Phân Loại Camera Âm Thanh

Camera Âm Thanh Là Gì ?

Camera âm thanh là một công cụ đo lường âm thanh tương đối mới, ban đầu thiết bị chỉ được sử dụng trong ngành hàng không vũ trụ và ô tô. Nguyên lý của công cụ này cực kỳ đơn giản với các đặc tính âm thanh của bất kỳ đối tượng đo nào được hiển thị dưới dạng gọi là “ảnh âm thanh”, trong đó bản đồ âm thanh sai màu được xếp chồng lên hình ảnh quang học hoặc mô hình 2D hoặc 3D của cảnh tượng/đối tượng đo.

Một camera âm thanh bao gồm một dãy micrô, bộ phận xử lý âm thanh và màn hình. Mảng micro có thể bao gồm hàng chục hoặc hàng trăm micro. Phần xử lý âm thanh thu thập thông tin âm thanh đến từ micrô đồng thời với độ trễ thời gian tương đối chính xác. Khi âm thanh truyền từ nguồn, nó sẽ đến các micrô khác nhau vào các thời điểm khác nhau và với cường độ khác nhau dựa trên vị trí tương đối của các micrô.

Beamforming là một phương pháp được sử dụng để định vị âm thanh. Nó hoạt động bằng cách thêm độ trễ vào tín hiệu micrô và thêm tín hiệu để khuếch đại âm thanh phát ra từ một hướng cụ thể đồng thời giảm thiểu hoặc hủy âm thanh phát ra từ các hướng khác để “hướng” mảng âm thanh cơ bản theo một hướng cụ thể. Thông tin cường độ âm thanh được tính toán có thể được hiển thị trên bản đồ nguồn.

Hai kỹ thuật định vị âm thanh có sự chênh lệch thời gian đến (TDOA) và góc đến (AoA). Chúng có thể được kết hợp bằng thuật toán tương quan chéo tổng quát (GCC). GCC tương đối đơn giản để thực hiện và có yêu cầu tính toán thấp. Nhưng để thực hiện điều đó cần phải có nhiều micrô để đạt được kết quả định vị chính xác. Việc sử dụng thuật toán phức tạp hơn có thể làm giảm số lượng micrô cần thiết nhưng đồng thời cũng sẽ yêu cầu phần tính toán  cao hơn và đắt tiền hơn so với bộ xử lý nhanh hơn và nhiều bộ nhớ hơn.

Camera âm thanh có thể chụp ba chiều âm thanh là một kỹ thuật đo âm thanh khác và được sử dụng để xác định sự lan truyền không gian của sóng âm hoặc để xác định các nguồn âm. Nó dựa trên các phép biến đổi Fourier không gian để ước tính cường độ âm thanh trường gần xung quanh một nguồn bằng cách sử dụng một loạt các bộ chuyển đổi cảm biến áp suất và/hoặc vận tốc hạt.

Camera âm thanh tiên tiến hiện có kết hợp micrô kỹ thuật số với AI. Việc sử dụng phần mềm đo lường dựa trên AI cho phép các nhà phát triển cung cấp camera âm thanh có khả năng hoạt động cao hơn với chi phí thấp hơn.

Phân loại camera âm thanh

Hiện nay các loại camera âm thanh trên thị trường được chia thành ba loại chính gồm: Camera âm thanh 2D, Camera âm thanh 3D và Máy quét âm thanh. Trong bài dưới đây giải pháp âm học sẽ giải thích cấu tạo cũng nhưng phương pháp sử dụng cơ bản.

Camera đo 2D

Camera âm thanh 2D thường có các cấu trúc mảng micro khác nhau bao gồm vòng tròn, ngôi sao, hình bát giác, cấu trúc Fibonacci và hình chữ nhật, đôi khi được gọi là “pad”.

Cấu trúc của camera 2D không có hình dạng cố định, tùy vào hiệu suất khác nhau của các phép đo mà sẽ có những thiết bị thích hợp dựa trên các đặc tính đo gần, đo xa và các đặc tính khác của bản đồ âm thanh. Nhưng nhìn chung các mảng camera âm thanh 2D đều có các micro không hướng, tất cả đều đối diện về cùng một hướng.

Camera 2D phù hợp để đo các bề mặt phẳng với mảng camera âm thanh vuông góc với bề mặt. Tuy nhiên, nhiều bề mặt không hoàn toàn phẳng, làm cho việc đo đạc chính xác với mảng hai chiều trở nên khó khăn.

Bản đồ âm thanh 2D được sử dụng để ước tính các bề mặt ba chiều (3D) thành một mặt phẳng, nó có thể gây ra lỗi đo trong tính toán cường độ âm thanh. Các kết quả xấp xỉ thường không tính đến sự khác biệt về khoảng cách do bề mặt được đo có độ sâu tương đối khác nhau tại các điểm khác nhau. Nếu không gian lớn, sai số có thể nhỏ, nhưng trong không gian nhỏ sai số có thể rất lớn.

Khi được triển khai với hệ thống kênh hai lớp của các microphone, mảng camera 2D có thể thực hiện các phép đo gần trường và xa trường bằng cách sử dụng ánh xạ cường độ. Ngoài ra, với phần mềm đi kèm thiết bị, áp suất âm có thể đo được ánh xạ trong khi đang ánh xạ đo lường vận tốc hạt/năng lượng âm thanh.

Để khắc phục với vấn đề hạn chế về sự linh hoạt từ các thiết bị camera âm thanh 2D nay các mảng camera âm thanh 2D cầm tay để khắc phục sự cố và ứng dụng di động trong khi các mảng độc lập có thể cung cấp độ chính xác cao hơn cho các phép đo phòng thí nghiệm và kỹ thuật cao.Có các cấu trúc mảng khác nhau phù hợp cho các ứng dụng khác nhau:

• Mảng hình vòng (Ring arrays) thích hợp cho việc tạo hình tia và được sử dụng trong nhà và ngoài trời cho các phép đo xa trường và gần trường.
• Mảng hình sao (Star arrays) cũng thích hợp cho việc tạo hình tia và thường được sử dụng cho các phép đo xa trường.
• Mảng Fibonacci (Fibonacci arrays) thích hợp cho kỹ thuật hòa quang hoặc tạo hình tia và có thể được sử dụng cho các phép đo xa trường và gần trường bằng cùng một mảng. Dựa trên mẫu xoắn Fibonacci của các microphone, các mảng này có thể cung cấp một phạm vi động rộng hơn so với các cấu trúc khác.