Desenvolvimento de ferramentas para a medição e processamento de imagens acústicas (fase 2)

Abstract

Imagens acústicas são representações gráficas de padrões de radiação sonora. Enquanto seus resultados se assemelham a fotos de calor, seu funcionamento é similar ao processo de formação de fotos digitais. Tal técnica pode ser aplicada a qualquer tipo de fonte sonora, seja simples, ou complexa, assim, a detectando e criando mapas de sua distribuição de energia (por frequência). Análoga a outras técnicas de mapeamento, na acústica, utiliza-se de um arranjo de transdutores como meio de formar a “câmera acústica”. A disposição do arranjo (ou array) é composta por microfones discretos (tipicamente mais de vinte e quatro) espaçados em uma determinada geometria. Em uma analogia com fotografia, a geometria pode ser compara ao tipo da lente. Desse modo, é possível verificar que para cada aplicação há uma lente que ótima. Os métodos envolvidos integram a acústica, processamento de sinais, instrumentação, programação e processamento de imagens. Em específico nesse projeto, a técnica empregada é o beamforming. Beamforming é uma técnica de processamento de sinais já conhecida por suas aplicações em antenas e radioastronomia [1]. É essencialmente uma técnica de localização de fontes baseada na conformação de feixes de onda de uma dada direção (ou região no espaço). Sua aplicação em acústica foi iniciada de forma rústica na primeira grande guerra [1]. Todavia, os avanços que propiciaram a criação propriamente das imagens acústicas são datados dos anos setenta [2,3]. Seu desenvolvimento no meio da acústica do Brasil se iniciou somente em 2005 em um grupo de pesquisa do Laboratório de Vibrações e Acústica da UFSC [4]. Desde então, protótipos foram criados e outras instituições e empresas também se interessaram na aplicação da técnica. Outros grupos de pesquisa, como na UFRJ e Unicamp, e em institutos relacionados a processamento de sinais têm contribuído para o seu avanço em solo brasileiro. A sua aplicação também está voltada a indústria, empresas como Embraer [5] e a General Motors [6] a utilizam tanto no processo de prototipagem, quanto na validação do produto final. Sendo assim, uma das metas é que a UFSM tenha seu próprio sistema de medição e pós-processamento. Seu princípio é relativamente simples, ele basicamente amostra o campo sonoro com o array de microfones e soma os sinais captados. A correta soma destes sinais irá render um reforço (no som gravado) para uma dada direção no espaço - excluindo assim, ruídos provenientes de outras direções. Adicionalmente, o processamento de uma série de possíveis direções de chegada do som permite a criação de mapas sonoros [7]. Além de recuperar a direção da fonte, a ideia por trás da técnica é estender o entendimento de um evento desconhecido e/ou fonte sonora por meio do cruzamento de ambos os domínios de informação, visão e audição. É comprovado que uma informação visual pode aclarar mais facilmente uma situação que tomaria pelo menos algumas linhas para ser descrita. A pesquisa de ferramentas de processamento de sinais oferece uma expansão dos ramos de conhecimento envolvidos, bem como um avanço nos códigos atualmente implementados. O beamforming além de oferecer a extensão de análise a multicanais, também inclui conceitos voltados à física e acústica. O aprimoramento das ferramentas computacionais se faz necessário para o avanço da pesquisa no tema. Além disso, a construção de protótipos para medição possibilita a validação e comparação dos resultados experimentais em contraste com a modelagem matemática.