March-April 2017 Vol.23 No.222 Magazine for Executive Management

QualityForQualityFor

Management

www.tpaemagazine.com

การรวมทนระหวาง “Tencent” กบ “Tesla”

เทคโนโลยพลกธรกจ...ชชะตาโลก

Generation C ปรากฎการณใหมเจนใหม จบอนไซตคนคอนเนค

การออกแบบการทดลอง (Design of Experiment)

คณอจฉรา 08-1372-0180

คณสทธกนต 086-577-7577สนใจตดตอ

222

★ ใชคนหาการเกดปญหา BSR (Buzz, Squeak,

Rattle) ในอตสาหกรรมยานยนต

★ ระบตำแหนงกำเนดเสยงรบกวน (Noise Source

Identification - NSI) ในหองโดยสารรถยนต

และอากาศยาน

PULSE Reflex Acoustic Camera

กลองถายภาพเสยงใชระบแหลงกำเนดเสยงรบกวนมการ

ประมวลผลแบบ Real-Time ประกอบดวยไมโครโฟน

รบเสยงและกลองถายภาพ ใชงานงาย สามารถแสดงผล

ในรปแบบแผนทเสยงรบกวน (noise mapping)

★ ตรวจคนหาการเลดลอดของเสยงรบกวนผานชอง

หรอรอยรวตางๆ

PULSE Reflex Acoustic Camera

กลองถายภาพเสยงกลองถายภาพเสยง

www.measuretronix.com

/bruel-and-kjaer

for Quality

Cover Story

5for Quality Vol.24 No.222

July-August 2017

บรษท เมเชอรโทรนกซ จ�ำกด

www.measuretronix.com

www.measuretronix.com/bruel-and-kjaer

สอบถำมเพมเตมตดตอ :

คณอจฉรำ 081-372-0180

คณสทธกนต 086-577-7577

Brüel & Kjaer Type 9712

PULSE Reflex Acoustic Camera

กลองถายภาพเสยง

กลองถำยภำพเสยงใชระบแหลงก�ำเนดเสยงรบกวน มกำรประมวลผลแบบ

Real-Time ประกอบดวยไมโครโฟนรบเสยงและกลองถำยภำพ ใชงำนงำย

สำมำรถแสดงผลในรปแบบแผนทเสยงรบกวน (noise mapping)

Brüel & Kjaer Type 9712

PULSE Reflex Acoustic Camera

ชดเครองมอและแผงไมโครโฟนขนาดมอถอ ส�าหรบคนหาจดก�าเนดเสยงรบกวน โดยการสรางแผนภาพของเสยงในแบบ Real-Time ตลอดยานความถกวาง ตวแผงไมโครโฟนสามารถตดตงคอมพวเตอรขนาด Tablet ส�าหรบแสดงแผนภาพของเสยงในพนททเลงชไปในเวลาจรง อบรมการใชงานเพยงเลกนอยกสามารถท�าการคนหาแหลงก�าเนดเสยง ถายภาพ และบนทกวดโอ ของเหตการณทนาสนใจและพนทมปญหา เพอการวเคราะหตอไป สามารถยอนดภาพทบนทกไดทนทเพอดความถกตอง ในขณะทก�าลงปรบตงคาใชงาน เชน ก�าหนดชวงความถ

การใชงาน

● ใชคนหาการเกดปญหา BSR (Buzz, Squeak, Rattle) ในอตสาหกรรมยานยนต

● ระบต�าแหนงก�าเนดเสยงรบกวน (Noise Source Identification: NSI) ในหองโดยสารรถยนตและอากาศยาน

● ตรวจคนหาการเลดลอดของเสยงรบกวนผานชอง หรอรอยรวตาง ๆ

ผเรยบเรยง เขมพฒน ตนตวฒนกล

หองปฏบตการวศวกรรมเสยงและการสนสะเทอน

ภาควชาวศวกรรมเครองกลและการบน-อวกาศ

มหาวทยาลยพระจอมเกลาพระนครเหนอ

Cover Story

Vol.24 N

o.2

22 July

-August 2017

6

คณลกษณะ

ในชดเครองมอประกอบดวยแผงไมโครโฟนเฉพาะ 30 ตว มแผนปดดานหลงถอดไดเพอการวดเสยงแบบ Near Field และ Far Field โดยใชไดทงแบบ Beamforming และ Holography มขนาดเลกพอเหมาะ สะดวกใชในพนทจ�ากด มกลองวดโอในตวเพอดภาพ Real-Time และบนทกพรอมกบแผนภาพเสยง ในชดยงมเครองเกบบนทกขอมลรน LAN-XI ท�างานดวยแบตเตอรไดตอเนอง 2.5 ชวโมง พรอมกลองเกบเครองมอกนน�า

ความสามารถ

● วดความถตลอดยานกวางโดยใช Beamforming และ SONAH

● แสดงแผนภาพเสยงรบกวนซอนบนภาพวดโอหรอภาพถาย● สามารถแสดง Spectrogram เพอชวยในการระบและ

วเคราะหเหตการณ ซงเกดขนในชวงเวลาสน ๆ● เปดเครองพรอมใชงานใน 20 วนาท● วดคาพรอมบนทกเสยงและวดโอแตละเหตการณ

