Was ist die Sound Source Localization (SSL)-Technologie? Die Sound Source Localization-Technologie bedeutet die Verwendung mehrerer Mikrofone an verschiedenen Punkten in der Umgebung und Messung des akustischen Signals. Der Schall erreicht die Mikrofone zu unterschiedlichen Zeiten. Ein Algorithmus verarbeitet das empfangene akustische Signal und ermittelt so die relative Richtung (einschließlich Azimut und Neigungswinkel), die Entfernung und weitere Informationen zum Quellpunkt.

Lokalisierung des menschlichen Ohrs

Bei der Lokalisierung von Schallquellen kann man sich die Funktionsweise des menschlichen Ohrs vorstellen. Das menschliche Ohr verfügt über eine monaurale und eine bilaterale Lokalisierungsfähigkeit. Bei der monauralen Lokalisierung wird die empfangene Schallwelle von verschiedenen Teilen der Ohrmuschel reflektiert und gelangt dann in den Gehörgang. Da die Phase der direkten Schallwelle beim Erreichen des Ohrs variiert, interferieren sie in der Ohrmuschel und erzeugen einen besonderen Höreffekt, den sogenannten Ohrmuscheleffekt. In Kombination mit der Drehung des Kopfes kann die Position der Schallquelle wahrgenommen werden.

Bei der binauralen Lokalisierung weisen die Signale im linken und rechten Ohr eine interaurale Zeitdifferenz (ITD) und eine interaurale Pegeldifferenz (ILD) auf. Die Positionierung basiert auf ITD und ILD für eine spezifische Schalllokalisierung. Die Bestimmung des horizontalen Azimuts lässt sich mathematisch als zweidimensionales Problem der akustischen Richtungsschätzung ausdrücken, wie in Abbildung 1 dargestellt.

Die ITD-Informationen haben einen besseren Einfluss auf die Azimutschätzung bei mittleren und niedrigen Frequenzen, während die ILD-Informationen einen besseren Einfluss auf die Azimutschätzung bei hohen Frequenzen haben. In Kombination mit dem Ohrmuscheleffekt, der Kopfdrehung und dem Prioritätseffekt erhalten wir eine umfassendere und genauere Wahrnehmung von Winkel, Entfernung und anderen Klanginformationen.

Ultraschall-Positionierungsmethode

Die Ultraschallortung nutzt hauptsächlich reflektierende Entfernungsmessung und bestimmt die Position des Objekts durch multilaterale Ortung und andere Methoden. Das System besteht aus einem Host und mehreren Empfängern. Der Host wird auf dem zu messenden Ziel platziert. Die Empfänger werden an festen Standorten im Innenbereich aufgestellt. Zur Positionsbestimmung sendet der Host Signale gleicher Frequenz an den Empfänger. Nach dem Empfang durch den Empfänger wird das Signal zum Host zurückreflektiert. Die Entfernung wird anhand der Zeitdifferenz zwischen Echo und gesendeter Welle berechnet, um die Position zu bestimmen.

Die Schallquellenlokalisierung kann zur Schiffs- und Fahrzeugerkennung, zur Lokalisierung der Hauptlärmquellen in Maschinen (wie Motoren, Autos und Flugzeugen), zur Zielauswahl, zur Interferenzunterdrückung in Kommunikationsgeräten oder zur Spracherkennung sowie zur Überwachung des Zustands mechanischer Systeme eingesetzt werden.

Darüber hinaus werden Methoden zur Schallquellenlokalisierung aufgrund der Fähigkeit, Quellenintensität und Schallfeldinformationen abzuschätzen, häufig im Akustikdesign von Audiogeräten und Theatersystemen, bei der berührungslosen Schwingungsmessung und in Virtual-Reality-Audiosystemen eingesetzt. Mit der Entwicklung des Metaversums, des maschinellen Lernens, des Cloud-Computing und der On-Chip-Elektronik bietet die Technologie zur Schallquellenortung immer breitere Anwendungsmöglichkeiten.

Vorteile der Ultraschallpositionierung

• Hohe Genauigkeit, auf den Zentimeter genau
• Relativ einfache Struktur, mit gewisser Durchdringbarkeit
• Starke Entstörungsfähigkeit

Nachteile der Ultraschallpositionierung

• Große Dämpfung, nicht für großflächige Situationen geeignet
• Der Reflexionsbereich wird stark durch den Mehrwegeeffekt und Sichtlinienbeschränkungen beeinflusst
• Hohe Investitionen in Hardware-Einrichtungen

Ultraschall-Positionierungsanwendungen

• Weitgehend in digitale Stifte integriert
• Offshore-Bergbau und militärische Zwecke
• Indoor-Positionierung: Objektortung in unbeaufsichtigten Werkstätten

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