DE102007051615A1 - Relative position determining method for microphones, involves determining relative position of microphones in each other by evaluation of determined distances between two microphones and acoustic source - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung der relativen Lage von Mikrofonen zueinander sowie ein entsprechendes Computerprogramm und ein entsprechendes computerlesbares Speichermedium, welche insbesondere geeignet sind, Mikrofon- und Kamerakoordinaten von hochkanaligen Mikrofon-Arrays automatisch und exakt im Feldeinsatz zu bestimmen.The The invention relates to a method and an arrangement for determination the relative position of microphones to each other and a corresponding computer program and a corresponding computer-readable storage medium, which is particularly suitable are microphone and camera coordinates of high-channel microphone arrays Automatically and accurately determine in field use.
Das der Quellortung mit einer sogenannten Akustischen Kamera zu Grunde liegende Verfahren wertet Laufzeitunterschiede von Schallereignissen zu den im Sensorarray befindlichen Mikrofonen aus. Je genauer die Position der Mikrofone zueinander bestimmt ist, umso feiner lassen sich Schallquellen räumlich auflösen. Künftig werden Mikrofonarrays mit veränderbarer Geometrie und größerer Kanalzahl eingesetzt werden. Nur über solche Arrays kann die vom Anwender geforderte Auflösung akustischer Quellen in allen Wellenlängenbereichen und die Handhabbarkeit und Mobilität des Systems gesichert werden. Bisher werden in aufwendigen Verfahren die Koordinaten der Mikrofone eines Arrays einmalig bestimmt, wobei die Genauigkeit vor allem bei Arrays mit veränderlicher Geometrie unzureichend ist. Eigentlich müsste vor jeder Messung eine Koordinatenbestimmung erfolgen, was mit den aktuell zur Verfügung stehenden Mitteln nicht realisiert werden kann. Jedes Array enthält als weiteren Sensortyp eine Videokamera, mit der die optischen Bilder aufgenommen werden, auf die die Kartierung der Akustischen Fotos erfolgt. Die Justierung von Videokamera und akustischem Bild erfolgt bisher manuell, ist aufwendig, ineffektiv und fehleranfällig.The the source location with a so-called acoustic camera based lying method evaluates transit time differences of sound events the microphones located in the sensor array. The more accurate the position the microphones is determined to each other, the finer are sound sources spatially dissolve. In the future, microphone arrays will be changeable Geometry and larger number of channels are used. Only over such arrays can the demanded by the user Resolution of acoustic sources in all wavelength ranges and the manageability and mobility of the system are secured. So far, the coordinates of the microphones are in complex procedures of an array once determined, with the accuracy above all else is insufficient with variable geometry arrays. Actually, a coordinate determination would have to be done before each measurement done, what with the currently available funds can not be realized. Each array contains as another Sensor type is a video camera that captures the optical images which the mapping of the acoustic photos takes place. The Adjustment of video camera and acoustic image is done manually, is expensive, ineffective and prone to errors.
Auf
dem Gebiet der Erfindung sind bereits verschiedene Lösungen
bekannt. So wird in der Publikation:
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung der relativen Lage von Mikrofonen zueinander sowie ein entsprechendes Computerprogramm und ein entsprechendes computerlesbares Speichermedium bereitzustellen, welche die Nachteile der bekannten Lösungen vermeiden und insbesondere die Koordinatenbestimmung auch von Mikrofonen komplexer Mikrofon-Arrays zu ermöglichen und eine leichte Handhabbarkeit des Messaufbaus zu gestatten.The The object of the invention is thus to provide a method and a Arrangement for determining the relative position of microphones to each other and a corresponding computer program and a corresponding computer-readable Storage medium to provide which the disadvantages of the known Avoid solutions and in particular the determination of coordinates also allow microphones of complex microphone arrays and to allow easy handling of the measurement setup.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale in den Ansprüchen 1, 14, 20 und 21 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.These The object is achieved by the features in claims 1, 14, 20 and 21 solved. expedient Embodiments of the invention are in the subclaims contain.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht insbesondere darin, dass für die Bestimmung der relativen Lage von Mikrofonen eines Mikrofon-Arrays Schallquellen eingesetzt werden, welche vollkommen frei im Raum angeordnet werden können und deren Koordinaten nicht bekannt sein müssen. (Im Rahmen der Beschreibung der vorliegenden Erfindung wird unter einem Mikrofon-Array eine Anordnung von mindestens zwei Mikrofonen verstanden.) Diese Flexibilität der Schallquellenanordnung wird dadurch erreicht, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung der relativen Lage von mindestens zwei Mikrofonen (Mikrofon-Array) zumindest eine Schallquelle eingesetzt und diese mindestens eine Schallquelle an mindestens drei verschiedenen räumlichen Positionen angeordnet wird. Vorzugsweise wird an jeder dieser mindestens drei Positionen im Raum jeweils eine Schallquelle angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform werden als Schallquellen Impulsschallquellen eingesetzt. Die Schallquellen geben einzeln, nacheinander ein Signal ab, welches von den Mikrofonen registriert wird. Schallquellen und Mikrofone sind über eine Datenverarbeitungseinrichtung derart miteinander verbunden, dass die Schalllaufzeit zwischen der mindestens einen Schallquelle und den mindestens zwei Mikrofonen ermittelt werden kann. Unter Schalllaufzeit wird hierbei die Zeitspanne verstanden, welche zwischen dem Aussenden des Signals durch die Schallquelle und der Detektion des Signals durch das jeweilige Mikrofon vergeht. Durch Auswertung der Schalllaufzeit wird in einem nächsten Schritt die Entfernung zwischen den mindestens drei Positionen, an denen die mindestens eine Schallquelle angeordnet war, und den Mikrofonen ermittelt. Anschließend wird die relative Lage der mindestens zwei Mikrofone zueinander ermittelt, indem die Entfernungen zwischen den Mikrofonen des Mikrofon-Arrays und den mindestens drei Positionen der Schallquellen, von denen aus die Schalllaufzeit gemessen wurde, ausgewertet werden. