Implementation of a low-cost acoustic camera using arrays of MEMS microphones

In the last few years viewing an audio source has become a widely used tool not only in teleconferencing, speech enhancement and recognition, video games etc, but also in the acoustic field, especially regarding noise localization and sound insulation. Although its potentiality, an acoustic image is difficult to achieve in environments with a large amount of noise and reverberation. An effective approach to obtaining a clean recording of desired acoustic signal comes from Beamforming Theory coupled with Microphone Array. The latter together with a camera is usually referred to as acoustic camera, a device used to locate sound sources and to characterize them. In this thesis we have designed an acoustic camera using a microphone array mini-DSP UMA 16 and MATLAB software in order to determine sound power estimation performance and sound source separation ability. We have implemented it in two steps: a static setup in which the audio signals have been acquired by a microphone array and have been processed at later time, while in a second step we have extended it in a real time application. Alter an investigation about the techniques utilized for an acoustic camera application, we have explored the uses of the array and the beamformer in order to obtain a sound intensity map and reconstruct the acoustic scene. The obtained results presented in this thesis show that reliable application of beamforming techniques can generate a sound intensity map with a fair accuracy both in static setup and in real time mode.

Negli ultimi anni la visualizzazione di una sorgente audio è diventata uno strumento ampiamente utilizzato non solo in teleconferenza, miglioramento e riconoscimento vocale, videogiochi ecc., ma anche in campo acustico, in particolare per quanto riguarda la localizzazione del rumore e l'isolamento acustico. Nonostante le sue potenzialità, un'immagine acustica è difficile da ottenere in ambienti con una grande quantità di rumore e riverbero. Un approccio efficace per ottenere una registrazione pulita del segnale acustico desiderato viene dalla teoria del Beamforming abbinata all'array di microfoni. Quest'ultima insieme ad una telecamera è solitamente indicata come fonocamera, un dispositivo utilizzato per localizzare le sorgenti sonore e per caratterizzarle. In questa tesi abbiamo progettato una telecamera acustica utilizzando un mini-DSP UMA 16 di array di microfoni e il software MATLAB per determinare le prestazioni di stima della potenza sonora e la capacità di separazione della sorgente sonora. Lo abbiamo implementato in due step: un setup statico in cui i segnali audio sono stati acquisiti da un array di microfoni e sono stati elaborati in un secondo momento, mentre in un secondo step lo abbiamo esteso in un'applicazione real time. Dopo un'indagine sulle tecniche utilizzate per l'applicazione di una telecamera acustica, abbiamo esplorato gli usi dell'array e del beamformer al fine di ottenere una mappa di intensità sonora e ricostruire la scena acustica. I risultati ottenuti presentati in questa tesi mostrano che un'applicazione affidabile delle tecniche di beamforming può generare una mappa di intensità sonora con una discreta accuratezza sia in configurazione statica che in modalità tempo reale.