ทำอย่างไรให้สัญญาณอัลตราโซนิกสามารถได้ยินได้ด้วยหูมนุษย์?

คลื่นอัลตราซาวนด์อยู่เหนือช่วงความถี่ที่หูมนุษย์สามารถได้ยินได้ เพื่อให้สามารถประเมินทางเสียงได้ SONAPHONE จึงแปลงสัญญาณอัลตราซาวนด์ให้เป็นช่วงความถี่ที่หูมนุษย์สามารถได้ยินได้ มีสองวิธีที่ใช้สำหรับวัตถุประสงค์นี้:

วิธีเฮเทอโรไดน์

วิธีเฮเทอโรไดน์จะเลือกช่วงความถี่อัลตราโซนิกที่แคบและปรับให้อยู่ในช่วงความถี่ที่หูมนุษย์สามารถได้ยินได้ ช่วงความถี่ที่ต้องการสามารถเลือกได้ในสเปกโตรแกรม

วิธีนี้เหมาะอย่างยิ่งเมื่อจำเป็นต้องติดตามช่วงความถี่เฉพาะ เช่น ระหว่างการตรวจหาจุดรั่ว หรือเมื่อประเมินเสียงของแบริ่ง

วิธีเฟสวอกอดอร์

วิธีเฟสวอกอเดอร์จะบีบอัดช่วงความถี่อัลตราโซนิกที่กว้างขึ้นและถ่ายโอนมันเข้าสู่ช่วงความถี่ที่หูมนุษย์สามารถได้ยินได้ วิธีนี้ช่วยรักษาความประทับใจทางเสียงของช่วงความถี่ที่กว้างขึ้น แทนที่จะสร้างซ้ำเพียงส่วนที่แคบเท่านั้น

ทั้งสองวิธีนี้สร้างภาพลักษณ์ทางเสียงที่แตกต่างกัน สัญญาณที่แปลงแล้วสามารถเล่นผ่านลำโพงหรือหูฟังได้ และบันทึกไว้เพื่อเป็นเอกสารอ้างอิง

 

คำตอบอย่างละเอียด

การประมวลผลสัญญาณสามารถใช้เพื่อแปลงการสั่นสะเทือนของคลื่นอัลตราโซนิกเป็นสัญญาณรองที่ “ผสมลง” (down-mixed) ภายในช่วงความถี่ที่หูมนุษย์สามารถได้ยินได้

ด้วยวิธีเฮเทอโรไดน์ จะเลือกแถบความถี่แคบในช่วงอัลตราโซนิก เช่น ความถี่กลาง 40 kHz ± 2 kHz และแปลงเข้าสู่ช่วงความถี่ที่หูมนุษย์สามารถได้ยินได้โดยใช้ความถี่ต่าง วิธีนี้ถูกใช้ในอุปกรณ์ทดสอบแบบอนาล็อกดั้งเดิมที่ทำงานภายในแถบความถี่แคบรอบ 40 kHz

SONAPHONE ดิจิทัลแบบแบนด์วิดท์กว้างได้นำวิธีการนี้มาใช้ โดยการปรับความถี่กลางผ่านเส้นที่เคลื่อนที่ได้ในสเปกโตรแกรม (spectrogram) ทั่วช่วงแบนด์วิดท์กว้างจาก 20 ถึง 100 kHz ทำให้สามารถเลือกสัญญาณเสียงความถี่แคบที่สอดคล้องกันได้

ในหลายกรณี วิธีเฮเทอโรไดน์ (heterodyne) สามารถให้การประเมินเชิงคุณภาพได้อยู่แล้ว โดยอิงจากเสียงที่รับรู้ได้ เช่น ระหว่างการตรวจหาการรั่วหรือการประเมินเบื้องต้นของข้อบกพร่องในแบริ่ง

ในส่วนใหญ่ของกรณี สัญญาณอัลตราโซนิกจะกระจายตัวอยู่ในช่วงความถี่ที่กว้าง ซึ่งหมายความว่าข้อมูลที่อยู่ในสัญญาณเสียงไม่สามารถถูกจับได้อย่างครบถ้วนภายในแถบความถี่แคบ

ด้วยเหตุนี้ SONAPHONE แบบแบนด์วิดท์กว้างจึงสนับสนุนการแปลงสัญญาณให้ฟังได้ด้วยวิธีการเฟสวอกโคเดอร์ ด้วยวิธีนี้ ช่วงความถี่ทั้งหมดตั้งแต่ 20 ถึง 100 kHz จะถูกบีบอัดลงด้วยอัตราส่วน 32 ถึงแม้จะมีความสูญเสียข้อมูลเล็กน้อย แต่สามารถสร้างสถานการณ์เสียงความถี่กว้างต้นฉบับขึ้นมาใหม่ได้ ซึ่งให้ภาพลักษณ์ทางเสียงของช่วงความถี่อัลตราโซนิกทั้งหมด

ทั้งสองวิธีให้ผลเสียงที่แตกต่างกัน สามารถตรวจสอบสัญญาณได้ผ่านลำโพงในตัวหรือหูฟัง อัตราการสุ่มตัวอย่างของสัญญาณเสียงที่แปลงแล้วคือ 8 kHz

ระดับเสียงของสัญญาณที่แปลงแล้วเปลี่ยนแปลงไปในลักษณะที่คล้ายคลึงกับความเข้มของสัญญาณความถี่สูงต้นฉบับ การเปลี่ยนแปลงตามเวลาของสัญญาณต้นฉบับก็ถูกรักษาไว้เช่นกัน ทำให้ไดนามิกส์ของกระบวนการสามารถสะท้อนออกมาในสัญญาณเสียงได้

SONAPHONE ยังบันทึกสัญญาณเสียงได้ด้วย สัญญาณเหล่านี้ถูกเก็บไว้ในรูปแบบ WAV และจึงสามารถนำไปใช้สำหรับการประมวลผลต่อได้