Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Объектілерді табу үшін шағылысқан дыбыс толқындарын пайдалану, дыбыстың механикалық немесе электрлік құралдар арқылы локализациясы.
Use of reflected sound waves to locate objects
sound localization via mechanical or electrical means
Акустикалық локализация – дыбыс толқындарын пайдалану арқылы объектінің немесе дыбыс көзінің орнын анықтау әдісі. Орналасу газдарда (мысалы, атмосферада), сұйықтықтарда (мысалы, суда) және қатты денелерде (мысалы, жерде) жүзеге асырылуы мүмкін. Орналасу белсенді немесе пассивті болуы мүмкін:
Acoustic location is a method of determining the position of an object or sound source by using sound waves. Location can take place in gases (such as the atmosphere), liquids (such as water), and in solids (such as in the earth). Location can be done actively or passively:
Белсенді акустикалық локализация эхо алу үшін дыбыс жасауды қамтиды, содан кейін ол объектінің орнын анықтау үшін талданады. Пассивті акустикалық локализация анықталатын объектінің шығарған дыбысын немесе дірілін анықтауды қамтиды, содан кейін ол объектінің орналасқан жерін анықтау үшін талданады. Суда қолданылатын екі техника да сонар деп аталады; пассивті сонар және белсенді сонар кеңінен қолданылады. Микрофондарды қолданғанда акустикалық айналар мен табақшалар пассивті акустикалық локализация құралы болып табылады, ал динамиктерді қолданғанда белсенді локализация құралы болып табылады. Әдетте, бірнеше құрылғы қолданылады, содан кейін орналасу құрылғылар арасында триангуляция арқылы анықталады. Әскери әуе қорғанысы құралы ретінде пассивті акустикалық локализация Бірінші дүниежүзілік соғыстың ортасынан Екінші дүниежүзілік соғыстың басында жау ұшақтарын олардың қозғалтқыштарының шуы бойынша анықтау үшін қолданылды. Ол Екінші дүниежүзілік соғысқа дейін және оның кезінде радардың енгізілуімен ескірді, ол әлдеқайда тиімді болды (бірақ іске қосылуы мүмкін). Акустикалық техниканың артықшылығы – дыбыс дифракциясының арқасында бұрыштар мен төбелердің артынан да "көруге" болатындығы болды. Азаматтық қолданылуына жануарлар дүниесін табу және атыс қаруының ату орнын анықтау жатады.
Active acoustic location involves the creation of sound in order to produce an echo, which is then analyzed to determine the location of the object in question. Passive acoustic location involves the detection of sound or vibration created by the object being detected, which is then analyzed to determine the location of the object in question. Both of these techniques, when used in water, are known as sonar; passive sonar and active sonar are both widely used. Acoustic mirrors and dishes, when using microphones, are a means of passive acoustic localization, but when using speakers are a means of active localization. Typically, more than one device is used, and the location is then triangulated between the several devices. As a military air defense tool, passive acoustic location was used from mid World War I to the early years of World War II to detect enemy aircraft by picking up the noise of their engines. It was rendered obsolete before and during World War II by the introduction of radar, which was far more effective (but interceptable). Acoustic techniques had the advantage that they could 'see' around corners and over hills, due to sound diffraction. Civilian uses include locating wildlife and locating the shooting position of a firearm.