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Positionen der Schallquellen vollkommen frei wählbar sind und deren Koordinaten nicht bekannt sein müssen. Insbesondere sind diese Positionen weitgehend unabhängig von dem jeweils eingesetzten Mikrofon-Array. Eine Einschränkung erfährt diese Flexibilität lediglich dadurch, dass die Schallquellen nicht zu weit von dem Mikrofon-Array angeordnet werden sollten, da dadurch die Unterschiede zwischen den Schalllaufzeiten bzw. Entfernungen immer geringer werden und dadurch Messfehler einen zu großen Einfluss gewinnen. Die Schallquellen sollten auch nicht zu nahe an dem Mikrofon-Array angeordnet sein, da dadurch die Schalllaufzeiten bzw. Entfernungen zu kurz werden und dadurch ebenfalls Messfehler zu stark ins Gewicht fallen würden. Der Fachmann wird in Abhängigkeit des Mikrofon-Arrays die optimale Anordnung wählen. In jeder anderen Hinsicht sind die Schallquellen völlig frei anordenbar. Insbesondere ist es nicht erforderlich, wie beispielsweise in der in [4] vorgestellten Lösung, jeweils ein Mikrofon mit einer Schallquelle am selben Ort zu positionieren. Die Erfindung sieht vielmehr vor, dass zumindest ein Teil der Mikrofone des Mikrofon-Arrays entfernt von den bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Schallquellen angeordnet sind. Wie bereits erwähnt, kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine einzige Schallquelle zum Einsatz kommen, welche nacheinander an mindestens drei verschiedenen Positionen im Raum angeordnet wird, oder es können alternativ an jeder der mindestens drei räumlichen Positionen eine eigene Schallquelle angeordnet werden. Dann sind mindestens drei Schallquellen an mindestens drei verschiedenen Positionen angeordnet.A particular advantage of the method according to the invention is in particular that sound sources are used for determining the relative position of microphones of a microphone array, which can be arranged completely freely in the room and whose coordinates need not be known. (In the context of the description of the present invention, a microphone array is understood to mean an arrangement of at least two microphones.) This flexibility of the sound source arrangement is achieved in that in the method according to the invention for determining the relative position of at least two microphones (microphone array). at least one sound source is used and this at least one sound source is arranged at at least three different spatial positions. Preferably, each of these at least three positions in space is a sound arranged source. In a preferred embodiment, sound sources are used as sound sources. The sound sources individually, one after the other a signal, which is registered by the microphones. Sound sources and microphones are connected to one another via a data processing device such that the sound propagation time between the at least one sound source and the at least two microphones can be determined. Sound propagation time is understood here to be the time span which elapses between the transmission of the signal by the sound source and the detection of the signal by the respective microphone. By evaluating the sound propagation time, the distance between the at least three positions at which the at least one sound source was arranged and the microphones is determined in a next step. Subsequently, the relative position of the at least two microphones to each other is determined by the distances between the microphones of the microphone array and the at least three positions of the sound sources, from which the sound propagation time has been measured, are evaluated. The invention is characterized in that the positions of the sound sources are completely freely selectable and their coordinates need not be known. In particular, these positions are largely independent of the particular microphone array used. A limitation of this flexibility only by the fact that the sound sources should not be too far from the microphone array should be arranged, as this, the differences between the sound propagation times or distances are getting smaller and thus measurement errors gain too much influence. The sound sources should also not be placed too close to the microphone array, as this would make the sound propagation times or distances too short and thereby also measurement errors would be too significant. The person skilled in the art will select the optimum arrangement as a function of the microphone array. In every other respect, the sound sources are completely free to arrange. In particular, it is not necessary, as for example in the solution presented in [4], to respectively position a microphone with a sound source at the same location. Rather, the invention provides that at least a part of the microphones of the microphone array are arranged away from the sound sources used in the method according to the invention. As already mentioned, in the method according to the invention, a single sound source can be used, which is successively arranged at at least three different positions in space, or alternatively, a separate sound source can be arranged at each of the at least three spatial positions. Then at least three sound sources are arranged at at least three different positions.
