EP0847224A1 - Vorrichtung zum Feststellen von Schallquellen und Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung - Google Patents

Vorrichtung zum Feststellen von Schallquellen und Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung Download PDF

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EP0847224A1
EP0847224A1 EP96810846A EP96810846A EP0847224A1 EP 0847224 A1 EP0847224 A1 EP 0847224A1 EP 96810846 A EP96810846 A EP 96810846A EP 96810846 A EP96810846 A EP 96810846A EP 0847224 A1 EP0847224 A1 EP 0847224A1
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EP
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microphones
signals
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microphone
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EP96810846A
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Cyrill Steinebrunner
Hans Rudolf Dr. Graf
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Sulzer Markets and Technology AG
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Sulzer Innotec AG
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    • H04R3/005—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for combining the signals of two or more microphones
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    • H04R2201/405—Non-uniform arrays of transducers or a plurality of uniform arrays with different transducer spacing

Definitions

  • the invention relates to a device for detection according to the position and sound power of sound sources the preamble of claim 1 and a method for Operation of the device.
  • This device has the disadvantage that the redundancy of the Information occurs in the microphone signals.
  • the invention has for its object a device to determine the position and sound power of Improve sound sources, so that Disadvantage is fixed.
  • a method for operating the device is by Features of claim 7 characterized.
  • the carrying device 1 contains a stand 7 and a support 8 for the Microphones, the carrier being arranged horizontally.
  • the recording device 3 is e.g. one in itself Known multi-track tape recorder, which with the microphones 2nd is connected to all the signals of each microphone to record on one audio track at a time.
  • the Recording device is with the evaluation device connected, e.g. is a personal computer.
  • the Microphones 2 are in a predetermined pattern arranged.
  • Fig. 2 occur in the sound of four Microphones A, B, C, D, in a division with Equidistant distances are arranged at an angle incident sound wave on redundant microphone signals.
  • 3 shows according to the invention a reduced number of microphones, i.e. three microphones A, B, D provided, in which by Public address with angled sound wave none redundant micro signals occur.
  • the microphones A, B, D For scanning the sound power of the sound sources 11, 12 four microphones 2 are provided, the microphones A, B, D with a smaller division for the higher Frequency range and the microphones A ', B', D 'with a greater division for the low frequency range are provided.
  • a first division i.e. the distance is e.g. eight Centimeters assumed for a frequency range.
  • the a is an even multiple of the first division, i.e. of the Distance is e.g. twenty-four centimeters. With this assignment is achieved that only four Microphones are sufficient for two audio frequency ranges generate redundancy-free microphone signals.
  • the microphones are sound sources in a predetermined Distance from the object that the Has sound sources and the microphones with the Multitrack tape recorder connected in such a way that the signals of a each microphone recorded on a sound track becomes. Then the sound waves generated microphone signals recorded.
  • the evaluation is carried out separately from the record.
  • To evaluate the microphone signals is a grid is assigned to the object.
  • For each Raster point is the sound propagation at most existing sound sources for each microphone separately inverted and thereby aligned to the grid point generates first evaluation signals.
  • the first evaluation signals then become with each other and with themselves multiplied where generated by second evaluation signals will. It becomes the time average of the second Evaluation signals determined that the sound power of Represents sound source in the grid point. Before education the time average becomes the second Evaluation signals multiplied by factors from the Arrangement of the microphones depending on the carrying device are.
  • the position sensor is in Positioned to a temporal assignment of the To enable object and the microphone signals.
  • the Grid with the object having sound sources thus moves.
  • the inversion of the Sound propagation performed depending on the time.
  • the device has a number of microphones 2, which are arranged according to a predetermined pattern an essentially redundancy-free storage of Microphone signals in a recording device cause.

