„Az NI moduljainak és szoftvereinek használatával versenytársainkat jóval megelőzve fejlesztettünk ki egy ténylegesen hordozható hangkamerát. Meggyőződésem, hogy segítségével jobb járműveket tudunk gyártani ügyfeleinknek.” - Kang-Duck Ih, Hyundai Motor Group
Ügyfeleink elvárják, hogy járműveik mentesek legyenek a hallható tranziens zajoktól, azaz zúgástól, nyikorgástól és zörgéstől. Ezek a zajok kihatnának az elégedettségi felmérésekre, például a J.D. Power Initial Quality Study (IQS) felmérésre is, amelyben a Hyundai több járműve maximális eredményt ért el. A zajokat a mozgó alkatrészek közötti ütés és súrlódás okozza. A zúgás rövid, ütés okozta zaj, amely a rezonancia miatt erős, nagyfrekvenciás összetevőket is tartalmaz. Sok nyikorgó hang lép fel, amikor két érintkező fém alkatrész egyikére lineáris mozgatóerő hat, vagy amikor gumi végez kényszermozgást egy csigán. Zörgés akkor léphet fel, amikor a jármű mozgásban van, vagy ha jár az álló jármű motorja. Nagy intenzitású, kisfrekvenciás hangok kibocsátásakor a hangszórók is okozhatnak zörgést. A probléma kiküszöbölésének első lépéseként meg kell határozni a zaj forrását, bár ez néha nem könnyű.
Az akusztikus nyalábformálás során a hangforrásokat egy akusztikus rácsra képezzük le. A hangforrás iránya abból az időkésleltetésből határozható meg, amelyet a hang elszenved, miközben áthalad egy mikrofonrács – például egy hangkamera – felett. A hangkamera a hangot színes kontúrokként jeleníti meg, hasonlóan ahhoz, ahogyan a hőkamera jeleníti meg a hőmérsékletet. A mikrofonrács, amely egy nyalábformáló módszert valósít meg, vizuálisan mutatja a zajforrások helyét, ezért a zúgás, nyikorgás és zörgés észlelésének egyik legjobb eszköze. Több, a kereskedelmi forgalomban kapható nyalábformáló eszköz a mikrofonrács jeleit hangintenzitás-vonalakká alakítja át. Ezek az eszközök kamerákat is tartalmaznak, amelyek a vonalakat optikai képekre vetítik rá, megkönnyítve a zajforrás behatárolását. A másodpercenként több zajképet felvevő eszközök zajvideókat készítenek. Általában a zajkép és a zajvideó a magasabb frekvenciatartományokban jobb minőségű, mert a mikrofonrács jellemzői a zaj hullámhosszával fordítottan arányosak.
Egyes eszközöknél a zajforrások meghatározása nehézséget okoz. Először is a tranziens zajok rögzítése okán fontos, hogy az eszközök válaszideje gyors legyen. A zúgás, nyikorgás és zörgés többnyire rendszertelenül és gyorsan történik. Néha a zajok csak néhány ezredmásodpercig hallhatók, majd megszűnnek. Másodszor, ehhez a felhasználáshoz olyan kis súlyú eszközre volt szükségünk, amely elég kicsi az utasszállító jármű belsejében történő használathoz, ahol a legtöbb ilyen vizsgált zaj keletkezik vagy észlelhető. Mivel a rács mérete arányos a képfelbontással, különösen a kisfrekvenciás tartományokban, ezért nem volt könnyű kisméretű nyalábformáló eszközöket készíteni. A kis, hordozható nyalábformálót a többnyire 300 Hz és 8 kHz között fellépő zúgásra, nyikorgásra és zörgésre optimalizáltuk; a magasabb frekvenciatartományokban egy kisebb rácsot használtunk, hogy az eszköz hordozható legyen.
