ध्वनिक स्थान

ध्वनिक स्थान अपने स्रोत या परावर्तक की दूरी और दिशा निर्धारित करने के लिए ध्वनि का उपयोग होता है। स्थान सक्रिय या निष्क्रिय रूप से किया जा सकता है, और गैसों (जैसे वायुमंडल), तरल पदार्थ (जैसे पानी), और ठोस पदार्थों (जैसे पृथ्वी में) में हो सकता है।


 *  सक्रिय  ध्वनिक स्थान में एक प्रतिध्वनि उत्पन्न करने के लिए ध्वनि का निर्माण शामिल है, जिसका विश्लेषण वस्तु के स्थान को निर्धारित करने के लिए किया जाता है।
 * निष्क्रिय ध्वनिक स्थान में पता लगाए जा रहे वस्तु द्वारा निर्मित ध्वनि या कंपन का पता लगाना शामिल है, जिसका विश्लेषण वस्तु के स्थान को निर्धारित करने के लिए किया जाता है।

इन दोनों तकनीकों को, जब पानी में इस्तेमाल किया जाता है, सोनार के रूप में जाना जाता है; निष्क्रिय सोनार और सक्रिय सोनार दोनों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

ध्वनिक दर्पण, माइक्रोफोन का उपयोग करते समय, निष्क्रिय ध्वनिक स्थानीयकरण का एक साधन होता है, लेकिन स्पीकर का उपयोग करते समय सक्रिय स्थानीयकरण का एक साधन होता है। विशिष्ट रूप से, एक से अधिक उपकरणों का उपयोग किया जाता है, और फिर स्थान को कई उपकरणों के बीच त्रिकोणित किया जाता है।

एक सैन्य वायु रक्षा उपकरण के रूप में, प्रथम विश्व युद्ध के मध्य से निष्क्रिय ध्वनिक स्थान का उपयोग किया गया था द्वितीय विश्व युद्ध के शुरुआती वर्षों में अपने इंजनों के शोर को उठाकर दुश्मन के विमानों का पता लगाने के लिए। द्वितीय विश्व युद्ध के पहले और उसके दौरान राडार की शुरूआत के कारण यह अप्रचलित हो गया था, जो कहीं अधिक प्रभावी (लेकिन अवरोधन योग्य) था। ध्वनिक तकनीकों का लाभ यह था कि वे ध्वनि विवर्तन के कारण कोनों और पहाड़ियों के चारों ओर 'देख' सकते थे।

नागरिक उपयोगों में वन्यजीवों का पता लगाना शामिल है और एक आग्नेयास्त्र की शूटिंग स्थिति का पता लगाना।

सिंहावलोकन
ध्वनिक स्रोत स्थानीयकरण ध्वनि क्षेत्र के माप दिए गए ध्वनि स्रोत का पता लगाने का कार्य है। ध्वनि क्षेत्र को ध्वनि दबाव और कण वेग जैसी भौतिक मात्राओं का उपयोग करके वर्णित किया जा सकता है। इन गुणों को मापकर स्रोत दिशा प्राप्त करना (अप्रत्यक्ष रूप से) संभव है।

