Laskennallisesti tehokas toteutus mikrofoniryhmän suuntakuvion ohjaukseen

Kuvittele olevasi jalankulkijana suurkaupungin vilkkaassa liikenteessä. Soitat kaverillesi ja olet aikeissa sopia tapaamisesta läheiseen kahvilaan. Kaverisi ei kuitenkaan saa selvää mitä olet hänelle sanomassa, koska ohitsesi kulkevat äänekkäät autot ja ihmisvilinä peittävät äänesi. Et löydä rauhallisempaa paikkaa, joten puhelu päättyy ilman, että kaverisi saa tietää mihin toivoit hänen tulevan.

– Aloin etsiä ratkaisua edellä kuvatun kaltaisiin tilanteisiin työskennellessäni Nokian tutkimuskeskuksessa Tampereella. Koska tavoitteeni oli löytää menetelmä, joka toimii luotettavasti matkapuhelimissa tai niiden lisälaitteissa, oli työtäni ohjaavina ja rajoittavina tekijöinä kolme seikkaa: tuotteen koko, komponenttikustannukset ja käytössä oleva laskentateho, Matti Kajala kertoo.

Mikrofonin suuntaavuutta voidaan hallita mekaanisella toteutuksella, sähköisesti ohjaamalla tai yhdistämällä useamman mikrofonin signaalit laskennallisesti.

– Mekaaninen toteutus ei tule kyseeseen handsfree-toiminnossa, koska kohdentaminen haluttuun lähteeseen edellyttäisi laitteen kääntämistä aina henkilön vaihtuessa tai puhujan liikkuessa laitteen ympärillä. Sähköisesti ohjattavien mikrofonien sijaan matkapuhelimissa tai niiden lisälaitteissa on suotuisampaa sijoittaa kuoreen muutama edullinen yleismikrofoni ja käyttää tuotteissa jo muutenkin olevaa laskentaprosessoria. Laskennallisten menetelmien käyttö toisaalta edellyttää, että algoritmi soveltuu kyseiselle prosessorille eikä kuormita sitä liikaa. Taustatyön jälkeen löysin ratkaisun, jossa mikrofoniryhmän tuottamat äänisignaalit yhdistetään laadukkaasti ja kustannustehokkaasti niin, että herkkyyttä voidaan ohjata haluttuun suuntaan vain yhtä parametriä muuttamalla, Kajala sanoo.

Väitöskirjassaan Matti Kajala esittelee menetelmänsä toimintaperiaatteen ja vertailee algoritmin ominaisuuksia perinteisiin keilanmuodostusalgoritmeihin nähden.

Filosofian lisensiaatti ja diplomi-insinööri Matti Kajalan signaalinkäsittelyn alaan kuuluva väitöskirja A Multi-Microphone Beamforming Algorithm with Adjustable Filter Characteristics tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston informaatioteknologian ja viestinnän tiedekunnassa perjantaina 24.9.2021 kello 12.00 alkaen Hervannan kampuksella Tietotalon salissa TB109 (Korkeakoulunkatu 1, Tampere). Vastaväittäjänä toimii Professor Dr.-Ing. Walter Kellermann, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Kustoksena toimii professori Ari Visa informaatioteknologian ja viestinnän tiedekunnasta.

Väitöstilaisuuteen on kutsuttu rajallinen määrä osallistujia koronarajoitusten vuoksi. Yleisön on mahdollista seurata väitöstä Zoom-etäyhteydellä.