● แสดงกราฟ Sound Pressure, Sound Intensity และ Sound Power

● ควบคมการท�างานแบบรโมทผาน Tablet● จบภาพหนาจอบน Tablet เพอบนทก● ซอฟตแวร PULSE Reflex Array Analysis จดท�า เกบบนทก

ขอมล และตรวจสอบบน PC

เนองจากท�างานแบบ Real-Time กลองถายภาพเสยงจง เหมาะส�าหรบใชสรางแผนภาพเสยงรบกวนของวตถเคลอนท และเหตการณชนดเกดเปนหวง ๆ ได คณสามารถเดนถอแผงไมโครโฟนเพอบนทกวดโอ หรอยดแผงไมโครโฟนกบขาตงกลองอยกบทกได กลองถายภาพเสยงตรวจวดเสยงความถยานกวางโดยใชเทคโนโลย Acoustic Beamforming และ Statistically Optimized Near-Field Holography (SONAH)

กลองถายภาพเสยง:

อปกรณระบต�าแหนงของแหลงก�าเนดเสยง

การควบคมเสยงรบกวน เปนโจทยทมความทาทายสงส�าหรบวศวกรและนกวจย เปนทรกนดวาการควบคมการเกดเสยงรบกวนทมประสทธภาพสงสดนนสามารถท�าไดโดยด�าเนนการแกไขปญหา ทแหลงก�าเนดเสยงโดยตรง ถงแมวาความร ดานวทยาศาสตรจะ ชวยใหวศวกรสามารถพยากรณการเกดเสยงไดแมนย�าในระดบหนง อยางไรกตาม การเกดเสยงรบกวนซงเกดจากความไมสมบรณแบบของผลตภณฑกสามารถกอใหเกดเสยงรบกวนได ซงปญหาในลกษณะนมความยากทจะคาดเดาไดวาเสยงรบกวนดงกลาวนนเกดขนจาก ชนสวนใด ดวยเหตนจงมการคดคนอปกรณเพอใชระบแหลงก�าเนดเสยงขน อปกรณดงกลาวเรยกวาไมโครโฟนอาเรย (microphone array) บทความนจะกลาวถงหลกการท�างานของไมโครโฟนอาเรย รวมถงเทคนคตาง ๆ ทใชในการระบต�าแหนงของแหลงก�าเนดเสยงซงถกเรยกอยางกวาง ๆ วา เทคนค Noise Source Identification: NSI โดยมการแสดงผลในรปของแผนทเสยงรบกวนดงแสดงในรปท 1

รปท 1 การระบต�าแหนงการเกดเสยงรบกวน (NSI)

ไมโครโฟนอาเรยถกเรยกอยางหนงวา เสาอากาศเสยง (acoustic antenna) สบเนองมาจากหลกการทใชในการระบแหลงก�าเนดเสยงนนมพนฐานเดยวกนกบการออกแบบเสาอากาศเพอ รบคลนวทย ไมโครโฟนอาเรยระบบหนงจะประกอบไปดวยเซนเซอร

Cover Story

Vol.24 N

o.2

22 July

-August 2017

7

(sensor) ซงกคอ ไมโครโฟนส�าหรบตรวจจบสญญาณเสยง โครงสรางของอาเรยซงใชยดจบเซนเซอรใหอยในต�าแหนงทเหมาะสม ชดสมเกบสญญาณและสวนประมวลผล เทคโนโลยไมโครโฟนอาเรยนถกคดคนขนมาในชวงทศวรรตท 1980s ไมโครโฟนอาเรยระบบแรกนนถก สรางขนในป ค.ศ.1975 โดย J.Billingsly และ R.Kinns (ดรปท 2) และไดรบชอเรยกวา กลองมองเสยงระยะไกล (acoustic telescope) ในยคแรกของการพฒนานนไมโครโฟนอาเรยถกใชเพอการตรวจจบเสยงและวเคราะหการเกดเสยงรบกวนของเครองบนและรถไฟเปนหลก

รปท 2 ระบบไมโครโฟนอาเรย The Acoustic Telescope [1]

ตอมาในป ค.ศ.1999 บรษท GFaI Tech Gmbh ไดท�าการ รวมกลองถายภาพเขากบไมโครโฟนอาเรยและน�าเสนอผลตภณฑ ดงกลาวขนครงแรกในงานแสดงสนคาเมองฮานโอเวอร โดยใชชอ ผลงานวา กลองถายภาพเสยง (acoustic camera) ดงแสดงใน รปท 3 อยางไรกตาม กลองถายภาพเสยงของ GFaI เวอรชนแรกนม ขอบกพรองอยมาก และถกแกไขใหมประสทธภาพในการท�างาน อยางสงสดแลวในเวอรชนปจจบน

