基于FPGA和MEMS波束形成的錄音攝像機(jī)能夠追蹤和消除汽車上的各種噪聲

基于FPGA和MEMS波束形成的錄音攝像機(jī)能夠追蹤和消除汽車上的各種噪聲汽車上的那些可聽見的嗡嗡聲等各種噪音會(huì)降低甚至扼殺消費(fèi)者對(duì)汽車的滿意程度，現(xiàn)代汽車的幾款轎車已經(jīng)獲得了J.D.Power公司（一家從事客戶滿意度調(diào)查的公司）初始質(zhì)量研究調(diào)查（IQS）的第一名，現(xiàn)代汽車計(jì)劃繼續(xù)保持這個(gè)成績(jī)。因此，這家公司正在積極的致力于追蹤、查找、消除它們的汽車發(fā)出的各種噪音。一些可移動(dòng)的部件之間的碰撞和摩擦?xí)l(fā)這些噪聲，采取糾正行動(dòng)的第一步是要查找噪聲的來源，但是如果采用adhoc（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式）監(jiān)測(cè)方法會(huì)非常的困難，我們所需要的是一個(gè)錄音攝像機(jī)。錄音攝像機(jī)利用一個(gè)聲學(xué)麥克風(fēng)陣列的聲波束鎖定噪聲源，錄音相機(jī)使用不同的顏色輪廓將各種聲音可視化，根據(jù)不同顏色可以判斷不同大小的聲音，這非常像熱敏成像攝像機(jī)可以將溫度可視化一樣，這里我們通過測(cè)量聲波束經(jīng)過麥克風(fēng)陣列的延遲時(shí)間來判斷不同聲音。聲音攝像機(jī)將聲音圖像轉(zhuǎn)變成一幅可視化的圖像，這是一幅能夠?qū)Σ煌曇暨M(jìn)行解釋的圖像，能夠輕松的分辨出不同的聲音。錄音攝像機(jī)捕捉的畫面識(shí)別噪聲的來源會(huì)有以下幾個(gè)挑戰(zhàn)。第一，要想捕捉瞬變的噪聲，快速的響應(yīng)時(shí)間是非常必須的，因?yàn)榇蟛糠衷肼暤漠a(chǎn)生是不規(guī)律的，變化快速的。有的時(shí)候這些噪聲僅僅持續(xù)幾毫秒然后就消失了。第二，在一個(gè)客運(yùn)車輛上尋找噪聲來源要求檢測(cè)設(shè)備要重量輕，體積小巧，能夠在汽車的內(nèi)部進(jìn)行檢測(cè)，汽車內(nèi)部這些地方是大部分噪聲發(fā)生的地方，而且乘客通常會(huì)注意到這些地方。麥克風(fēng)陣列的大小是與圖像分辨率成比例的，尤其是在低頻率的變化范圍內(nèi)，想要制造一個(gè)小巧的準(zhǔn)確的聲波束形成器是不容易的?，F(xiàn)代汽車公司與SM儀器公司合作，致力開發(fā)一個(gè)合適的聲波束形成攝像機(jī)，用來檢測(cè)汽車的噪聲來源。開發(fā)的第一個(gè)系統(tǒng)采用了30到48個(gè)通道的螺旋式模擬麥克風(fēng)陣列，直徑大約85厘米。這些系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)使用國(guó)家儀器公司（NI）不同的器件，其中30個(gè)通道的螺旋陣列版本采用NICompactDAQ系統(tǒng)內(nèi)的9234DSA（動(dòng)態(tài)信號(hào)獲?。┠K，48通道版本采用NIPXIe-4497的DSA模塊。使用NILabVIEW軟件和NI的聲音和震動(dòng)測(cè)量套件開發(fā)的聲音攝像機(jī)應(yīng)用能夠?qū)崟r(shí)的顯示產(chǎn)生的聲音質(zhì)量測(cè)量信息。第二代系統(tǒng)，現(xiàn)在被稱為SeeSV錄音攝像機(jī)，采用了MEMS麥克風(fēng)和FPGA實(shí)現(xiàn)波束形成算法。MEMS麥克風(fēng)是非常可靠的，經(jīng)濟(jì)適用的，能夠響應(yīng)較寬的聲音頻率范圍，從人類發(fā)生頻率范圍的300hz到8khz，這也是BSR噪聲的主要頻率范圍。錄音攝像機(jī)的工程應(yīng)用被移植到NI的單板RIO板卡上，核心是板上的賽靈思FPGA芯片。FPGA集成信號(hào)調(diào)理，數(shù)據(jù)采集，濾波和聲波束形成與一個(gè)器件，這樣就實(shí)現(xiàn)了延遲時(shí)間最小化。在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)FPGA執(zhí)行了數(shù)百次的操作，通過大規(guī)模的并行運(yùn)算這個(gè)系統(tǒng)的計(jì)算性能超過了PC機(jī)系統(tǒng)。這個(gè)設(shè)計(jì)不使用PC機(jī)系統(tǒng)減小了系統(tǒng)尺寸，重量和成本，并增加了錄音攝像機(jī)的可移動(dòng)性。SeeSVSoundCamera這個(gè)系統(tǒng)具有較高的圖像刷新頻率，在捕捉和實(shí)時(shí)顯示那些瞬間變化的BSR噪聲非常有效。這個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)用在了對(duì)幾款豪華車型的測(cè)量，其中就包括高端的現(xiàn)代Genesis車型。SeeSVSoundCamera用于識(shí)別現(xiàn)代Genesis汽車引擎蓋下的發(fā)動(dòng)機(jī)情況注：Kang-DuckIh，來自現(xiàn)代汽車集團(tuán)和YoungkeyK.Kim,來自SM儀器公司，將他們這個(gè)項(xiàng)目提