DE102008014575A1

DE102008014575A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Orten von Schallquellen mit Hilfe einer Ortswellenzahltransformationsfilterbank

Info

Publication number: DE102008014575A1
Application number: DE200810014575
Authority: DE
Inventors: Holger Dr. Opfer; Marcus Kern
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2008-03-13
Filing date: 2008-03-13
Publication date: 2009-09-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (1) zur Schallquellenlokalisation. Die Vorrichtung (1) zum Orten von Schallquellen (14) umfasst eine Anzahl L von voneinander beabstandeten Mikrofonen (4) eines Mikrofonarrays (3) zum Aufnehmen von Schalldrucksignalen xi(t) (i = 1, ..., L) und eine Auswerteeinheit (6) zum Auswerten der Schalldrucksignale xi(t), um hieraus Einfallsrichtungen des auf das Mikrofonarray (3) auftreffenden Schalls oder Schallquellenpositionen und/oder relative Schallquellenstärken abzuleiten, wobei die Auswerteeinheit (6) eine Filterbank (7) umfasst, mittels derer eine Ortsbereich-Wellenzahlbereich-Transformation auf Basis der aufgenommenen Schalldrucksignale xi(t) ausführbar ist, um ein Wellenzahlspektrum (11) zu berechnen, aus dem die Einfallsrichtungen des auf das Mikrofonarray (3) auftreffenden Schalls oder die Schallquellenpositionen und/oder die relative Schallquellenstärken abgeleitet werden. Die Filterbank weist in einer bevorzugten Ausführungsform die Struktur einer Polyphasenfilterbank auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 11.
In der automobilen Messpraxis haben sich akustische Messsysteme etabliert, die mit einer Anordnung von Mikrofonen und einer nachgeschalteten Signalverarbeitung Schalleinfallsrichtungen detektieren und dadurch eine Schalldruckverteilung auf Quellorte im Fernfeld zurückrechnen. Häufig sind diese Systeme mit einer Kamera gekoppelt, so dass die ermittelten Quellorte in einer Abbildung eines den Schall erzeugenden Objekts visualisiert werden können.
Die Signalverarbeitung beruht im Stand der Technik im Allgemeinen auf einem so genannten ”delay-and-sum-beamforming”, bei der die Schalldrucksignale, die mit mehreren voneinander beabstandet angeordneten Mikrofonen eines Mikrofonarrays erfasst sind, jeweils für die einzelnen Richtungen gegeneinander verzögert und aufsummiert werden. Dieses muss für jede mögliche Einfallsrichtung eines interessierenden Frequenzbereichs, der schmalbandig sein kann, des einfallenden Schalls getrennt ausgeführt werden. Hinsichtlich einer erreichbaren Ortsauflösung und Dynamik sind diese Verfahren begrenzt.
Da mit einem Mikrofonarray ein Schallsignal, d. h. der Schalldruck, nur an den Mikrofonpositionen erfasst wird, ist der Schalldruck mittels der erfassten Schalldrucksignale räumlich unterabgetastet. Dieses bedeutet, dass lediglich Schallsignale bis zu einer Grenzfrequenz, die einer Nyquistfrequenz entspricht, ausgewertet werden können, ohne dass ein Aliasing auftritt. Die Nyquistfrequenz ist durch eine Anordnung der Mikrofone zueinander, insbesondere deren Abstand, festgelegt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mittels denen eine Ermittlung der Richtungen, aus denen Schall auf ein Mikrofonarray auftritt bzw. eine Ermittlung von Schallquellenpositionen in einem Schallfernfeld, einfacher und artefaktfreier möglich ist, vorzugsweise auch bei Frequenzen, die größer als die Niquistfrequenz sind.