Um die Genauigkeit der Bestimmung der relativen Lage der Mikrofone zu erhöhen, werden in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung Schallquellen an mindestens vier verschiedenen Positionen angeordnet. Dadurch erhält man für die Auswertung der Entfernungen zwischen Mikrofonen und Schallquellen ein überbestimmtes Gleichungssystem, wodurch die relative Lage der Mikrofone genauer bestimmt werden kann. Auch hier kann eine einzige Schallquelle nacheinander an den mindestens vier verschiedenen Positionen angeordnet werden. Alternativ können jedoch auch an jeder der mindestens vier räumlichen Positionen eine eigene Schallquelle angeordnet werden.Around the accuracy of determining the relative position of the microphones to increase, in a preferred embodiment the invention sound sources at at least four different positions arranged. This gives you for the evaluation the distances between microphones and sound sources an over-determined Equation system, which makes the relative position of the microphones more accurate can be determined. Again, a single sound source can be consecutive be arranged at the at least four different positions. alternative However, they can also be at each of the at least four spatial Positions a separate sound source can be arranged.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, die relative Lage der Mikrofone zueinander durch Ausgleichung des aus den Messungen der Schalllaufzeit zwischen Schallquellen und Mikrofon-Array ermittelten Streckennetzes zu bestimmen. Vorzugsweise werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren lediglich die Entfernungen zwischen den mindestens zwei Mikrofonen des Mikrofon-Arrays und den drei Positionen der mindestens einen Schallquelle, nicht jedoch die Entfernungen nicht zwischen allen Mikrofonen paarweise gemessen bzw. bestimmt, wie es bei der in [4] beschriebene Lösung notwendig ist. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung fließen die Abstände zwischen den Mikrofonen des zu vermessenden Mikrofon-Arrays in die Ausgleichrechnung nicht ein. Insbesondere fließen somit für die Bestimmung der relativen Lage der Mikrofone des Mikrofon-Arrays nicht alle paarweise Entfernungen zwischen allen Mikrofonen des Arrays ein.In a preferred embodiment of the invention Method is provided, the relative position of the microphones to each other by adjusting the from the measurements of the sound propagation time between Sound sources and microphone array determined route network to determine. Preferably, in the inventive Method only the distances between the at least two Microphones of the microphone array and the three positions of at least a sound source, but not the distances between all mics measured in pairs or determined, as in the necessary in [4]. In a preferred Embodiment of the invention flow the distances between the microphones of the microphone array to be measured in the Balance calculation not included. In particular, thus flow for determining the relative position of the microphones of the microphone array not all pairwise distances between all the microphones of the Arrays.
Eine weitere Erhöhung der Genauigkeit des Verfahrens zur Bestimmung der relativen Lage von Mikrofonen eines Mikrofon-Arrays wird in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch erreicht, dass bei der Auswertung der Schalllaufzeit die Lufttemperatur berücksichtigt wird und/oder andere Störungen eliminiert werden.A further increase the accuracy of the method for determination The relative position of microphones of a microphone array is in a preferred embodiment of the method according to the invention achieved in that in the evaluation of the sound propagation time the Air temperature is taken into account and / or other disturbances be eliminated.
