von einem ersten der Mikrofone (110) und einem zweiten Mikrofon-Signal (134) von einem zweiten der Mikrofone (112) auszuwerten, um die Information (136, 252) über die Richtung, aus der der Schall eintrifft, oder die Information (136; 252) über die Position der Schallquelle zu erhalten.
Vorrichtung (100; 200; 400; 700) gemäß Anspruch 11, wobei der Auswerter (130; 230; 430; 720) ausgelegt ist, um eine Zeitdauer zwischen zwei charakteristischen Punkten eines zeitlichen Verlaufs der Doppler-Frequenzverschiebung auszuwerten, um die Information (136; 252) über die Richtung, aus der der Schall eintrifft, oder die Information (136; 252) über die Position der Schallquelle zu erhalten.
Vorrichtung (100; 200; 400; 700) gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei der Auswerter (130; 230; 430; 720) ausgelegt ist, um eine Information darüber, bei welcher Ausrichtung der Mikrofone (110, 112) eine minimale oder maximale Doppler-Frequenzverschiebung zwischen dem ersten Mikrofon-Signal (132) und dem zweiten Mikrofon-Signal (134) auftritt, auszuwerten, um die Information (136; 252) über die Richtung, aus der der Schall eintrifft, oder die Information (136; 252) über die Position der Schallquelle zu erhalten.
Vorrichtung (100; 200; 400; 700) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Auswerter (130; 230; 430; 720) ausgelegt ist, um ein Mikrofon-Signal (132, 134) von einem der Mikrofone (110, 112), das bei einer ersten Umdrehung der Drehbewegung aufgenommen wird, und ein Mikrofon-Signal, das bei einer zweiten Umdrehung der Drehbewegung aufgenommen wird, zu überlagern, um ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu verbessern.
Vorrichtung (100; 200; 400; 700) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Auswerter (130; 230; 430; 720) ausgelegt ist, um ein Mikrofon-Signal (132, 134) von zumindest einem der Mikrofone (110, 112) mit einem Vergleichssignal zu korrelieren, um einen Mikrofon-Signal-Anteil einer zu lokalisierenden Schallquelle von Stör-Mikrofon-Signal-Anteilen zu unterscheiden.
Vorrichtung (100; 200; 400; 700) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die zumindest zwei Mikrofone (110, 112) an einer Oberfläche einer Kugel angeordnet sind.
Vorrichtung (100; 200; 400; 700) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die zumindest zwei Mikrofone (110, 112) an einer Oberfläche eines sternförmigen Trägers, einer Scheibe, eines Ringes, eines x-blättrigen Ventilators, einer Trommel, einer Felge oder eines Gyroskops angeordnet sind.
Vorrichtung (100; 200; 400; 700) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Vorrichtung einen Positionsbestimmer zur Ermittlung einer Ausrichtung der Mikrofone aufweist.
Vorrichtung (100; 200; 400; 700) gemäß Anspruch 18, wobei die Vorrichtung ausgelegt ist, um den Positionsbestimmer basierend auf einem akustischen Kalibrationssignal von einer akustischen Bake zu kalibrieren.
Vorrichtung (100; 200; 400; 700) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die Mikrofone so angeordnet sind, dass Hauptempfindlichkeitsrichtungen der Mikrofone von einem Zentrum der Drehbewegung weg orientiert sind.
Vorrichtung (100; 200; 400; 700) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die Mikrofone (110, 112) so angeordnet sind, dass Hauptempfindlichkeitsrichtungen der Mikrofone tangential zu einer Bewegungsrichtung der Mikrofone orientiert sind.
Vorrichtung (100; 200; 400; 700) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die Mikrofone (110, 112) so angeordnet sind, dass Hauptempfindlichkeitsrichtungen der Mikrofone zumindest näherungsweise senkrecht zu einer Ebene, in der sich die Mikrofone bei einer Drehbewegung bewegen, orientiert sind.
Vorrichtung (100; 200; 400; 700) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei ein schallharter Trennkörper zwischen den Mikrofonen (110, 112) angeordnet ist.
Vorrichtung (100; 200; 400; 700) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 23, wobei der Antrieb (120) ausgelegt ist, um die Mikrofone so anzutreiben, dass die Mikrofone zwischen einer Fünftel Umdrehung pro Sekunde und zehn Umdrehungen pro Sekunde ausführen.
Vorrichtung (100; 200; 400; 700) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 24, wobei die Vorrichtung eine Bake (364) aufweist, die ausgelegt ist, um eine Position oder Richtung zu markieren.
Vorrichtung (100; 200; 400; 700) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 25, wobei die Vorrichtung ein weiteres Mikrofon aufweist, das in einem Zentrum zwischen den zumindest zwei drehbar angeordneten Mikrofonen (110, 112) angeordnet ist und wobei der Auswerter (130; 230; 430; 720) ausgelegt ist, um die Information (136; 251) über die Richtung oder die Information (136; 252) über die Position unter Verwendung eines Mikrofon-Signals von dem im Zentrum angeordneten Mikrofon zu bestimmen.