Қорытынды
Акустикалық көзді локализациялау – дыбыс өрісінің өлшемдері негізінде дыбыс көзін анықтау міндеті. Дыбыс өрісін дыбыс қысымы және бөлшектер жылдамдығы сияқты физикалық шамалар арқылы сипаттауға болады. Осы қасиеттерді өлшеу арқылы дыбыс көзінің бағытын (біршама) анықтау мүмкін. Дәстүрлі түрде дыбыс қысымы микрофондар арқылы өлшенеді. Микрофонның полярлық диаграммасы түсетін дыбыстың бағытына қарайғы сезімталдығын көрсетеді. Көптеген микрофондардың толық бағытты полярлық диаграммасы бар, яғни олардың сезімталдығы түсетін дыбыстың бағытына тәуелсіз. Бір бағытта сезімталдығы жоғарырақ микрофондардың басқа полярлық диаграммалары да бар. Дегенмен, бұл дыбыс локализациялау мәселесін толық шешпейді, себебі нақты бағытты немесе бастапқы нүктені анықтау қажет. Дыбыс қысымын өлшейтін микрофондардан өзге, акустикалық бөлшектердің жылдамдығын тікелей өлшеу үшін бөлшектер жылдамдығын өлшейтін құралдарды да қолдануға болады. Бөлшектер жылдамдығы – акустикалық толқындармен байланысты шама, бірақ дыбыс қысымынан айырмашылығы, бөлшектер жылдамдығы вектор болып табылады. Бөлшектер жылдамдығын өлшеу арқылы дыбыс көзінің бағытын тікелей анықтауға болады. Көптеген сенсорларды қолданатын басқа да күрделі әдістер де бар. Осы әдістердің көпшілігі келу уақытының айырмасы (TDOA) техникасын пайдаланады. Кейбір мамандар акустикалық көзді локализациялауды "кері есеп" деп атайды, себебі өлшенген дыбыс өрісі дыбыс көзінің орнына айналдырылады.
Acoustic source localization is the task of locating a sound source given measurements of the sound field. The sound field can be described using physical quantities like sound pressure and particle velocity. By measuring these properties it is (indirectly) possible to obtain a source direction. Traditionally sound pressure is measured using microphones. Microphones have a polar pattern describing their sensitivity as a function of the direction of the incident sound. Many microphones have an omnidirectional polar pattern which means their sensitivity is independent of the direction of the incident sound. Microphones with other polar patterns exist that are more sensitive in a certain direction. This however is still no solution for the sound localization problem as one tries to determine either an exact direction, or a point of origin. Besides considering microphones that measure sound pressure, it is also possible to use a particle velocity probe to measure the acoustic particle velocity directly. The particle velocity is another quantity related to acoustic waves however, unlike sound pressure, particle velocity is a vector. By measuring particle velocity one obtains a source direction directly. Other more complicated methods using multiple sensors are also possible. Many of these methods use the time difference of arrival (TDOA) technique. Some have termed acoustic source localization an "inverse problem" in that the measured sound field is translated to the position of the sound source.
Әдістер
Көздің бағытын немесе орнын анықтаудың әртүрлі тәсілдері мүмкін.
Different methods for obtaining either source direction or source location are possible.
Үшбұрыштылық
Тригонометрия мен геометрияда үшбұрыштау – нүктенің орнын тікелей қашықтықты өлшеудің орнына, белгілі нүктелерден берілген негіздің екі шетіндегі бұрыштарды өлшеу арқылы анықтау процесі. Нүктенің орны белгілі бір жағы мен екі бұрышы бар үшбұрыштың үшінші нүктесі ретінде анықталады. Акустикалық локализация үшін бұл, егер дыбыс көзінің бағыты кеңістікте екі немесе одан көп нүктеде өлшенсе, оның орнын үшбұрыштау арқылы табуға болады дегенді білдіреді.
In trigonometry and geometry, triangulation is the process of determining the location of a point by measuring angles to it from known points at either end of a fixed baseline, rather than measuring distances to the point directly (trilateration). The point can then be fixed as the third point of a triangle with one known side and two known angles. For acoustic localization this means that if the source direction is measured at two or more locations in space, it is possible to triangulate its location.