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Abstract

Die Vorrichtung weist eine Anzahl von Mikrofonen (2) auf, die nach einem vorbestimmten Muster angeordnet sind, um eine im wesentlichen redundanzfreie Speicherung von Mikrofonsignalen in einer Aufzeichnungseinrichtung zu bewirken. Mit der reduzierten Anzahl von Mikrofonen wird das Ergebnis der Feststellung mindestens gleich oder besser als mit einer Anordnung, die an sämtlichen Punkten der Teilung mit einem Mikrofon versehen ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Feststellen der Position und Schallleistung von Schallquellen gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung.
Es ist bekannt, dass mit einer Anordnung von Mikrofonen Schallquellen an ortsfesten und bewegten Einrichtung feststellbar sind. Hierzu sind eine Mehrzahl von Mikrofone entlang einer Geraden angeordnet, die sich vertikal und/oder horizontal erstrecken. Die Mikrofone sind in äquidistanten Abständen angeordnet und mit einer Aufzeichnungseinrichtung signalübertragend verbunden.
Diese Vorrichtung hat den Nachteil, dass Redundanz der Informationen in den Mikrofonsignalen auftritt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zum Feststellen der Position und Schallleistung von Schallquellen zu verbessern, so dass der genannte Nachteil behoben ist.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Ein Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung ist durch die Merkmale des Anspruches 7 gekennzeichnet.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind darin zu sehen, dass einerseits der Aufwand, insbesondere an Mikrofonen geringer ist und andererseits das Ergebnis der Feststellung mindestens gleich oder besser als bei bekannten Ausführungsformen ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1
Eine Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung in schematischer Darstellung;
Fig. 2
eine Anordnung von Mikrofonen und die erzeugten Mikrofonsignale;
Fig. 3
eine Ausführungsform einer erfindungsgemässen Anordnung von Mikrofonen und die erzeugten Mikrofonsignale und
Fig. 4
eine zweite Ausführungsform einer Anordnung von Mikrofonsignalen.
Wie die Fig. 1 zeigt, weist die hier in Rede stehende Vorrichtung eine Trageinrichtung 1, vier Mikrofone 2, eine Aufzeichnungseinrichtung 3, eine Auswerteinrichtung 4 und einen Positionssensor 5 auf. Die Tragvorrichtung 1 enthält einen Ständer 7 und einen Träger 8 für die Mikrofone, wobei der Träger horizontal angeordnet ist. Die Aufzeichnungseinrichtung 3 ist z.B. ein an sich bekanntes Mehrspurtonbandgerät, das mit den Mikrofonen 2 verbunden ist, um sämtliche Signale eines jeden Mikrofons auf jeweils einer Tonspur aufzuzeichnen. Die Aufzeichnungseinrichtung ist mit der Auswerteinrichtung verbunden, die z.B. ein Personalcomputer ist. Die Mikrofone 2 sind nach einem vorbestimmten Muster angeordnet.
Wie die Fig. 2 zeigt treten bei der Beschallung von vier Mikrofonen A, B, C, D, die in einer Teilung mit äquidistanten Abständen angeordnet sind mit schräg einfallender Schallwelle redundante Mikrofonsignale auf.
Nachfolgend wird die Funktion der Vorrichtung anhand der Fig. 3 und 4 erläutert. Wie die Fig. 3 zeigt, werden erfindungsgemäss eine reduzierte Anzahl von Mikrofone, d.h. drei Mikrofone A, B, D vorgesehen, bei welchen durch Beschallung mit schräg einfallender Schallwelle keine redundanten Mikrosignale auftreten.
Wie die Fig. 4 zeigt, werden die Position und Schallleistung von zwei punktförmigen Schallquellen 11 und 12 festgestellt, wobei sich die Frequenzen der Schallquelle 11, 12 über zwei Tonfrequenzbereichen erstrecken.
Zur Abtastung der Schallleistung der Schallquellen 11, 12 werden vier Mikrofone 2 vorgesehen, wobei die Mikrofone A, B, D mit einer kleineren Teilung für den höheren Frequenzbereich und die Mikrofone A', B', D' mit einer grösseren Teilung für den niedrigen Frequenzbereich vorgesehen sind. Bei der Zuordnung der Mikrofone wird von einer ersten Teilung, d.h. der Abstand beträgt z.B. acht Zentimeter für einen Frequenzbereich ausgegangen. Für einen anderen Frequenzbereich werden die Mikrofone mit einer zweiten Teilung einander zugeordnet, die ein geradzahliges Vielfaches der ersten Teilung ist, d.h. der Abstand beträgt z.B. vierundzwanzig Zentimeter. Mit dieser Zuordnung wird erreicht, dass lediglich vier Mikrofone ausreichen, um für zwei Tonfrequenzbereiche jeweils redundanzfreie Mikrofonsignale zu generieren.
Zur Feststellung der Position und Schallleistung von Schallquellen werden die Mikrofone in einem vorbestimmten Abstand von dem Gegenstand aufgestellt, welcher die Schallquellen aufweist und die Mikrofone mit dem Mehrspurtonbandgerät so verbunden, dass die Signale eines jeden Mikrofons auf jeweils einer Tonspur aufgezeichnet wird. Anschliessend werden die durch die Schallwellen generierten Mikrofonsignale aufgezeichnet.
Im Regelfall erfolgt die Auswertung örtlich getrennt von der Aufzeichnung. Zur Auswertung der Mikrofonsignale wird dem Gegenstand ein Raster zugeordnet. Für jeden Rasterpunkt wird die Schallausbreitung der allenfalls vorhandenen Schallquellen für jedes Mikrofon getrennt invertiert und dadurch auf den Rasterpunkt ausgerichtete erste Auswertsignale erzeugt. Die ersten Auswertsignale werden dann miteinander und mit sich selber multipliziert, wo durch zweite Auswertsignale erzeugt werden. Es wird der zeitliche Mittelwert der zweiten Auswertsignale ermittelt, der die Schallleistung der Schallquelle im Rasterpunkt darstellt. Vor der Bildung des zeitlichen Mittelwertes werden die zweiten Auswertsignale mit Faktoren multipliziert, die von der Anordnung der Mikrofone an der Tragvorrichtung abhängig sind.
Für bewegte Gegenstände wird der Positionssensor in Stellung gebracht, um eine zeitliche Zuordnung des Gegenstandes und der Mikrofonsignale zu ermöglichen. Das Raster mit dem Schallquellen aufweisenden Gegenstand bewegt sich somit. In diesem Fall wird die Inversion der Schallausbreitung in Abhängigkeit der Zeit durchgeführt.
Die Vorrichtung weist eine Anzahl von Mikrofonen 2 auf, die nach einem vorbestimmten Muster angeordnet sind, um eine im wesentlichen redundanzfreie Speicherung von Mikrofonsignalen in einer Aufzeichnungseinrichtung zu bewirken.
Mit der reduzierten Anzahl von Mikrofonen wird das Ergebnis der Feststellung mindestens gleich oder besser als mit einer Anordnung, die an sämtlichen Punkten der Teilung mit einem Mikrofon versehen ist.