Vorrichtung (100; 200; 400; 700) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 26, wobei die Vorrichtung ein weiteres Mikrofon aufweist, das oberhalb oder unterhalb einer Bewegungs- Ebene angeordnet ist, in der die drehbar angeordneten Mikrofone (110, 112) sich bewegen, und wobei der Auswerter (130; 230; 430; 720) ausgelegt ist, die Information (136; 252) über die Richtung oder die Information (136; 252) über die Position unter Verwendung eines Mikrofon-Signals von dem weiteren Mikrofon zu bestimmen.
Vorrichtung (100; 200; 400; 700) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 27, wobei der Antrieb (120) ausgelegt ist, um die drehbar angeordneten Mikrofone (110, 112) in eine im wesentlichen gleichförmige Drehbewegung zu versetzen.
Vorrichtung (100; 200; 400; 700) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 28, wobei die Vorrichtung zumindest vier drehbar angeordnete Mikrofone M1, M2, M3, M4 (M1 bis M4) aufweist, die angeordnet sind, eine Drehbewegung um ein Drehzentrum auszuführen.
Vorrichtung (100; 200; 400; 700) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 29, wobei der Auswerter (130; 230; 430; 720) ausgelegt ist, um Mikrofon-Signale von den Mikrofonen mit einer Abtastrate abzutasten, und wobei der Auswerter ausgelegt ist, um basierend auf einer Kenntnis einer Frequenz eines von der Schallquelle ausgehenden Schall-Signals und unter Verwendung einer Mehrzahl von Abtastwerten eine Information über die Abtastrate zu erhalten.
Vorrichtung (100; 200; 400; 700) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 30, wobei der Auswerter (130; 230; 430; 720) ausgelegt ist, um eine Autokorrelationsfunktion zumindest eines der Mikrofon-Signale zu bestimmen, um eine Drehzahl, mit der sich die Mikrofone bewegen, unter Verwendung der Autokorrelationsfunktion zu erhalten.
Vorrichtung (100; 200; 400; 700) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 31, wobei der Auswerter (130; 230; 430; 720) ausgelegt ist, um die Information (136; 252) über die Richtung oder die Information (136; 252) über die Position unter Verwendung einer Information, die einen Phasenversatz zwischen Signalen zweier Mikrofone, die sich vorübergehend in-Linie mit der Schallquelle befinden, beschreibt, und unter Verwendung einer Information über eine Größe einer Doppler-Verschiebung zu bestimmen.
Vorrichtung (100; 200; 400; 700) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 32, wobei der Auswerter (130; 230; 430; 720) ausgelegt ist, um die Information (136; 252) über die Richtung oder die Information (136; 252) über die Position unter Verwendung einer Information über einen charakteristischen Punkt einer Einhüllenden eines Differenzsignals zu bestimmen, wobei das Differenzsignal eine Differenz zwischen Mikrofon-Signalen zumindest zweier der beweglichen Mikrofone (110, 112) beschreibt.
Verfahren (1300) zum Lokalisieren einer Schallquelle mit folgenden Schritten: Erhalten (1310) von Mikrofon-Signalen von zumindest zwei Mikrofonen, während die zumindest zwei Mikrofone eine Drehbewegung vollziehen; und Bestimmen (1320) einer Information über eine Richtung, aus der ein Schall von der Schallquelle eintrifft, oder einer Information über eine Position der Schallquelle, unter Verwendung der während der Bewegung der Mikrofone erhaltenen Mikrofon-Signale.
Verfahren (1300) gemäß Anspruch 34, wobei das Bestimmen (1320) einer Information über eine Richtung oder einer Information über eine Position ein Bestimmen (810) einer Abtastrate mit der ein Mikrofonsignal von einem der Mikrofone abgetastet wird, basierend auf einer bekannten Frequenz des Audio-Signals und basierend auf Abtastwerten des zumindest einen Mikrofon-Signals umfasst.
Verfahren (1300) gemäß Anspruch 34 oder 35, wobei das Bestimmen (1320) einer Information über eine Richtung oder einer Information über eine Position ein Bestimmen einer Drehzahl der Drehbewegung basierend auf einer Autokorrelation zumindest eines Mikrofon-Signals umfasst.
Verfahren (1300) gemäß einem der Ansprüche 34 bis 36, bei dem das Bestimmen (1320) einer Information über eine Richtung oder einer Information über eine Position ein Bestimmen (830) eines Abstands der Mikrofone von einem Zentrum und einer Schallgeschwindigkeit basierend auf einem Phasenversatz zweier Mikrofon-Signale und basierend auf einer Größe einer Doppler-Frequenzverschiebung zwischen zwei Mikrofonsignalen umfasst.
Verfahren (1300) gemäß einem der Ansprüche 34 bis 37, bei dem das Bestimmen (1320) einer Information über eine Richtung oder einer Information über eine Position ein Bestimmen (840) eines Minimum einer Einhüllenden einer Differenz zwischen zwei Mikrofon-Signalen umfasst.
Computerprogramm zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einen der Ansprüche 34 bis 38, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.