Eine solche Störung besteht beispielsweise in der richtungsabhängigen Übertragungsfunktion eines Mikrofons in Form einer Verzögerung des akustischen Signals in Abhängigkeit von der Einfallsrichtung. Diese Übertragungsfunktion kann jedoch für den verwendeten Mikrofontyp einmalig ermittelt bzw. vom Hersteller geliefert und in die Ausgleichsrechnung einbezogen werden.A such interference exists, for example, in the directional transfer function a microphone in the form of a delay of the acoustic Signal depending on the direction of incidence. This transfer function however, can be determined once for the type of microphone used or supplied by the manufacturer and included in the adjustment calculation become.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei vorgesehen, dass eine oder mehrere bekannte Referenzstrecken, vorzugsweise mit starrem Abstand zwischen zwei Mikrofonen, zur Bestimmung der Temperatur genutzt werden. Hierfür ist das Mikrofon-Array derart ausgeführt, dass eine Anzahl von Abständen (Strecken) zwischen mindestens zwei Mikrofonen vorhanden ist, die – auch bei einem Ein- und Ausklappen oder dem Transport des Mikrofon-Arrays – unverändert bleiben, beispielsweise, weil die Mikrofone mechanisch fest verbunden in einem Arm des Mikrofon-Arrays integriert sind. Diese Strecken lassen sich einfach und hochgenau mechanisch vermessen. Wenn man diese Strecken als Referenzstrecken, also als feste, bekannte Größen in die Ausgleichsrechnung mit einführt, kann die Temperaturabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit herausgerechnet werden (die Lufttemperatur läuft dann als freier Parameter mit), d. h. die genaue Bestimmung der Lufttemperatur entfällt bzw. wird durch die Rechnung auch noch selbst ermittelt.In a preferred embodiment of the method according to the invention, it is provided that one or more known reference paths, preferably with a rigid spacing between two microphones, are used to determine the temperature. For this purpose, the microphone array is designed such that a number of distances (Stre ) between at least two microphones is present, which remain unchanged even when folding and unfolding or the transport of the microphone array, for example, because the microphones are firmly integrated mechanically integrated in one arm of the microphone array. These sections can be measured easily and with high precision. If one introduces these distances as reference distances, ie as fixed, known quantities in the compensation calculation, the temperature dependence of the speed of sound can be calculated out (the air temperature runs then as a free parameter), ie the exact determination of the air temperature is omitted or is by the calculation also determined by yourself.
Beim Einsatz von so genannten akustischen Kameras werden in der Regel so genannte akustische Bilder, welche mit einem Mikrofon-Array aufgenommen wurden, mit dem optischen Bild einer optischen Kamera überlagert. Hierfür ist neben der genauen Kenntnisse der relativen Koordinaten der Mikrofone des eingesetzten Mikrofon-Arrays auch die Kenntnis der relativen Lage der optischen Kamera bezüglich der Mikrofone erforderlich. Die Erfindung sieht hierfür vor, dass zusätzlich zu den mindestens zwei Mikrofonen des Mikrofon-Arrays mindestens ein optischer Sensor angeordnet wird. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist dieser optische Sensor fest, vorzugsweise aber lösbar, in das Mikrofon-Array integriert. Mit dem optischen Sensor wird die für die Messung der Schalllaufzeiten zwischen Schallquellen und Mikrofon-Array genutzte Messanordnung erfasst. Der optische Sensor zeichnet also insbesondere zumindest einen Teil der Schallquellen in den Positionen auf, von denen aus die Schalllaufzeiten zwischen Schallquelle und Mikrofon-Array gemessen werden.At the Use of so-called acoustic cameras are usually so-called acoustic images, which are recorded with a microphone array were superimposed with the optical image of an optical camera. This is in addition to the exact knowledge of the relative Coordinates of the microphones of the inserted microphone array also the knowledge of the relative position of the optical camera with respect the microphones required. The invention provides for this that in addition to the at least two microphones of the microphone array at least one optical sensor is arranged. In a preferred embodiment of the invention this optical sensor fixed, but preferably solvable, integrated into the microphone array. With the optical sensor is for the measurement of sound propagation times between sound sources and microphone array used measuring arrangement detected. The optical Sensor thus records in particular at least a part of the sound sources in the positions on which the sound propagation times between Sound source and microphone array are measured.
Mit Hilfe der so aufgezeichneten optischen Bilder ist es nun möglich, die relative Lage des mindestens einen optischen Sensors bezüglich der mindestens zwei Mikrofone des Mikrofon-Arrays zu bestimmen. Hierzu werden vorzugsweise aus den Messungen, welche für die Bestimmung der relativen Lage der Mikrofone des Mikrofon-Arrays durchgeführt wurden, jeweils ein akustisches Bild erzeugt. Dieses akustische Bild wird nun mit dem optischen Bild der hierfür eingesetzten Messanordnung überlagert. Optisches und akustisches Bild werden derart kalibriert, dass im Ergebnis der Kalibrierung das optische und das akustische Bild in Übereinstimmung gebracht sind. Insbesondere liegen nun die akustischen bzw. optischen Bilder der Schallquellen deckungsgleich übereinander. Aus der kalibrierten Überlagerung des optischen und akustischen Bildes wird nunmehr die relative Lage der optischen Kamera bezüglich der Mikrofone des Mikrofon-Arrays bestimmt. Vorzugsweise werden hierfür Verfahren der Photogrammetrie eingesetzt.With Help of the optical images recorded in this way, it is now possible the relative position of the at least one optical sensor with respect to determine the at least two microphones of the microphone array. For this purpose, preferably from the measurements which for the determination of the relative position of the microphones of the microphone array were performed, each generates an acoustic image. This acoustic image is now using the optical image of this superimposed used measuring arrangement. Optical and acoustic Image are calibrated so that as a result of calibration the visual and the acoustic image are brought into agreement are. In particular, the acoustic or optical images are now the sound sources congruent to each other. From the calibrated overlay of the optical and acoustic Image is now relative to the relative position of the optical camera determines the microphones of the microphone array. Preferably this method of photogrammetry used.
