@motot

Хочу сделать приборчик, который бы показывал откуда идет звук, т.е. направление в виде стрелочки на дисплее и цифры указывающие расстояние до источника звука. Долгие раздумья привели к мысли, что нужно сделать некую антенну из 3 микрофонов, и измерять уровень сигнала на каждом из них. Также думаю, что точность будет зависеть от расположения этих микрофонов, чем дальше они будут расположены тем лучше, поэтому антенна должна быть громоздкой. В общем можно ли сделать или купить подобный маленький прибор, или может принцип работы можно придумать попроще. Посоветуйте плз.

0

@Гарнист

Сдвиг фазы надо измерять, кроме громкости.

0

@Bottyk

Компактно не получится.
Алгоритм расчитаный на локализацию звука по расстояниям от источника до каждого из микрофонов дает нормальную точность только когда источник окружен микрофонами. Если микрофоны находятся на небольшом расстоянии друг от друга и расположены в одну линию, то точность будет плюс минус город.

Более менее приемлимый результат могут дать только направленные микрофоны, но 3 штук явно не хватит)

0

@motot

а если микрофоны расположены не в линию? речь о небольших расстояниях до 10м, большая точность не нужна

0

@Bottyk

Какой звук?

0

@motot

хлопки, около 1кГц

0

@Bottyk

У хлопков спектр отсюда и до обеда....
Не знаю даже что посоветовать. Если направление еще можно определить направленными микрофонами, то измерить расстояние до источника при близкорасположеных микрофонах по фазе или задержкам невозможно чисто геометрически....
В данном случае подход к решению должен быть немного другим: надо определить что является ограничениями и от них пытаться получить наилучшие результаты.

0

@motot

значит задача совсем не тривиальная, спс.

0

@okotimiv

Существует специальный тип датчиков - датчики фронта акустической волны. Они достаточно точно измеряют скорость и направление распространения фронта. Микрофоны относятся к другой категории датчиков, и фактически являются быстродействующими датчиками давления.

Для получения полной картины распространения и формы звуковой волны используют сочетание массива датчиков фронта и массива микрофонов, которые составляют поле датчиков.

Другой способ - использование массива, как правило из четырех ненаправленных микрофонов, установленных на чем-то вроде крестообразной перекладины, которая должна иметь достаточно большой размер (десятки сантиметров). Для резких одиночных звуков такой массив работает достаточно хорошо, хотя не дает такой точности, как специализированные датчики. Расстояние измерить проблематично, направление можно определить довольно уверенно.

Те датчики фронта, с которыми приходилось сталкиваться, имеют примерно такую конструкцию:


http://www.microflown-avisa.som/images/articles/118/Microflown_SEMfotoPNG.jpg

Две близко расположенные очень тонкие платиновые проволочки, через которые пропущен ток от высокоточного источника тока. Падения напряжений на проволочках подаются на дифференциальный, высокоточный и достаточно быстродействующий АЦП. При прохождении фронта акустической волны воздух вокруг проволочек начинает двигаться, что вызывает их охлаждение, и соответственно, изменение сопротивления. Так как фронт достигает одной проволочки раньше, чем другой, на дифференциальном входе АЦП возникает сигнал (характерный такой зубец), по его форме и амплитуде можно достаточно точно судить о фронте. Полный датчик состоит из трех таких измерителей, расположенных взаимно перпендикулярно, и микрофона.


http://www.microflown-avisa.som/images/articles/118/AcoustysVistorSensorExpomdidImage.jpg

Размер - примерно с головку спички. Потребление мизерное. Зато достаточно дорогая и прецизионная электроника (высококачественные инструментальные усилители, дифференциальные АЦП, цифровые фильтры и довольно приличный процессор).

Используется эта хрень в первую очередь в научных и производственных лабораториях (не всегда в воздушной среде), также ее используют для акустических исследований, скажем, средств транспорта. Ну и очень любят такие штуки военные, для противоснайперки, для контрбатарейки, и т.д.

0

@okotimiv

Пример решения по данной тематике. Масштабы совсем другие, но принципы примерно те же.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pm... MC3267183/

0

virt

Вы имеете в виду обычную звуковую волну, а не ударную?

@okotimiv

Так или иначе измеряется почти любая акустическая волна, но как правило фильтрация настроена таким образом, что система реагирует только на достаточно резкие звуки. Щелчок пальцами на расстоянии метров 10, например, локализуется с точностью в градус-полтора. Ну а про всякие выстрелы-взрывы я вообще не говорю, для противоснайперки такая система определяет и волну от самого выстрела, и волну от пролетевшей мимо пули, и как правило еще несколько отражений. На основании этого вычисляется не только направление на выстрел и более или менее точное расстояние до стрелявшего, но и направление, по которому сделан сам выстрел, а также довольно точно тип оружия. Причем все это буквально одним датчиком размером со спичку.

Для контрбатарейной борьбы, а также для корректировки артогня используются забавные сочетания этих датчиков с сейсмодатчиками.

Ну и так далее.

Но это примеры скорее интересные, чем полезные. Чаще все-таки это исследования распространения акустических волн для снижения шума на транспорте (от автомобилей до авиадвигателей), и научные исследования. Собственно, оттуда эта тема и выскочила, а теперь активно пиарится для военных.

Я год с небольшим тому назад делал доклад для наших военных по этой теме, так что немного в курсе, хотя большую часть уже забыл. Ну и чуток поиграться с датчиком тоже удалось.