Жанама әдістер
Бағытталған жауап қуаты (SRP) әдістері – жанама дыбыстық көзді анықтау әдістерінің бір класы. Микрофондар жұбы арасындағы келу уақытының айырмашылығын (TDOA) есептеудің және алынған нәтижелерді біріктірудің орнына, жанама әдістер кеңістіктік нүктелер торлары бойынша мүмкін көз орнын іздейді. Осы ретте, фазалық трансформациясы бар бағытталған жауап қуаты (SRP PHAT) сияқты әдістер, кешіктірілген және жиынтық сәуле құрастырғыштың шығысын максималдайтын мүмкін орны табу ретінде қарастырылады. Бұл әдіс шу мен дыбыс қайталануына өте төзімді екені көрсетілді, соның салдарынан нақты уақыт акустикалық өңдеу қолданбаларында оның тиімділігін арттауға бағытталған, өзгертілген тәсілдерді әзірлеуге түрткіс берді.
Steered response power (SRP) methods are a class of indirect acoustic source localization methods. Instead of estimating a set of time differences of arrival (TDOAs) between pairs of microphones and combining the acquired estimates to find the source location, indirect methods search for a candidate source location over a grid of spatial points. In this context, methods such as the steered response power with phase transform (SRP PHAT) are usually interpreted as finding the candidate location that maximizes the output of a delay and sum beamformer. The method has been shown to be very robust to noise and reverberation, motivating the development of modified approaches aimed at increasing its performance in real time acoustic processing applications.
Әскери мақсатта
Әскери мақсатта су асты кемелері мен ұшақтарды анықтау үшін қолданылды. Мұндай жабдықты алғаш рет 1916 жылдың күзінде Англияның шығыс жағалауында ұшаққа қарсы мобильді батареяны басқарған Корольдік әскери-теңіз еріктілер резервінің командирі Альфред Роулинсон қолданған. Ол бұлтты ауа райында цеппелиндерді анықтау үшін құрал қажет етті және айналмалы тіреуге орнатылған екі граммофон мүйізінен импровизациялық құрылғы жасады. Осы құралдардың бірнешеуі жақындап келе жатқан әуе кемелерін жеткілікті дәлдікпен анықтап, оларды көзге көрінбесе де, оққа тосуға мүмкіндік берді. Бұл әдіспен бірде-бір сәтті соққы жасалмағанымен, Роулинсон бір рет цеппелинді бомбаларын тастауға мәжбүр еткенін мәлімдеді. Әуе қорғанысы құралдары әдетте үлкен мүйіздерден немесе микрофондардан тұратын, операторлардың құлақтарына түтікшелер арқылы қосылатын, алып стетоскоп сияқты құрылғылар болатын. 1920 жылдардың соңында Нидерландыдағы Meetgebouw түрлі елдерден алынған бірнеше ірі акустикалық тыңдау құрылғыларын салыстырғанда, олардың кемшіліктері анықталды. Негізгі зерттеулер көрсеткендей, адамның есту қабілеті 20-30 жылдардағыдан жақсырақ болған. Сондықтан құлаққа жақын орналасқан және герметикалық байланысы бар жаңа тыңдау құрылғылары жасалды. Сонымен қатар, дыбыс жылдамдығының ұшақтар жылдамдығынан баяу екенін ескере отырып, механикалық болжамдау жабдықтары және биіктік түзетулері іздеу операторлары мен зенитшілерге анықталған ұшақтың қайда ұшып бара жатынын көрсету үшін ақпарат берді. Жарық шамдары мен қарулар тыңдау құрылғысынан біршама қашықта болуы керек болды. Сондықтан электрлік бағыттау көрсеткіштері жасалды. Ұшаққа қарсы дыбыспен мекендеу жұмыстарының көп бөлігі британдықтар жасады. Олар Бірінші дүниежүзілік соғыстан Екінші дүниежүзілік соғысқа дейін қолданылған дыбыс айналарының кең желісін құрды. Дыбыс айналары әдетте қозғалмалы микрофондарды пайдаланып, қабылданатын дыбыстың амплитудасын барынша арттыратын бұрышты табу арқылы жұмыс істейді, бұл нысанаға бағыт беру бұрышын да анықтайды. Екі әртүрлі жерде орналасқан екі дыбыс айнасы екі түрлі бағытты шығарады, бұл үшбұрыш арқылы дыбыс көзінің орнын анықтауға мүмкіндік береді. Екінші дүниежүзілік соғыс жақындағанда радар ұшақтардың дыбыстық орналасуына сенімді балама ретінде пайда бола бастады. Сол кездегі ұшақтардың жылдамдығы үшін дыбыстық орналасу тек бірнеше минуттық ескерту беретін. Бүгінде тастап кетілген орындар әлі де сақталған және оларға оңай жете аласыз.