परंपरागत रूप से ध्वनि दबाव को माइक्रोफोन का उपयोग करके मापा जाता है। माइक्रोफोन में एक ध्रुवीय पैटर्न होता है जो घटना ध्वनि की दिशा के कार्य के रूप में उनकी संवेदनशीलता का वर्णन करता है। कई माइक्रोफोनों में एक सर्वदिशात्मक ध्रुवीय पैटर्न होता है, जिसका अर्थ है कि उनकी संवेदनशीलता घटना ध्वनि की दिशा से स्वतंत्र होती है। अन्य ध्रुवीय पैटर्न वाले माइक्रोफोन मौजूद हैं जो एक निश्चित दिशा में अधिक संवेदनशील होते हैं। हालांकि यह अभी भी ध्वनि स्थानीयकरण समस्या का कोई समाधान नहीं है क्योंकि कोई सटीक दिशा या मूल बिंदु निर्धारित करने का प्रयास करता है। ध्वनि दबाव को मापने वाले माइक्रोफोन पर विचार करने के अलावा, ध्वनिक कण वेग को सीधे मापने के लिए कण वेग जांच का उपयोग करना भी संभव है। कण वेग ध्वनिक तरंगों से संबंधित एक अन्य मात्रा है, हालांकि ध्वनि दबाव के विपरीत, कण वेग एक यूक्लिडियन वेक्टर है। कण वेग को मापने से सीधे स्रोत की दिशा प्राप्त होती है। कई सेंसर का उपयोग करने वाले अन्य जटिल तरीके भी संभव हैं। इनमें से कई विधियाँ आगमन के समय के अंतर (TDOA) तकनीक का उपयोग करती हैं।

कुछ लोगों ने ध्वनिकी स्रोत स्थानीयकरण को एक उलटा समस्या कहा है जिसमें मापा ध्वनि क्षेत्र ध्वनि स्रोत की स्थिति में अनुवादित होता है।

तरीके
स्रोत दिशा या स्रोत स्थान प्राप्त करने के लिए विभिन्न विधियाँ संभव हैं।

कण वेग या तीव्रता वेक्टर
एक कण वेग जांच का उपयोग करके ध्वनिक कण वेग को मापने के लिए सबसे सरल लेकिन फिर भी एक अपेक्षाकृत नई विधि है। कण वेग एक यूक्लिडियन वेक्टर है और इस प्रकार दिशात्मक जानकारी भी शामिल है। मापने की प्रणालियों और समाधानों की एक विस्तृत विविधता है जो इस प्रकार की जांच को अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला में ध्वनिक स्रोतों को स्थानीयकृत करने के लिए नियोजित करती है, जिसमें शोर के मुद्दों की पहचान करना और उनका समाधान करना, विभिन्न उत्पादों के ध्वनिक प्रदर्शन का मूल्यांकन करना और व्यक्तिपरक ध्वनि का समर्थन करने के लिए वस्तुनिष्ठ डेटा प्रदान करना शामिल है। आकलन।

आगमन के समय का अंतर
स्रोत दिशा प्राप्त करने की पारंपरिक विधि आगमन के समय के अंतर (TDOA) विधि का उपयोग कर रही है। इस पद्धति का उपयोग दबाव माइक्रोफोन के साथ-साथ कण वेग जांच के साथ भी किया जा सकता है।

एक सेंसर सरणी (उदाहरण के लिए एक माइक्रोफोन सरणी) के साथ कम से कम दो जांच शामिल हैं, प्रत्येक जांच के सिग्नल के बीच क्रॉस-सहसंबंध फ़ंक्शन का उपयोग करके स्रोत दिशा प्राप्त करना संभव है। दो माइक्रोफ़ोन के बीच क्रॉस-सहसंबंध फ़ंक्शन को इस रूप में परिभाषित किया गया है



R_{x_1,x_2} (\tau) = \sum_{n=-\infty}^\infty x_1(n) x_2(n+\tau) $$ जो दो सेंसर के आउटपुट के बीच सहसंबंध के स्तर को परिभाषित करता है $$ x_1 $$ और $$ x_2 $$. सामान्य तौर पर, उच्च स्तर के सहसंबंध का अर्थ है कि तर्क $$ \tau $$ वास्तविक TDOA|समय-अंतर-के-आगमन के अपेक्षाकृत करीब है। एक दूसरे के बगल में स्थित दो सेंसर के लिए TDOA दिया जाता है

\tau_\text{true} = \frac{d_\text{spacing}}{c} $$ कहाँ $$c$$ सेंसर और स्रोत के आसपास के माध्यम में ध्वनि की गति है।

