對(duì)我們的耳朵來(lái)說(shuō)，聽(tīng)到各式各樣的聲音理所當(dāng)然，但讓眼睛觀察聲音，似乎就有點(diǎn)“強(qiáng)眼所難”了。更不用說(shuō)有些聲音甚至人耳也難以聽(tīng)到。但在現(xiàn)代科技的加持下，看見(jiàn)聲音成為現(xiàn)實(shí) - 聲學(xué)相機(jī)讓聲音不再隱秘，以前無(wú)法想象的細(xì)節(jié)盡在眼前展現(xiàn)。

什么是聲學(xué)相機(jī)

聲學(xué)相機(jī)（Acoustic Camera，也被稱為聲像儀、聲學(xué)攝像機(jī)等）的概念首次出現(xiàn)在 19 世紀(jì)末期，由生理學(xué)家 J.R.Ewald 研究?jī)?nèi)耳功能時(shí)提出。它是一種用于分析、定位和可視化聲源的設(shè)備，不僅可以讓人知道聲音來(lái)自哪里，還可以進(jìn)一步展現(xiàn)聲音的特征。

完整的現(xiàn)代聲學(xué)相機(jī)通常由麥克風(fēng)陣列、攝像頭和顯示設(shè)備構(gòu)成。麥克風(fēng)采集聲音，經(jīng)處理后以不同顏色的光斑和攝像頭拍攝的畫(huà)面疊加（投影）并在顯示器中顯示。

工作原理是什么

我們可以將自己的耳朵與麥克風(fēng)類(lèi)比。

聲音以聲波的形式傳播，因?yàn)轭^部的存在，它到達(dá)左右耳的時(shí)間存在細(xì)微時(shí)間差，我們便能依此判斷聲音來(lái)自何處。

我們需要至少兩只耳朵或兩個(gè)麥克風(fēng)才能定位聲音 - 聲學(xué)相機(jī)比耳朵更精確，它通常包含 64 至 1024 支組成特定陣列的麥克風(fēng)。

從麥克風(fēng)的測(cè)量數(shù)據(jù)中獲取聲學(xué)圖像的一種常見(jiàn)方法是使用波束形成（beamforming）技術(shù)：通過(guò)相對(duì)延遲每個(gè)麥克風(fēng)信號(hào)并將它們相加，將特定方向的信號(hào)放大，而其它方向的信號(hào)削弱。之后計(jì)算信號(hào)功率，并在與方向?qū)?yīng)的屏幕像素上繪制出能量圖。

波束形成體現(xiàn)的是聲信號(hào)的空間選擇性，主要應(yīng)用于讓麥克風(fēng)專注于采集你想聽(tīng)到的聲音。多支麥克風(fēng)組成一個(gè)陣列，來(lái)自這些“相控陣麥克風(fēng)”的信號(hào)通過(guò)處理，實(shí)現(xiàn)麥克風(fēng)對(duì)一個(gè)或多個(gè)方向的聲音更敏感的效果。

發(fā)展

直到幾年前，聲學(xué)相機(jī)都還只在大型企業(yè)出現(xiàn)，因?yàn)檫@些專業(yè)工具非常昂貴，維護(hù)成本也非常高。但隨著 MEMS 數(shù)字麥克風(fēng)和人工智能等軟硬件的跨越式發(fā)展，聲學(xué)相機(jī)的成本大大降低。更低價(jià)格和更高質(zhì)量的聲學(xué)相機(jī)在市場(chǎng)上涌現(xiàn)。

聲學(xué)相機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)景寬泛，這里只介紹最常見(jiàn)的應(yīng)用。

聲音定位

聲音定位就是找到聲源，這是聲學(xué)相機(jī)存在的根本意義。

大多數(shù)情況下，我們都是要找到那個(gè)令人討厭的不該存在的聲音。它可能是建筑物內(nèi)部或外部的噪聲，又或者來(lái)自產(chǎn)品的某個(gè)部件。

我們需要根據(jù)聲音頻率選擇不同類(lèi)型的聲學(xué)相機(jī)。低頻下，聲波很長(zhǎng)，一般需要大尺寸麥克風(fēng)陣列；在較高的頻率范圍內(nèi)，較小的麥克風(fēng)陣列也能很好地工作。

另一個(gè)區(qū)別是我們希望在何處和如何使用聲學(xué)相機(jī)進(jìn)行測(cè)量。比如某些聲學(xué)相機(jī)只有傳感器部分，始終需要連接計(jì)算機(jī)，并通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行復(fù)雜的測(cè)量和計(jì)算。

也有自帶屏幕的便攜設(shè)備，開(kāi)機(jī)即用，適合現(xiàn)場(chǎng)快速測(cè)量。

噪聲監(jiān)測(cè)

噪聲監(jiān)測(cè)與聲音定位類(lèi)似。它主要用于城市等繁忙地區(qū)。不同之處在于，噪聲監(jiān)測(cè)是一個(gè)持續(xù)的過(guò)程。

