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Beitrag zur digitalen Signalverarbeitung in der Mikrofontechnik
The properties of a microphone are significant for the quality of the
recording and transmission of an acoustic signal. This report presents
possibilities for influencing the linear and the spacial characteristics of
microphones with digital signal processing. The first step for this is the
analog to digital conversion of the microphone signal. With the developed
procedure that uses a combination of a linear and a nonlinear quantisation
the digitalisation of microphone signals with a dynamic range of more than
140 dB is possible without abrupt changes of the signal to noise ratio,
with a level independed signal to noise ratio, without an increasing
quantisation error at decreasing signal levels and without an
overmodulation of the analog to digital converters. The processing of the
linear and the spacial properties of microphones is realised by FIR
filters. For this filters a design process is developed especially for
microphone applications related to the construction of the target transfer
functions, the preprocessing of the microphone transfer functions and the
postprocessing of the calculated FIR coefficients. The calculated filters
can be used for equalisations of the magnitude response combined with an
optimal impulse response of the microphone like the equalisation for
different incidence angles in a direct sound field, the equalisation of the
magnitude in a reverberant sound field or a presence boost. Another design
process is developed for FIR filters that are used for the frequency
dependend processing of the magnitude and the phase response of the
capsules in a TWIN microphone. With such filters a frequency dependend
control of the polar pattern and the directivity of a microphone is
possible. Such microphones can have an equal magnitude response in the
direct and in the reverberant sound field or also a frequency dependend
controlable direct to reverberant ratio. For microphone columns a design
process for application dependend polar patterns using FIR filters is
optimised related to the construction of the target polar pattern and the
pre- and postprocessing during the calculation of the FIR coefficients.
This results in a decreased modulation of the sound level and the magnitude
response when recording extended sound sources.Mikrofone tragen als erstes Element in der Ãœbertragungskette mit ihren
Eigenschaften entscheidend zur Qualität einer Messung bzw. Aufnahme bei.
In dieser Arbeit werden Möglichkeiten zur Beeinflussung der linearen und
der räumlichen Übertragungseigenschaften von Mikrofonen durch Algorithmen
der digitalen Signalverarbeitung behandelt. Dazu wird zunächst die
Analog-Digital-Umsetzung der Mikrofonsignale betrachtet. Durch eine
Kombination aus linearer und nichtlinearer Quantisierung wird ein Verfahren
entwickelt, mit dem Mikrofonsignale mit einem Dynamikumfang von mehr als
140 dB ohne sprunghafte Änderungen des Signal-Rauschabstandes, mit einem
über weite Bereiche aussteuerungsunabhängigen Signal-Rauschabstand, ohne
eine ungenauer werdende Quantisierung bei kleiner werdenden
Signalamplituden und ohne eine Ãœbersteuerung von AD-Umsetzern
digitalisiert werden können. Die Beeinflussung der linearen und der
räumlichen Übertragungseigenschaften von Mikrofonen wird durch die
Verwendung von FIR-Filtern realisiert, für deren Entwurf speziell auf die
Anwendung beim Mikrofon hin abgestimmte Algorithmen entwickelt werden.
