Хочу массив мини-микрофонов USB. Является ли это возможным?


13

Я много узнал об адаптивном формировании луча, а также изучал различные симы в MATLAB и т. Д.

Но что может быть лучше, чтобы понять что-то - действительно понять это - чем играть со всей системой?

Для этого я хотел бы найти (собрать?) Подключенный USB-массив микрофонов, скажем, с 5 микрофонами или около того. Они могли бы получать сигналы из окружающей среды (иначе, где бы ни находился мой ноутбук), и тогда я мог бы принимать эти сигналы и обрабатывать их в MATLAB или где-либо еще.

Я действительно не хотел бы строить все это, так что я надеюсь, что кто-то уже использовал массивы микрофонов, подключенных через USB в прошлом, и может указывать в правильном направлении?

Микрофоны не должны быть чем-то необычным, когда дело доходит до битовых разрешений их АЦП и т. Д. Микрофоны KISS достойного качества подойдут просто отлично.

Ответы:


8

PlayStation Eye видеокамера имеет массив 4-линейный элемент микрофона. Он обеспечивает 16-битные выборки на частоте 48 кГц с SNR 90 дБ. Он прост в использовании: он перечисляет как стандартное аудиоустройство USB с четырьмя отдельными каналами.

Пример использования этого способа см. В разделе: 4-канальные аудио-тесты PS3 Eye на Ubuntu Karmic.


1
@ Мохаммед Это, вероятно, будет хорошим решением, если вы будете рады ограничиться четырьмя каналами. Четыре канала дадут вам усиление формирования луча около 12 дБ. Недостатком является то, что из-за того, что общая протяженность массива довольно мала, у вас будет довольно большое фокусное пятно формирования луча: вы не можете отделить источники звука, которые находятся слишком близко друг к другу. Следовательно, ваше основное приложение для этого массива, вероятно, будет не изолировать источники звука, а скорее отслеживать единственный источник звука в пространстве. Т.е. знаю, где человек стоит от их голоса ...
АРФФ

1
@ArikRaffaelFunke Хм, я недостаточно знаю об адаптивном формировании луча, чтобы понять, что такое фокусное пятно. :-) Однако, я думаю, что я все еще смогу разделить источники, используя не мгновенные ICA. (на самом деле я сосредоточен на ICA на данный момент). Кроме того, да 4 не так много, как я надеялся ... Но, может быть, это может быть началом ..c
Spacey

3

Поработав над адаптивным формированием луча, я бы действительно стеснялся взломать что-нибудь сам для этого, пока не приобрел некоторый опыт. (Примечание. Профессиональные решения с 60 каналами стоят около 100 тыс. Евро. Со многими каналами ваше пространственное разрешение становится намного лучше, но вы получаете только ограниченный объем информации через порт USB ...)

Для надежного формирования луча важно, чтобы все микрофоны использовали одну и ту же временную базу. Самый простой способ добиться этого - использовать внешнюю звуковую карту USB с несколькими входными каналами. Это не очень дешево, хотя. Вы смотрели на то, что можно найти на Ebay?

Альтернатива - пожертвовать общей временной базой, используя несколько звуковых карт USB, например, с двумя каналами. Однако вам необходимо откалибровать свою систему сбора данных. Это действительно не так сложно, как кажется:

Для калибровки вы настраиваете свой массив и производите короткий звук (например, трещина / хлопок / и т. Д.) На расстоянии от вашего массива, которое имеет порядок размера вашего массива. Затем вы записываете этот звук и используете Matlab или подобное для вычисления взаимной корреляции между хлопком / трещиной / и т. Д. на разных каналах. Это даст вам список временных смещений, которые необходимо применить к каналам для их выравнивания перед подачей данных в алгоритм формирования луча.

Чтобы изучить адаптивное формирование луча, это, вероятно, тот путь, если вы не можете заключить сделку по многоканальной звуковой карте.


Редактировать 1

Эта редакция предназначена для ответа на вопросы, заданные в комментариях.

Основная идея формирования задержки и суммарного формирования луча состоит в том, чтобы применить задержки к различным каналам сбора данных таким образом, чтобы звуки, исходящие из одной точки в пространстве, выравнивались и «усиливались» при добавлении сигнала из разных каналов. Звуки, которые звучат из других областей пространства, не совпадают и, следовательно, не «усиливаются».