Die technische Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Hierfür ist vorgesehen, die mit voneinander beabstandeten Mikrofonen eines Mikrofonarrays aufgenommenen Schalldrucksignale bei der Auswertung, in der Einfallsrichtungen des auf das Mikrofonarray auftreffenden Schalls oder Schallquellenpositionen in einem Fernfeld und/oder relative Schallquellenstärken abgeleitet werden, mittels einer Filterbank, die eine Transformation vom Orts- in den Wellenzahlbereich ausführt, in ein Wellenzahlspektrum zu überführen, aus dem die Einfallsrichtungen des auf das Mikrofonarray auftreffenden Schalls und/oder die Schallquellenpositionen im Fernfeld und/oder die relativen Schallquellenstärken abgeleitet werden. Neben einer Anzahl L von voneinander beabstandeten Mikrofonen eines Mikrofonarrays zum Aufnehmen von Schalldrucksignalen umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung eine Auswerteeinheit zum Auswerten der Schalldrucksignale, um hieraus Einfallsrichtungen des auf das Mikrofonarray auftreffenden Schalls oder Schallquellenpositionen und/oder relative Schallquellenstärken abzuleiten. Die Auswerteeinheit umfasst erfindungsgemäß eine Filterbank, mittels der eine Ortsbereich-Wellenzahlbereich-Transformation ausführbar ist, um auf Basis der aufgenommenen Schalldrucksignale ein Wellenzahlspektrum zu errechnen, aus dem die Einfallsrichtung des auf das Mikrofonarray auftreffenden Schalls oder die Schallquellenpositionen und/oder die relativen Schallquellenstärken abgeleitet werden. Filterbänke zum Transformieren von im Zeitbereich aufgenommenen Signalen in einen Frequenzraum sind dem Fachmann für Schallortung aus dem Stand der Technik bekannt. Diese werden jedoch verwendet, um aus zeitlich aufeinanderfolgend aufgenommenen Schalldrucksignalen, die mit einem Mikrofon aufgenommen sind, die in dem Schallsignal enthaltenen Frequenzen zu ermitteln. Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Ansatz unterscheidet sich hiervon dadurch, dass die zu einem Zeitpunkt aufgenommenen Schalldrucksignale der unterschiedlichen Mikrofone mittels einer Filterbank aus dem Ortsbereich in den Wellenzahlbereich transformiert werden. Die ermittelten Wellenzahlen enthalten eine Winkelinformation und eine Frequenz- bzw. Wellenlängeninformation, so dass aus diesen, sofern man die Frequenz des Schallsignals als vorgegeben betrachtet, auf eine Einfallsrichtung des Schalls rückschließen kann. Der erfindungsgemäße Ansatz führt dazu, dass ein Rechenaufwand zum Ermitteln der Einfallsrichtungen bzw. Schallquellenpositionen und/oder relativen Schallstärken der einzelnen schallaussendenden Schallquellen gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verzögerungs- und Aufsummierverfahren deutlich reduziert ist.
Die Filterbank ist vorzugsweise so aufgebaut, dass die L-Schalldrucksignale x_i(t) jeweils mit einem Wichtungsfaktor w_i eines Filters W multipliziert werden. Einfache Ausführungsformen sehen vor, dass die Filterkoeffizienten w_i alle denselben Wert, beispielsweise 1, aufweisen. Die Wahl des Filters hat einen Einfluss auf eine Trennung der Wellenzahlbänder im Wellenzahlspektrum. Bei einer optimalen Ausgestaltung des Filters kann somit eine Trennung verbessert werden.
Eine bessere Trennung der einzelnen Wellenzahlbänder in dem Wellenzahlspektrum erhält man auch, wenn eine Anzahl der zeitgleich erfassten Schalldrucksignale x_i(t) erhöht wird. Auch wenn ein Abstand der Mikrofone in dem Mikrofonarray nicht verringert wird, sondern das Mikrofonarray räumlich vergrößert wird, wirkt sich dies positiv auf die Ermittlung der Einfallsrichtungen bzw. Schallquellenpositionen und relativen Schallstärken aus. Bleibt ein Bereich, der hinsichtlich einer Schallemission überwacht oder ausgewertet werden soll, gleich, so ist es vorteilhaft, einzelne Schalldrucksignale oder gewichtete Schalldrucksignale zu Eingangsgrößen für die Ortsbereich-Wellenzahlbereich-Transformation zusammenzufassen. Für diese Eingangsgrößen oder Zweige werden vorzugsweise jeweils Schalldrucksignale bzw. gewichtete Schalldrucksignale zusammengefasst, vorzugsweise addiert, die mit jeweils um M Mikrofonpositionen voneinender beabstandeten Mikrofonen aufgenommen sind. In einem ersten Zweig werden somit beispielsweise ein erstes gewichtetes Schalldrucksignal w_i·x_i(t), ein M + 1-tes gewichtetes Schalldrucksignal w_i+M·x_i+M(t), usw. zusammengefasst. Im i-ten Zweig werden entsprechend das i, i + M, i + 2·M, ... geweichtete Schalldrucksignal mittels Addition zusammengefasst. Es werden somit aus L aufgenommenen Schalldrucksignalen bzw. L gewichteten Schalldrucksignalen M Eingangsgrößen für die Ortsbereich-Wellenzahlbereich-Transformation gebildet. Die M Eingangsgrößen repräsentieren die Information der ursprünglich L gemessenen Schalldrucksignale bzw. die Schallinformation. Die M Eingangsgrößen können als unterabgetastete phasenverschobene Impulsantworten des Filters W angesehen werden.