Для самодельных проектов не рассчитывайте, комплект с измерительным оборудованием стоит от 20000 евро. Сам датчик относительно копеечный, но отдельно его хрен купишь. Да и вообще в Россию ввезти целая проблема, потому что двойное назначение.

0

virt

Да это всё понятно...
Непонятно другое - фронт обычной звуковой волны не переносит массу: он движется слишком медленно, перенос массы размывается тепловым движением молекул воздуха, которые в среднем движутся намного быстрее. Ударная волна - другое дело, там скорости порядка единиц-десятков километров в секунду, но она быстро разрушается.
Может, в датчиках используется какой-то более тонкий эффект?

Кстати, а почему бы не использовать в любительских целях параболический рефлектор? Дальность не определишь, но локализация вполне возможна.

@инкер

Как хорошо сразу попасть на спеца...
Мне сначала представилось что-то похожее на стереотрубу, только с микрофонами -)))

0

@okotimiv

Массу на заметные расстояния обычная звуковая волна конечно не переносит, но тем не менее вызывает достаточно заметные колебания воздуха, во всяком случае заметные в том масштабе, в котором выполнен датчик. Это так называемое microflow. И этих колебаний достаточно, чтобы охлаждать проволочки (температура их градусов 200). Все это конечно едва заметно, колебания температуры там небольшие, но тем не менее вполне измеримые. Тем более что измеряется на самом деле разность температур (фактически разность сопротивлений). А еще точнее - первая и вторая производные от этой разности. Это го вполне достаточно чтобы уверенно определить фронт волны, а в случае с тремя перпендикулярными датчиками - направление, с которого он пришел. Все это дополняется микрофончиком, и получается и форма волны, и ее направление. А если сделать из таких сборок небольшое поле - можно получить форму фронта, и определить дальность до источника.

Математика довольно изощренная, иначе будут видны одни шумы. Но ничего запредельного.

Сами проволочки ОЧЕНЬ маленькие. Это микромеханика, масштабы микронные.

Кстати, эти датчики не боятся дождя, ветра, тумана, довольно шумных условий, вибраций, и так далее. Их даже можно ставить на вертолет, и определять направление, с которого ведется обстрел, с достаточной для наведения бортового вооружения точностью.

Ну и их сочетают с другими датчиками, чаще всего автоматически наводят на источник резкого звука камеру, обычно инфракрасную. Ну и дальше уже решают, что делать, оружие применять, или еще что-то.

Стереотруба с микрофонами - это правильное направление мыслей, только там обычно что-то типа крестовины. Во всяком случае в противоснайперских системах.

Вообще, определение направления на источник звука - задача довольно важная даже в обычном, бытовом плане. Например, для систем голосового управления это является очень существенным подспорьем, потому что в бытовых условиях обычно очень много постороннего шума именно в том диапазоне и именно с такими характеристиками, которыми обладает и полезный сигнал. Отсечь, к примеру, фоновую музыку или речь другими способами бывает почти невозможно. А вот если определить направление на источник голосовых команд и отслеживать его перемещения, фоновые шумы можно пробовать заглушить просто по направлению. В Кинекте сделано нечто подобное.

Вообще, интересная тема, но я тут, к сожалению, не специалист. Так, мимо пробегал. Но если что, информации в интернете много, тема актуальная.

0

virt

Любопытно...

@okotimiv

Но все-таки эта тема не для самодельщиков, во всяком случае с этими microflown векторными датчиками. Сам датчик хрен купишь, на коленке не воспроизведешь и близко, да и снять с него результат измерений довольно непросто.

А вот с массивом микрофонов поиграться можно, тут особенной точности измерений не нужно, и датчики самые банальные. Теоретически, можно обойтись четырьмя компараторами, а дальше уже чистая математика, притом не особенно сложная. Методика описана в статье, на которую я давал ссылку. Можно наверное найти и что-то более близкое по масштабу, я привел буквально первое попавшееся.

0

@Bottyk

okotimiv, спасибо за интересную информацию!
Я когда писал нигистерскую, перекопал интернет на тему датчиков для локализации источников звука, но с такими не сталкивался, а жаль...могло бы решить многие вопросы:)

0

@_pv

для корелляционной функции это без разницы, так даже лучше.
откуда такая категоричность по поводу того что это сделать нельзя?
это не так, сделать можно вопрос в точности, автором пока никак не озвученной.
хватит трех микрофонов расположенных не на одной линии (лучше всего треугольником)
максимум на корелляционной функции сигналов с двух микрофонов (разность задержки) определяет некую поверхность в пространстве (гиперболоид вращения) на которой может находится источниk сигнала, три микрофона - три пары 1&2 2&3 1&3 - соответственно три поверхности которые должны примерно в одной (на самом деле в двух) точках пересекаться.

0

@motot

спасибо за инфу, кстати образец подобного прибора, использовался для определения повреждений кабелей под водой. Представляет собой треугольную антенну размером с человека, с 3 гидрофонами. К нему было 4 ящика приблуд. Каждый из 3 каналов датчиков высвечивал цифры после срабатывания, далее по диаграммам высчитывали направление и примерное расстояние. Вроде бы даже хотели сделать программу автоматизирующую все это. Есть мнение, что прибор работал и давал довольно точные результаты. Но к сожалению это была разработка советского времени, которая так и не была доделана, специалист ушел, все секреты ушли вместе с ним...

0