Audiojärjestelmän äänenlaadun automatisoitu kartoitus

Tässä diplomityössä suunniteltiin ja toteutettiin äänentoistojärjestelmien äänenlaadun kartoitukseen soveltuva järjestelmä. Työssä kehitetty järjestelmä on suunniteltu induktiosilmukkajärjestelmien äänenlaadun kartoitukseen, mutta se soveltuu pienin muutoksin myös muiden parametrien mittaukseen ja kartoittamiseen. Kehitettyyn järjestelmään kuuluvat osa-alueet: äänen näytteistykseen tarvittava laitteisto, sisätilapaikannusjärjestelmä, analyysin toteuttava ohjelmisto sekä tiedot tallentava pilvipalvelu. Kehitetty järjestelmä mittaa ja määrittää äänenlaadun kannalta olennaiset parametrit ja muodostaa näistä tämän jälkeen kartan, joka kuvaa äänenlaatua paikan funktiona. Työssä tutkittiin erilaisten herätesignaaleiden soveltuvuutta induktiosilmukan äänenlaadun määrittämiseen ja valittiin toteutukseen näistä lupaavin, eli multitonesignaali. Multitonesignaalia käyttäen suunniteltiin ja toteutettiin Fourier-muunnokseen perustuva analyysimenetelmä, jolla voidaan määrittää mitattavan järjestelmän signaalinvoimakkuus, taajuusvaste, signaali-kohinasuhde sekä intermodulaatio- sekä harmoninen särö. Lisäksi työssä suunniteltiin ja toteutettiin tällaisen multitonesignaaliin perustuvan mittausjärjestelmän kalibrointiin soveltuva menetelmä sekä suunniteltiin ja toteutettiin silmukkavastaanottimen kalibroinnissa tarvittava homogeenisen kentän muodostava Helmholtzin kela. Helmholtzin kelan avulla tutkittiin myös järjestelmän mittaustarkkuutta määrittelemällä sille hajontaparametrit sekä mitattiin järjestelmän taajuusvaste. Mittauksissa todettiin, että kehitetyn järjestelmän tarkkuus signaalinvoimakkuuden ja taajuusvasteen osalta on hyvin tavoitteena olleen ±0.5 dB tarkkuuden sisällä. Työn yhteydessä tutkittiin lisäksi myös Quuppa Oy:n kehittämää HAIP-sisätilapaikannusjärjestelmää. Tarkemmin HAIP:sta tutkittiin sen tarkkuutta ja tutustuttiin sen toimintaperiaatteeseen. Quupan järjestelmä havaittiin erittäin herkäksi ympäristön heijastuksille, jotka heikentävät sen tarkkuutta. Lisäksi HAIP on liian hidas pystyttää tällaisen siirrettävän mittausjärjestelmän yhteydessä käytettäväksi. Vaikka työn lopputuloksena saadussa mittausjärjestelmässä on parantamisen varaa, varsinkin paikannusmenetelmän käytettävyyden suhteen, on järjestelmä käyttökelpoinen tarkoitukseensa. Lisäksi se muodostaa hyvän pohjan, jatkokehitystä ajatellen.This thesis work is focused on the design and implementation of a sound quality mapping system. Specifically this mapping system is designed to map sound quality of induction loopset systems, but it can be modified to map different parameters with minor modifications. Segments of designed system are: Sound digitizing equipment, indoor positioning system, sound quality analysis software and cloud service used to store measurement information. Implemented system measures and analyzes parameters relevant to sound quality and forms a map out of this data, which depicts sound quality as a function of location. In this thesis, viability of different stimulus signals were studied when measuring induction loopset system sound quality. Multitone signal, which was most promising was selected for this implementation. Fourier transform based analysis method was also designed utilizing a multitone stimulus. This method determines signal strength, frequency response, intermodulation distortion and harmonic distortion of system under test. In addition, calibration method and equipment for such measurement system was designed and implemented. Additionally, a Helmholtz coil was designed and implemented, which is needed in calibration of induction loop receiver to create homogenous magnetic field. Also accuracy of the measurement system was studied utilizing implemented Helmholtz coil. Distortion parameters as well as frequency response was measured for the whole system. Results showed that accuracy of designed measurement system was well within targeted ±0.5 dB accuracy on both signal strength measurement as well as frequecy response measurement. In this thesis an indoor positioning system (HAIP) manufactured by Quuppa Oy was studied. Specifically HAIP was studied for positioning accuracy and also its principle of function was studied. Quuppa HAIP was determined to be extremely sensitive to scattering of signal by surrounding environment, which makes it less accurate. In addition, the HAIP is too slow to deploy to be utilized as a part of this kind of mobile measurement system. Although measurement system developed during this thesis has some issues, especially concerning usability of indoor positioning system, it is usable for its purpose as it is. Making a good basis for future developement