Idee für ein neues HID - acoustic pinpointet Chalkboard

Ok, das ist wie Ihr unschwer erkennen könnt ein X-Post in 4 sehr unterschiedliche Gruppen, aber Ihr werden gleich sehen was es damit auf sich hat:

Ort des Geschehens ist der (große) Hörsaal 122 der Mathematischen Fakultät der LMU München, mit seinen Monstertafeln. Das Geschehen: Profs betreiben einen Wettstreit im möglichst schnellen, kleinen Schreiben mit zwischenzeitlichem "Säubern" mit einem Konstrastverhältnis von Schätzungsweise 1:3

Problem: Der größte Teil der Höhrer hat sich mittlerweile daran gewöhnt. Allerdings haben wir auch einen kleinen Prozentsatz an Leuten, die auf Grund körperlicher Einschränkungen nicht im Stande sind, den Tafelinhalt, auch nur auf's wesentliche beschränkt. So haben wir z.B. einen Albino (ist das eigentlich ein politisch korrekter Ausdruck?), der in der ersten Reihe sitzt und dennoch mit einem Fernglas bewaffnet ist, da der Pigmentmangel zu einem verminderten Auflösungsvermögen des Auges führt.

Nun war meine Idee, das Problem technisch zu lösen. Abfotographieren ist nicht möglich, da man auf einem Foto bei einem 1:5 Kontrast nicht besonders viel erkennt.

Stattdessen war meine Idee, an der Tafelrückseite 6 Schallwandler anzubringen, die die von den Schreibbewegungen hervorgerufenen akustischen Schwingungen im Tafelmaterial aufzeichnen. Die Signale der 6 Mikros werden digital verarbeitet und durch Laufzeitdifferenzbildung der Ursprung des Schalls ermittelt. Der so vektorisierte Tafelinhalt würde dann unmittelbar per Bluetooth ausgestrahlt und alle Tafeln der Vorlesung nach Vorlesungsende im Netz hinterlegt.

Frage an die Physiker: Was könnt Ihr zum Ausbreitungsverhalten von Schall in Schreibtafeln beisteuern.

Frage an die Mathematiker: Was für Methoden würdet ihr zur Signalanalyse vorschlagen? Wie könnte ich Schreibgeräusche von Wischgeräuschen unterscheiden?

Frage an die Elektroniker: Was würdet Ihr als Schallwander empfehlen. Welcher DSP ist am geeignetsten?

Frage an ger.ct: Was haltet Ihr davon?

Grüße

Wolfgang

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Wolfgang Draxinger
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Wolfgang Draxinger
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"Wolfgang Draxinger" schrieb im Newsbeitrag news:co5i63$nhu$ snipped-for-privacy@svr7.m-online.net...

Ist Bayern so rueckstaendig, das es dort noch keine gedrucken Skripte der Vorlesung gibt (eben bis auf die winzigkleinen Verbesserungen die dieses Jahr hinzukommen), sondern die Aufmerksamkeit der Studenten vom Inhalt der Vorlesung dadurch abgelenkt wird, das sie zum Abschreiben wie annodunnemals vor Gutenberg verdonnert werden ?

Oder sind dort die Studenten so aengstlich und obrigkeitsfurchtsam, das sie sich nicht trauen, den Profen mal auf seine unmoegliche Tafelarbeit hinweisen, notfalls im Chor des gesamten Auditoriums ? (Moeglichst aber nur bei den Stellen im Skript, die wirklich interessant, weil dieses Jahr neu, sind, fuer den Rest ist schliesslich leicht einsehbar das jede Tafelflaeche verschwendet ist).

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MaWin

Jain, in Physik wird vorzugsweise mit Overheadfolien gearbeitet, die dann auch von einem Studenten (mir) eingescannt werden und dank neuer Verfahrensoptimierung (Scanner steht mittlerweile neben dem Projektor) unmittelbar nach der Vorlesung online sind. Mittlerweile denke ich über einen Livevideo-Multicast in's Internet nach ;-)

In Mathe wird ohne Skript aus dem Kopf gearbeitet, aber interessanterweise haben die Profs sich noch nie in der Numerierung verschusselt. Bei Beweisen schaffen sie es sogar die Referenzen zu Zeug, dass sie Wochen vorher an die Tafel geschrieben haben, "punktgenau" zu treffen.

Wurde schon einige Male gemacht. Die Profs fragen auch freundlicherweise in der Vorlesung, aber leider konvergiert ihre Schrift schon nach wenigen Zeilen wieder gegen 1cm Oberhöhe.

*g* Stimmt, dafür gibt's Literatur.
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Wolfgang Draxinger
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Wolfgang Draxinger

MaWin schrub im Jahre 25.11.2004 22:35:

Trotzdem erstaunlich, dass Bayern in der Pisa-Studie die Fahne für D-Land hoch hält. Oder gerade vielleicht deswegen, weil die Anforderungen an die Studies so höher gehalten werden ;-)

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Die FAQ zu de.comp.hardware.netzwerke: http://how.to/dchn
Mozilla-Tips: http://mozilla-anleitung.de/ http://www.holgermetzger.de/

"Auch wenn ich die Funktionsweise dieser Konsole nicht kenne, glaube
ich nicht, dass sie rauchen sollte"
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B.Eckstein

Es fällt mir immer öfter und öfter auf, dass du nur halb soviel schreiben müsstest, wenn du alle blöden Kommentare eben nicht schreibst...

