基于FPGA和MEMS波束形成的录音摄像机能够追踪和消除汽车上的各种噪声

汽车上的那些可听见的嗡嗡声等各种噪音会降低甚至扼杀消费者对汽车的满意程度，现代汽车的几款轿车已经获得了J.D.Power公司（一家从事客户 满意度调查的公司）初始质量研究调查（IQS）的第一名，现代汽车计划继续保持这个成绩。因此，这家公司正在积极的致力于追踪、查找、消除它们的汽车发出 的各种噪音。

一些可移动的部件之间的碰撞和摩擦会引发这些噪声，采取纠正行动的第一步是要查找噪声的来源，但是如果采用ad hoc（点对点模式）监测方法会非常的困难，我们所需要的是一个录音摄像机。

录音摄像机利用一个声学麦克风阵列的声波束锁定噪声源，录音相机使用不同的颜色轮廓将各种声音可视化，根据不同颜色可以判断不同大小的声音，这非常 像热敏成像摄像机可以将温度可视化一样，这里我们通过测量声波束经过麦克风阵列的延迟时间来判断不同声音。声音摄像机将声音图像转变成一幅可视化的图像， 这是一幅能够对不同声音进行解释的图像，能够轻松的分辨出不同的声音。

录音摄像机捕捉的画面

识别噪声的来源会有以下几个挑战。第一，要想捕捉瞬变的噪声，快速的响应时间是非常必须的，因为大部分噪声的产生是不规律的，变化快速的。有的时候 这些噪声仅仅持续几毫秒然后就消失了。第二，在一个客运车辆上寻找噪声来源要求检测设备要重量轻，体积小巧，能够在汽车的内部进行检测，汽车内部这些地方 是大部分噪声发生的地方，而且乘客通常会注意到这些地方。麦克风阵列的大小是与图像分辨率成比例的，尤其是在低频率的变化范围内，想要制造一个小巧的准确 的声波束形成器是不容易的。

现代汽车公司与SM仪器公司合作，致力开发一个合适的声波束形成摄像机，用来检测汽车的噪声来源。开发的第一个系统采用了30到48个通道的螺旋式模拟麦 克风阵列，直径大约85厘米。这些系统获得的数据使用国家仪器公司（NI）不同的器件，其中30个通道的螺旋阵列版本采用NI CompactDAQ系统内的9234 DSA（动态信号获取）模块，48通道版本采用NI PXIe-4497 的DSA模块。使用NI LabVIEW软件和NI 的声音和震动测量套件开发的声音摄像机应用能够实时的显示产生的声音质量测量信息。

第二代系统，现在被称为SeeSV录音摄像机，采用了MEMS麦克风和FPGA实现波束形成算法。MEMS麦克风是非常可靠的，经济适用的，能够响应较宽 的声音频率范围，从人类发生频率范围的300hz到8khz，这也是BSR噪声的主要频率范围。录音摄像机的工程应用被移植到NI的单板RIO板卡上，核 心是板上的赛灵思FPGA芯片。FPGA集成信号调理，数据采集，滤波和声波束形成与一个器件，这样就实现了延迟时间最小化。在每个时钟周期内FPGA执 行了数百次的操作，通过大规模的并行运算这个系统的计算性能超过了PC机系统。这个设计不使用PC机系统减小了系统尺寸，重量和成本，并增加了录音摄像机 的可移动性。

SeeSV Sound Camera

这个系统具有较高的图像刷新频率，在捕捉和实时显示那些瞬间变化的BSR噪声非常有效。这个系统已经用在了对几款豪华车型的测量，其中就包括高端的现代Genesis车型。

SeeSV Sound Camera用于识别现代Genesis汽车引擎盖下的发动机情况

注：Kang-Duck Ih，来自现代汽车集团和YoungkeyK.Kim,来自SM仪器公司，将他们这个项目提交给了2014年度NI工程影响力竞赛奖励大会。这个项目进入到了物理测试和监测类别组的决赛。

原文链接：
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