หลกการท�างาน

เสยง คอ คลนกลซงเดนทางผานตวกลางคออากาศ โดยมจดเรมตนทแหลงก�าเนดเสยงและแพรกระจายออกไป การเดนทางของคลนนนเปนการสงผานพลงงานจากแหลงก�าเนดออกไปตามระยะทางทเพมขน การสงผานพลงงานดงกลาวนนกอใหเกดการเปลยนแปลงความดนอากาศกลบไปกลบมา เพอใหเขาใจไดงาย ใหผอานพจารณาวามแหลงแบบขวเดยว (monopole source) ก�าลงก�าเนดคลนซงมความถใด ๆ ความถหนงขน ณ จดอางองหนง การแพรหรอการเดนทางของคลนจากแหลงก�าเนดแบบขวเดยวบนระนาบนนสามารถแสดงไดดงรปท 3 พนผวในภาพนนแสดงความดนของอากาศทเปลยนแปลงไปตามต�าแหนงตาง ๆ ณ เวลาชวขณะทท�าการพจารณา ในทางเทคนคแลว ความดนอากาศทกลาวถงไปนนหากถกตรวจจบ ณ ต�าแหนงใดต�าแหนงหนงจะถกเรยกวา ความดนเสยง (sound pressure) และหากพจารณาความดนเสยงตลอดทวพนทของการแพรของเสยงในชวขณะเดยวกนแลวพนผวของความดนดงกลาวจะถกเรยกวา สนามเสยง (sound field) ดงแสดงในรปท 4

รปท 3 กลองถายภาพเสยงโดยบรษท GFaI [2]

รปท 4 การแพรของเสยงจากแหลงก�าเนดแบบขวเดยว และการตรวจจบ

สนามเสยงโดยไมโครโฟนอาเรย โดยสของพนผวคอความดนเสยง

ณ ต�าแหนงตาง ๆ

การตรวจจบสนามเสยงนนสามารถท�าไดโดยการใชไมโครโฟนจ�านวนมากกวา 1 ตว วางเรยงกนในรปแบบทมความเหมาะสมกบความถของสนามเสยง จดสด�าซงเรยงเปนระนาบในรปท 4 นน คอไมโครโฟนอาเรยในขณะทท�าการตรวจจบสนามเสยง สญญาณเสยงทถกตรวจจบไดโดยไมโครโฟนทกตวจะถกน�ามาประมวลผลรวมกน และผลของการประมวลผลนน จะน�าไปสการระบต�าแหนงของแหลงก�าเนดเสยงได ส�าหรบเทคนคการประมวลผลสญญาณส�าหรบไมโครโฟน อาเรยนน สามารถจ�าแนกไดเปน 2 กลมใหญ ๆ อนไดแก เทคนคการ สรางบมเพอรบเสยง (acoustic beamforming) และการสรางโฮโลแกรมของเสยง (acoustic holography) ซงจะกลาวถงในรายละเอยดในหวขอถดไปของบทความน

ความหลากหลายของไมโครโฟนอาเรย

ไมโครโฟนอาเรยทมจ�าหนายอยในปจจบนนมอยหลายรปแบบ คอ ตงแตขนาดเลกไปจนถงขนาดใหญ มการจดเรยงไมโครโฟนเปนเสนตรง จดเรยงเปนกรดสเหลยมบนระนาบ และเปนวงกลมบนระนาบ ไปจนถงมไมโครโฟนตดตงบนทรงกลม เมอมหลากหลายเชนน ค�าถามคอเราจะมการเลอกใชอยางไรใหเหมาะสมกบการใชงาน ? สวนนของบทความมค�าตอบ

ในดานสณฐานของอาเรยนน พารามเตอรทส�าคญของ ไมโครโฟนอาเรยมอย 2 พารามเตอร คอ ขนาดของอาเรย และ ระยะหางระหวางเซนเซอร (ไมโครโฟน) เนองจากไมโครโฟนอาเรยถกใชในการตรวจจบสนามเสยง ดงนน พารามเตอรดงกลาวจะตองมความ

สนามเสยง

ไมโครโฟนอาเรย

แหลงก�าเนดเสยง

Cover Story

Vol.24 N

o.2

22 July

-August 2017

8

เหมาะสมกบสนามเสยงทจะท�าการตรวจจบ ในทางทฤษฎนนไมโคร-โฟนอาเรยจะสามารถตรวจจบสนามเสยงทมความถสงทสดไดเมอความยาวคลนของสนามเสยงมขนาดใหญกวาระยะหางระหวางไมโครโฟนและไมใหญเกนกวาขนาดของอาเรย (ความยาวคลนของสนามเสยงสามารถค�านวณไดจาก c0 = f l โดย l คอ ความยาวคลนของสนามเสยง c0 คอ ความเรวของเสยงในอากาศซงมคาประมาณ 343 เมตรตอวนาท และ f คอ ความถของแหลงก�าเนดเสยง) นนหมายความวา ขนาดและระยะหางระหวางไมโครโฟนของอาเรยนน เปนตวก�าหนดชวงความถทอาเรยสามารถใชงานไดนนเอง หากน�า อาเรยไปใชงานเกนชวงความถทกลาวไวขางตน จะกอใหเกดปรากฏ-การณทเรยกวา สเปเชยลเอเลยสซง (spatial alasing) อนจะสงผลใหไมสามารถรบรองความถกตองของการแปลผลจากการประมวลผลสญญาณได [3]

รปท 5 แสดงการใชไมโครโฟนอาเรยเพอระบต�าแหนงของแหลงก�าเนดเสยงรบกวนซงเกดจากกงหนลม ดวยขนาดเสนผานศนย-กลางทใหญถง 3.5 เมตร ท�าใหไมโครโฟนอาเรยดงกลาวสามารถตรวจจบสนามเสยงซงมความถอยในชวง 100 ถง 5,000 Hz [4] รปท 6 แสดงการใชไมโครโฟนอาเรยซงตดตงอยบนพนททเครองบนบนผานเพอ ระบต�าแหนงของแหลงก�าเนดเสยงรบกวนจากการบนผานของเครองบน ซงชวยใหการแกไขปญหาเสยงรบกวนสามารถท�าไดตรงจดและมประสทธภาพ [5]

