Dynamic measurement of sound fields using compressed sensing

Dynamische Ausmessung von Schallfeldern unter Verwendung von Compressed Sensing

Zusammenfassung

Das Ziel des vorgeschlagenen Forschungsvorhabens besteht darin, die Möglichkeiten der Messung von Schallfeldern (d. h. der plenakustischen Funktion) mit bewegten Mikrofonen unter Verwendung des Compressed Sensing zu untersuchen und entsprechende neue Methoden bereitzustellen. Es wird ein einzelnes Mikrofon betrachtet, dessen räumliche Position in Bezug auf den Anfangsort während der gesamten Messung bekannt ist. Dieses kann in kontrollierter Weise durch die Bewegung mit einem Roboterarm oder während einer zufälligen Bewegung durch eine Positionserfassung (ähnlich einem Head Tracker) erreicht werden. Durch das Ausnutzen der Lageinformation bei der compressed-sensing-basierten Messung ergibt sich die Möglichkeit, Schallfelder mit einem per Hand bewegten Mikrofon zu vermessen, das in quasi zufälliger Weise bewegt wird. Von der hier vorgeschlagenen und zu untersuchenden Vorgehensweise ist eine Reihe von Vorteilen gegenüber denjenigen Methoden zu erwarten, die ein großes Feld von räumlich verteilten Mikrofonen aufbauen. Zum Beispiel ist bei der Verwendung eines einzelnen Mikrofons keine genaue Mikrofon-Kalibrierung nötig. Die praktischen Anwendungen sind vielfältig und reichen von der Entzerrung von Lautsprecher-Raum-Systemen über die optimale Lautsprecherplatzierung bis zur Bauakustik, wo zuverlässige Messungen von Schallfeldern mit einem minimalen Messaufwand erreicht werden können.

Summary

The objective of the proposed research is to explore the possibilities of measuring sound fields (plenacoustic functions) with moving microphones by making use of the theory of compressed sensing and to develop the corresponding tools. A single omnidirectional microphone is considered for which the spatial location is assumed to be known during the entire measurement with respect to the initial position. This can be achieved in practice by either moving the microphone in a controlled way (e.g., by a robot arm) or by carrying out random movement by some other means and observing the microphone position with a fast tracking device. By exploiting the position information within a compressed-sensing based measurement, the proposed approach has the potential to capture the sound fields within a given volume by using only a hand-held microphone that is quasi randomly moved. A number of advantages is expected over methods that capture sound fields with large arrays of spatially distributed microphones. For example, with one microphone, no exact microphone calibration is needed. The practical applications are manifold, from listening-room-compensation over optimum loudspeaker placement to architectural acoustics, where reliable sound-field measurements could be obtained with a minimum of equipment.

Preprints

  1. Fabrice Katzberg, Radoslaw Mazur, Marco Maass, Philipp Koch, Alfred Mertins, Measurement of Sound Fields Using Moving Microphones, September 2016

Publications

  1. Katzberg, F., Mazur, R., Maass, M., Koch, P., and Mertins, A., Multigrid reconstruction of sound fields using moving microphones, Proc. Workshop on Hands-free Speech Communication and Microphone Arrays (HSCMA), San Francisco, USA, March 2017

  2. Mazur, R., Katzberg, F., Phan, H., and Mertins, A. Room equalization based on measurements with moving microphones, Proc. Workshop on Hands-free Speech Communication and Microphone Arrays (HSCMA), San Francisco, USA, March 2017

  3. Katzberg, F., Mazur, R., Maass, M., Koch, P., and Mertins, A., Measurement of sound fields using moving microphones, Proc. IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP), New Orleans, USA, March 2017

  4. Katzberg, F., Mazur, R., Maass, M., Koch, P., and Mertins, A., Sound-field measurement with moving microphones, The Journal of the Acoustical Society of America, vol. 141, no. 5, pp. 3220-3235, May 2017

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