Mfg

Thomas

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Thomas Pototschnig

Ich hab zwar nicht in Bayern studiert und bei uns gab es fast alle Scripte auch zu kaufen, ich hab aber trotzdem selber mitgeschrieben weil man es sich dann viel besser merken kann und man ausserdem durch geschickten Einsatz von Farbe auf kompliziertere Zusammenhaenge spaeter nachvollziehen kann.

Olaf

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Olaf Kaluza

"Wolfgang Draxinger"

Ich hab das mal mit 44,1 KHz eine Achse an meinem Schreibtisch gemacht. Auflösung war 20cm. Wenn du cm-genau abgreifen willst, und das brauchst du bei einer Tafel schon, dann müssen demnach _mindestens_ ca. 8820 kHz abtastfrequenz sein. Das entspricht dann ca 8 MHz.

Die interessante Frage wäre: Wie nimmt man solche Frequenzen auf? Wie ermittelt mal analogelektronisch die Phasenverschiebungen? Schmitttrigger sollte die Lösung sein. Aber mit 8MHz? hmmm... kA....

Freue mich auf eine interesannte weiterführende Diskussion dazu.

lg,

Markus -

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Markus Gronotte

"Markus Gronotte"

Ich habe gerade nochmal drüber nachgedacht. Schmitttrigger ist Blödsinn. In meiner Software analysiere ich die komplette erste positive und negative Amplitude. Wie man das bei 8 MHz schaffen soll ist mir rätzelhaft. Ein PC sollte das theoretisch schaffen, aber wie bekommt mann 8 MHz in einen Rechner rein? und das mit ähm.. 3 oder 4 Kanälen _pro Tafel_? ... da stößt man mit Sicherheit irgendwo an Grenzen ^^

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Markus Gronotte

BTW: Im Moment denke ich mir eine neue Sig aus. Bis dahin ist dieser Platz für anderen, sinnfreien Inhalt frei.

--
Wolfgang Draxinger

[Hier könnte Ihr Text stehen]
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Wolfgang Draxinger

Schallgeschwindigkeit (wikipedia) einer Tafel liegt evtl. irgendwo zwischen Stahl 4900 m/s und Holz 3300 m/s ... sagen wir 4000

das mit deinem Schreibtisch klingt schonma gut - 44,1 kHz ergibt rechnerisch 9 cm/Takt bei reiner Auswertung der Flanken!

Da wir aber mit viel mehr Bits (z.B. 10 oder 12 verwertbare Bits) als nur mit einem (Auswertung der Flanke) sampeln werden, müsste es möglich sein, da noch mehr Genauigkeit rauszuholen ...

Die Theorie zum Oversampling sagt, dass man Abtastrate gegen zusätzliche Bits tauschen kann (das sollte auch andersrum möglich sein!) ... mit einer 10 Bit Abtastung sollte es also möglich sein, eine 10er-Potenz oder mehr an Auflösung rauszuholen ...

(Die abschätzenden Angaben für A/D Wandler rechnen immer mit Noise-Shaping ... das nützt hier aber wohl nix...)

Die Mathematik zur Ausnutzung hab ich leider nicht parat - nichtmal die passenden Suchbegriffe ...

Ähnlich muss das auch beim Cairos Projekt funktionieren .. (Fraunhofer IIS, Ortung von Ball und Spielern beim Fussball) Dort ist es möglich einen Sender (z.B. im Ball) auf wenige cm genau zu orten. Dort ist 1 ns etwa 30 cm ... die Wandler werden aber wohl kaum mit 1 GHz laufen ... offenbar kann man wohl 1-2 Zehnerpotenzen rausholen ... irgendwie :-)

bye, Michael

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Michael Schöberl

"Michael Schöberl"

Von was für einem Takt sprichst du denn hier?

lg,

Markus

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Markus Gronotte

nochma nachrechnen ...

44,1 kHz sind 22,7 us von einem zum nächsten Abtastzeitpunkt. Schallgeschwindigkeit mit 4000 m/s angenommen ergibt 0,09070 m = 9 cm

deine zusätzliche Ungenauigkeit kommt vermutlich von der Bestimmung des Maximums der Amplituden ... mit einem Takt daneben sinds gleich wieder 9 cm mehr

Besser wäre wohl der Nulldurchgang (wenn es nicht zu sehr rauscht)

Weiter könnte man mit den Samples vor und nach dem Nulldurchgang interpolieren. Also eine Gerade durchlegen und den Nulldurchgang auf Bruchteile des Taktes eingrenzen.

leider habe ich keine Mikros da - ich würd das gern ma probieren!

bye, Michael

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Michael Schöberl

"Michael Schöberl"

Hi,

achso. Du vergisst dabei aber die unterschiedlichen Lautstärken des Signals. Auf Grund der unterschiedlichen Aufnahmeeigenschaften bei unterschiedlicher Lautstärke sind einzelne Amplituden und Nulldurchgänge für eine _genaue_ Positionsbestimmung nicht geeignet. Das geht nur über eine FFT, da bei der FFT eine Lautstärkekonstante mit drin ist, die man gleichsetzen kann. Danach transformiert zurück und findet _dann_ erst anhand der Nulldurchgänge oder Amplitudenspitzen die Positionen.

