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盖世汽车:声学照相机及噪声源定位原理在汽车行业的应用

2016年01月19日 14:51

汽车异音异响是目前汽车NVH领域的主要问题之一,也称之为BSR(Buzz,Squeak and Rattle)噪声,解决这类噪声的关键在于确定噪声源位置。而由于BSR噪声往往比较短促,且具有高频或宽频特征,无论从时域或者频域上都不好分析,因此对于噪声源的定位尤其困难。

声学照相机的出现和发展很好地解决了这一难题,并在汽车行业获得了愈加广泛的运用。但对于这一专业领域,我们似乎还知之甚少。在1月14日由盖世汽车举办的沙龙活动中,上海其高电子科技有限公司市场与销售经理倪斌从自身多年经验出发,为我们讲述了声学照相机的工作原理及其在汽车行业的应用。

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沙龙活动现场听众提问

声学照相机,又称麦克风阵列,通常配备几十个麦克风同步采集声音信号,并通过摄像头采集视频,由后端信号处理算法合成“声音图片”和“声音视频”,以实时直观的方式显示噪声源位置,可用来定位产品或零部件的异音异响。以其高的KeyVES声学照相机为例,它配置有五列高灵敏度麦克风、高分辨率光学摄像头,同时波纹状的凸起可以起到保护麦克风的作用。据倪斌介绍,其高对麦克风阵列Beamforming算法的实现进行了优化和改进,大大提高了“声音视频”的实时性和分辨率,快速成像达到每秒25帧,可捕捉瞬态异音。

一般来说,数据采集完成之后,我们通常采用延迟相加波束成形算法对其进行分析。倪斌指出,当麦克风阵列正对着声源的时候,其收到的信号应该是最大的,所以从理论上来说,我们转动麦克风阵列,当在某一位置上它收到的值最大,便说明声音来自于这个位置。“但在实际操作的时候,我们一般不采用手动转动麦克风的方式,而是通过电脑中算法的设置调整信号间的延迟,选择不同的来波方向。这样就相当于麦克风转到了相应的位置,但其实麦克风是不动的。”

正如以上所说,通过“波束成型”,麦克风阵列构成了对来波方向高度敏感的传感器。倪斌则针对麦克风阵列做了比较直观的比喻,将人耳看作一个非常精密的麦克风,它通过大脑的处理能够分辨出很微小的时间差,从而判断声音的大概位置。而声学相机其实是把“耳朵”的数量增加了,例如KeyVES,它配备了30个麦克风,就相当于加上了30个“耳朵”,这也是为什么它能够更准确定位声音来源的主要原因。

正是由于声学照相机的如此优势,它如今已被广泛应用于汽车、家电、军工等诸多行业领域中的研发、生产、测试等阶段,其中汽车行业应用尤多。据了解,声学照相机可用于汽车全方位测试,例如仪表盘异音测试、旋转机械噪声源测试、汽车音响及车门异响测试、风洞密封条效果评估等。倪斌表示,目前,声学照相机水平在继续提高,未来根据不同企业和产品的需求所定制的方案会更受欢迎。

当然,便携性始终是此类产品供应商需要重点考虑的问题。而麦克风阵列的性能尤其是低频范围的声源定位,受到阵列的外形尺寸等物理因素的限制,阵列的便携性与高性能(尤其是低频范围内的性能)无法兼顾。倪斌表示:其高科技的U系列可折叠式声音照相机的出现,打破了这样的技术壁垒,实现了真正意义上便携性与高性能的统一。“KeyVES U系列可折叠式声音照相机采用优化伞状外形,增加了有效孔径,改善了低频性能。U系列声音照相机的可折叠设计使得声音照相机具有极佳的实用性和便携行,可以折叠收纳到通用的照相器材便携包中,更可直接携带上飞机。”