Eine erfindungsgemäße Anordnung zur Bestimmung der relativen Lage von Mikrofonen zueinander umfasst mindestens eine Schallquelle und mindestens zwei Mikrofone. Darüber hinaus umfasst die Anordnung eine Datenverarbeitungseinrichtung, welche über Mittel zur Datenübertragung mit den mindestens zwei Mikrofonen und der mindestens einen Schallquelle verbunden ist. Die Anordnung ist erfindungsgemäß derart eingerichtet, dass die Schalllaufzeit zwischen der mindestens einen Schallquelle und den mindestens zwei Mikrofonen gemessen und aus den gemessenen Schalllaufzeiten die Entfernung zwischen den mindestens zwei Mikro fonen und der mindestens einen Schallquelle berechnet werden kann. Für diese Messungen wird diese mindestens eine Schallquelle an mindestens drei verschiedenen Positionen im Raum angeordnet. Vorzugsweise umfasst die Anordnung hierfür mindestens drei verschiedene Schallquellen, die an voneinander entfernten Positionen im Raum angeordnet sind. Aus den so ermittelten Entfernungen zwischen den mindestens zwei Mikrofonen und den an den mindestens drei verschiedenen Positionen angeordneten Schallquellen wird anschließend durch die erfindungsgemäß entsprechend eingerichtete Anordnung die relative Lage der Mikrofone zueinander bestimmt. Vorzugsweise werden zumindest Teile des Verfahrens zur Bestimmung der relativen Lage von Mikrofonen zueinander automatisch durchgeführt. Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn alle Verfahrensschritte automatisch ausgeführt werden.A Inventive arrangement for determining the relative position of microphones to each other includes at least one Sound source and at least two microphones. Furthermore the arrangement comprises a data processing device which via Means for data transmission with the at least two microphones and the at least one sound source is connected. The order is inventively set up such that the sound transit time between the at least one sound source and measured at least two microphones and from the measured sound propagation times the distance between the at least two microphones and the at least a sound source can be calculated. For these measurements this is at least one sound source in at least three different positions arranged in the room. Preferably, the arrangement includes this at least three different sound sources that are distant from each other Positions are arranged in space. From the distances thus determined between the at least two microphones and the at least three different positions arranged sound sources is then furnished according to the invention accordingly Arrangement determines the relative position of the microphones to each other. Preferably at least parts of the method for determining the relative position automatically performed by microphones. When it proves particularly advantageous if all process steps be executed automatically.
Um die erfindungsgemäße Anordnung in einer optischen Kamera einsetzen zu können, umfasst die Anordnung in einer bevorzugten Ausführungsform weiterhin mindestens einen optischen Sensor. Mit Hilfe einer so ausgestalteten Anordnung können, vorzugsweise gleichzeitig, sowohl akustische als auch optische Bilder aufgenommen werden.Around the inventive arrangement in an optical Camera to use, includes the arrangement in one preferred embodiment further at least one optical sensor. With the help of such an arrangement arrangement, preferably simultaneously, both acoustic and optical images taken become.
