Die präzise Richtungsortung von Schallquellen (Direction of Arrival Estimation - DOAE) ist eine Aufgabe, deren Lösung bei verschiedenen akustischen Anwendungen angestrebt wird. So spielt sie u.a. eine wichtige Rolle für die Sprechererkennung, die automatische Steuerung von Kameras, bei Freisprecheinrichtungen (z.B. in PKWund Telefon- bzw. Videokonferenzsystemen) und für Hörgeräte. In dieser Arbeit werden verschiedene Algorithmen zur Lokalisation von Schallquellen im Zusammenhang mit mehrkanaliger Störgeräuschunterdrückung (Beamforming)
auf Robustheit gegenüber Rauschen und Halleinfluss untersucht. Eingegangen wird auch auf die besonderen Verhältnisse, die bei Hörgeräten auf Grund der Mikrofonpositionierung in unmittelbarer Kopfnähe vorliegen und deren Berücksichtigung in Verfahren zur Richtungsbestimmung. Sämtliche in dieser Arbeit vorgestellten Algorithmen zur Schallquellenlokalisation beruhen auf der Bestimmung des Laufzeitunterschieds (Time Delay Difference - TDD) einer Wellenfront des Nutzsignals zwischen den verwendeten Mikrofonen (Sensoren). Hierzu werden die an den Sensoren aufgenommenen zeitdiskreten Signale herangezogen.
In dieser Arbeit werden zunächst verschiedene Modelle der Schallausbreitung beschrieben und die Ermittlung des Einfallswinkels bei bekanntem Laufzeitunterschied zwischen den Mikrofonen des Sensor-Arrays erläutert. Außerdem erfolgt die Beschreibung von Beamformern als mehrkanalige
Systeme zur Störgeräuschunterdrückung, die die Kenntnis des Einfallswinkels einer Nutzsignalquelle (Sprecherposition) erfordern.
Unterschiedliche Verfahren zur Richtungsortung der in einem Schallfeld dominierenden Quelle werden beschrieben, wobei zwischen zweikanaligen- und mehrkanaligen Verfahren unterschieden wird. Für jeden Algorithmus erfolgt eine Veranschaulichung in Form der Einfallswinkelschätzung eines sich bewegenden Sprechers. Weiterhin wird der Einfluss des menschlichen Kopfes auf die Laufzeitdifferenzen zwischen den auf der Kopfoberfläche (oder in ihrer unmittelbaren Nähe) positionierten Sensoren untersucht. Es wird das Kugelmodell nach [BD98] zur Annäherung an die durch Beugungseffekte m Kopf beeinflussten TDDs beschrieben und mit Daten verglichen, welche aus Messungen der sogenannten Head Related Transfer Function (HRTF) an einer Testperson gewonnen wurden. Außerdem wird auf die Integration des HRTF-Modells in Verfahren zur Richtungsortung eingegangen. Die Zuverlässigkeit der zuvor beschriebenen Verfahren zur Einfallswinkelbestimmung wird anhand ausführlicher Simulationen beleuchtet. Hierbei interessiert in erster Linie die Robustheit gegenüber rauschartigen Störungen und Einfluss von Raumhall. Aber auch der Nutzen des HRTF-Modells aus Kapitel 4 wird, im Zusammenhang mit einem Hörgeräte-Array, untersucht.
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