MicLayOut - Layout anwendungsspezifischer Mikrofonarrays

Zielstellung des Projektes

Ziel des Vorhabens war die Entwicklung neuer algorithmischer Verfahren für das zeiteffiziente Generieren anwenderspezifischer Mikrofonarray-Layouts. Zum Zeitpunkt des Starts dieses Vorhabens fehlten leistungsfähige Methoden, um aus vorgegebenen Mikrofonkoordinaten schnell eine CAD-Fertigungsvorlage für akustisch transparente Mikrofonarrays mit kostengünstig und gewichtsarm vermaschten Raster- bzw. Gitterstrukturen zu gewinnen, solche Verfahren zur automatischen Generierung von Netzstrukturen für hochkanalige Mikrofon-Arrays waren deshalb im Projekt zu entwickeln.

Projektergebnisse

Die im Projekt „MicLayOut“ durchgeführten Arbeiten erfolgten in enger Kooperation der beiden Forschungsbereiche „Signalverarbeitung / Akustische Kamera“ und „Graphische Ingenieursysteme“, wobei letzterer Bereich mit seiner sehr hohen Kompetenz auf den Gebieten der Graphentheorie und der Optimierung von auf planaren Graphen basierenden Layoutstrukturen einen wesentlichen Beitrag zum Erfolg dieses Projektes geleistet hat.

Im Vorhaben wurde ein neues, komplexes Softwaresystem in Form eines Skizzentools geschaffen, das die folgenden Teilaufgaben löst:

  • Nutzerunterstützung im Skizzentool durch graphisches User-Interface mit Einstellung der wichtigsten Parameter
  • Einlesen der von dem Mikrofonarraysimulator unter akustischen Gesichtspunkten optimierten Mikrofonpositionen als Punktkoordinaten
  • Berücksichtigung von Meta-Strukturen (aus einfacheren Teilstrukturen wie Kreis, Spirale etc. zusammengesetzte Arraygeometrien, siehe Bild 1)
  • Erstellen einer Arrayskizze als planarer Graph unter Beachtung der Metastrukturen, der vorzugebenden Layoutgebiete (z. B. Aufteilung sehr großer Arrays in mehrere Teilflügel, freizustellende Bereiche für Halterungen, optische Kameras etc.)
  • Einbeziehung zusätzlicher Informationen über weitere konstruktive und fertigungstechnische Randbedingungen (wie Materialstärken, Stegbreiten, Größe der Mikrofoninseln, Stützstrukturen, Rahmen u. a.)
  • Automatische Generierung der vermaschten Struktur zur Anbindung aller Mikrofone durch speziell für das Vorhaben entwickelte Optimierungsalgorithmen
  • Übertragung der erstellten Arrayskizze in das Datenformat des genutzten MCAD-Systems (siehe Bild 2)
Projekt MicLayout
Bild 1: Das Bild zeigt den im Vorhaben beschrittenen Weg von der Vorgabe aus rein akustischer Sicht optimierter Mikrofonkoordinaten (links) über eine aus graphentheoretischer Sicht (nur Knoten / Kanten) zu optimierende Layoutstruktur (mitte) bis hin zu einer für die praktische Fertigung der Arraystruktur geeigneten Vorlage (rechts).
Projekt MicLayout
Bild 2: Mit den im Vorhaben „MicLayOut“ entwickelten Optimierungsverfahren können die Gitterstrukturen sehr hochkanaliger Mikrofonarrays automatisch vernetzt und dann an das MCAD-System (hier Autodesk Inventor) zur schnelleren Erstellung der endgültigen Fertigungsvorlagen übergeben werden.