Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
PCBwayPCBway
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Kamera dźwiękowa o rozdzielczości 32x32 z mikrofonami MEMS.

TechEkspert 30 Cze 2016 23:12 9684 11
  • Kamera dźwiękowa o rozdzielczości 32x32 z mikrofonami MEMS.
    Autor projektu zaciekawiony opisem beamformingu dźwięku, postanowił wykonać urządzenie o odwrotnym działaniu. Celem projektu było zbudowanie macierzy mikrofonów pozwalających na obrazowanie dźwięku, pomysł kojarzy się z filmem Daredevil. Każdy mikrofon w matrycy można traktować jak piksel w matrycy CCD. Innym nawiązaniem do beamformingu jest instalacja odbiorcza anten kompleksu Duga 3.

    Kamera dźwiękowa o rozdzielczości 32x32 z mikrofonami MEMS.
    Anteny radaru OTH Duga 3 Wikimedia commons.

    Pierwszym pomysłem była budowa matrycy wielkości ciężarówki wyposażonej w mikrofony, pomysł całkowicie nierealizowalny.

    Kolejnym pomysłem było urządzenie skanujące, o konstrukcji podobnej jak w projekcie "kamery" z jedną fotodiodą: Artem vs. Predator, jednak w przypadku dźwięku efekty były niezadowalające.

    Zastosowanie mikrofonów elektretowych, wzmacniaczy, ADC, oraz zbieranie danych z wykorzystaniem FPGA, wydaje się zbyt kosztowne i czasochłonne. Zastosowanie mikrofonów MEMS z cyfrowym wyjściem pozwoliło znacząco uprościć projekt.

    Pierwszą realizacją pomysłu było zbudowanie jednej linijki matrycy wyposażonej w 8 mikrofonów MEMS, oraz wykorzystanie FPGA do akwizycji danych.

    Kamera dźwiękowa o rozdzielczości 32x32 z mikrofonami MEMS. Kamera dźwiękowa o rozdzielczości 32x32 z mikrofonami MEMS.

    Autor zdecydował się na konstrukcję modułową, jeden autonomiczny moduł posiada matrycę mikrofonów 8x8 oraz FPGA pozwalające na akwizycję danych i synchronizację z pozostałymi modułami.

    Kamera dźwiękowa o rozdzielczości 32x32 z mikrofonami MEMS. Kamera dźwiękowa o rozdzielczości 32x32 z mikrofonami MEMS.

    Moduły mogą zostać zamontowane z odstępami co pozwoli na przepływ podmuchów powietrza przez zespół paneli z mikrofonami. FPGA zastosowane w projekcie pozwalają na równoległą obsługę 64 mikrofonów w jednym module.

    Po wykonaniu projektu płytki, montażu i uruchomieniu układu, po zaprogramowaniu FPGA udało się uzyskać sygnały wyjściowe z mikrofonów.
    Kamera dźwiękowa o rozdzielczości 32x32 z mikrofonami MEMS. Kamera dźwiękowa o rozdzielczości 32x32 z mikrofonami MEMS.

    Po kilku miesiącach pracy moduł kamery dźwiękowej zadziałał, udało się "zobaczyć" dźwięki generowane przez telefon wraz z dźwiękami odbitymi od stołu na którym leżała macierz mikrofonów, poniżej widoczne efekty wykonania 2D FFT na danych napływających z mikrofonów: Link
    Kamera dźwiękowa o rozdzielczości 32x32 z mikrofonami MEMS.

    Kolejny etap, kamera 16x8, czerwony niskie częstotliwości, niebieski wysokie. Widoczne "rozglądanie się" z wykorzystaniem kamery. Link
    Kamera dźwiękowa o rozdzielczości 32x32 z mikrofonami MEMS.

    Szybkość zapisu danych na karty SD ograniczała ilość "FPS" osiąganych w urządzeniu. Każdy moduł wytwarza strumień danych 4Mb/s. Kolejnym wyzwaniem jest generowanie obrazu na żywo. Łączna ilość danych dla rozdzielczości 32x32 to 64Mb/s co wymaga zastosowania np. interfejsu USB aby przesłać dane do komputera. Wzbogacenie projektu o kamerę (tym razem optyczną), pozwoli na połączenie widoku otoczenia z analizą dźwięków.
    Zobaczymy jaki będzie efekt działania kamery dźwiękowej, gdy autor upora się z kolejnymi wyzwaniami dot. przesyłania i przetwarzania danych.


