聲相機由用于定位和描述聲音的麥克風(fēng)陣列組成。有各種各樣的麥克風(fēng)陣列結(jié)構(gòu)來支持特定的分析需求.一些聲學(xué)攝像機也有嵌入式視覺攝像機來提供圖像,在圖像上可以提供聲學(xué)定位信息。從分析汽車艙、飛機和火車內(nèi)部的噪音,到量化風(fēng)力渦輪機的噪音特征,以及監(jiān)測工業(yè)環(huán)境中的異?，F(xiàn)象和潛在的機器故障,聲學(xué)攝像機的應(yīng)用實例不一而足。

這個FAQ首先簡要概述了聲學(xué)圖像算法,包括人工智能(AI)的應(yīng)用,展示了模范的雙和三維麥克風(fēng)陣列結(jié)構(gòu),回顧了聲音全息、定位和監(jiān)測工作,并通過查看點射聲相機、聲音掃描器和同時使用多個麥克風(fēng)陣列來結(jié)束。

聲相機由麥克風(fēng)陣列、聲音處理部分和顯示器組成.麥克風(fēng)陣列可以由幾十個或數(shù)百個麥克風(fēng)組成。聲音處理科同時或在精確的相對時間延遲的情況下從麥克風(fēng)獲得傳入的聲音信息。當(dāng)聲音從源頭發(fā)出時,它會在不同的時間和不同的強度下,以不同的位置到達不同的麥克風(fēng)。

波束成形是一種用于聲音定位的方法。它的工作方法是在麥克風(fēng)信號中添加延遲,并添加信號,以放大來自特定方向的聲音,同時將來自其他方向的聲音減至或取消到基本上"指向"特定方向的陣列。計算的聲強信息可以顯示在功率圖上.

聲音定位的兩種技術(shù)是到達時差和到達角。它們可以使用廣義交叉相關(guān)算法進行組合。計算要求較低,實現(xiàn)相對簡單。權(quán)衡一下,需要許多麥克風(fēng)來實現(xiàn)精確的定位結(jié)果。使用更復(fù)雜的算法可以減少所需的麥克風(fēng)數(shù)量,但需要一個更有能力(和更昂貴)的計算部分,有一個更快的處理器和更多的內(nèi)存。

除了簡單的聲音定位之外,聲強在分貝中被量化,并可以用聲探針測量。一些聲學(xué)相機包括聲強和聲粒或壓力傳感測量能力。聲全息法是另一種聲學(xué)測量技術(shù),用于確定聲波的空間傳播或識別聲源。它是基于空間傅里葉變換,通過粒子速度和(或)壓力感知傳感器陣列估計源周圍的近場聲強。

先進的音響攝像機可以將數(shù)字麥克風(fēng)和人工智能結(jié)合起來?；贏I的測量軟件使開發(fā)人員能夠以較低的成本提供性能較高的聲學(xué)相機。

二維聲學(xué)測量

二維(二維)聲學(xué)映射可以使用各種麥克風(fēng)陣列結(jié)構(gòu)實現(xiàn),包括環(huán),星,八角形,斐波那契結(jié)構(gòu)和矩形,有時稱為劃槳。不同的結(jié)構(gòu)為近場、遠(yuǎn)場和其他映射特征提供了不同的性能選擇。這些陣列都有單向麥克風(fēng),都面向同一方向。二維聲映射適用于測量平面面,聲像機陣列垂直于表面。許多表面并不是完全平坦的,因此很難用二維陣列進行精確的測量。

當(dāng)二維映射被用于將三維(3D)表面近似到平面時,它可以在計算聲強時引入測量誤差。這些近似值通常沒有考慮到在不同點上測量的表面具有不同的相對深度所產(chǎn)生的距離差異。如果空間很大,那么這些錯誤可能很小,但在小空間中,錯誤可能很大。

當(dāng)使用雙層麥克風(fēng)通道系統(tǒng)實現(xiàn)時,二維陣列可以利用強度映射實現(xiàn)近場和遠(yuǎn)場測量。此外,利用必要的軟件,可以在繪制粒子速度/聲強測量數(shù)據(jù)時繪制聲壓圖。手持二維陣列可用于故障排除和便攜式應(yīng)用,而獨立陣列可提供更高精度的實驗室和工程級測量。有適合不同應(yīng)用的各種陣列結(jié)構(gòu):

· 環(huán)陣列適用于波束形成,用于室內(nèi)和室外的遠(yuǎn)場和近場測量。

· 恒星陣列也適合波束形成,主要用于遠(yuǎn)場測量。

· 斐波那契陣列適合全息或波束形成,可用于近場和遠(yuǎn)場測量相同的陣列?；陟巢瞧趼菪Ｊ降柠溈孙L(fēng),這些陣列可以提供比其他結(jié)構(gòu)更大的動態(tài)范圍。

· 槳陣是一種良好的低頻近場測量工具( 圖1 ).

