Original title: Návrh sférického mikrofonního pole
Translated title: Design of a spherical microphone array
Authors: Voch, Filip ; Schimmel, Jiří (referee) ; Liska, Matej (advisor)
Document type: Bachelor's theses
Year: 2024
Language: cze
Publisher: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií
Abstract: [cze] [eng]
Sférické mikrofonní pole je jednou z možností, jak lze snímat prostorový zvuk. Tato práce se zabývá návrhem pevného sférického pole pro beamforming a ambisonii smíšeného řádu pomocí MEMS senzorů propojených TDM sběrnicí. Senzory MEMS jsou využity z důvodu malých rozměrů. Digitální výstupní signály jsou pak pomocí časového multiplexu posílány na externí signálový procesor. Práce popisuje postup při návrhu pomocí matematických metod rozložení bodů na sféře pro beamforming a pomocí sférických harmonických funkcí pro ambisonii. Pro realizaci prototypu je pak vytvořený návrh s uniformně rozloženými mikrofony na sféře. Pro propojení mikrofonů jsou navržené flexibilní desky plošného spoje, které jsou připojeny na centrální desku plošného spoje, kde jsou signály převáděny na resp. z diferenciálního signálu pro přenos mezi polem a signálovým procesorem. Pro tento přenos jsou pak připraveny RJ-45 konektory. Mikrofony jsou ke sběrnicím připojeny pomocí USB-C konektorů. Výsledkem této práce je návrh konstrukčního řešení včetně 3D modelu a návrhu plošných spojů pro propojení mikrofonů. 3D model je navržen v programu Fusion 360 a desky plošných spojů jsou navrženy pomocí softwaru KiCad. Spherical microphone array is one of the ways to record spatial sound. This paper proposes rigid spherical array for beamforming and mixed order ambisonics using MEMS sensors connected with TDM bus. MEMS sensors are used due to their small size. Digital output signal is transferred to external signal processor using time division multiplexing. This paper describes an approach to design of the array for beamforming using mathematical methods for node layout on a sphere and for ambisonics using spherical harmonic functions. For prototype realization there is created design with uniformly distributed microphones on the sphere. There are flexible printed circuit boards designs for connecting the microphones. Those boards are then connected to central printed circuit board, where are the signals converted to resp. from differential signal for transfer between the array and the signal processor. RJ-45 connectors are being used for this transfer. Microphones are connected to the buses by USB-C connectors. The result is framework solution including 3D model and printed circuit board designs for microphone connection. 3D model is designed in Fusion 360 software and printed circuit boards in KiCad.
Keywords: 3D print; ambisonics; beamforming; MEMS; PCB; spherical harmonic functions; spherical microphone array; 3D tisk; ambisonie; beamforming; MEMS; PCB; sférické harmonické funkce; sférické mikrofonní pole

Institution: Brno University of Technology (web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library.
Original record: https://hdl.handle.net/11012/247376

Permalink: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-619128


The record appears in these collections:
Universities and colleges > Public universities > Brno University of Technology
Academic theses (ETDs) > Bachelor's theses