2- Küresel Mikrofon Dizileri

Etkinlik Türü: Eğitim Semineri

Eğitim Seminerinin Adı: Küresel Mikrofon Dizileri

Eğitim Seminerini Düzenleyenler:
Doç. Dr. Hüseyin Hacıhabiboğlu, ODTÜ Enformatik Enstitüsü, hhuseyin{^a_*}metu.edu.tr

Eğitim Seminerinin İçeriği:
Küresel mikrofon dizileri, küresel simetriye sahip olmaları nedeniyle üç boyutlu akustik algılama ve analiz problemlerinde tercih edilen dizilerdir. İki tür küresel mikrofon dizisi vardır. Birinci tür, mikrofonların katı küresel bir yüzey üzerinde konumlandırıldığı kapalı küresel mikrofon dizileri, ikinci tür ise açık bir küresel yüzey üzerinde bulundukları açık küresel mikrofon dizileridir. Geçtiğimiz onyılda iki tür mikrofon dizisi için de değişik algoritmalar geliştirilmiş ve ses yönü kestirimi, ses kaynağı ayırma, ses alanı analizi gibi değişik problemlere çözümler getirilmiştir.

Küresel mikrofon dizileri iki değişik şekilde incelenebilir. Birinci yöntem kaydedilen ses alanının küresel harmonik çözünümü ile ilgilidir ve hem kapalı hem de açık küresel dizilere uygulanabilir. İkinci yöntem ise Kirchhoff-Helmholtz integrali kullanılarak açık bir küresel yüzeyin kapladığı hacimdeki ses alanının analizine dayanır. İki yöntem ses alanının farklı şekillerde modellenmesine, ve dolayısıyla gösterimine bağlıdır. Birinci yöntemde amaç, küresel yüzey üzerindeki basınç alanının örneklenmesi ve uzamsal frekans alanında işlenerek zaman alanında geri çatılması üzerine kuruludur. İkinci yöntem ise örneklenen basıncın açık küresel yüzeyin kapsadığı hacim içindeki ses alanının tahminine dayanmaktadır.

Önerilen eğitim semineri küresel mikrofon dizilerinin teorik temellerini ve akustik sinyal işleme yöntemlerinin bu türden dizilerle elde edilmiş sinyallerde ne şekilde uygulanacağını katılımcılara anlatmayı amaçlamaktadır. Buna yönelik olarak: i) akustik ses alanlarının enerjetik ve spektral analizini içeren yöntemlerin temelleri, ii) küresel dizilerle ses konumu kestirimi ve ses kaynak ayırma gibi uygulamaların temelleri, iii) küresel mikrofon dizilerinin fiziksel limitleri anlatılacaktır.

Eğitim Seminerinde anlatılacak konuların güncelliği ve yenilikçi yanları:
Küresel mikrofon dizileri, geometrileri açısından doğrusal mikrofon dizilerine göre önemli avantajlara sahiptir. Küresel geometrinin KH integrali ve küresel harmonik dönüşüm gibi açılımlara izin veriyor olması nedeniyle son yıllarda hem akademik araştırma sonucu hem de ticari olarak farklı küresel mikrofon dizileri geliştirilmiştir. Küresel mikrofon dizilerinin kullanım alanları ses kaynak ayırmadan mimari akustiğe, robot navigasyonundan telekonferans sistemlerine, uzamsal ses sistemleri için ses kaydından atış yönü kestirimine kadar uzanmaktadır. 

Eğitim Seminerinde anlatılacak konuların ana iskeleti:

• Akustik sinyal işleme ve küresel mikrofon dizilerine giriş
• Akustik yeğinlik ve dördey (kuaternion) sinyal işleme
• Küresel harmonik çözünüm
• Kapalı küresel mikrofon dizileri teorisi
• Açık küresel mikrofon dizileri teorisi
• Pratik problemler (kalibrasyon, geometri, bileşen gürültüsü)
• Kullanım alanları ve örnekler (Ses kaynak ayırma, huzme oluşturma, uzamsal ses kaydı)