Bei der Auswertung solcher akustischen und optischen Messungen werden in der Regel die aufgezeichneten optischen und akustischen Bilder so überlagert, dass die aufgenommenen Szenen zur Deckung gebracht werden. Um die Schallquellen in dem akustischen Bild deutlich darstellen zu können, werden spezielle Schallquellen, vorzugsweise Impulsschallquellen, eingesetzt. Für eine deutliche Darstellung in den optischen Bildern werden in einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung die verwendeten Schallquellen mit mindestens einer Lichtquelle kombiniert derart, dass die relative Lage der Schallquelle bezüglich der mindestens einen Lichtquelle, mit der sie kombiniert ist, bekannt ist. Beim Einsatz dieser mit mindestens einer Lichtquelle kombinierten Schallquelle sind in den optischen Bildern die Lichtquellen deutlich erkennbar. Aus der bekannten Lagebeziehung der Licht- und Schallquellen kann nunmehr leicht die Position der Schallquelle in dem optischen Bild bestimmt werden. Da nun die Positionen der Schallquellen sowohl im akustischen als auch im optischen Bild bekannt sind, lassen sich optisches und akustisches Bild leicht so überlagern, dass die jeweils aufgezeichneten Schallquellen in Übereinstimmung gebracht werden.In the evaluation of such acoustic and optical measurements, the recorded optical and acoustic images are usually superimposed so that the recorded scenes are made to coincide. In order to clearly represent the sound sources in the acoustic image, special sound sources, preferably impulse sound sources, are used. For a clear representation in the optical images, in a preferred embodiment of the arrangement according to the invention, the sound sources used are combined with at least one light source such that the relative position of the sound source with respect to the at least one light source with which it is combined is known. When using this combined with at least one light source sound source in the optical images, the light sources are clearly visible. From the known positional relationship of the light and sound sources, it is now easy to determine the position of the sound source in the optical image. Since the positions of the sound sources in both the acoustic and the optical image are known, optical and acoustic images can easily be superimposed in such a way that the respectively recorded sound sources are brought into agreement.
Es soll an dieser Stelle noch einmal darauf hingewiesen werden, dass alle in der gesamten Beschreibung und in den Ansprüchen beschriebenen Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens auch bezüglich der erfindungsgemäßen Anordnung erfindungswesentlich sein können und umgekehrt.It should be pointed out again at this point that all throughout the specification and claims described features of the method according to the invention also with respect to the invention Arrangement may be essential to the invention and vice versa.
Ein Computerprogramm zur Bestimmung der relativer Lage von Mikrofonen zueinander ermöglicht es einer Datenverarbeitungseinrichtung, nachdem es in den Speicher der Datenverarbeitungseinrichtung geladen worden ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen, wobei die Entfernung zwischen mindestens zwei Mikrofonen und mindestens einer Schallquelle durch Auswertung der Schallaufzeit zwischen den mindestens zwei Mikrofonen und der mindestens einen Schallquelle ermittelt wird, wobei die mindestens eine Schallquelle an mindestens drei verschiedenen Positionen angeordnet wird, und wobei durch Auswertung der ermittelten Entfernungen zwischen den mindestens zwei Mikrofonen und der mindestens einen Schallquelle die relativer Lage der Mikrofone zueinander bestimmt wird.One Computer program for determining the relative position of microphones to each other allows a data processing device, after being loaded into the memory of the data processing device has been a method according to any one of claims 1 to 12, the distance between at least two microphones and at least one sound source by evaluation the sound transit time between the at least two microphones and the at least one sound source is determined, wherein the at least a sound source is arranged at at least three different positions, and wherein by evaluating the determined distances between the at least two microphones and the at least one sound source the relative position of the microphones is determined to each other.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das erfindungsgemäße Computerprogramm modular aufgebaut ist, wobei einzelne Module auf verschiedenen Datenverarbeitungseinrichtungen installiert sind.In a further preferred embodiment of the invention it is provided that the computer program according to the invention is modular, with individual modules on different data processing equipment are installed.
Solche Computerprogramme können beispielsweise (gegen Gebühr oder unentgeltlich, frei zugänglich oder passwortgeschützt) downloadbar in einem Daten- oder Kommunikationsnetz bereitgestellt werden. Die so bereitgestellten Computerprogramme können dann durch ein Verfahren nutzbar gemacht werden, bei dem ein Computerprogramm nach Anspruch 20 aus einem elektronischen Datennetz, wie beispielsweise aus dem Internet, auf eine an das Datennetz angeschlossene Datenverarbeitungseinrichtung heruntergeladen wird.Such Computer programs, for example, (for a fee or free of charge, freely accessible or password protected) downloadable provided in a data or communication network become. The computer programs thus provided can then be harnessed by a method in which a computer program Claim 20 from an electronic data network, such as from the Internet, to a data processing device connected to the data network is downloaded.
