Inter Aural Time Difference (ITD) : Optimizing Sound Source Localization through Robot Head Movement

Arif Budiman; Ary Ramadhan; Syerlie Annisa; Angga Elpatsa

doi:10.33372/stn.v9i2.1058

Arif Budiman Universitas Negeri Padang
Ary Ramadhan Universitas Negeri Padang
Syerlie Annisa Universitas Negeri Padang
Angga Elpatsa Universitas Negeri Padang

DOI: https://doi.org/10.33372/stn.v9i2.1058

Keywords: Inter Aural Time Difference; Lokalisasi; Robotik; Cross correlation; Frekuensi

Abstract

Metode Inter Aural Time Difference (ITD) dapat diterapkan dalam konteks lokalisasi sumber suara yang terinspirasi oleh prinsip-prinsip mekanisme pendengaran manusia. Robot yang dikembangkan memiliki berbagai potensi aplikasi, seperti di sektor robotik layanan, robot bergerak, dan pengendalian kamera. Metode ITD digunakan untuk mengukur perbedaan waktu kedatangan suara yang diterima oleh dua mikrofon. Sinyal suara yang diterima oleh kedua mikrofon dianalisis melalui teknik cross-correlation, dimana nilai puncak cross-correlation digunakan sebagai parameter untuk mengukur sudut asal sumber suara. Arduino Uno digunakan sebagai komponen utama perancangan robot kemudian dibantu oleh sensor suara serta motor servo. Sumber suara yang digunakan adalah suara beberapa frekuensi dari generator Matlab. Frekuensi suara yang digunakan adalah 300 Hz dengan sudut datangnya sumber suara yang bervariasi antara 5o sampai 170o. Rentang suara yang mampu dibaca oleh robot antara 300 Hz hingga 10,000 Hz sehingga sistem lebih fleksibilitas dalam menangani berbagai situasi dan sumber suara yang karakteristik frekuensinya beragam. Hasil dari Penelitian menemukan bahwa robot mampu mengidentifikasi lokasi asal sumber suara dalam bidang setengah lingkaran (0°-180°) dengan tingkat kesalahan rata-rata sekitar 5,90%. Tingkat keberhasilan penelitian mencapai 94%, menunjukkan efektivitas metode ITD dalam lokalisasi sumber suara. Hal ini dapat menjadi dasar untuk pengembangan lebih lanjut dalam mengoptimalkan robot dalam menemukan dan mengikuti sumber suara dengan akurasi yang tinggi.

References

Calis, M., Van De Par, S., Heusdens, R., & Hendriks, R. C. (2021). Localization Based On Enhanced Low Frequency Interaural Level Difference. Ieee/Acm Transactions On Audio Speech And Language Processing, 29, 3025–3039. Https://Doi.Org/10.1109/Taslp.2021.3111583

Citation, O. (2020). Development Of A Perceptual Model For The Trade-Off Between Interaural Time And Level Differences For The Prediction Of Auditory Image Position.

Eldardeer, O., Sciutti, A., Tata, M. S., Rea, F., & Tata, M. (2021). Auditory Perception For Interactive Robots: A Cognitive Framework To Include Motor Commands And Working Memory In The Process Of Auditory Sound. In Researchgate.Net (Vol. 1, Issue 1). Association For Computing Machinery.

Elektro, D. T. (2020). Lokalisasi Suara Pada Unmanned Aerial Vehicle Dengan Metode Interaural Time Difference Menggunakan Mikrokontroler Stm32f429.

Firasanti, A., & Sucipto, P. W. A. (2019). Penentuan Lokasi Sumber Suara Menggunakan Directional Microphone Array. Telka - Telekomunikasi, Elektronika, Komputasi Dan Kontrol, 5(1), 65–73. Https://Doi.Org/10.15575/Telka.V5n1.65-73

Gonzalez-Billandon, J., Grasse, L., Tata, M., Sciutti, A., & Rea, F. (2020). Self-Supervised Reinforcement Learning For Speaker Localisation With The Icub Humanoid Robot. Http://Arxiv.Org/Abs/2011.06544

Gutierrez-Parera, P., Lopez, J. J., Mora-Merchan, J. M., & Larios, D. F. (2022). Interaural Time Difference Individualization In Hrtf By Scaling Through Anthropometric Parameters. Eurasip Journal On Audio, Speech, And Music Processing, 2022(1). Https://Doi.Org/10.1186/S13636-022-00241-Y

Hujja, R. M. (2021). Pengaruh Penempatan Posisi Multi-Mikrofon Dengan Sound Source Localization Terhadap Signal To Noise Rasio Harwanto Zidqi Putro, Roghib Muhammad Hujja, S.Si., M.Cs. 68–70.