รปท 5 เสยงรบกวนซงเกดจากกงหนลมนนมแหลงก�าเนดอยทบรเวณปลาย

ใบกงหนและบรเวณฮบ

รปท 6 การใชไมโครโฟนอาเรยชวยใหทราบต�าแหนงการเกดเสยงรบกวน

ของเครองบนทเฉพาะเจาะจงได

นอกเหนอจากดานสณฐานแลว มตของไมโครโฟนเปนปจจยส�าคญซงสงผลโดยตรงตอความสามารถในการระบต�าแหนงของอาเรยเชนกน การจ�าแนกไมโครโฟนอาเรยตามมตของการจดเรยงไมโครโฟนมดงน 1) ไมโครโฟนอาเรยแบบ 1 มต หรออาเรยเชงเสน (linear array) 2) ไมโครโฟนอาเรยแบบ 2 มต หรออาเรยเชงระนาบ (planar array) และ 3) ไมโครโฟนอาเรยแบบ 3 มต ซงมรปรางเปนทรงกลม (spherical array) จ�านวนมตของอาเรยทมากขนจะท�าใหสามารถจ�าแนกทศทางของแหลงก�าเนดเสยงไดมากขนตามไปดวย ยกตวอยางเชน อาเรย 1 มต จะมความสามารถในการระบทศทางบนระนาบในชวง 0-180 องศา ซงเปนมมเปดอางองดานกวางของอาเรย (ดรปท 7) และไมสามารถระบต�าแหนงของแหลงก�าเนดเสยงซงอยสง หรอต�ากวาระนาบทอาเรยตดตงอย ส�าหรบอาเรย 2 มตนนจะมความสามารถในการจ�าแนกแหลงก�าเนดเสยงบนระนาบ ในชวง 0-360 องศา (รอบทศทางของอาเรยบนระนาบ) แตกยงมขอจ�ากด คอ ยงไมสามารถระบต�าแหนงของแหลงก�าเนดเสยงซงอยสงหรอต�ากวาระนาบทอาเรย ตดตงได ส�าหรบอาเรย 3 มตนนจะมความสามารถใชระบต�าแหนงของแหลงก�าเนดเสยงไดในทกทศทาง

รปท 7 ไมโครโฟนอาเรยแบบระนาบ (2D) และทรงกลม (3D)

รปท 8 บมรบเสยงทสรางขนจากอาเรยแบบระนาบ (บน) และทรงกลม

(ลาง) เพอใชระบต�าแหนงของแหลงก�าเนดเสยง

การสรางบมและการสรางโฮโลแกรม

การสรางบมเพอรบเสยง (acoustic beamforming) และการสรางโฮโลแกรมของสนามเสยงหรอโฮโลกราฟ (Nearfield Acoustic Holography: NAH) เปนการจดกลมเทคนคการประมวลผลสญญาณอยางกวาง ๆ โดยมวตถประสงคเพอการระบต�าแหนงของแหลงก�าเนด

Cover Story

Vol.24 N

o.2

22 July

-August 2017

9

เสยง ทง 2 เทคนคนมหลกการท�างานทแตกตางกนโดยสนเชง ดงทจะกลาวถงตอไปน

เทคนค Beamforming มแนวคดพนฐานดงน คอ โดยปกตไมโครโฟนจะรบเสยงจากทกทศทาง ซงท�าใหไมสามารถจ�าแนกไดวา เสยงทถกตรวจจบดวยไมโครโฟนนนเกดขนจากแหลงก�าเนดซงอย ทศใดของไมโครโฟน การใชเทคนค Beamforming จะเปนการจ�ากดทศทางการรบเสยงของไมโครโฟนใหอยในมมตามตองการผลพลอยไดกคอ ท�าใหเราสามารถทราบไดวาแหลงก�าเนดเสยงอยทางทศใดของไมโครโฟน การจ�ากดทศทางบมทเกดขนดวยเทคนค Beamforming นถกเรยกวา การหมนบมดวยอเลกทรอนกส (electronic steering beam)

ส�าหรบเทคนค NAH นนจะเปนการประมาณคาของแหลงก�าเนดเสยงผานการค�านวณทางคณตศาสตรซงมแบบจ�าลองการแพรของเสยงรวมอยในการค�านวณดงกลาว นอกจากนนแลวความแตกตางทส�าคญระหวางเทคนค NAH กบ Beamforming คอ Beamforming จะใชขอมลจากการตรวจจบสนามเสยงไกล (farfield) ในขณะทส�าหรบเทคนค NAH นนใชขอมลจากการตรวจจบสนามเสยงใกล (nearfield) ในการประมวลผล