    Źródło:
    http://www.ribbonfarm.com/2016/06/29/the-daredevil-camera/

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    TechEkspert
    Redaktor
    Offline 
    W moich materiałach znajdziecie testy i prezentacje sprzętu elektronicznego, modułów, sprzętu pomiarowego, eksperymenty. Interesuje mnie elektronika cyfrowa, cyfrowe przetwarzanie sygnałów, transmisje cyfrowe przewodowe i bezprzewodowe, kryptografia, IT a szczególnie LAN/WAN i systemy przechowywania i przetwarzania danych.
    Specjalizuje się w: elektronika, mikrokontrolery, rozwiązania it
    TechEkspert napisał 3061 postów o ocenie 2205, pomógł 8 razy. Jest z nami od 2014 roku.
  • PCBwayPCBway
  • #2
    D214d3k
    Poziom 39  
    Idealne do szukania gdzie trzeszczą plastiki w kabinie :).
  • #3
    krzychk2
    Poziom 12  
    Raczej nowa technologia budowy wszelkiego rodzaju sonarów i innych echolokatorów. Można to skrzyżować z wiedzą i doświadczeniem odnośnie obrazowania i przetwarzania sygnałów radarowych.
  • PCBwayPCBway
  • #4
    Atreyu Makiavel
    Poziom 34  
    Nie widzę dla tego praktycznych zastosowań. Komuś wyobraźnia coś podpowiada?
  • #5
    deus.ex.machina
    Poziom 32  
    krzychk2 napisał:
    Raczej nowa technologia budowy wszelkiego rodzaju sonarów i innych echolokatorów. Można to skrzyżować z wiedzą i doświadczeniem odnośnie obrazowania i przetwarzania sygnałów radarowych.


    Nic w tym nowego - phased arrays powszechnie używane są np w ultrasonografii i to właśnie FE dedykowane ultrasonografii byłyby tu najlepsze.
    MEMS z cyfrowym wyjściem niestety nie są szczęśliwym wyborem przetwornika - ich parametry zazwyczaj są gorsze niż analogowych mikrofonów.
    PCB powinna być pokryta jakimś absorberem by wyeliminować odbicie wsteczne... Sporo jeszcze pracy przed autorem.
  • #6
    michcior
    Poziom 30  
    Atreyu Makiavel napisał:
    Nie widzę dla tego praktycznych zastosowań. Komuś wyobraźnia coś podpowiada?


    Hmm, zupełnie się nie zgodzę. Takie kamery nie są nowym wynalazkiem, używa się ich do walki z hałasem, szukania i obrazowania źródeł hałasu. Jak na razie, specjaliści twierdzą że to gadżet bardzo chwytliwy na klienta niż przydatny w rzeczywistości. No ale jest. Znam dwie firmy zajmujące się ochroną przed hałasem w przemyśle. Ta co ma kamerę, bierze dwa razy tyle za usługi a robi to samo a czasem nawet gorzej niż stary wyjadacz z drugiej firmy. Skończyłem akustykę na PWr i znam osoby które w tej branży działają.

    np.
    http://www.sorama.eu/tags/sound-camera

    Druga sprawa, nie podoba mi się, że mikrofony są umieszczone na dużych płytkach, one nie pozostają bez wpływu na pomiar szczególnie cichych dźwięków. Nie ma szans jak sugerował @deus.ex.machina "pokryć czymś", fale dźwiękowe są od metrowych do centymetrowych i żeby je skutecznie "wchłonąć" potrzeba takich konstrukcji jak ściany komory bezechowej: http://www.lat.agh.edu.pl/pomieszczenia/komora-bezechowa/
  • #7
    deus.ex.machina
    Poziom 32  
    michcior napisał:
    Nie ma szans jak sugerował @deus.ex.machina "pokryć czymś", fale dźwiękowe są od metrowych do centymetrowych i żeby je skutecznie "wchłonąć" potrzeba takich konstrukcji jak ściany komory bezechowej:


    Komory bezechowe tez się czymś pokrywa - chodziło mi raczej o to że w obecnej wersji nie ma nawet śladu niczego co mogłoby zredukować odbicie.
  • #9
    addjmpadd
    Poziom 7  
    Może kogoś zainteresuje podobny projekt tylko na hydrofonach do szukania delfinów:
    wystarczy w google wpisać tytuł pracy "Design and Benchmark Tests of a Multi-Channel Hydrophone Array System for Dolphin Echolocation Recordings".
  • #10
    Tremolo
    Poziom 43  
    Jakoś metodami XY, A + B wyglada to latwiej. Ale jak interpretować takie coś z matrycy, gdzie odleglość między mikrofonami jest dużo mniejsza niż długość fali. Jakaś analiza różniczkowa? Różny raster dla różnej długości fali? Ciężko interpretować 20Hz, która powoduje drgania wszystkiego.
  • #11
    jaszczur1111
    Poziom 33  
    Rozdzielczość zależy od częstotliwości. Proponuję rozszerzyć układ dodając źródło dźwięku o częstotliwości nieco powyżej 20 kHz. Mikrofony powinny to odebrać. Nie wiem jak będzie z przetwarzaniem danych. Ale można by się rozglądać dość precyzyjnie.

    Ten fabryczny patent firmy sorama jakoś działa od 50Hz. Zrozumiałem że słyszy od 1Hz ? a lokalizuje od 50Hz ?
  • #12
    max-bit
    Poziom 27  
    Fajne tylko trzeba by zapewnić mikrofonom kierunkowość ... bo tak z panela to mają bardzo duży.
    Więc trzeba by zrobić jakiś panel na drukarce 3D który by przykrywał te mikrofony i zapewniał im kierunkowość. Oczywiście ma tu też znaczenie odległość mikrofonów częstotliwości itd ....
    Myślę że nie potrzebnie analizujesz całe spektrum z pojedynczego mikrofonu. To przy dużej ilości mikrofonów daje ci bardzo duży strumień danych.
    Popatrz jeśli mierzy się ciśnienie akustyczne, to nie analizuje się jego widma.
    Próbkowanie np 200 Hz z rozdzielczością nawet 12 bit by spokojnie wystarczyło (mierzymy tylko ciśnienie). A jak ograniczyło by strumień.