Düzenleyicinin Özgeçmişi:
Doç. Dr. Hüseyin Hacıhabiboğlu 2000 yılında ODTÜ Elektrik ve Elektronik Mühendisliği bölümünden mezun olmuş, yüksek lisansını 2001 yılında University of Bristol'da Elektrik ve Elektronik Mühendisliği alanında, doktorasını ise 2004 yılında Queen's University Belfast'ta Bilgisayar Bilimleri alanında tamamlamıştır. 2004-2008 yılları arasında University of Surrey, Centre for Communication Systems Research (CCSR) ve 2008-2010 yılları arasında King's College London Centre for Digital Signal Processing Research (CDSPR) gruplarında doktora sonrası araştırma görevlisi olarak görev yapmıştır. 2012 yılından beri ODTÜ Enformatik Enstitüsü'nde öğretim üyesidir. Doç. Dr. Hacıhabiboğlu 16 yıldır ses ve akustik sinyal işleme üzerinde çalışmaktadır. Bu sürenin son 10 yılında mikrofon dizisi sinyal işleme uygulamaları üzerinde çalışmıştır. Ses sinyal işleme alanında 50'yi aşkın konferans ve dergi yayını, ikisi mikrofon dizileri ile ilgili olmak üzere üç patenti bulunmaktadır. Ayrıca ODTÜ Uzamsal Ses Sistemleri Araştırma Grubu'nun (METU SPARG) kurucusu ve yöneticisidir. 2012 yılından itibaren IEEE'nin kıdemli üyesidir (Senior Member).

SUMMARY:
Spherical microphone arrays provide distinct advantages in 3D acoustic sensing and analysis problems owing to the spherical symmetry they possess. There are two types of spherical microphone arrays. The first type, rigid spherical microphone arrays, consist of microphones positioned on a rigid spherical surface. The second type, open spherical microphone arrays, consist of microphones suspended in free field on an open spherical shell. Past decade has seen progress in the development of algorithms for both types of arrays, and solutions provided to problems in sound source localisation, sound source separation and sound field analysis.

Sound field recorded by spherical microphone arrays can be analysed using two different ways. The first method, which is applicable to both open and rigid microphone arrays is based on the spherical harmonic decomposition of the sound field. The second method, applicable mainly to open spherical microphone arrays is based on the expression of the sound field inside the volume enclosed by the spherical surface using the Kirchhoff-Helmholtz (KH) integral. These methods differ in the way that they model the sound field. The former, aims to sample and reconstruct the sound field on the rigid sphere and the latter is based on the prediction of the sound field inside a spherical volume using its samples on the open sphere.

This tutorial aims to instruct its audience on the theoretical basis that underlies spherical microphone arrays and the application of acoustical signal processing methods on signals obtained from such arrays. The topics to be covered include: i) the fundamentals of energetic and spectral analysis of acoustic fields, ii) sound source localisation and source separation using spherical microphone arrays, and iii) physical limitations of spherical microphone arrays.

NOVELTY OF THE TOPICS COVERED:
The spherical symmetry affords spherical microphone arrays distinct advantages compared to linear microphone arrays. The spherical geometry allows simple representations of sound fields using the KH integral and spherical harmonic decomposition. The compact representations afforded by these arrays resulted in the design and development of spherical arrays both in academic and in commercial contexts. The uses of spherical microphone arrays encompass areas as diverse as sound source separation to architectural acoustics, from robot navigation to teleconferencing systems and from recording technologies to gunshot localisation.

TOPICS TO BE COVERED:

• Acoustic signal processing and introduction to spherical microphone arrays
• Acoustic intensity and quaternion signal processing
• Spherical harmonic decomposition
• Rigid spherical microphone arrays
• Open spherical microphone arrays
• Practical problems (calibration, geometry, component noise)
• Areas and examples of use (Source separation, beamforming, spatial audio recording)

SHORT BIO OF THE SPEAKER:
Assoc. Prof. Dr Huseyin Hacihabiboglu graduated from METU Electrical and Electronic Engineering in 2000, got his M.Sc. from University of Bristol (UK) in 2001 on Electrical and Electronic Engineering, and his Ph.D. on Computer Science from Queen's University Belfast in 2004. Between 2004 and 2008, he was a postdoctoral research fellow at Centre for Communication Systems Research (CCSR) at University of Surrey and between 2008-2010 a senior postdoctoral research associate at Centre for Digital Signal Processing Research (CDSPR) at King's College London. Since 2012 he has been a member of staff at Graduate School of Informatics at METU. Dr Hacihabiboglu has been working on audio and acoustical signal processing for the past 16 years. Particularly, during the last decade he has worked on microphone array signal processing. He has more than 50 conference and journal publications and three patents in the audio signal processing area. He is the founder and the principal investigator of METU Spatial Audio Research Group (METU SPARG). He is a senior member of  IEEE since 2012.