टीडीओए का एक प्रसिद्ध उदाहरण अंतराल समय अंतर है। इंटरऑरल टाइम डिफरेंस दो कानों के बीच ध्वनि के आने के समय का अंतर है। अंतराल समय अंतर किसके द्वारा दिया जाता है
 * $$\Delta t = \frac{x \cos\theta} c $$

कहाँ
 * $$\Delta t$$ सेकंड में समय का अंतर है,
 * $$x$$ मीटर में दो सेंसर (कान) के बीच की दूरी है,
 * $$\theta$$ सेंसर (कानों) की आधार रेखा और आपतित ध्वनि के बीच का कोण डिग्री में है।

त्रिकोणासन
त्रिकोणमिति और ज्यामिति में, त्रिभुज एक निश्चित आधार रेखा के दोनों छोर पर ज्ञात बिंदुओं से कोणों को मापकर एक बिंदु के स्थान को निर्धारित करने की प्रक्रिया है, बजाय सीधे बिंदु (ट्रायलिटिरेशन) की दूरी को मापने की। तब बिंदु को त्रिभुज के तीसरे बिंदु के रूप में एक ज्ञात पक्ष और दो ज्ञात कोणों के साथ तय किया जा सकता है।

ध्वनिक स्थानीयकरण के लिए इसका अर्थ है कि यदि स्रोत दिशा को अंतरिक्ष में दो या दो से अधिक स्थानों पर मापा जाता है, तो इसके स्थान को त्रिकोणित करना संभव है।

अप्रत्यक्ष तरीके
स्टीयर रिस्पांस पावर (SRP) विधियाँ अप्रत्यक्ष ध्वनिक स्रोत स्थानीयकरण विधियों का एक वर्ग है। माइक्रोफ़ोन के जोड़े के बीच आगमन के समय-अंतर (TDOAs) के एक सेट का अनुमान लगाने और स्रोत स्थान खोजने के लिए अधिग्रहीत अनुमानों के संयोजन के बजाय, अप्रत्यक्ष तरीके स्थानिक बिंदुओं के ग्रिड पर एक उम्मीदवार स्रोत स्थान की खोज करते हैं। इस संदर्भ में, स्टीयर-रिस्पांस पावर फेज ट्रांसफॉर्म (SRP-PHAT) जैसी विधियाँ आमतौर पर उम्मीदवार के स्थान को खोजने के रूप में व्याख्या की जाती है जो विलंब-और-सम बीमफॉर्मर के आउटपुट को अधिकतम करता है। विधि को शोर और प्रतिध्वनि के लिए बहुत मजबूत दिखाया गया है, जो वास्तविक समय ध्वनिक प्रसंस्करण अनुप्रयोगों में इसके प्रदर्शन को बढ़ाने के उद्देश्य से संशोधित दृष्टिकोणों के विकास को प्रेरित करता है।

सैन्य उपयोग
सैन्य उपयोग में पनडुब्बियों का पता लगाना शामिल है और विमान। इस प्रकार के उपकरणों के पहले उपयोग का दावा रॉयल नेवल वालंटियर रिजर्व के तीसरे बैरोनेट कमांडर सर अल्फ्रेड रॉलिन्सन ने किया था, जो 1916 की शरद ऋतु में इंग्लैंड के पूर्वी तट पर एक मोबाइल एंटी-एयरक्राफ्ट बैटरी की कमान संभाल रहे थे।. उन्हें बादलों की स्थिति के दौरान टसेपेल्लिन का पता लगाने के साधन की आवश्यकता थी और एक घूमने वाले पोल पर लगे ग्रामोफ़ोन  हॉर्न की एक जोड़ी से एक उपकरण में सुधार किया। इनमें से कई उपकरण निकट आने वाले हवाई जहाजों पर काफी सटीक फिक्स देने में सक्षम थे, जिससे दृष्टि से बाहर होने के बावजूद बंदूकों को उन पर निर्देशित किया जा सकता था। रेफरी> रॉलिन्सन, अल्फ्रेड (1923), रॉलिन्सन, द डिफेंस ऑफ लंदन, एंड्रयू मेलरोज़, लंदन और न्यूयॉर्क, पीपी। 110-114 {{webarchive |url=https://web.archive.org/web/20160505212617/https://archive.org/stream/defenceoflondon100rawluoft#page/110/mode/2up |date=May 5, 2016 } हालांकि इस विधि से कोई हिट प्राप्त नहीं हुई, रॉलिन्सन ने दावा किया कि उसने एक अवसर पर ज़ेपेल्लिन को अपने बम गिराने के लिए मजबूर किया था। रेफरी>रॉलिन्सन, पीपी. 118–119