รปท 9 แสดงการจ�าแนกสนามเสยง โดยสนามเสยงใกลนนจะมความแปรปรวนของระดบความดนเสยงมากกวาชวงสนามเสยงไกล ในการใชเทคนค Beamforming นน อาเรยจะตองถกวางในต�าแหนงสามารถพจารณาไดวาเปนชวง Free Field และในท�านองเดยวกน อาเรยจะตองถกตดตงอยในชวง Near Field จงจะสามารถใชเทคนค NAH ไดอยางเหมาะสม รปท 10 แสดงภาพรวมของไมโครโฟนอาเรยรนตาง ๆ ซงถกออกแบบมาใหใชงานในชวงความถทตางกน ในหวขอถดไปจะเปนการอธบายหลกการเบองตนของทงสองเทคนคทกลาวมา

รปท 9 แสดงการเกดสนามเสยงใกลและไกล

รปท 10 อาเรยชนดตาง ๆ และสนามเสยงทเหมาะกบการใชงาน

Beamforming

การระบต�าแหนงของแหลงก�าเนดเสยงโดยเทคนค Beamform-ing นนสามารถอธบายไดดงน รปท 11 แสดงความพยายามทจะใชไมโครโฟนอาเรยเพอระบต�าแหนงเสยงรบกวนซงเกดขนในบรเวณชวงลางของรถยนต ในการนมการวางเซนเซเซอร (ไมโครโฟน) จ�านวนหนงเรยงกนเปนเสนตรงบนระนาบอางอง (พน) เพอตรวจจบสนามเสยงซงอาจมแหลงก�าเนดมาจากยางรถยนต ทอไอเสย และเครองยนต เปนตน ในกรณศกษานสมมตใหมก�าเนดเสยงอยหางออกไปจากอาเรยโดยท�ามม q อางองตามแนวยาวของอาเรย รปท 12 แสดงเหตการณขณะทคลนเสยงเคลอนทมาถงอาเรยซงจะสามารถอนมานไดวาไมโครโฟน ตวดานขวาสดจะตรวจจบคลนเสยงไดกอนตวถดไปทางดานซาย หรอในอกนยหนงสญญาณเสยงซงเซนเซอรถดไปทางดานซายตรวจจบไดนนเปนสญญาณเสยงทมลกษณะเหมอนกบทถกตรวจจบไดโดยไมโครโฟนตวดานขวาสดหากแตมการหนวงเวลาใหชาไป (delay) ซงการหนวงเวลานนจะขนอยกบระยะหางระหวางไมโครโฟนแตละตวเทยบกบตวดานขวาสด

รปท 11 แสดงการเกดสนามเสยงใกลและไกล

การเลอนของสญญาณคลนทกลาวไวขางตนนนสามารถพจารณาไดเปนการเลอนของมมเฟสของคลน ดวยหลกการทวาการรวมกนของคลนทมมมเฟสตรงกนจะใหผลลพธ คอ คลนทมขนาด แอมปลจดสง นนหมายความวาหากมการชดเชยการเลอนของคลนใหมมมเฟสตรง ซงคาการเลอนดงกลาวสามารถค�านวณไดจากมม q กนดวยวธการทางอเลกทรอนกสแลวจะท�าใหเกดขนาดของการรวมกนสงทสด โดยคาชดเชยดงกลาวสามารถค�านวณลวงหนาและจะใชเปนดชนในการระบทศทางของแหลงก�าเนดคลน เทคนคทกลาวมานรจกกนด ในชอ Delay-and-Sum Beamforming หรอ DS Beamforming รปท 13

รปท 12 สญญาณเสยงทถกตรวจบไดโดยไมโครโฟนแตละตว

Cover Story

Vol.24 N

o.2

22 July

-August 2017

10

รปท 13 การรวมกนของคลนความถเดยวกนและมมมเฟสตรงกนจะเปนการ

เสรมกน (บน) และจะหกลางกนอยางสมบรณเมอเฟสตางกน 180

องศา (ลาง)

Near-Field Acoustic Holography: NAH

เทคนค NAH จะมความซบซอนในเชงทฤษฎมากกวาเทคนค Beamforming แนวคดพนฐานของเทคนคน คอ การใชขอมลสนามเสยง (ใกล) ทตรวจจบไดโดยไมโครโฟนอาเรยในการประมาณคาแบบยอนกลบผานกระบวนการทางคณตศาสตรทเรยกวา ปญหาผกผนของการเคลอนทของคลน (inverse radiation problem) ซงเทคนคหนงทใชในการแกปญหาผกผนคอเทคนคทเรยกวา Equivalent Source Method: ESM [6] สมมตฐานทถกก�าหนดขนในเทคนค ESM มดงน คอ สมมตใหแหลงก�าเนดเสยงทเราสนใจนนประกอบไปดวยแหลงก�าเนดเสยงสมมต เรยงรายอยเปนแถวดงแสดงดวยจดสแดงในรปท 14 โดยระยะหางของอาเรย (array plane) ไปจนถงแหลงก�าเนด (source plane) จะถกก�าหนดในซอรฟแวรโดยผใชงานอาเรย

รปท 14 สญญาณเสยงทถกตรวจบไดโดยไมโครโฟนแตละตว

จากรปท 14 ตวแปร pm หมายถง ความดนเสยงทถกตรวจจบไดโดยไมโครโฟนตวท m และตวแปร qn คอ ความแกรงของแหลงก�าเนด (source strength) ตวท n ตามล�าดบ โดยสมมตใหมจ�านวนของก�าเนดเสยงจ�านวนมากไดตามขอแนะน�าของเทคนคในการค�านวณ ความแกรงถกนยามไวอยางหละหลวม ซงในบทความนหมายถงความเรงเชงปรมาตร (volume acceleration) มหนวยเปน (เมตรตอวนาท)-2 เมอแกปญหาทางคณตศาสตรของเทคนค ESM แลวผลลพธทไดจะสามารถน�ามาแปลผลเพอแสดงอยในรปโฮโลแกรมของความ