圖1可以使用簡單的槳陣進行低頻近場二維聲學(xué)測量

立體聲測量

三維聲相機在測量麥克風(fēng)與被測表面之間的距離時考慮表面非線性和糾正錯誤。這些相機使用三維模型的表面或空間被分析。如果相機遇到的聲音來源不包括在模型中,可能會產(chǎn)生錯誤,例如將聲音映射到隨機位置,或者聲音可能從測量中消除。

三維音響攝像頭特別適合分析封閉空間,如房間或車輛內(nèi)部。這些攝像頭由一個球形麥克風(fēng)組成,每個麥克風(fēng)垂直于球體表面,可提供全方位的聲音測量。這些相機通常使用波束形成,將測量結(jié)果映射成3d點云或被測量環(huán)境的3d計算機輔助繪圖模型。

定點聲成像儀

開發(fā)了一種手持聲成像儀,用于識別壓縮空氣、氣體、蒸汽和真空系統(tǒng)中的泄漏,以及檢測和定位絕緣子、變壓器、開關(guān)齒輪或高壓線中的局部放電條件。聲陣列中的64個麥克風(fēng)的探測范圍最高可達120米,操作范圍為2至100千赫。該陣列的視場為63°5°,以每秒25幀的速率拍攝圖像。集成數(shù)碼相機具有相同的視野,加上3倍的數(shù)碼變焦能力,分辨率為500萬像素。除了顯示靜止圖像外,該系統(tǒng)可接收長達5分鐘的視頻( 圖3)。為了盡量減少背景噪聲干擾,成像器自動補償背景噪聲,并具有多個帶寬,可通過手動輸入或使用用戶設(shè)定選擇。

圖3該手持聲相機旨在識別壓縮氣體系統(tǒng)中泄漏的位置,并定位高壓電系統(tǒng)中的局部放電條件

聲音掃描儀

可以使用被稱為聲音掃描儀的設(shè)備來模擬480個麥克風(fēng)的位置,這些設(shè)備可以使用5個麥克風(fēng)在一個旋轉(zhuǎn)的吊桿上。該掃描儀是專門為用于現(xiàn)場測量而開發(fā)的,因為它既輕巧又緊湊,便于運輸。它將用于建筑聲學(xué)和環(huán)境噪聲測量。傳感器結(jié)構(gòu)直徑為1.32米,這意味著支持對低頻聲音的精確可視化。

掃描儀系統(tǒng)是獨立的電池驅(qū)動的,不需要筆記本電腦、外部數(shù)據(jù)記錄器或電源適配器。該系統(tǒng)包括五個組成部分:

· 旋轉(zhuǎn)傳感器單元

· 移動電子

· 軟件

· 支持云基礎(chǔ)設(shè)施

· 三腳架

兩個陣列比一個強

提出了一種新的方法,即使用兩個麥克風(fēng)陣列,每個陣列中只有兩個麥克風(fēng),形成"左"和"右"通道。TDOA被用來將通道轉(zhuǎn)換成角度,使用簡單的海灣合作委員會,沒有額外的算法。該雙通道方法的一個原型產(chǎn)生了大約2.3厘米的位置誤差和大約0.74度的角度誤差,在室內(nèi)環(huán)境中僅使用四個麥克風(fēng)。

總結(jié)

聲相機是一項成熟的技術(shù),包括二維和三維成像系統(tǒng)。他們使用基于波束形成、聲強測量和聲全息攝影等技術(shù)的算法。由于增加了人工智能,因此能夠以較低的成本開發(fā)高性能的聲學(xué)攝像機。此外,正在開發(fā)一些技術(shù),以減少用于高精度測量的麥克風(fēng),從而進一步降低使用聲相機的成本。