वायु-रक्षा उपकरणों में आमतौर पर ट्यूबिंग का उपयोग करके ऑपरेटरों के कानों से जुड़े बड़े सींग या माइक्रोफोन शामिल होते हैं, बहुत बड़े परिश्रावक  की तरह। रेफ नाम = बड़ा कान > विमान भेदी साउंड रेंजिंग पर ज्यादातर काम अंग्रेजों ने किया था। उन्होंने ध्वनि दर्पणों का एक व्यापक नेटवर्क विकसित किया जिसका उपयोग प्रथम विश्व युद्ध से द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान किया गया था। ध्वनि दर्पण सामान्य रूप से चलने योग्य माइक्रोफोन का उपयोग करके उस कोण को खोजने के लिए काम करते हैं जो प्राप्त ध्वनि के आयाम को अधिकतम करता है, जो कि लक्ष्य के लिए असर कोण भी है। अलग-अलग स्थिति में दो ध्वनि दर्पण दो अलग-अलग बीयरिंग उत्पन्न करेंगे, जो ध्वनि स्रोत की स्थिति निर्धारित करने के लिए त्रिकोणासन के उपयोग की अनुमति देता है।

जैसे ही द्वितीय विश्व युद्ध निकट आया, राडार विमान के ध्वनि स्थान के लिए एक विश्वसनीय विकल्प बनने लगा। उस समय की विशिष्ट विमान गति के लिए, ध्वनि स्थान केवल कुछ मिनट की चेतावनी देता था। ब्रिटेन की लड़ाई के दौरान उदाहरण के रूप में ध्वनिक स्थान स्टेशनों को रडार के बैकअप के रूप में संचालन में छोड़ दिया गया था। आज, परित्यक्त स्थल अभी भी अस्तित्व में हैं और उन तक आसानी से पहुँचा जा सकता है।

द्वितीय विश्व युद्ध के बाद, ध्वनि रेंजिंग ने विमान-रोधी अभियानों में आगे कोई भूमिका नहीं निभाई।

सक्रिय / निष्क्रिय लोकेटर
सक्रिय लोकेटर में सुनने के उपकरण के अलावा कुछ प्रकार के सिग्नल जनरेशन डिवाइस होते हैं। दो उपकरणों को एक साथ स्थित होने की आवश्यकता नहीं है।

सोनार
सोनार या सोनार (साउंड नेविगेशन एंड रेंजिंग) एक ऐसी तकनीक है जो नेविगेट करने, संचार करने या अन्य जहाजों का पता लगाने के लिए पानी के नीचे (या कभी-कभी हवा में) ध्वनि प्रसार का उपयोग करती है। सोनार दो प्रकार के होते हैं - सक्रिय और निष्क्रिय। एक एकल सक्रिय सोनार रेडियल गति को मापने के साथ-साथ सीमा और असर में स्थानीयकरण कर सकता है। हालांकि, एक एकल निष्क्रिय सोनार सीधे असर में स्थानीयकरण कर सकता है, हालांकि लक्ष्य गति विश्लेषण का उपयोग समय सीमा में स्थानीयकरण के लिए किया जा सकता है। एकाधिक निष्क्रिय सोनार सीधे त्रिभुज या सहसंबंध द्वारा रेंज स्थानीयकरण के लिए उपयोग किए जा सकते हैं।

