Was bedeutet High Dynamic Range (HDR)?

Der HDR-Algorithmus ist ein auf Beamforming basierendes iteratives Entfaltungsverfahren, welches im Zeitbereich arbeitet, die Dynamik eines akustischen Fotos erhöht und somit die Quelltrennung erleichtert. Die Anwendung dieses Algorithmus eignet sich demnach besonders für Signale, die mehrere Quellen enthalten, welche aufgrund ihrer Schalldruckpegeldifferenz mit der Dynamik des verwendeten Mikrofonarrays nicht geortet werden können.

Übersteigt die Differenz der Schalldruckpegel zweier Quellen die Dynamik des Mikrofonarrays, ist die leisere der beiden Quellen gegenüber der lauteren nicht zu identifizieren. Die Nebenkeulen (engl. Sidelobes) der lauteren Quelle überdecken in diesem Fall die leisere Quelle. Darüber hinaus führt die Überlagerung mehrerer Sidelobes zu deren Verstärkung und dadurch zur Bildung von Scheinquellen.

Abbildung 1 zeigt ein mit TDBF berechnetes akustisches Foto. Abgebildet sind fünf Quellen an verschiedenen Positionen, die mit weißem Rauschen und Schalldruckpegeln von 90 dB, 80 dB, 70 dB, 60 dB und 50 dB simuliert wurden. Es ist deutlich zu erkennen, dass nur die beiden lautesten Quellen 1 und 2 geortet werden können. Alle anderen werden durch die Sidelobes dieser beiden überdeckt.

Um auch die übrigen Quellen identifizieren zu können, wird HDR auf das akustische Foto angewendet. Dabei wird in jedem Iterationsschritt die derzeit lauteste Quelle mit Hilfe des akustischen Radierers aus dem Signal entfernt und in eine neue, „saubere“ akustische Karte (engl. clean map) eingefügt. Durch das Entfernen der lautesten Quelle aus der ursprünglichen Karte erhöht sich der Kontrast und es können auch Quellen, die bislang außerhalb des detektierbaren Bereichs lagen, identifiziert werden (vgl. Abbildung 2). Ein Vorteil gegenüber dem im Frequenzbereich arbeitenden CLEAN-SC-Algorithmus ist die Möglichkeit der anschließenden Auralisierung der Quellen mit sehr hoher Trennschärfe.

Literatur

D. Döbler, R. Schröder: High-Dynamic-Range-Algorithmus zur Kontrastverbesserung und exakter Quellrekonstruktion in Beamforming-Systemen, DAGA 2012

Besuchen Sie auch die Website der von der GFaI e. V. veranstalteten Berliner Beamforming-Konferenz http://www.bebec.eu.