Точка в пространстве, для которой звуки выравниваются с использованием определенного набора задержек, называется фокусом массива микрофонов (или фокусным пятном). В действительности, однако, фокус - это не идеальная точка, а небольшая (иш) (в зависимости от массива) область пространства, для которой звуки хорошо выравниваются. Размер этой области называется размером фокусного пятна.

Геометрия (размер, форма и т. Д.) Зависит от точных деталей массива: количества микрофонов, расстояния между микрофонами, частотного содержания сигналов, представляющих интерес. Смотрите, например, эту статью .

Для получения дополнительной информации ищите тексты о фокусировке "фазированных массивов" или "линейных массивов" в ультразвуке. Формирование луча может использоваться при приеме (для усиления сигналов из определенной точки пространства) или при излучении (для создания «громкого» пятна в комнате). Принципы идентичны: просто замените «микрофон» на «громкоговоритель» в вашем мышлении.

Что касается процедуры калибровки: вы правы. Процедура, которую я изложил, слишком упрощена. Это хорошо работает только в том случае, если вы можете создать калибровочный хлопок на гораздо большем расстоянии, чем интересующая вас область пространства (т.е. для обеспечения ровной волны).

Если это невозможно, вы должны принять во внимание положение хлопка. В этом случае простейшей процедурой является исправление задержек путем взаимной корреляции, как описано, но затем добавление кривизны волнового фронта обратно к сигналу путем применения набора задержек «обратного формирования луча», рассчитанного с положением начала координат хлопок. (То есть, если вы используете переменную глубины + t0 (или + z0) в своем «обычном» алгоритме формирования луча, вам нужно использовать -t0 (или -z0) для алгоритма обратного формирования луча.)

В чем смысл этой калибровки: она устраняет любые ошибки, связанные с тем, что разные звуковые карты начинают запись в несколько разное время. Это обычно препятствует правильному выравниванию сигналов даже с правильными задержками и, таким образом, предотвращает эффект усиления, который вы ищете.


Спасибо Арик. Однако я не уверен, почему вы хотите компенсировать задержки здесь. Например, некоторое адаптивное формирование луча, как вы знаете, является задержкой и суммой, поэтому он автоматически принимает решение о проблемах с задержкой. Вторая вещь (я думаю , что это то , что вы говорите), то , что я действительно хочу , общую временную синхронизацию. (т. е. нажмите кнопку, все микрофоны начнут записывать одновременно), но я не хочу, чтобы у них были общие задержки.
Спейси

Я на самом деле встроил в свой ноутбук массив микрофонов, я думаю, это всего лишь две микрофоны, но это может быть отправной точкой, однако я понятия не имею, как на самом деле получить доступ к их данным с минимальной суетой по отдельности ...
Spacey

@ Мохаммед - проблема не компенсирует известные задержки, она компенсирует неизвестные задержки. По сути, для каждой отдельной звуковой карты USB будет определенное время обработки, и оно может варьироваться от устройства к устройству (в этом случае это может быть компенсировано) или даже не будет постоянным / изменяться в зависимости от загрузки шины USB.
Коннор Вольф

@Mohammad Что FakeName сказал ... Чтобы сделать вещи, возможно, даже более ясными: временная база для любого формирования луча должна быть лучше, чем полупериод самой высокой частотной составляющей, которую вы хотите принять во внимание. Я считаю, что этого невозможно добиться с помощью независимых звуковых карт, просто начав их запись одновременно. Дело обстоит иначе, если у вас есть одна звуковая карта с несколькими каналами.
АРФФ

@ArikRaffaelFunke Я понимаю, что вы имеете в виду о калибровке, я неправильно понял ваше утверждение. Тем не менее, я не вижу, как можно удалить временную задержку из необычной временной базы, не удаляя при этом также временную задержку из канала (которую вы хотите сохранить). Единственный способ - убедиться, что расстояние до каждого микрофона от хлопка одинаково, но это невозможно для линейного массива> 2. Может быть, если достаточно далеко (таким образом, плоские волновые фронты), это не будет иметь большого значения?
Спейси
Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.