一個(gè)城市總會(huì)在某個(gè)時(shí)刻變得更嘈雜，比如上下班高峰期。我們?cè)谥芤幌挛?5 點(diǎn)測(cè)得的噪聲與周六凌晨 1 點(diǎn)肯定有天壤之別。只有持續(xù)監(jiān)測(cè)才能了解宏觀的噪聲情況。

在城市環(huán)境和高速公路上，交通引起的噪聲污染也相當(dāng)嚴(yán)重。通過(guò)聲學(xué)相機(jī)，市政或環(huán)保部門(mén)可以繪制噪聲分布圖，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)采取行動(dòng)，使城市更加寧?kù)o。

此外，聲學(xué)相機(jī)還能讓超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的嘈雜車(chē)輛無(wú)處遁形。

噪聲投訴

人們最常抱怨的噪聲之一就是暖通空調(diào)系統(tǒng)（HVAC）產(chǎn)生的噪聲。在擁擠的住宅區(qū)，許多家庭和公寓樓都安裝了多個(gè) HVAC 設(shè)備。HVAC 噪聲可能源于各種因素，如安裝維護(hù)不當(dāng)、設(shè)備老化、零件故障、隔聲不足或系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)?。找到原因可能需要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間，因?yàn)樾枰獧z查很多 HVAC 設(shè)備。聲學(xué)相機(jī)可用于檢測(cè)哪個(gè) HVAC 設(shè)備正在產(chǎn)生噪聲，甚至更具體地說(shuō) - 需要修復(fù)哪個(gè)部件。

環(huán)境噪聲

暖通空調(diào)系統(tǒng)并不是人們?cè)谌粘Ｉ钪幸幚淼奈ㄒ辉肼曃廴?。在美?guó)，56% 的噪聲干擾來(lái)自鄰居和交通。關(guān)上窗戶很容易，但如果這不能止住噪聲呢？聲學(xué)相機(jī)可以用于檢測(cè)門(mén)窗和外墻的泄漏情況。當(dāng)你知道房子里的一個(gè)角落或窗框漏風(fēng)并讓噪聲進(jìn)入家中時(shí)，解決問(wèn)題也可以輕松些了。

減少局部放電和氣體泄漏

工業(yè)場(chǎng)地管道中的氣體和氣體泄漏不僅給維護(hù)人員帶來(lái)諸多困擾，更造成大量能源浪費(fèi)。傳統(tǒng)的檢修方法是噴灑特定氣體/液體并觀察其流動(dòng)情況，從而判斷泄漏位置。而聲學(xué)相機(jī)一次就可以進(jìn)行大范圍的掃描并明確標(biāo)識(shí)泄露位置甚至計(jì)算泄露情況，節(jié)約大量時(shí)間和成本。任何具備基本的移動(dòng)設(shè)備操作技能的人都能進(jìn)行作業(yè)。

類(lèi)似的場(chǎng)景當(dāng)然也出現(xiàn)在高壓輸電線路的巡查之中。

聲行為

這個(gè)應(yīng)用可能聽(tīng)起來(lái)有點(diǎn)奇怪，但實(shí)際上非常有趣。聲音行為是指在特定環(huán)境中觀察和分析聲音傳播模式。通過(guò)研究聲音行為，我們可以獲得有關(guān)聲音是如何反射、傳播和被吸收的。

聲音行為的研究可以應(yīng)用于許多領(lǐng)域，包括建筑設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)等。通過(guò)了解聲音在不同環(huán)境中的行為，我們可以選擇合適的材料和布局，以優(yōu)化聲學(xué)效果，確保良好的音質(zhì)和聽(tīng)覺(jué)體驗(yàn)。通過(guò)研究聲波如何在一個(gè)產(chǎn)品表面運(yùn)動(dòng)，可以更進(jìn)一步優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

智能體育場(chǎng)中的球迷互動(dòng)

此外，還有一個(gè)更有趣的應(yīng)用：智能體育場(chǎng)。通過(guò)聲學(xué)相機(jī)觀察體育場(chǎng)內(nèi)球迷的行為并進(jìn)行互動(dòng)。例如，可以顯示某個(gè)區(qū)域的聲音有多大，并讓球迷相互比拼?；蛘呖梢詫⒄彰飨到y(tǒng)與聲學(xué)相機(jī)互聯(lián)，讓聲音最大的球迷處在聚光燈下，成為真正的焦點(diǎn)。

結(jié)論

聲學(xué)相機(jī)是一種強(qiáng)大的工具，用于可視化聲音，并定位聲源。它們有許多應(yīng)用領(lǐng)域，包括聲音定位、聲音監(jiān)測(cè)和聲音行為的研究。無(wú)論是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、建筑設(shè)計(jì)、還是城市規(guī)劃，聲學(xué)相機(jī)都能提供有用的見(jiàn)解和數(shù)據(jù)。相信隨著技術(shù)的進(jìn)步，聲學(xué)相機(jī)將變得更加易用和經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，讓更多人能夠從中受益。

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