Claims (8)

  1. Vorrichtung zum Feststellen der Position und Schallleistung von Schallquellen, mit einer Trageinrichtung, mit einer Anzahl von Mikrofonen, die basierend auf einer Teilung mit gleichen Abständen an der Trageinrichtung angeordnet sind, mit einer Aufzeichnungseinrichtung, die mit den Mikrofonen signalübertragend verbunden und dazu bestimmt ist, sämtliche Signale von jedem Mikrofon separat aufzuzeichnen und mit einer Auswerteinrichtung, um die Position und Schallleistung der Schallquellen zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, dass eine reduzierte Anzahl von Mikrofonen (2) unter Beibehaltung der Teilung nach einem vorbestimmten Muster an der Trageinrichtung (1) angeordnet sind, um eine im wesentlichen redundanzfreie Speicherung von Mikrofonsignalen in der Aufzeichnungseinrichtung (3) zu bewirken.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrofone (2) in einer ersten und/oder zweiten Teilung an der Trageinrichtung (1) angeordnet sind, um Schallquellen mit unterschiedlichem Tonfrequenzbereich zu ermitteln.
  3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrofone (2) jeweils auf einer Linie angeordnet sind, die horizontal und/oder vertikal verläuft um ortsfeste oder bewegliche Schallquellen festzustellen.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrofone (2) in einer Fläche liegend angeordnet sind.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragvorrichtung (1) lagestabil oder schwenkbar ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Positionssensor (5), der mit der Aufzeichnungseinrichtung (3) verbunden ist.
  7. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Schritte
    Aufstellen der Mikrofone in einem vorbestimmten Abstand von einem Schallquellen aufweisenden Gegenstand;
    Aufzeichnen sämtlicher Signale von jedem Mikrofon;
    Auswerten der Mikrofonsignale, wobei ein Raster dem Gegenstand zugeordnet wird, wobei für jeden Rasterpunkt die Schallausbreitung der allenfalls vorhandenen Schallquellen für jedes Mikrofon getrennt invertiert wird, so dass auf den Rasterpunkt ausgerichtete erste Auswertsignale erzeugt werden, wobei die ersten Auswertsignale miteinander und mit sich selbst multipliziert werden, so dass zweite Auswertsignale erzeugt werden, wobei der zeitliche Mittelwert der zweiten Auswertsignale ermittelt wird, welcher die Schallleistung der Schallquelle im Rasterpunkt darstellt und wobei die zweiten Auswertsignale vor Bildung des zeitlichen Mittelwertes mit vom Mittelwertes mit vom vorbestimmten Muster abhängigen Faktoren multipliziert werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei sich das Raster mit dem Schallquellen aufweisenden Gegenstand bewegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Inversion der Schallausbreitung in Abhängigkeit der Zeit vorgenommen wird.
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