С акустической камерой звук становится видимым, и можно легко обнаружить его источник. Ручное устройство для измерения звука станет отправной точкой для новых разработок.

Строгое законодательство и требования клиентов заставляют изготовителей техники заботиться о снижении шума, производимого различными устройствами. Поэтому за последние годы внимание разработчиков к проектированию акустических компонентов значительно возросло. В сфере электроники шум в разных аспектах – это очень интересная тема. Не только в ходе исследований и разработок, но и для пользователей – прежде всего в плане охраны труда.

Шум – это механические волны, механическое давление и иногда даже термическая нагрузка, которая возникает при прохождении тока. Нежелательный шум может привести к различным проблемам, в наихудшем случае – к выходу детали или целой системы из строя.

Акустика – новая тема для разработок

Эти факты ведут к тому, что сотрудники производства сталкиваются с совершенно новой для них темой акустики. Не хватает опыта и инструментов, что в долгосрочной перспективе приводит к убыткам и снижению конкурентоспособности. Возможное решение этой проблемы – акустическая камера. Она позволяет локализовать источник шума и представить его графически.

Результат подобен тому, что выявляет тепловизионная камера. Человек может непосредственно увидеть, какие компоненты являются источником шума. Акустическая камера состоит из большого количества микрофонов, или микрофонной решетки, и видеокамеры. По данным сигналов микрофонов формируется акустическое псевдоцветное изображение, которое воспроизводится в формате видео.

При этом результаты измерений довольно просто зафиксировать. Работа акустической камеры основана на принципах радиоастрономии. Планеты и другие небесные тела излучают радиоволны, которые на Земле можно поймать благодаря мощным антеннам. Это позволяет целенаправленно изучать какое-либо событие, происходящее в космосе. А для высокого разрешения в решетку устанавливают большое количество антенн.

В акустической камере антенны заменили на микрофоны, благодаря чему стало возможным вычислять источник шума. Так появились акустические камеры. Первые сорок лет они использовались только в космической промышленности и воздухоплавании, а на рубеже нового века впервые нашли промышленное применение в автомобилестроении. Применяемые на тот момент аналоговые системы имели недостаток – они были дороги и экономически невыгодны для предприятий средних размеров.

Экономичные и компактные МЭМС-микрофоны

В ходе дальнейших разработок в 2011 году была сконструирована первая цифровая акустическая камера. В этих камерах начали устанавливать МЭМС-микрофоны, которые не только были дешевле и занимали меньше места, но и обладали прекрасными характеристиками. В такие микрофоны встроены устройства кондиционирования сигнала и 24-битные аналого-цифровые преобразователи (АЦП), которые снимают сигнал с частотой 48 кГц и передают его дальше уже в цифровом виде.

Фильтры подавления помех наложения и верхних частот обрабатывают сигнал. Благодаря микрофонной технике дорогие аналоговые системы регистрации данных становятся не нужны. FGPA (программируемая логическая интегральная схема) принимает данные и обеспечивает необходимую развертку. Камера подключена к FGPA напрямую, чтобы данные с микрофонов и камеры принимались одновременно. Все данные передаются на ПК или планшет по протоколу Ethernet и могут обрабатываться как в режиме реального времени, так и в режиме постобработки.

Применяется технология формирования луча, которая учитывает разность фаз для вычисления акустической картинки. Локализация источника шума тем точнее, чем больше собрано данных, но в целях оптимизации микрофонные решетки устроены таким образом, чтобы поступающая информация не дублировалась.

Ручной измерительный прибор для оптимизации разработок

Дальнейшие разработки системы обеспечили возможность создания компактного ручного измерительного прибора с простым управлением. Уже сейчас он стал незаменимым помощником в машиностроении и при создании бытовой техники. Также он нашел применение в новых сферах: так, в Аугсбурге были проведены совместные исследования со специалистами IT-концерна Fujitsu.

При использовании акустической камеры нужно было проверить, может ли она каким-либо образом ускорить процессы разработки. Чтобы выяснить, возможно ли использовать камеру для оптимизации процессов, испытание было проведено на неявных в акустическом аспекте серийных устройствах. Первое измерение прошло в комнате переговоров.

Такие помещения зачастую не являются оптимальным вариантом, поскольку отраженные и фоновые шумы могут повлиять на результаты измерений. Было заведомо известно, что акустическое пространство не всегда подходит, и в таком случае результаты служат дополнительным подтверждением для уже проведенных измерений.

Материнские платы, графические платы, блоки питания и компьютеры

Особенно высоки требования к измерениям в тех случаях, когда исследуемые электронные системы обладают низким уровнем звукового давления. Акустическая камера может применяться, помимо прочего, для исследования материнских и графических плат, блоков питания, а также персональных компьютеров в целом. Благодаря простоте в управлении можно быстро установить возможности для оптимизации для всех компонентов и узлов.

В большинстве случаев оказывается достаточно измерений, проводимых в комнате для переговоров, поскольку едва слышные шумы лучше всего показывают возможности прибора. Мощность и производительность измерительного прибора проверялась на блоке питания 250 Вт.

Целью измерения было определить основные источники шума. Оказалось, что таковым является трансформатор импульсного источника питания из феррита. При изменении тока, проходящего через этот элемент, в трансформаторе менялось магнитное поле.

При этом элемент укорачивался или удлинялся при неизменном объеме. Этот эффект называется магнитострикцией. При изменении длины и ширины возникал шум, который специалисты смогли увидеть благодаря акустической камере.

http://www.ets-electro.ru/news/kak-nayti-istochnik-zvuka-v-elektricheskikh-i-elektronnykh-elementakh/