Diese beziehen sich auf die Konstruktion von Zielfunktionen, die
Vorverarbeitung gemessener Mikrofon-Ãœbertragungsfunktionen und die
Nachbearbeitung der erzeugten FIR-Filterkoeffizienten. Damit können
anwendungsspezifische Korrekturen des Amplitudenfrequenzgangs wie
Freifeldentzerrungen bei unterschiedlichen Schalleinfallswinkeln,
Diffusfeldentzerrung und Präsenzanhebung bei einem bestmöglichen
Impulsverhalten des Mikrofons realisiert werden. Für die Anwendung der
FIR-Filterung zur frequenzabhängigen Beeinflussung von Amplitude und Phase
der Kapseln eines TWIN-Mikrofons wird ein Entwurfsverfahren entwickelt, mit
dem sich die Richtcharakteristik und somit auch die Bündelung
frequenzabhängig einstellen lassen. Dadurch werden Mikrofone realisiert,
die einen nahezu identischen Amplitudenfrequenzgang im Direkt- und im
Diffusschallfeld oder einen frequenzabhängig einstellbaren Direkt- zu
Diffusschallanteil aufweisen. Für zeilenförmige Mikrofonanordnungen wird
ein Verfahren zur Erzeugung eines anwendungsspezifischen Richtverhaltens
mittels FIR-Filterung bezüglich der Konstruktion des vorgegebenen
Richtverhaltens und durch Beeinflussung der FIR-Koeffizientenerzeugung
optimiert. Dies erfolgt im Hinblick auf eine Minimierung der Modulation von
Schallpegel und Amplitudenfrequenzgang bei der Aufnahme von räumlich
ausgedehnten Schallquellen
Transiente physikalische Mechanismen bei der Laserablation von dünnen Metallschichten
In thin-film processing the confined laser ablation with ultrashort pulses enables very efficient and precise ablation of individual layers. The produced structures are free from thermal damage. This book informs the process engineer about the required laser and material parameters. Moreover, the transient physical mechanisms of direct and confined laser ablation of thin metal films are revealed using time-resolved microscopy.In der Dünnschichtbearbeitung ermöglicht die eingeschlossene Laserablation mit ultrakurzen Pulsen einen hocheffizienten und präzisen Abtrag einzelner Schichten. Die dabei erzeugten Strukturen sind frei von thermischer Schädigung. Dieses Buch informiert den Prozessingenieur über die dazu erforderlichen Laser- und Materialparameter. Darüber hinaus werden die transienten physikalischen Mechanismen bei der direkten und eingeschlossenen Laserablation von dünnen Metallschichten mittels zeitaufgelöster Mikroskopie dargestellt
Tailoring diamond's optical properties via direct femtosecond laser nanostructuring
We demonstrate a rapid, accurate, and convenient method for tailoring the optical properties of diamond surfaces by employing laser induced periodic surface structuring (LIPSSs). The characteristics of the fabricated photonic surfaces were adjusted by tuning the laser wavelength, number of impinging pulses, angle of incidence and polarization state. Using Finite Difference Time Domain (FDTD) modeling, the optical transmissivity and bandwidth was calculated for each fabricated LIPSSs morphology. The highest transmission of ~99.5% was obtained in the near-IR for LIPSSs structures with aspect ratios of the order of ~0.65. The present technique enabled us to identify the main laser parameters involved in the machining process, and to control it with a high degree of accuracy in terms of structure periodicity, morphology and aspect ratio. We also demonstrate and study the conditions for fabricating spatially coherent nanostructures over large areas maintaining a high degree of nanostructure repeatability and optical performance. While our experimental demonstrations have been mainly focused on diamond anti-reflection coatings and gratings, the technique can be easily extended to other materials and applications, such as integrated photonic devices, high power diamond optics, or the construction of photonic surfaces with tailored characteristics in general
Transiente physikalische Mechanismen bei der Laserablation von dünnen Metallschichten
In der Dünnschichtbearbeitung ermöglicht die eingeschlossene Laserablation mit ultrakurzen Pulsen einen hocheffizienten und präzisen Abtrag einzelner Schichten. Die dabei erzeugten Strukturen sind frei von thermischer Schädigung. Dieses Buch informiert den Prozessingenieur über die dazu erforderlichen Laser- und Materialparameter. Darüber hinaus werden die transienten physikalischen Mechanismen bei der direkten und eingeschlossenen Laserablation von dünnen Metallschichten mittels zeitaufgelöster Mikroskopie dargestellt.In thin-film processing the confined laser ablation with ultrashort pulses enables very efficient and precise ablation of individual layers. The produced structures are free from thermal damage. This book informs the process engineer about the required laser and material parameters. Moreover, the transient physical mechanisms of direct and confined laser ablation of thin metal films are revealed using time-resolved microscopy
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