In der Filterbank wird bei einer bevorzugten Ausführungsform eine zweidimensionale Ortsbereich-Wellenzahlbereich-Transformation ausgeführt. Hierdurch wird es möglich, die Einfallswinkel des Schalls bzw. die Schallquellenpositionen und/oder deren relative Schallstärken in zwei Raumdimension zu ermitteln.
Die ausgeführte Ortsbereich-Wellenzahlbereich-Transformation ist vorzugsweise eine FFT, eine schnelle Fouriertransformation (Fastfouriertransformation). Sie kann jedoch auch eine diskrete Fouriertransformation (DFT) oder eine diskrete Kosinustransformation (DCT) sein. Auch andere dem Fachmann bekannte ähnliche Transformationen, die eine Transformation von dem Ortsbereich in den Wellenzahlbereich ausführen, können eingesetzt werden. Eine Fastfouriertransformation zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass sie mit einem reduzierten Rechenaufwand eine Fouriertransformation, d. h. eine Ortsbereich-Wellenzahlbereich-Transformation, ausführt.
Um eine feine Ortsauflösung des Wellenzahlspektrums zu erhalten, ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die in der Filterbank ausgeführte Ortsbereich-Wellenzahlbereich-Transformation ein zweidimensionales Rasterfelder umfassendes Ortsraster transformiert, in dem M Eingangsgrößenrasterfelder die Werte der M ermittelten Eingangsgrößen bzw. der Schalldrucksignale bzw. gewichteten Schalldrucksignale zugewiesen werden oder sind und den übrigen Rasterfeldern eine Null zugewiesen wird oder ist. Die Eingangsgrößenrasterfelder repräsentieren die Orte, an denen die Mikrofone in dem Mikrofonarray angeordnet sind. Werden L Mikrofone zum Aufnehmen der Schalldrucksignale verwendet, die auf M Eingangsgrößen zusammengefasst werden, so können als Eingangsgrößenrasterfelder beispielsweise M der L Mikrofonpositionen entsprechend der Zusammenfassung zu den M Eingangsgrößen verwendet werden. Dies bedeutet, dass beispielsweise bei einer Verwendung von 128 Mikrofonen, die zeitgleich 128 Schalldrucksignale erfassen, welche gewichtet und beispielsweise zu 32 Eingangsgrößen zusammengefasst werden, die Mikrofonpositionen von jedem vierten Mikrofon genutzt werden können.
Die Mikrofone, die zur Aufnahme der Schalldrucksignale verwendet werden, sind vorzugsweise in einer Ebene angeordnet. Vorzugsweise sind die Mikrofone äquidistant auf einen Ring angeordnet. Es können jedoch auch andere Anordnungen, auch solche die eine dreidimensionale Gestalt haben, verwendet werden. Um eine Auswertung zu erleichtern, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass eine Frequenzfilterung ausgeführt wird, so dass die Schalldrucksignale x_i(t) jeweils nur den durch die Schallsignale in einem durch die Frequenzfilterung festgelegten Frequenzbereich, vorzugsweise einem schmalbandigen oder monofrequenten Frequenzbereich, erzeugten Schalldruck repräsentieren. Dies bedeutet, dass beim Aufnehmen der Schalldrucksignale bzw. unmittelbar nachfolgend für jedes Mikrofon eine Frequenzfilterung im Zeitbereich ausgeführt wird. Dieses lässt sich beispielsweise mittels eines Bandpassfilters in einer elektronischen Schaltung realisieren.