ดนเสยง (sound pressure) ความเรวอนภาค (particle velocity) ความเขมเสยง (sound intensity) และก�าลงเสยง (sound power) อยางไรกไดตามตองการ จะเหนไดวาเทคนค NAH นนสามารถใหพารามเตอรการตรวจวดทหลากหลายมากกวา Beamforming ซงจ�ากดอยท ความดนเสยง รปท 15 แสดงการตรวจวดความเขมเสยงโดยใชไมโครโฟนอาเรยชนดระนาบ

รปท 15 การใชไมโครโฟนอาเรยตรวจวด Sound Intensity ดวยเทคนค NAH

แผนทเสยงรบกวน (noise mapping)

ผลลพธจากการประมวลผลสญญาณโดยใชเทคนค Beam-forming และ NAH นนจะถกน�าเสนอในรปแบบของแผนทเสยงรบกวน ซงคอการน�าพารามเตอรทางเสยงซงไดจากการค�านวณ เชน ระดบความดนเสยง และระดบความเขมเสยง มาท�าการซอนทบลงบนภาพถายของบรเวณทสนใจซงถกถายมาอยางมสอดคลองกนกบการตรวจจบสนามเสยง รปท 16 แสดงแผนทเสยงซงไดการใชไมโครโฟนอาเรยชนดทรงกลม แกนนอนของภาพแสดงมมตามแนวระนาบ (azi-muth angle) และแกนตงของภาพแสดงมมยก (elevation angle) โดยมมทงสองนนอางองจากจดศนยกลางของอาเรย ทางดานขวาของภาพแสดงแถบส ไลเรยงจากสน�าเงนเขมไลไปยงสแดงเขม ซงใชแสดงระดบความดนเสยงในชวง 74.9 dB ถง 80.9 dB เมอพจารณาสในภาพจะพบวาสวนใหญแสดงในโทนสน�าเงน ซงหมายถงวาระดบเสยงภายในพนหองโดยสารสวนมากอยทระดบ 74.9 dB – 76.0 dB โดยประมาณ ยกเวนบรเวณดานลางของขอบประตหลงซงแสดงเปนสแดงเขม การแสดงผลดงกลาวชใหเหนวา บรเวณดงกลาวนนมระดบความดนเสยงสงกวาบรเวณอน และจากแผนทเสยงนสามารถระบไดวาบรเวณดานลางของประตหลงมโอกาสสงทจะเปนแหลงก�าเนดเสยงรบกวน

รปท 16 แผนทเสยงจาก Spherical Array

Cover Story

Vol.24 N

o.2

22 July

-August 2017

11

ถงแมวาแผนทเสยงรบกวนจะสามารถชวยใหวศวกรสามารถคนหาทมาของเสยงได การแปลผลขอมลและการตงคาตาง ๆ เพอใหการใชกลองถายภาพเสยงรบกวนอยางมประสทธภาพนนอาจไมใชเรองทตรงไปตรงมามากนก ผใชงานควรมความเขาใจและใชเวลาในการสรางประสบการณ

Brüel & Kjaer Type 9712

Type 9712 หรอ PULSE Reflex Acoustic Camera (รปท 17) เปนกลองถายภาพเสยงซงออกแบบโดยบรษท Bruel & Kjaer มลกษณะเปนอาเรยแบบระนาบวงกลม เสนผานศนยกลาง 35 เซนตเมตร และประกอบไปดวยไมโครโฟนจ�านวน 30 ตว ส�าหรบตรวจจบสนามเสยง [7] Type 9712 ถกออกแบบมาใหใชงานไดกบเทคนค Beamforming และ NAH โดยยานความถใชงานคอ 1 kHz ถง 12 kHz เมอใชรวมกบเทคนค Beamforming และ 140 Hz ถง 3 kHz เมอใชรวมกบเทคนค NAH

Type 9712 มาพรอมกบโปรแกรมประมวลผล Pulse Reflex Array Analysis ซงท�าหนาทประมวลและแสดงผลการค�านวณ โดยสามารถเลอกแสดงผลเปนระดบแรงดนเสยง (Sound Pressure Levek: SPL) ระดบความเขมเสยง (Sound Intensity Level: SIL) หรอก�าลงเสยง (sound power) ไดตามตองการ

รปท 17 Type 9712 Pulse Reflex Acoustic Camera

Brüel & Kjaer Type 8606

Type 8606 (รปท 18) เปนไมโครโฟนอาเรยแบบทรงกลม มความสามารถในการระบต�าแหนงของแหลงก�าเนดเสยงแบบ 3 มต Type 8606 ประกอบไปดวยไมโครโฟนจ�านวน 36 ตว กระจายอยาง