Um das erfindungsgemäße Verfahren zur relativen Lagebeziehung von Mikrofonen zueinander durchzuführen, ist vorgesehen, ein computerlesbares Speichermedium einzusetzen, auf dem ein Programm gespeichert ist, das es einer Datenverarbeitungseinrichtung ermöglicht, nachdem es in den Speicher der Datenverarbeitungseinrichtung geladen worden ist, ein Verfahren zur Bestimmung der relativer Lage von Mikrofonen durchzuführen, wobei die Entfernung zwischen mindestens zwei Mikrofonen und mindestens einer Schallquelle durch Auswertung der Schallaufzeit zwischen den mindestens zwei Mikrofonen und der mindestens einen Schallquelle ermittelt wird, wobei die mindestens eine Schallquelle an mindestens drei verschiedenen Positionen angeordnet wird, und wobei durch Auswertung der ermittelten Entfernungen zwischen den mindestens zwei Mikrofonen und der mindestens einen Schallquelle die relativer Lage der Mikrofone zueinander bestimmt wird.Around the inventive method for relative positional relationship of microphones to each other is provided, to use a computer-readable storage medium on which a program is stored, which allows a data processing device, after being loaded into the memory of the data processing device is a method for determining the relative position of microphones perform the distance between at least two microphones and at least one sound source by evaluation of the Sound transit time between the at least two microphones and the at least a sound source is determined, wherein the at least one sound source is arranged at least three different positions, and where by evaluating the determined distances between the at least two microphones and the at least one sound source the more relative Location of the microphones is determined to each other.
Beim Einsatz der Erfindung entfällt vorteilhafterweise die aufwändige Werkskalibrierung sowohl der Mikrofon- als auch der Kamerakoordinaten.At the Use of the invention advantageously eliminates the costly Factory calibration of both microphone and camera coordinates.
Die Messergebnisse werden genauer, wenn die eingesetzten Mikrofon-Arrays mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vermessen wurden.The Measurement results become more accurate when the microphone arrays used measured by the method according to the invention were.
Zukünftige Arraykonstruktionen können sich ausschließlich an der akustisch optimalen Anordnung der Mikrofone sowie der einfachen Handhabung orientieren. Genau bekannte und immer gleich bleibende Mikrofonkoordinaten sind nicht mehr notwendig. Faltbare Konstruktionen können trotz Leichtbauweise optimale akustische Ergebnisse liefern, wenn die relative Lagebeziehung der Mikrofone mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmt wurde.future Array constructions can be exclusive on the acoustically optimal arrangement of the microphones and the simple Orient handling. Exactly known and always consistent Microphone coordinates are no longer necessary. Foldable constructions can achieve optimum acoustic results despite their lightweight construction supply when the relative positional relationship of the microphones with the inventive Procedure was determined.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigtThe Invention will be described below with reference to the figures of Drawing explained in more detail on an exemplary embodiment. It shows
In
der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung werden
die Koordinaten der Mikrofone
Durch
eine Ausgleichsrechnung (auch als Ausgleichung eines Streckennetzes
bekannt) ist eine relative Koordinatenbestimmung von mehreren Punkten
möglich. Dabei ist eine Anzahl von Entfernungen (Strecken)
zwischen verschiedenen, auch dreidimensional verteilten Punkten
bekannt, die Koordinaten der Punkte sind jedoch unbekannt. Mit den Strecken
wird ein (gegebenenfalls auch überbestimmtes) Gleichungssystem
erstellt und gelöst. Als Ergebnis erhält man die
relativen Koordinaten der Punkte zueinander. Ausgleichungsrechnung
wird beispielsweise beschrieben in
Ein beispielhafter Algorithmus für die numerische Lösung inklusive der Methode der Temperaturkompensation nach erfolgter Messung der Laufzeiten zwischen Quellen und Mikrofonen und nach Festlegung und mechanischer Vermessung einer oder mehrerer Referenzstrecken kann wie folgt realisiert sein:
- 1. Wähle für die bekannte Anzahl der Mikrofone (M) und die bekannte Anzahl der Quellen (Q) zufällige dreidimensional verteilte Startpositionen (im folgenden als Simulation bezeichnet);
- 2. Wähle eine Lufttemperatur (z. B. 20°C);
- 3. Errechne für diese Temperatur die Schallgeschwindigkeit;
- 4. Errechne mit dieser Schallgeschwindigkeit und den gemessenen Laufzeiten alle Strecken zwischen den Mikrofonen und den Quellen;
- 5. Errechne alle Strecken zwischen den Mikrofonen und den Quellen in der Simulation;
- 6. Errechne die Länge der Referenzstrecken in der Simulation;