Die vorgeschlagene Filterbank der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist somit bevorzugt eine Polyphasenfilterbankstruktur auf. Eine Auswerteeinheit umfasst somit eine Filterbank, die eine Ortsbereich-Wellenzahlbereich-Transformation ausführt. Diese Filterbank umfasst vorzugsweise eine Wichtungseinheit. Ferner umfasst sie in einer Ausführungsform vorzugsweise eine Zusammenfassungseinheit, die die oben erwähnten M Eingangsgrößen aus L Schalldrucksignalen bzw. gewichteten Schalldrucksignalen herstellt. Ferner umfasst die Filterbank vorzugsweise eine zweidimensionale Transformationseinheit, wobei die Transformationseinheit bevorzugt eine Fastfouriertransformationseinheit ist.
Die Filterbank kann mittels einer programmgesteuerten Rechnereinheit ausgebildet sein.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Orten von Schallquellen,
2 eine schematische Darstellung eines Ortsrasters,
3 eine schematische Darstellung eines Wellenzahlspektrums für eine Welle mit einer Frequenz, die der doppelten Nyquistfrequenz des zur Aufnahme verwendeten Mikrofonarrays entspricht und
4 ein Ausschnitt der schematischen Darstellung nach 3.
In 1 ist schematisch eine Vorrichtung zur Schallquellenlokalisation 1 dargestellt. An einem Objekt 2, welches beispielsweise ein Kraftfahrzeug ist, befindet sich eine Schallquelle 14. Als Schallquelle wird jeder Ort an einem Objekt 2 angesehen, von dem aus Schallwellen ausgesandt werden. Die Schallwellen werden mittels eines Mikrofonarrays 3 erfasst. Hierfür umfasst das Mikrofonarray 3 L äquidistant voneinander auf einem Kreis angeordnete Mikrofone 4. Die Mikrofone 4 erfassen Schalldrucksignale x_i(t) (i = 1, ..., L). Diese Schalldrucksignale werden zeitgleich erfasst. Ferner sind Filtereinheiten 5 jedem der Mikrofone 4 zugeordnet. Diese ermöglichen es, selektiv eine Schallfrequenz auszuwählen. Man erhält so Schalldrucksignale x_i(t), die den Schalldruck angeben, der von Schallwellen einer bestimmten Frequenz oder eines bestimmten Frequenzbereichsvon der Schallquelle 3 erzeugt wird. Die frequenzgefilterten Schalldrucksignale x_i(t) werden einer Auswerteeinheit 6 zugeführt.
Die Auswerteeinheit 6 umfasst eine Filterbank 7. In der Filterbank 7 werden in einer Wichtungseinheit 8 die einzelnen Schalldrucksignale x_i(t) jeweils mit einem Wichtungsfaktor, w_i welches ein Filterkoeffizient eines Filters W ist, gewichtet. Man erhält L gewichtete Schalldrucksignale w_i·x_i(t). Die gewichteten Schalldrucksignale werden in einer Zusammenfassungseinheit 9 der Filterbank 7 zu M Eingangsgrößen für eine Ortsbereich-Wellenzahlbereich-Transformation zusammengefasst. Hierbei werden jeweils jedes M-te gewichtete Schalldrucksignal mittels Addition zusammengefasst. Vorzugsweise sind sowohl M als auch L Potenzen der Zahl 2 und L ein ganzzahliges Vielfaches von M. Werden beispielsweise 128 Mikrofone verwendet, d. h. L = 128, so können diese beispielsweise vorzugsweise auf 32 Eingangsgrößen, d. h. M = 32, zusammengefasst werden. Die so erzeugten Eingangsgrößen werden mittels einer Transformationseinheit 10, die eine Fastfouriertransformation ausführt, in ein Wellenzahlspektrum 11 transformiert.