สม�าเสมออยทวพนผวของทรงกลมขนาดเสนผานศนยกลาง 195 มลลเมตร พรอมดวยกลองถายภาพ จ�านวน 12 ตว ท�าการถายภาพ รอบทศทางดวยมมมองแบบทรงกลมอาเรยถกออกแบบมาใหม ขนาดพอเหมาะทจะใชตรวจจบแหลงก�าเนดเสยงภายในหองโดยสารรถยนต [8]

รปท 18 Type 8606 Spherical Microphone Array และการใชงานในการระบ

แหลงก�าเนดเสยงในหองโดยสารรถยนต

ส�าหรบเทคนคการประมวลผลสญญาณทใชกบ Type 8606 นน คอ เทคนค Beamforming ทเรยกวา Filter and Sum: FAS และ Shperical Beamforming (SHARP) ซงทงสองเทคนค ท�างานไดดในยานความถ 200 Hz ถง 6,400 Hz เมอไมนานมานเทคนคการ ประมวลผล NAH ส�าหรบอาเรยทรงกลมนไดถกพฒนาขนและไดม การทดลองใชระบต�าแหนงรวซมของเสยงรบกวนบนหองโดยสารของเครองบน หากแตยงไมไดถกพฒนาออกมาใชงานในรปแบบเชงพาณช

สวนตอไปของบทความนจะเปนการน�ากรณศกษาทนาสนใจจ�านวน 2 กรณ มาเลาสกนฟงเพอผอานไดเหนแนวทางในการใชงานไมโครโฟนอาเรยในการแกไขปญหาเรองเสยงรบกวน

กรณศกษาท 1 การสบหาสาเหตการเกดเสยง Squeal ของจานเบรก

บรษท Meneta Advanced Shims Technology [9]

เสยง Squeal เปนเสยงทเกดขนจากการเสยดสระหวางผาเบรกและจานเบรก และเปนสาเหตหลกสาเหตหนงของการสงคนผลตภณฑ แนนอนวา Squeal Noise นเปนหวขอวจยทไดรบความสนใจอยางยงจากบรษทผลตผาเบรกทวโลก

บรษท Meneta ไดท�าการใชเทคนค NAH ในการตรวจวด รปรางการสนซงเปนสาเหตของการเกด Squeal ของผลตภณฑ โดยมการใชไมโครโฟนอาเรยแบบระนาบ ประกอบดวยไมโครโฟนจ�านวน 100 ตว รวมกบการใชกลองถายภาพความเรวสงซงมความสามารถ

Cover Story

Vol.24 N

o.2

22 July

-August 2017

12

ในการบนทกภาพถง 16,000 เฟรมตอวนาทในการเกบขอมลภาพสญญาณเสยงทตรวจจบไดนนถกน�ามาผานการค�านวณดวยเทคนค Spatial Transform of SoundField: STSF เพอสรางโฮโลแกรม และน�าไปสการค�านวณความเรวของการสนสะเทอนทผวของจานเบรก รวมถงความเขมเสยงทเกดขน และท�าใหทราบถงรปรางการสนของ จานเบรกเปนผลลพธสดทาย

รปท 19 ไมโครโฟนอาเรยแบบแผงทใชในการวจยดงกลาว (ซาย) และภาพถาย

ส�าหรบใชสรางแผนทเสยงรบกวน

รปท 20 รปรางการสนของจานเบรกทความถ 1,856 Hz ค�านวณจากสนามเสยง

ซงตรวจจบไดโดยไมโครโฟนอาเรย

จดเดนของการใชเทคนคโฮโลกราฟในกรณศกษาน คอ ความสามารถในการประมาณความเรวของการสนสะเทอนทผวของจานเบรกในสภาวะทมการเปลยนแปลงความเรว (transient) ซงเครองมอวด การสนสะเทอนชนดเลเซอรไมสามารถท�าได ขอมลรปรางการสนของจานเบรกถกใชเปนขอมลในการพฒนาผลตภณฑของบรษท Meneta ตอไป

กรณศกษาท 2 การลดเสยงรบกวนบนทองถนน

บรษท Nippon Expressway Research Institute Company

Limited (NEXCO RI) [10]

บรษท NEXCO RI เปนบรษททปรกษางานกอสรางทางดวนและทางยกระดบชนน�าของประเทศยปน มเปาหมายทจะลดเสยงรบกวนซงเกดจากการจราจร (traffic noise) ใหเปนไปตามขอก�าหนดดานสงแวดลอม โดยทวไปแลวการลดเสยงรบกวนจากการจราจรนนท�าไดโดยการใชผนงกนเสยง (sound insulation wall) และการปพนดวยแผนปพนซงมรพรนท�าจากวสดแอสฟล (porous asphalt pave-ment)

รปท 21 การลดเสยงรบกวนโดยแผนปพน Asphault แบบมรพรน (บน) และ

สาเหตการเกดเสยงรบกวนจากการจราจร (ลาง)

ดวยความหนาแนนของการจราจรทเพมขนในปจจบนสงผลใหระดบเสยงรบกวนเพมขนตามไปดวย เพอคนหาจดทเปนสาเหตหลกของการเกดเสยงรบกวน เพอด�าเนนการแกไขอยางมประสทธภาพทางบรษท NEXCO RI ไดใชไมโครโฟนอาเรย ขนาด 3 เมตร ประกอบดวยไมโครโฟนจ�านวน 42 ตว ในการระบต�าแหนงของแหลงก�าเนดเสยง 21 ไมโครโฟนอาเรยถกตดตงเปนระยะหาง 100 เมตร จากบรเวณทมเสยงดงและถกตงสมมตฐานวาเปนแหลงก�าเนดเสยงรบกวน