- 7. Ermittle für alle Strecken den quadratischen Fehler zwischen gemessener und simulierter Strecke;
- 8. Gewichte den Fehler der Referenzstrecken deutlich höher (z. B. Faktor 10);
- 9. Addiere alle Fehlerquadrate;
- 10. Setzte Mikrofonindex m auf 0;
- 11. Verschiebe die Position von Mikrofon n in positiver X-Richtung um Schrittweite s (z. B. 1 cm);
- 12. Errechne die sich neu ergebenden Fehlerquadrate nach Punkt 6, 7, 8 und 9;
- 13. Wiederhole Schritt 11 und 12 solange, wie sich eine Verkleinerung der Summe der Fehlerquadrate gegenüber dem vorherigen Zustand ergibt; wenn sich bereits bei der ersten Verschiebung in positive X-Richtung eine Verschlechterung der Summe der Fehlerquadrate ergibt, verschiebe Mikrofon n in negativer X-Richtung um Schrittweite s (z. B. 1 cm);
- 14. Führe die Schritte 11 bis 13 für den Y-Vektor aus;
- 15. Führe die Schritte 11 bis 13 für den Z-Vektor aus;
- 16. Erhöhe m um 1 (nächstes Mikrofon);
- 17. Wiederhole Schritte 11 bis 16, bis m = M – 1;
- 18. Setze Quellenindex q auf 0;
- 19. Wiederhole Schritte 11 bis 17, aber mit der Quelle q statt mit Mikrofon m und solange, bis q = Q – 1;
- 20. Erhöhe die Lufttemperatur um Delta T (z. B. 0,1°C);
- 21. Führe die Schritte 3 bis 9 aus;
- 22. Wiederhole die Schritte 20 bis 21 solange, wie sich eine Verkleinerung der Summe der Fehlerquadrate gegenüber dem vorherigen Zustand ergibt. Wenn sich bereits bei der ersten Erhöhung der Lufttemperatur eine Verschlechterung der Summe der Fehlerquadrate ergibt, erniedrige die Lufttemperatur jeweils um Delta T;
- 23. halbiere Schrittweite s und Delta T;
- 24. Wiederhole Schritt 10 bis 23 solange, bis sich keine Verkleinerung der Summe der Fehlerquadrate mehr erreichen lässt.
- 1. For the known number of microphones (M) and the known number of sources (Q), select random three-dimensionally distributed starting positions (hereinafter referred to as simulation);
- 2. Choose an air temperature (eg 20 ° C);
- 3. Calculate the speed of sound for this temperature;
- 4. Calculate all distances between the microphones and the sources with this speed of sound and the measured transit times.
- 5. Calculate all distances between the microphones and the sources in the simulation;
- 6. Calculate the length of the reference sections in the simulation;
- 7. Determine the quadratic error between measured and simulated distance for all routes;
- 8. Weigh the error of the reference lines significantly higher (eg factor 10);
- 9. Add all error squares;
- 10. Set microphone index m to 0;
- 11. Move the position of microphone n in positive X direction by increments s (eg 1 cm);
- 12. Calculate the newly generated squares according to items 6, 7, 8 and 9;
- 13. Repeat steps 11 and 12 as long as there is a reduction in the sum of the squares of errors from the previous state; if the sum of the error squares already deteriorates in the first shift in the positive X direction, move microphone n in the negative X direction by increments s (eg 1 cm);
- 14. Perform steps 11 through 13 for the Y vector;
- 15. Perform steps 11 through 13 for the Z vector;
- 16. Increase m by 1 (next microphone);
- 17. Repeat steps 11 to 16 until m = M - 1;
- 18. Set source index q to 0;
- 19. Repeat steps 11 to 17, but with the source q instead of microphone m and until q = Q - 1;
- 20. Increase the air temperature by delta T (eg 0.1 ° C);
- 21. Perform steps 3 through 9;
- 22. Repeat steps 20 to 21 as long as there is a reduction in the sum of the squares of errors compared to the previous state. If the sum of the error squares deteriorates as soon as the air temperature increases for the first time, the air temperature will decrease by delta T;
- 23. halve increments s and delta T;
- 24. Repeat steps 10 to 23 until no reduction in the sum of the squares of the squares can be achieved.
Dem Fachmann ist dabei klar, dass die Zahlenangaben im beispielhaften Algorithmus in gewissem Rahmen frei wählbar sind und wird sie für das konkrete Mikrofon-Array angemessen wählen. Ebenso kann es sich bei der Schrittweite für die Parameteränderungen als vorteilhaft erweisen, andere Zahlenwerte oder Verhältnisse zu wählen, so kann in Schritt 23 Schrittweite s oder Delta T auf andere Art verkleinert werden.the The expert is clear that the numbers in the exemplary Algorithm to a certain extent are freely selectable and will appropriate for the specific microphone array. Similarly, the step size for the parameter changes prove advantageous, other numerical values or ratios In step 23, step s or delta may be selected T be reduced in another way.
Man
erhält durch die Ausgleichsrechnung die relativen Koordinaten
der Impulsschallquellen
Beim
Einsatz von Mikrofon-Arrays
- 100100
- Mikrofon-ArrayMicrophone array
- 101101
- Mikrofonmicrophone
- 102102
- ImpulsschallquelleImpulse source
- 103103
- Streckeroute
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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|---|---|---|---|
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