Die schematische Darstellung ist stark vereinfacht und zeigt schematisch eine eindimensionale Darstellung. Bevorzugt wird die Filterbank 7 jedoch mit einer zweidimensionalen Transformationseinheit 10 ausgebildet, d. h. mit einer Transformationseinheit 10, die eine zweidimensionale Fastfouriertransformation ausführt. Das sich ergebende Wellenzahlspektrum 11 ist schematisch gezeigt. In einem Zentrum des ringförmigen Mikrofonarrays 3 ist vorzugsweise eine Kamera 12 angeordnet, die von dem Objekt 2 eine Abbildung 13 aufnimmt. Diese kann dem Wellenzahlspektrum überlagert werden, um so anzuzeigen, an welchen Stellen Schall von dem Objekt abgestrahlt wird. Durch eine Rückprojektion der Einfallsrichtungen des Schalls kann somit auf die Schallposition geschlossen werden. Ebenfalls kann eine relative Stärke der einzelnen Schallquellen anhand einer Intensität der im Wellenzahlspektrum erhaltenen Informationen ausgewertet werden. Die Filterkoeffizienten w_i der Filtereinheit 8 des Filters W sind vorzugsweise so gewählt, dass eine möglichst gute Kanaltrennung im Wellenzahlspektrum auftritt. Zusätzlich wird eine Dynamik und Ortsauflösung besser, wenn man ein größeres Mikrofonarray verwendet.
In 2 ist schematisch ein Ortsraster 15 dargestellt, welches verwendet wird, um eine zweidimensionale Fastfouriertransformation von dem Ortsbereich in den Wellenzahlbereich auszuführen. Das Ortsraster 15 umfasst Rasterfelder 16. Einigen der Rasterfelder 16, welche die Positionen der Mikrofone des Mikrofonarrays bzw. der Eingangsgrößen repräsentieren, sofern mehrere Schalldrucksignale verschiedener Mikrofone zu Eingangsgrößen zusammengefasst sind, ist jeweils der Schalldruckwert des entsprechenden Mikrofons bzw. der Eingangsgröße zugewiesen. Diese Eingangsgrößenrasterfelder 17 sind die einzigen Rasterfelder, welche einen von Null abweichenden Wert aufweisen. Diese repräsentieren die M Eingangsgrößen für die Ortsbereich-Wellenzahlbereich-Transformation, die die ursprünglich in den L aufgenommenen Schalldrucksignalen enthalte Information umfassen. Die eigentliche ausgeführte Fastfouriertransformation hat somit eine höhere Dimension als die der Eingangsgrößen, die jedoch die Information umfassen. Eine Dimension der ausgeführten Transformation zur Erzeugung eines Wellenzahlspektrums ist bei einer Verwendung von L Schalldrucksignalen, die zunächst auf M Eingangsgrößen mittels einer Filterung und der Zusammenfassung zusammengefasst sind, gleich der Dimension einer Transformation, mit der man die L Schalldrucksignale direkt in ein äquivalentes Wellenzahlspektrum überführen könnte. Da eine Anzahl der Rasterfelder, die den Wert Null aufweisen bei Verwendung einer Filterung und Zusammenfassung größer ist, werden insgesamt ein Rechenaufwand und eine Rechenzeit bei der gemäß 1 beschriebenen Ausführungsform verringert.
In 3 ist schematisch ein Wellenzahlspektrum für ein 32-kanaliges Ringarray gezeigt, welches zentriert einer Schallquelle gegenüber angeordnet ist, die eine Schallwelle mit einer Frequenz aussendet, die einer doppelten Nyquistfrequenz des Mikrofonarrays aufweist. Die Nyquistfrequenz ist jene Frequenz, bis zu der durch die voneinander beabstandeten Mikrofone 4 des Mikrofonarrays 3 die Bedingungen des Abtasttheorem eingehalten werden. Dies bedeutet, dass alle Schallsignale mit einer Frequenz kleiner der Nyquistfrequenz korrekt abgetastet werden, ohne dass Aliasingeffekte auftreten. In 3 ist jedoch zu erkennen, dass in einem zentralen Bereich, der nur einen beschränkten Blickwinkel um eine zentrale Sichtachse, welche eine senkrecht durch die Ebene des Mikrofonarrays verlaufende Symmetrieachse des Mikrofonarrays ist, keinerlei Artefakte trotz einer zu geringen Unterabtastung aufweist.