Military uses have included locating submarines and aircraft. The first use of this type of equipment was claimed by Commander Alfred Rawlinson of the Royal Naval Volunteer Reserve, who in the autumn of 1916 was commanding a mobile anti aircraft battery on the east coast of England. He needed a means of locating Zeppelins during cloudy conditions and improvised an apparatus from a pair of gramophone horns mounted on a rotating pole. Several of these equipments were able to give a fairly accurate fix on the approaching airships, allowing the guns to be directed at them despite being out of sight. Although no hits were obtained by this method, Rawlinson claimed to have forced a Zeppelin to jettison its bombs on one occasion. The air defense instruments usually consisted of large horns or microphones connected to the operators' ears using tubing, much like a very large stethoscope. End of the 1920s, an operational comparison of multiple large acoustic listening devices from different nations by the Meetgebouw in The Netherlands showed drawbacks. Fundamental research showed that the human ear is better than one understood in the 20s and 30s. New listening devices closer to the ears and with airtight connections were developed. Moreover, mechanical prediction equipment, given the slow speed of sound as compared to the faster planes, and height corrections provided information to point the searchlight operators and the anti aircraft gunners to where the detected aircraft flies. Searchlights and guns needed to be at a distance from the listening device. Therefore, electric direction indicator devices were developed. Most of the work on anti aircraft sound ranging was done by the British. They developed an extensive network of sound mirrors that were used from World War I through World War II. Sound mirrors normally work by using moveable microphones to find the angle that maximizes the amplitude of sound received, which is also the bearing angle to the target. Two sound mirrors at different positions will generate two different bearings, which allows the use of triangulation to determine a sound source's position. As World War II neared, radar began to become a credible alternative to the sound location of aircraft. For typical aircraft speeds of that time, sound location only gave a few minutes of warning. Today, the abandoned sites are still in existence and are readily accessible.
Сейсмикалық зерттеулер
Сейсмикалық зерттеулер жер асты құрылымдарын өлшеу үшін дыбыс толқындарын тудыруды қамтиды. Дыбыс толқындары көбінесе жер немесе су бетіне жақын орналасқан соққы механиздері арқылы жасалады, мысалы, түсірілген салмақтар, вибросейстік жүк көліктері немесе жарылғыш заттар. Деректер геофондармен жиналып, компьютерде сақталады және өңделеді. Қазіргі технология мұндай жабдықтарды пайдалану арқылы жер асты тау жыныстары құрылымдарының 3D-бейнелерін жасауға мүмкіндік береді.
Seismic surveys involve the generation of sound waves to measure underground structures. Source waves are generally created by percussion mechanisms located near the ground or water surface, typically dropped weights, vibroseis trucks, or explosives. Data are collected with geophones, then stored and processed by computer. Current technology allows the generation of 3D images of underground rock structures using such equipment.
Басқа
Қатардағы сенсорлар мен электрониканың бағасы төмендегендіктен, дыбыс өлшеу технологиясын қолдану басқа да салаларда, мысалы, жабайы табиғатты іздеу үшін қолжетімді болып келеді.
Because the cost of the associated sensors and electronics is dropping, the use of sound ranging technology is becoming accessible for other uses, such as for locating wildlife.