รปท 22 ไมโครโฟนอาเรยซงบรษท NEXCO RI เปนเจาของ

ผลจากการตรวจวดชใหเหนวา มการรวไหลของเสยงรบกวนจากบรเวณชองวางระหวางทางยกระดบทงสองดาน ทางบรษทจงด�าเนนการตดตงผนงกนเสยงเขาทบรเวณพนทเปดโลงระหวางทาง ยกระดบทงสอง รปท 23 แสดงใหเหนถงการลดลงของเสยงรบกวนอยางมนยส�าคญเมอเทยบกบกอนท�าการปดชองวางดงกลาว บรษท NEXCO RI ไดใชไมโครโฟนอาเรยในการชวยใหขอมลเพอแกไขปญหาเสยงรบกวนจากการจราจรมากกวา 10 กรณตอป

Cover Story

Vol.24 N

o.2

22 July

-August 2017

13

บรษท เมเชอรโทรนกซ จ�ำกด

2425/2 ถนนลาดพราว ระหวางซอย 67/2-69 แขวงสะพานสอง เขตวงทองหลาง กรงเทพฯ 10310

โทรศพท 0-2514-1000; 0-2514-1234 โทรสาร 0-2514-0001; 0-2514-0003

Internet: http://www.measuretronix.com E-Mail: info@measuretronix.com

สนใจสอบถามรายละเอยดเพมเตม ตดตอไดท: คณอจฉรำ 081-372-0180

คณสทธกนต 086-577-7577

รปท 23 ผลการตรวจวดระดบเสยงรบกวนเปรยบเทยบกอนและหลงท�าการ

ปดชองวางระหวางทางยกระดบ

สรป

บทความนไดใหขอมลเกยวกบพฒนาการของไมโครโฟนอาเรย หลกการท�างานเบองตน และแนวทางการประยกตใช จะเหนไดวาไมโครโฟนอาเรยเปนเครองมอทชวยใหบคลากรในฝายวจยหรอหนวยงานทเกยวของกบปญหาการเกดเสยงรบกวนสามารถวนจฉยและสบหาตนตอของเสยงรบกวนไดอยางมหลกการ อยางไรกตาม การท�างานไมโครโฟนอาเรยนนไมไดตรงไปตรงมามากนกเนองจากเบองหลงการแสดงผลนนมการค�านวณซอนอยมากในระดบหนง ดงนน ผใชงานจงควรท�าความเขาใจกบการท�างานของเครองมอ สรางประสบการณใหกบตวเอง และตงขอสงเกตตอผลทไดรบจากซอฟตแวรประมวลผล จงจะน�าไปสการใชงานไมโครโฟนอาเรยเพอวนจฉยแหลงก�าเนดเสยงรบกวนไดอยางถกตองและแมนย�า

เอกสารอางอง

[1] J. Billingsley and R. Kinns, “The acoustic telescope,” J. Sound

Vib., vol. 48, no. 4, pp. 485-510, Oct. 1976.

[2] U. Michel, “HISTORY OF ACOUSTIC BEAMFORMING,” in 1st

Berlin Beamforming Conference, 2006, pp. 1-17.

[3] F. Fahy and J. Walker, Eds., Advanced Applications in Acous-

tics, Noise & Vibration. London: Taylor & Francis, 2004.

[4] Bruel & Kjaer, “PRODUCT DATA: PULSE TM Array Acoustics

Wind Turbines Moving Source Beamforming BZ-5941.” [Online]. Available:

https://www.bksv.com/-/media/literature/Product-Data/bp2493.ashx. [Ac-

cessed: 15-May-2017].

[5] Bruel & Kjaer, “PRODUCT DATA: PULSE Array Acoustics ,

Flyover Moving Source Beamforming BZ-5940,” 2012. [Online]. Available:

https://www.bksv.com/media/doc/bp2537.pdf. [Accessed: 15-May-2017].

[6] Bruel & Kjaer, “PRODUCT DATA: PULSE Array - based Noise

Source Identification Solutions.” [Online]. Available: https://www.bksv.com/

media/doc/bp2144.pdf. [Accessed: 15-May-2017].

[7] Bruel & Kjaer, “PRODUCT DATA: PULSE Reflex Acoustic

Camera.” [Online]. Available: https://www.bksv.com/-/media/literature/

Product-Data/bp2534.ashx. [Accessed: 15-May-2017].

[8] Bruel & Kjaer, “PRODUCT INFORMATION: Spherical Beam-

forming Systems.” [Online]. Available: https://www.bksv.com/media/doc/

bn0690.pdf. [Accessed: 15-May-2017].

[9] Meneta Advanced Shims Technology A/S, “CASE STUDY:

Brake Squeal Investigations using Acoustic Holography.” [Online]. Available:

https://www.bksv.com/media/doc/ba0618.pdf. [Accessed: 15-May-2017].

[10] Nippon Expressway Research Institute Company Limited,

“CASE STUDY: Reducing Environmental Road Noise, Japan.” [Online].

Available: https://www.bksv.com/media/doc/bn0998.pdf. [Accessed: 15-

May-2017].