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Messtechnische Erfassung und Simulation eines digitalen Miniaturmikrofonarrays mit Echtzeit-Signalverarbeitungsalgorithmus

Status
Finished
Type
Master/Diploma Thesis
Seminar Type
- None -
Announcement date
04 Feb 2014
Student
Hannes Dieterle
Mentors
Research Areas

Abstract

Digital beamforming technology has the potential to reach excellent sounding results even at low dimensions of the applied directive microphone system. It further allows the integration of additional DSP features into the beamforming algorithms. Thereby signals are created which cannot be achieved with conventional analog equipment.
In this master thesis the application of a novel beamforming algorithm in a miniature microphone array system was evaluated. The study was embedded in a R&D project of SCHOEPS Mikrofone GmbH. Using the numerical computing environment MATLAB, the algorithm was fed with simulated sound field signals of a virtual microphone array. Subsequently the processed output signals were analyzed and compared to data of existing analog microphones. In addition the results were evaluated with subjective listening tests. In cause of this study, the excellent tonal qualities of the microphone array system prototype could be shown. Further, potential bottlenecks were detected in the analyzed evaluation version of the algorithm, indicating targets for future optimization studies. The development and implementation of the applied measurement system is also described in this work.

Kurzfassung

Mithilfe der digitalen Beamformingtechnik ist es möglich, selbst bei sehr geringen Abmessungen eines Mikrofonsystems mit Richtwirkung gute klangliche Ergebnisse zu erzielen. Durch die hierbei verwendeten Algorithmen können zusätzliche Funktionen zur Bearbeitung des aufgenommenen Schalls in das System integriert und somit Signale erzeugt werden, die mit rein analoger Technik nicht möglich wären.
Im Rahmen eines Projekts der Firma SCHOEPS Mikrofone GmbH zur Entwicklung eines Miniaturmikrofonarrays befasst sich diese Masterarbeit mit der Evaluierungsversion eines Beamformingalgorithmus. Dabei wird der Algorithmus mithilfe der numerischen Mathematiksoftware MATLAB mit simulierten Schallfeldsignalen eines virtuellen Mikrofonarrays gespeist, gefolgt von der Analyse der verarbeiteten Ausgangssignale. Um die erzielten Ergebnisse bewerten zu können, werden diese mit Messdaten bestehender analoger Mikrofone verglichen und zusätzlich alle Systeme mittels subjektiver Hörtests evaluiert. Dabei zeigen sich einerseits bei vorwiegend sehr guten Messergebnissen die klanglichen Qualitäten des Mikrofonarraysystems, andererseits auch einige Fehler und Unzulänglichkeiten der untersuchten Evaluierungsversion des Algorithmus, welche in der weiteren Entwicklungsarbeit des Projektes behoben werden könnten. Die Entwicklung des verwendeten Messsystems ist ebenfalls Gegenstand dieser Masterarbeit.