Hutagalung, J. E., & Dahriansah. (2019). Sistem Pengendali Robot Pemotong Rumput Dengan Perintah Suara Berbasis Android. Satin –Sains Dan Teknologi Informasi, 5(1), 102–109. Http://Jurnal.Stmik-Amik-Riau.Ac.Id

Johansson, J., Mäkivirta, A., Malinen, M., & Saari, V. (2022). Interaural Time Difference Prediction Using Anthropometric Interaural Distance. Aes: Journal Of The Audio Engineering Society, 70(10), 843–857. Https://Doi.Org/10.17743/Jaes.2022.0038

Liaquat, M. U., Munawar, H. S., Rahman, A., Qadir, Z., Kouzani, A. Z., & Mahmud, M. A. P. (2021). Sound Localization For Ad‐Hoc Microphone Arrays. Energies, 14(12), 1–27. Https://Doi.Org/10.3390/En14123446

Marsalek, P., Sanda, P., & Bures, Z. (2020). On The Precision Of Neural Computation With Interaural Time Differences In The Medial Superior Olive. 1–16. Http://Arxiv.Org/Abs/2007.00524

Meyer, T. S. B., & Aquino-Junior, P. T. (2020). Analysis Of Sound Source Localization And Tracking For The @Home Service Robot In Multiple Distances. January 2020, 6–10. Https://Doi.Org/10.29327/118637.1-2

Muis, A., & Thirafi, M. I. (2020). Rancang Bangun Robot Pembersih Lantai Dengan Sensor Suara. Sinusoida, 22(4), 54–64.

Otani, M., Hirahara, T., & Morikawa, D. (2021). Origin Of Frequency Dependence Of Interaural Time Difference. Acoustical Science And Technology, 42(4), 181–192. Https://Doi.Org/10.1250/Ast.42.181

Pan, Z., Zhang, M., Wu, J., & Li, H. (2020). Multi-Tones’ Phase Coding (Mtpc) Of Interaural Time Difference By Spiking Neural Network. 14(8), 1–13. Http://Arxiv.Org/Abs/2007.03274

Rachavarapu, K. K., Aakanksha, Sundaresha, V., & Rajagopalan, A. N. (2021). Localize To Binauralize: Audio Spatialization From Visual Sound Source Localization. Proceedings Of The Ieee International Conference On Computer Vision, 1910–1919. Https://Doi.Org/10.1109/Iccv48922.2021.00194

Rea, F., Kothig, A., Grasse, L., & Tata, M. (2020). Speech Envelope Dynamics For Noise-Robust Auditory Scene Analysis In Robotics. International Journal Of Humanoid Robotics, 17(6), 1–18. Https://Doi.Org/10.1142/S0219843620500231

Rusli, M., Silman, H., & Son, L. (2018). Sound Source Position Estimation By Four Microphones Array For Machine Condition Monitoring. 222–230.

Schoepe, T., Gutierrez-Galan, D., Dominguez-Morales, J. P., Greatorex, H., Jimenez-Fernandez, A., Linares-Barranco, A., & Chicca, E. (2022). Event-Based Sound Source Localization In Neuromorphic Event-Based Sound Source Localization In Neuromorphic Systems Systems Ieee Transactions On Neural Networks And Learning Systems 1 Event-Based Sound Source Localization In Neuromorphic Systems. 0–13. Https://Doi.Org/10.36227/Techrxiv.21493290.V1

Semnas, P., & Ft Unila, S. (2018). Penentuan Sudut Datang Sumber Suara Menggunakan Directional Microphone Array. 1(1), 2655–2914.

Wiener, F. (2021). Kata Kunci — Multi-Mikrofon, Ssl, Snr, Tdoa, Gcc-Phat, Filter Wiener.