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ACUSTICA PER IMMAGINI

 

Sistemi 2d e 3d per la localizzazione delle sorgenti sonore nello spazio, entrambi basati sulle più recenti tecnologie digitali per offrire le massime prestazioni a costi molto contenuti.

 

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La terminologia 2d o 3d per i sistemi di costruzione dell'acustica per immagini, può risultare fuorviante ed più opportuno presentare i sistemi come antenne planari o sferiche mentre gli algoritmi di ricostruzione dei campi acustici appartengono alle due categorie: Olografia acustica o Beamforming.

 

ALGORITMI - Olografia Acustica e Beamforming

La tecnica dell'Olografia acustica assume che la distribuzione 2-d della pressione sonora (ampiezza e fase) su di un piano (piano di misura) soddisfi l'equazione d'onda in un'area esterna alla sorgente (propagazione) ed è basata sull'utilizzo degli algoritmi di trasformazione spaziale dei campi acustici; semplificando il concetto si può dire che viene applicata una trasformata di Fourier nel dominio dello spazio. 

L'Olografia acustica è da sempre associata principalmente all'analisi del campo acustico vicino alla sorgente (near field) partendo da misure di pressione sonora e/o velocità delle particelle (intensità) effettuate su un piano (piano di misura) posto ad una certa distanza dalla sorgente.

Nella terminologia consolidata si trovano sigle quali NAH e SONAH, le quali significano rispettivamente Near-Field Acoustic Holography e Statistically Optimized Near-Field Acoustic Holography.

La tecnica del Beamforming è del tutto simile al principio utilizzato da un radar per identificare oggetti nello spazio 3d: il radar funziona sui GHz, il Beamforming sugli Hz/kHz. Si tratta dunque di considerare il Beamforming come un sistema capace di focalizzare verso una sorgente, invece però di muovere l'antenna (come fa il radar) per trovare il segnale massimo, l'antenna "planare" è fissa e vengono realizzati dei ritardi artificiali sui microfoni della matrice (array) che simulano virtualmente la focalizzazione.

 

ANTENNE - Olografia acustica

Un'antenna planare misura sul piano e viene normalmente orientata verso la sorgente, così facendo ci si ritrova che il piano di misura può essere traslato nello spazio avvicinandolo o ditanziandolo dal piano della sorgente (paralleolo a quello di misura). Non ci sono particolari vincoli alle translazioni del piano di misura con l'Olografia acustica, i limiti sono definiti dall'ampiezza massima dell'antenna per quanto riguarda la frequenza minima e dalla minima distanza tra i microfoni per la frequenza massima, mentre la risoluzione spaziale per la separazione "visiva" di 2 sorgenti adiacenti è data dalla distanza R tra il piano di misura e la sorgente: minore il valore di R e migliore diventa la risoluzione. 

Il valore di R non deve essere inferiore alla distanza tra i microfoni, per i quali l'ordine di grandezza è tra 10 e 30 cm.

 

ANTENNE - Beamforming

La risoluzione spaziale Dx è in questo caso data dal rapporto tra lunghezzacae-formula-bemaforming d'onda l e diamero D della matrice (array) moltiplicato per la distanza R tra piano dell'antenna e sorgente.

Esempi:

Se R=1m, D=0.8m, a 800Hz: Dx=0.5m

Se R=1m, D=0.8m, a 2500Hz: Dx=0.17m

 

ANTENNE Sferiche - Beamforming

Un'antenna sferica funziona sullo stesso principio di quella planare anche se tutti gli algoritmi di calcolo sono molto più complessi, e ne esistono due versioni: a sfera aperta e a sfera chiusa SBM (Sphere Baffled Microphone array). Considerando la sfera chiusa è evidente che il vantaggio rispetto all'antenna planare è il fatto di "vedere" il campo acustico in tutto lo spazio circostante (3d dunque), mentre il prezzo che si paga è quello del campo di frequenza necessariamente limitato considerando che antenne sferiche di diametro 1m sono molto poco maneggiaibli.

In effetti si possono considerare 2-3 modelli di antenna sferica baffled con diametri tra 260 e 165 mm, i cui corrispondenti intervalli in frequenza di utilizzo si collocano tra 200/315 Hz in bassa frequenza e 5/8 kHz in alta frequenza. Il sistema Noise Vision è ottimizzato con 31 microfoni e 12 telecamere.

 

 

 

ACUSTICA PER IMMAGINI

 

 

La tecnologia più avanzata per capire i problemi di rumore e vibrazioni.

 

Sono disponibili varie soluzioni per le diverse esigenze, sia con i sistemi sviluppati da Nittobo Acoustic Engineer - Japan sia con quelli di CAE-System - Germany. Seppure del tutto simili dal punto di vista teorico, i sistemi sono diversi e si orientano ad esigenze molto diverse di utilizzo.

 

Il criterio di scelta di base è tra la ricerca sorgenti in una specifica direzione (antenna planare) o nello spazio (antenna sferica) mentre l'applicazione deve anche considerare ad esempio i casi seguenti:

Sorgenti su macchinari:

       => campo vicino =>  Olografia

Sorgenti in campo aperto:

       => campo lontano => Beamforming

Spazi confinati 3d:

       => Beamforming sferico

 

 

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