Cosa vuol dire Coherence Scanning Holography
25.11.2021
Coherence Scanning Holography (CSH) è un metodo brevettato sviluppato da Seven Bel che viene applicato alla visualizzazione del suono in base ai dati audio catturati con microfoni in movimento.
È fondamentalmente diverso dal beamforming, il metodo tradizionale utilizzato dalle telecamere acustiche convenzionali per oltre 20 anni.
Cosa Determina la Qualità di una Telecamera Acustica
La qualità dell’immagine di una telecamera acustica è principalmente determinata da due parametri: la dimensione della superficie di misurazione e il numero/allineamento dei microfoni distribuiti su tale superficie.
Bisogna considerare che:
- Più grande è il diametro della superficie di misurazione, maggiore è la risoluzione spaziale e quindi diventa più facile separare le sorgenti sonore vicine tra loro.
- La dimensione della superficie di misurazione determina anche la frequenza più bassa alla quale possono essere localizzate le sorgenti sonore.
- Maggiore è il numero di microfoni, maggiore è la differenza tra sorgenti sonore forti e deboli che possono essere rappresentate nell’immagine acustica (gamma dinamica).
Distribuzione delle sorgenti sonore su un aspirapolvere portatile con tre sorgenti vicine
a diversi livelli di rumorosità e contenuti in frequenza variabili.
Molte applicazioni in diversi settori richiedono la localizzazione di distribuzioni di sorgenti sonore complesse con diversi livelli di rumorosità e contenuti in frequenza dominanti al di sotto di 1kHz.
Le applicazioni classiche includono la localizzazione dei ponti acustici negli edifici o delle emissioni sonore dei componenti del motore e di gruppi propulsori.
Pertanto, l’uso di una grande superficie di misurazione con un’alta densità di microfoni è indispensabile per molte applicazioni.
Con il metodo Coherence Scanning Holography, questi requisiti critici per la qualità di una telecamera acustica sono pienamente soddisfatti:
- Spostando fino a sette microfoni lungo cerchi concentrici, il campo sonoro viene campionato con fine granularità a un numero estremamente elevato di posizioni di microfono (oltre 400).
- Il semplice design del Sound Scanner consente l’implementazione di una superficie di misurazione molto grande con un diametro di oltre 2,5 metri.
Come Funziona la Coherence Scanning Holography
La Coherence Scanning Holography (CSH) richiede un insieme di microfoni per catturare il campo sonoro incidente lungo una traiettoria circolare.
A causa del movimento dei microfoni rispetto a una sorgente sonora, i dati audio acquisiti durante una rotazione completa contengono uno spostamento Doppler delle frequenze coinvolte.
Un microfono stazionario al centro dell’area di scansione viene utilizzato come riferimento ed è privo di spostamento Doppler.
Un encoder rotativo magnetico coassialmente allineato con l’asse di rotazione dell’array lineare misura la posizione angolare rispetto all’asse di rotazione vincolato.
Sound Scanner rotante con microfono di riferimento e microfoni in movimento.
Per calcolare le immagini acustiche dai dati audio acquisiti, si sceglie un piano di ricostruzione parallelo a quello di misurazione, a una distanza in cui si prevede la distribuzione delle sorgenti sonore.
Come primo passo, il segnale audio del microfono in movimento viene propagato all’indietro nel tempo fino a un punto specifico nel piano di ricostruzione. Il segnale audio viene così manipolato in modo tale da sembrare che sia stato emesso da quel particolare punto e catturato dal microfono in movimento.
A questo punto, va notato che lo spostamento Doppler è completamente compensato per un punto in cui si trova effettivamente una sorgente sonora. Per tutti gli altri punti lontani dalla sorgente puntiforme, viene indotto un ulteriore spostamento Doppler nel segnale audio retro-propagato.
Schizzo tecnico con microfono di riferimento e microfoni in movimento, includendo i piani di misurazione e di ricostruzione.
Ora, usando CSH come misura di somiglianza tra i due segnali provenienti dai microfoni in movimento e di riferimento, otteniamo un forte valore di coerenza per i punti in cui si trova effettivamente una sorgente sonora e un debole valore di coerenza per i punti in cui non c’è o c’è poca emissione sonora.
Questa misura viene utilizzata per produrre una mappa di calore che rappresenta la distribuzione delle sorgenti sonore sull’intero piano di ricostruzione. Questa viene infine sovrapposta a un’immagine ottica della scena di misurazione per dare all’utente un’indicazione chiara della posizione spaziale delle sorgenti sonore.