Sowas scheitert nicht an Mikros. Als Mikros kann man für sowas auch gewöhnliche passive Lautsprecher an den LineIn anschließen. Das absolut schwache Signal reicht für sowas vollkommen aus, wenn man das Rauschen in der FFT rausmacht.

lg,

Markus

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Markus Gronotte

Am Sun, 5 Dec 2004 14:03:48 +0100 hat Markus Gronotte geschrieben:

Eine Lautstärkekonstante kannst du ja immer einführen, wenn du sie brauchst. Ich denke an sowas wie Normalisieren der Pegel. Aber für die Positionsmessaufgabe hätte ich eher an Korrelation gedacht, denn an FFT.

--
Martin
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Martin Lenz

"Martin Lenz"

Hi,

Ich denke an sowas wie Normalisieren der Pegel. Aber

FFT.

Korrelation von _was_ genau?

lg,

Markus

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Markus Gronotte

Am Mon, 6 Dec 2004 14:03:02 +0100 hat Markus Gronotte geschrieben:

Wenn ich mich recht erinnere, sollte das Geräusch der Kreide auf der Tafel ausgewertet werden. Da müßte man wohl die Signale von midestens 3 Meßpunkten korrelieren und über die Verschiebung Laufzeiten berechnen. Ähnlich wie beim GPS, wo man im Empfänger auch keine absolute Uhr hat.

--
Martin
Reply to
Martin Lenz

"Martin Lenz"

brauchst. Ich denke an sowas wie Normalisieren der Pegel.

an FFT.

ausgewertet werden. Da müßte man wohl die Signale von

berechnen. Ähnlich wie beim GPS, wo man im Empfänger

Ja. Das ist korrekt. Das nennt sich Phasenverschiebung oder Gangunterschied. Diesen kann man aber nur bestimmen, wenn das Geräusch an allen messpunkten _exakt_ gleich aussieht. Genauso wie du jemanden, den du mit einer Videokamera von hinten filmst nicht ins Gesicht guckst, ist es beim Schall ähnlich. Due siehst dort zwar nicht die Person von vorne, könntest aber trotzdem theoretisch aus drei Aufnahmen eine exakte Position errechnen. Die aufgenommenen Signale (auch Audio) sind einfach noch zu unterschiedlich, so dass man diese erst angleichen muss. Das ging bei meinem Schreibtischexperiment am besten (oder am einfachsten) über die FFT.

lg,

Markus

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Markus Gronotte

"Markus Gronotte"

Du kennst sicher diese Metallkugeln, die man zur Entspannung in der Hand um sich gegenseitig drehen soll. Nimm diese mal mit in die Badewanne und klopf diese dort nah unter der Wasseroberflache und dann direkt am Grund gegeneinander. Du wirst überrascht sein, wie unterschiedlich das dann klingt. (Das jetzt mal nur als Beispiel, um das Verständnis für das Problem zu verbessern.)

lg,

Markus

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Markus Gronotte

Am Mon, 6 Dec 2004 14:47:37 +0100 hat Markus Gronotte geschrieben:

Ich habe keine Badewanne, um das Experiment nachzumachen, und unter der Brause ist das SNR wegen dem rauschenden Wasser zu schlecht :-) Ich dachte auch schon daß es hier Signalunterschiede geben wird, hoffte aber, daß sie klein sein werden. Deine Bezeichnung "Lautstärkekonstante" hat mich halt verwirrt, weil der Unterschied sicher nicht nur in der Lautstärke liegt und diese in der Korrelation vieleicht gar nicht stört. Aber irgendeine Frequenzgangkorrektur wird wohl nötig sein, ev. geht das mit FFT - oder einem FIR Filter. Was sicher nicht reicht ist FFT statt der Korrelation und ich dachte erst, daß du dies vorgeschlagen hättest.

--
Martin
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Martin Lenz

"Martin Lenz"

Brause ist das SNR wegen dem rauschenden Wasser zu

hoffte aber, daß sie klein sein werden. Deine

Unterschied sicher nicht nur in der Lautstärke liegt und

Frequenzgangkorrektur wird wohl nötig sein, ev. geht das mit

Korrelation und ich dachte erst, daß du dies

Funktioniert deine Email? Dann schicke ich dir mal mein Tetris vorbei, was ich damit programmiert habe. Klopfposition ist Steinposition, einmal klopfen Stein rechts-links positionieren. Zweimal klopfen rechtsdrehen, dreimal klopfen runterfallen lassen.

lg,

Markus

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Markus Gronotte

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