Dieser beschränkte Sichtausschnitt ist in 4 vergrößert dargestellt. Hieraus folgt, dass eine Beobachtung und Auswertung von Schallquellen auch bei Frequenzen oberhalb der nach dem Abtasttheorem zulässigen Frequenzen möglich ist, ohne dass unzulässige Artefakte in der Auswertung auftreten. Diese werden durch die Fouriertransformation in Bereichen erzeugt, die außerhalb des betrachteten Zentralbereiches liegen. Der betrachtete Zentralbereich ist von einem „Blickwinkel” in einer x-Richtung und einem „Blickwinkel” in einer y-Richtung und einer ausgewerteten Frequenz und einem erwarteten Einfallswinkel der Schallwelle abhängig.
In 4 ist zentral das Hauptmaximum 21 zu sehen, an dem sich die Schallquelle befindet. Wird eine Anzahl der verwendeten Mikrofone zum Erfassen von Schalldrucksignalen erhöht und gefiltert, wie dies oben im Zusammenhang mit 1 erläutert ist, so führt dies dazu, dass eine bessere Kanaltrennung im Wellenzahlspektrum auftritt. Dies bedeutet, dass relativ mehr Intensität in das Hauptmaximum 21 als in die Nebenmaxima 22, 23 gelangt, welches gleichbedeutend mit einer verbesserten Kanal- oder Bandtrennung ist. Bei gleich bleibendem Abstand der einzelnen Mikrofone wird somit eine Dynamik der Auswertung verbessert.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass die vorgeschlagene Filterbank und das Verfahren zur Schallquellenlokalisation eine Verwendung eines großen Arrays mit vielen Mirkofonen aufgrund eines verringerten Rechenaufwands zur Berechnung von Wellenzahlspektren ermöglicht. Die Reduzierung der Artefakte resultiert aus einer Vergrößerung des Mikrofonarrays.
Es versteht sich für den Fachmann, dass nur eine grob vereinfachte Ausführungsform beschrieben ist. Modifikationen der Vorrichtung sind selbstverständlich möglich.

1: Vorrichtung zur Schallquellenlokalisation
2: Objekt
3: Mikrofonarray
4: Mikrofone
5: Filtereinheiten
6: Auswerteeinheit
7: Filterbank
8: Filter
9: Zusammenfassungseinheit
10: Transformationseinheit
11: Wellenzahlspektrum
12: Kamera
13: Abbildung
14: Schallquelle
15: Ortsraster
16: Rasterfelder
17: Eingangsgrößenrasterfelder
21: Hauptmaximum
22: ersten Nebenmaximum

Claims

Verfahren zum Orten von Schallquellen umfassend die Schritte: Aufnehmen von Schalldrucksignalen x_i(t) (i = 1, ..., L) mit einer Anzahl L von voneinander beabstandeten Mikrofonen (4) eines Mikrofonarrays (3), und Auswerten der Schalldrucksignale x_i(t), um hieraus Einfallsrichtungen des auf das Mikrofonarray (3) auftreffenden Schalls oder Schallquellenpositionen und/oder relative Schallquellenstärken abzuleiten, dadurch gekennzeichnet dass mittels einer Filterbank (7) eine Ortsbereich-Wellenzahlbereich-Transformation auf Basis der aufgenommenen Schalldrucksignale x_i(t) ausgeführt und ein Wellenzahlspektrum (11) errechnet wird, aus dem die Einfallsrichtungen des auf das Mikrofonarray (3) auftreffenden Schalls und/oder die Schallquellenpositionen und/oder die relative Schallquellenstärken abgeleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterbank (6) eine Polyphasen-Filterbank-Struktur aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Filterbank (6) die L Schalldrucksignale x_i(t) jeweils mit einem Wichtungsfaktor w_i eines Filters W multipliziert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalldrucksignale x_i(t) oder die gewichteten Schalldrucksignale w_i·x_i(t) zu M Eingangsgrößen x'_j(t) für die Ortsbereich-Wellenzahlbereich-Transformation zusammengefasst werden, indem jeweils einige gewichtete Schalldrucksignale w_i·x_i(t) addiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Filterbank (7) ausgeführte Ortsbereich-Wellenzahlbereich-Transformation eine zweidimensionale Transformation ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Filterbank (7) ausgeführte Ortsbereich-Wellenzahlbereich-Transformation eine DFT oder FFT oder DCT ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Filterbank (7) ausgeführte Ortsbereich-Wellenzahlbereich-Transformation ein zweidimensionales Rasterfelder umfassendes Ortsraster (15) transformiert, in dem M Eingangsgrößen-Rasterfeldern (17) die Werte der M Eingangsgrößen zugewiesen sind und den übrigen Rasterfeldern (16) eine Null zugewiesen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Eingangsgrößen-Rasterfelder 17 jene Rasterfelder verwendet werden, die eine Position eines Mirkofons (4) repräsentieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrofone (4), mittels derer die Schalldrucksignale x_i(t) aufgenommen werden, in einer Ebene angeordnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Frequenzfilterung ausgeführt wird, so dass die Schalldrucksignale x_i(t) jeweils nur den durch die Schallsignale in einem durch die Frequenzfilterung festgelegten Frequenzbereich, vorzugsweise einem schmalbandigen oder monofrequenten Frequenzbereich, erzeugten Schalldruck repräsentieren.