A zajforrás-azonosításra kifejlesztett első rendszereinkben analóg mikrofonok voltak 30–48 csatornás spirálokba elrendezve, a legnagyobb ilyen rendszer átmérője 85 cm volt. Az adatokat a 30 csatornás változatnál az NI 9234 dinamikus jelgyűjtő (DSA) modullal NI CompactDAQ-rendszerben gyűjtöttük, egy NI PXIe-4497 DSA modullal pedig a 48 csatornás esetében. Az NI Sound and Vibration Measurement Suite segítségével LabVIEW-ban kifejlesztettünk egy hangkamerát kezelő szoftvert, amely hangminőségméréseket végzett a valósidejű megjelenítéshez. A nagy rácsméret alkalmassá tette a hangkamerát mind a zúgó, nyikorgó, zörgő zajforrások (BSR) behatárolására, mind a zaj, rezgés és keménység (NVH) meghatározására, egészen 50 Hz-ig terjedően. A hangkamerát számos különböző célra használtuk, többek között az elhaladó kerék zajának és az ajtólapok hangszórói okozta zaj megjelenítésére.
Mivel a jelfeldolgozó eszközök gyors ütemben fejlődnek, nyalábformáló rendszerünket MEMS-mikrofonok és FPGA-technológia alkalmazásával átterveztük annak érdekében, hogy a Hyundai igényeinek megfelelően észlelni lehessen vele a BSR-zajokat szűk helyeken is. A MEMS-mikrofonok viselkedésén sokat javított, hogy fogyasztói elektronikai termékek, például mobiltelefonok is használják. Ma már rendkívül megbízhatóak és megfizethető árúak, frekvenciamenetük egyenletes az emberi hang 300 Hz–8 kHz tartományában, a zúgás, nyikorgás és zörgés elsődleges frekvenciáin. A digitális MEMS-mikrofon egy akusztikus jelátalakítót, egy előerősítőt és egy szigma-delta konvertert tartalmaz egyetlen lapkán. Ez az integrált áramkör az analóg jelet digitális impulzussorozattá alakítja át, ezért a műszerek jó részét ki tudtuk küszöbölni, és a kiváló műszaki jellemzőket megőrizve csökkenteni tudtuk a rendszer méretét és súlyát.
A számításigényes nyalábformáló algoritmus gyorsítása érdekében az alkalmazást a LabVIEW FPGA moduljával megvalósítottuk egy NI Single-Board RIO FPGA-n. Így egyrészt még kisebb, olcsóbb és könnyebben hordozható lett az eszköz, másrészt lehetővé vált, hogy egyetlen lapkára integráljuk rá a jelalakformálást, az adatgyűjtést, a szűrést és a nyalábformálást. A jelgyűjtő áramkört így közvetlenül tudtuk csatlakoztatni az FPGA technológiájú feldolgozó egységre, ami minimalizálta a késleltetési időket. Az FPGA ciklusonként több száz műveletet tudott végrehajtani, és ezzel a lényegében párhuzamos működéssel túlszárnyalta a számítógépek számítási teljesítményét.
A rendszer 2 kg-nál kisebb súlya következtében könnyebben hordozható és masszívabb lett. A mikrofonrácshoz és a kamerához egyetlen szilárd befogót terveztünk, amelynek hátoldali három fogófüle lehetővé tette a stabil, akár egy, akár két kézzel történő kezelést. Az összes érzékelőt és a kábelezést a tartó testébe szereltük, ami a méretet 60%-kal, a súlyt pedig 70%-kal csökkentette az előző rendszerhez képest.
Ezzel a kis méretű és könnyű rendszerrel még szűk helyeken is közvetlenül vizsgálhatók a jármű belsejének és karosszériájának különböző zajforrásai. Az integrált konstrukció jelentősen csökkenti a beállítási időt. A nagy képfrissítési frekvenciájú rendszer rendkívül hatékonynak bizonyult a tranziens zajok rögzítésében, illetve megjelenítésében, és jelenleg több új luxusmodell, például a Hyundai Genesis vizsgálatánál használják, ahol a zúgás, nyikorgás és zörgés elfogadhatatlan.