जैविक गूंज स्थान
डॉल्फिन, व्हेल और चमगादड़ शिकार का पता लगाने और बाधाओं से बचने के लिए पशु इकोलोकेशन  का उपयोग करते हैं।

आगमन का समय स्थानीयकरण
ज्ञात स्थिति और समय पर ध्वनि उत्सर्जित करने वाले स्पीकर/अल्ट्रासाउंड ट्रांसमीटर होने से, ध्वनि के आगमन के समय के आधार पर माइक्रोफोन/अल्ट्रासोनिक रिसीवर से लैस लक्ष्य की स्थिति का अनुमान लगाया जा सकता है। सटीकता आमतौर पर गैर-लाइन-ऑफ-दृष्टि स्थितियों के तहत खराब होती है, जहां ट्रांसमीटर और रिसीवर के बीच अवरोध होते हैं।

भूकंपीय सर्वेक्षण
भूकंपीय सर्वेक्षण में भूमिगत संरचनाओं को मापने के लिए ध्वनि तरंगों का उत्पादन शामिल है। स्रोत तरंगें आम तौर पर जमीन या पानी की सतह के पास स्थित टक्कर तंत्र द्वारा बनाई जाती हैं, आमतौर पर गिराए गए वजन, कंपन ट्रक या विस्फोटक। डेटा को जियोफ़ोन के साथ एकत्र किया जाता है, फिर कंप्यूटर द्वारा संग्रहीत और संसाधित किया जाता है। वर्तमान तकनीक ऐसे उपकरणों का उपयोग करके भूमिगत रॉक संरचनाओं की 3डी छवियों के निर्माण की अनुमति देती है।

अन्य
क्योंकि संबद्ध सेंसर और इलेक्ट्रॉनिक्स की लागत गिर रही है, ध्वनि रेंजिंग तकनीक का उपयोग अन्य उपयोगों के लिए सुलभ हो रहा है, जैसे कि वन्यजीवों का पता लगाने के लिए।

यह भी देखें

 * ध्वनिक कैमरा
 * 3 डी ध्वनि पुनर्निर्माण
 * 3डी [[ध्वनि स्थानीयकरण]]
 * ध्वनि स्थानीयकरण
 * बूमरैंग (मोबाइल शूटर डिटेक्शन सिस्टम)
 * बहुविकल्पी
 * ध्वनिक दर्पण
 * ध्वनिक वेफाइंडिंग, श्रवण संकेतों और ध्वनि मार्करों का उपयोग इनडोर और बाहरी स्थानों को नेविगेट करने के लिए करने का अभ्यास
 * एनिमल इकोलोकेशन, जानवर ध्वनि उत्सर्जित करते हैं और वस्तुओं का पता लगाने या नेविगेट करने के लिए इको सुनते हैं
 * प्रतिध्वनि बज रही है, समुद्र के तल तक की दूरी को मापने के लिए ध्वनि दालों की गूंज सुनना, सोनार का एक विशेष मामला
 * गनफायर लोकेटर
 * मानव इकोलोकेशन, अंधे लोगों द्वारा इकोलोकेशन का उपयोग
 * मानव बायकैच
 * मेडिकल अल्ट्रासोनोग्राफी, अल्ट्रासाउंड का उपयोग शरीर के अंदर देखने के लिए प्रतिध्वनित होता है
 * संवेदी प्रतिस्थापन

बाहरी संबंध

 * "Huge Ear Locates Planes and Tells Their Speed" Popular Mechanics, December 1930 article on French aircraft sound detector with photo.
 * Many references can be found in Beamforming References
 * An Empirical Study of Collaborative Acoustic Source Localization