Vorrichtung (1) zum Orten von Schallquellen umfassend: eine Anzahl L von voneinander beabstandeten Mikrofonen (4) eines Mikrofonarrays (3) zum Aufnehmen von Schalldrucksignalen x_i(t) (i = 1, ..., L) und eine Auswerteeinheit (6) zum Auswerten der Schalldrucksignale x_i(t), um hieraus Einfallsrichtungen des auf das Mikrofonarray (3) auftreffenden Schalls oder Schallquellenpositionen und/oder relative Schallquellenstärken abzuleiten, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (6) eine Filterbank (7) umfasst, mittels derer eine Ortsbereich-Wellenzahlbereich-Transformation auf Basis der aufgenommenen Schalldrucksignale x_i(t) ausführbar ist, um ein Wellenzahlspektrum (11) zu berechnen, aus dem die Einfallsrichtungen des auf das Mikrofonarray (3) auftreffenden Schalls oder die Schallquellenpositionen und/oder die relative Schallquellenstärken abgeleitet werden.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterbank (7) eine Polyphasen-Filterbank-Struktur aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterbank (7) eine Wichtungseinheit (8) umfasst, mittels der die L Schalldrucksignale x_i(t) jeweils mit einem Wichtungsfaktor w_i eines Filters W multipliziert werden.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterbank (7) eine Zusammenfassungseinheit (9) umfasst, mittels der die Schalldrucksignale x_i(t) oder die gewichteten Schalldrucksignale w_i·x_i(t) zu M Eingangsgrößen x'(j, t) für die Ortsbereich-Wellenzahlbereich-Transformation zusammengefasst werden, indem jeweils einige Schalldrucksignale x_i(t) oder gewichtete Schalldrucksignale w_j·x_i(t) addiert werden.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Filterbank (7) eine Transformationseinheit (10) umfasst, mittels der eine zweidimensionale Ortsbereich-Wellenzahlbereich-Transformation ausführbar ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformationseinheit (10) eine DFT-Transformationseinheit oder eine FFT-Transformationseinheit oder eine DCT-Transformationeinheit ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformationseinheit (10) ausgebildet ist, ein zweidimensionales Rasterfelder (16) umfassendes Ortsraster (15) zu transformieren, in dem M Eingangsgrößen-Rasterfeldern (17) die Werte der M Eingangsgrößen zugewiesen sind und den übrigen Rasterfeldern (16) eine Null zugewiesen ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass als Eingangsgrößen-Rasterfelder (17) jene Rasterfelder verwendet werden, die eine Position eines Mirkofons (4) oder einer der M Eingangsgrößen repräsentieren.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrofone (4), mittels derer die Schalldrucksignale x_i(t) aufgenommen werden, in einer Ebene angeordnet sind.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das die Mikrofone (4) äquidistant voneinander beabstandet sind.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrofone (4) auf einem Kreis angeordnet sind.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine Frequenzfiltereinheit oder mehrere Frequenzfiltereinheiten (5) mit den Mikrofonen (4) gekoppelt ist oder sind, die eine Frequenzfilterung ausführen, so dass die Schalldrucksignale x_i(t) jeweils nur den durch die Schallsignale in einem durch die Frequenzfilterung festgelegten Frequenzbereich, vorzugsweise einem schmalbandigen oder monofrequenten Frequenzbereich, erzeugten Schalldruck repräsentieren.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterbank (7) mittels einer programmgesteuerten Rechnereinheit ausgebildet ist.