声相机是如何工作的,它有什么用呢

[导读]声相机由用于定位和描述声音的麦克风阵列组成。有各种各样的麦克风阵列结构来支持特定的分析需求.一些声学摄像机也有嵌入式视觉摄像机来提供图像,在图像上可以提供声学定位信息。从分析汽车舱、飞机和火车内部的噪音,到量化风力涡轮机的噪音特征,以及监测工业环境中的异常现象和潜在的机器故障,声学摄像机的应用实例不一而足。

声相机由用于定位和描述声音的麦克风阵列组成。有各种各样的麦克风阵列结构来支持特定的分析需求.一些声学摄像机也有嵌入式视觉摄像机来提供图像,在图像上可以提供声学定位信息。从分析汽车舱、飞机和火车内部的噪音,到量化风力涡轮机的噪音特征,以及监测工业环境中的异常现象和潜在的机器故障,声学摄像机的应用实例不一而足。

这个FAQ首先简要概述了声学图像算法,包括人工智能(AI)的应用,展示了模范的双和三维麦克风阵列结构,回顾了声音全息、定位和监测工作,并通过查看点射声相机、声音扫描器和同时使用多个麦克风阵列来结束。

声相机由麦克风阵列、声音处理部分和显示器组成.麦克风阵列可以由几十个或数百个麦克风组成。声音处理科同时或在精确的相对时间延迟的情况下从麦克风获得传入的声音信息。当声音从源头发出时,它会在不同的时间和不同的强度下,以不同的位置到达不同的麦克风。

波束成形是一种用于声音定位的方法。它的工作方法是在麦克风信号中添加延迟,并添加信号,以放大来自特定方向的声音,同时将来自其他方向的声音减至或取消到基本上"指向"特定方向的阵列。计算的声强信息可以显示在功率图上.

声音定位的两种技术是到达时差和到达角。它们可以使用广义交叉相关算法进行组合。计算要求较低,实现相对简单。权衡一下,需要许多麦克风来实现精确的定位结果。使用更复杂的算法可以减少所需的麦克风数量,但需要一个更有能力(和更昂贵)的计算部分,有一个更快的处理器和更多的内存。

除了简单的声音定位之外,声强在分贝中被量化,并可以用声探针测量。一些声学相机包括声强和声粒或压力传感测量能力。声全息法是另一种声学测量技术,用于确定声波的空间传播或识别声源。它是基于空间傅里叶变换,通过粒子速度和(或)压力感知传感器阵列估计源周围的近场声强。

先进的音响摄像机可以将数字麦克风和人工智能结合起来。基于AI的测量软件使开发人员能够以较低的成本提供性能较高的声学相机。

二维声学测量

二维(二维)声学映射可以使用各种麦克风阵列结构实现,包括环,星,八角形,斐波那契结构和矩形,有时称为划桨。不同的结构为近场、远场和其他映射特征提供了不同的性能选择。这些阵列都有单向麦克风,都面向同一方向。二维声映射适用于测量平面面,声像机阵列垂直于表面。许多表面并不是完全平坦的,因此很难用二维阵列进行精确的测量。

当二维映射被用于将三维(3D)表面近似到平面时,它可以在计算声强时引入测量误差。这些近似值通常没有考虑到在不同点上测量的表面具有不同的相对深度所产生的距离差异。如果空间很大,那么这些错误可能很小,但在小空间中,错误可能很大。

当使用双层麦克风通道系统实现时,二维阵列可以利用强度映射实现近场和远场测量。此外,利用必要的软件,可以在绘制粒子速度/声强测量数据时绘制声压图。手持二维阵列可用于故障排除和便携式应用,而独立阵列可提供更高精度的实验室和工程级测量。有适合不同应用的各种阵列结构:

· 环阵列适用于波束形成,用于室内和室外的远场和近场测量。

· 恒星阵列也适合波束形成,主要用于远场测量。

· 斐波那契阵列适合全息或波束形成,可用于近场和远场测量相同的阵列。基于斐波那契螺旋模式的麦克风,这些阵列可以提供比其他结构更大的动态范围。

· 桨阵是一种良好的低频近场测量工具( 图1 ).

图1可以使用简单的桨阵进行低频近场二维声学测量

立体声测量

三维声相机在测量麦克风与被测表面之间的距离时考虑表面非线性和纠正错误。这些相机使用三维模型的表面或空间被分析。如果相机遇到的声音来源不包括在模型中,可能会产生错误,例如将声音映射到随机位置,或者声音可能从测量中消除。

三维音响摄像头特别适合分析封闭空间,如房间或车辆内部。这些摄像头由一个球形麦克风组成,每个麦克风垂直于球体表面,可提供全方位的声音测量。这些相机通常使用波束形成,将测量结果映射成3d点云或被测量环境的3d计算机辅助绘图模型。

定点声成像仪

开发了一种手持声成像仪,用于识别压缩空气、气体、蒸汽和真空系统中的泄漏,以及检测和定位绝缘子、变压器、开关齿轮或高压线中的局部放电条件。声阵列中的64个麦克风的探测范围最高可达120米,操作范围为2至100千赫。该阵列的视场为63°5°,以每秒25帧的速率拍摄图像。集成数码相机具有相同的视野,加上3倍的数码变焦能力,分辨率为500万像素。除了显示静止图像外,该系统可接收长达5分钟的视频( 图3)。为了尽量减少背景噪声干扰,成像器自动补偿背景噪声,并具有多个带宽,可通过手动输入或使用用户设定选择。