Entwurf und Aufbau eines sphärischen Mikrofonarrays für Forschungsanwendungen in Raumakustik und Virtual Audio

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Josef Kaufer
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1 Entwurf und Aufbau eines sphärischen Mikrofonarrays für Forschungsanwendungen in Raumakustik und Virtual Audio B. Bernschütz 1,3, C. Pörschmann 1, S. Spors 2 und S. Weinzierl 3 1 FH Köln, Institut für Nachrichtentechnik 2 Deutsche Telekom Laboratories / Technische Universität Berlin 3 Technische Universität Berlin, Fachgebiet Audiokommunikation DAGA März 2010

Weinzierl 3 1 FH Köln, Institut für Nachrichtentechnik 2 Deutsche Telekom Laboratories /

2 ASAR Forschungsprojekt Analyse und Synthese richtungsabhängiger akustischer Eigenschaften von Räumen BMBF gefördertes Forschungsprojekt FH Köln, Institut für Nachrichtentechnik Deutsche Telekom Laboratories Technische Universität Berlin, Fachgebiet Audiokommunikation Westdeutscher Rundfunk (WDR)

FH Köln, Institut für Nachrichtentechnik Deutsche Telekom Laboratories

3 Arraymessung und -processing, Anwendungen Sphärisches Array für die Abtastung des Schallfeldes (Rotationssymmetrie) Plane Wave Decomposition Extrapolation: Datensätze für 3D-Audio Wiedergabesysteme Beamforming: Zerlegung in richtungsabhängige Beiträge

Wave Decomposition Extrapolation: Datensätze für 3D-Audio

4 VariSphear/ Mikrofonarray Sequentielle Abtastung Beliebige Abtastgrids (Art, Anzahl SP) Verschiedene Radien Keine Echtzeitmessungen

5 Einfluß auf das Schallfeld Messung vs. Mikrofonstativ im reflexionsarmen Raum Leichter Kammfiltereffekt ab 6KHz bei Schalleinfall aus 0 Abschattungen bei Schalleinfall aus 180

6 Radius und Positioniergenauigkeit Modale Amplituden Positionsfehler Ω=0.01 Abhängig von kr Untere Grenzfrequenz: N max, Radius, SNR, Positionsfehler Moden tauchen nach und nach im kr-spektrum auf (SNR!) Positionsfehler Ω<0.01 Beispiel f =60Hz, r=1.2m, N={4, 5} Ideale, nicht gewichtete Arrayantworten auf eine ebene Welle:

Moden tauchen nach und nach im kr-spektrum auf (SNR!) Positionsfehler Ω<0.

7 Räumliche Aliasartefakte Diskrete Abtastung führt zu Alias Schallfeld nicht modal begrenzt Quadratur liefert jeweils nur bis zu N q stabile Orthogonalität der SH Räumliche Aliasartefakte auf der gesamten kr-bandbreite Geringe Aliasanteile für kr<n Starker Anstieg für kr>n Abtastdichte (Anzahl, Anordnung, Radius) Bsp: Lebedev, L=23 (590SP), r=0.1m, f max 10KHz

Aliasartefakte auf der gesamten kr-bandbreite Geringe Aliasanteile für kr<n Starker

8 Modale Dropouts, Sphärische Konfiguration Lösungen Dual Sphere DGE Rigid Sphere : Scatterer

9 Kombination verschiedener Messungen Lückenlose Messungen hoher Ordnung auf großer Frequenzbandbreite erfordern eine Kombination von Messungen auf verschiedenen Radien und ggf. mit verschiedenen sphärischen Konfigurationen.

erfordern eine Kombination von Messungen auf

10 Steuersoftware Steuersoftware für das Bedienung über GUI Diverse Quadraturen Audiotestfunktionen Automatisierte Messroutinen Sinussweepsynthese u.v.m. Erkennung von Zeitinvarianzen Temperaturmessung Konsistenzprüfung der RIA

11 CAD CAD Modul Laser Sensor am Erfassung geometrischer Daten und Verankerung von Position und Ausrichtung des Arrays Berechnung von Volumen, Flächen, Längen etc. Koordinatentransformation Einfache Verbindung mit akustischen Messdaten

Arrays Berechnung von Volumen, Flächen, Längen etc.

12 Fazit und Aktuelles Zusammenfassung Umfangreiches Mikrofonarraymesssystem Große Frequenzbandbreite und modale Auflösung Hohe Flexibilität Einsatz in Akustik, Virtual Audio aber auch für die Grundlagenforschung an sphärischen Mikrofonarrays Aktuell Simulationsplattform Arrayprocessing Verteiltes Rechnen (SciGrid)

Akustik, Virtual Audio aber auch für die Grundlagenforschung an sphärischen

13 Demo VariSphear und Virtual Concert Hall Demo VariSphear und Virtual Concert Hall (Binaurale Rekonstruktion der Leipziger Gewandhäuser) Morgen, Do Raum C 119, Haus Grashof, Beuth Hochschule (Demoraum TU Berlin - Fachgebiet Audiokommunikation)

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