ध्वनिक स्थान

This article is about यांत्रिक या विद्युत माध्यम से ध्वनि स्थानीयकरण. For जैविक प्रक्रिया, see ध्वनि स्थानीयकरण.

स्वीडन के सैनिक 1940 में ध्वनिक लोकेटर का संचालन करते हैं

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

• सक्रिय ध्वनिक स्थान में प्रतिध्वनि उत्पन्न करने के लिए ध्वनि का निर्माण सम्मिलित है, जिसका विश्लेषण वस्तु के स्थान को निर्धारित करने के लिए किया जाता है।
• निष्क्रिय ध्वनिक स्थान में वस्तु द्वारा उत्पन्न ध्वनि या कंपन को ज्ञात करना सम्मिलित होता है, जिसका विश्लेषण वस्तु के स्थान को निर्धारित करने के लिए किया जाता है।

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

माइक्रोफोन का उपयोग करते समय ध्वनिक दर्पण निष्क्रिय ध्वनिक स्थानीयकरण के साधन होते हैं, किन्तु स्पीकर का उपयोग करते समय सक्रिय स्थानीयकरण के साधन होते हैं। विशिष्ट रूप से, अधिक उपकरणों का उपयोग किया जाता है और तत्पश्चात स्थान को विभिन्न उपकरणों के त्रिकोणित किया जाता है।

सैन्य वायु रक्षा उपकरण के रूप में, प्रथम विश्व युद्ध के से द्वितीय विश्व युद्ध के प्रारंभिक वर्षों तक शत्रु के विमानों को ज्ञात करने के लिए निष्क्रिय ध्वनिक स्थान का उपयोग किया गया था। द्वितीय विश्व युद्ध से पूर्व राडार के प्रारम्भ के कारण यह अप्रचलित हो गया था, जो अधिक प्रभावी (किन्तु अवरोधन योग्य) था। ध्वनिक तकनीकों का लाभ यह था कि ध्वनि विवर्तन के कारण कोनों और पहाड़ियों के निकट देखा जा सकता था।

नागरिक उपयोगों में वन्य जीवन और आग्नेयास्त्र की शूटिंग स्थिति को ज्ञात करना सम्मिलित है।

अवलोकन

ध्वनिक स्रोत स्थानीयकरण द्वारा ध्वनि का स्रोत ज्ञात किया जाता है। ध्वनि क्षेत्र को ध्वनि दबाव और कण वेग जैसी भौतिक मात्राओं का उपयोग करके वर्णित किया जा सकता है। इन गुणों को मापने से स्रोत दिशा प्राप्त करना (अप्रत्यक्ष रूप से) संभव होता है।

स्वाभाविक रूप से ध्वनि दाब को माइक्रोफोन का उपयोग करके मापा जाता है। माइक्रोफोन में ध्रुवीय पैटर्न होता है जो घटना ध्वनि की दिशा के कार्य के रूप में उनकी संवेदनशीलता का वर्णन करता है। विभिन्न माइक्रोफोन में सर्वदिशात्मक ध्रुवीय पैटर्न होते हैं, जिसका अर्थ है कि उनकी संवेदनशीलता घटना ध्वनि की दिशा से स्वतंत्र होती है। अन्य ध्रुवीय पैटर्न के माइक्रोफोन उपस्थित हैं जो निश्चित दिशा में अधिक संवेदनशील होते हैं। चूँकि अभी भी ध्वनि स्थानीयकरण समस्या का कोई समाधान नहीं है क्योंकि यह त्रुटिहीन दिशा या मूल बिंदु निर्धारित करने का प्रयास करता है। ध्वनि के दबाव को मापने वाले माइक्रोफोन पर विचार करने के अतिरिक्त ध्वनिक कण वेग को मापने के लिए कण वेग अन्वेषण का उपयोग करना भी संभव है। कण वेग ध्वनिक तरंगों से संबंधित अन्य मात्रा है, चूँकि ध्वनि के दबाव के विपरीत, कण वेग यूक्लिडियन वेक्टर होता है। कण वेग को मापने से स्रोत की दिशा प्राप्त होती है। विभिन्न सेंसरों का उपयोग करने वाली अन्य जटिल विधियाँ भी संभव हैं। विभिन्न विधियाँ टाइम डिफरेंस ऑफ़ अराइवल (टीडीओए) तकनीक का उपयोग करती हैं।

कुछ व्यक्तियों ने ध्वनिक स्रोत स्थानीयकरण को प्रतिकूल समस्या बताया है जिसके अंतर्गत मापा ध्वनि क्षेत्र ध्वनि स्रोत की स्थिति में अनुवादित होता है।

विधि

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

कण वेग अथवा तीव्रता वेक्टर

बड़े कंप्रेसर का 3डी ध्वनि स्थानीयकरण

कण वेग अन्वेषण का उपयोग करके ध्वनिक कण वेग को मापना सरल एवं नई विधि है। कण वेग सदिश राशि है और इस प्रकार इसमें दिशात्मक ज्ञान भी सम्मिलित होता है। विभिन्न उत्पादों के ध्वनिक प्रदर्शन का मूल्यांकन करने और व्यक्तिपरक ध्वनि आकलन का समर्थन करने के लिए वस्तुनिष्ठ डेटा प्रदान करने सहित ध्वनि के अभिप्राय को प्रमाणित करने और हल करने सहित अनुप्रयोगों की विस्तृत श्रृंखला में ध्वनिक स्रोतों को स्थानीय बनाने के लिए इस प्रकार के अन्वेषण को मापने वाली प्रणालियों और समाधानों की विस्तृत विविधता है।

टाइम डिफरेंस ऑफ़ अराइवल

स्रोत दिशा प्राप्त करने की पारंपरिक विधि टाइम डिफरेंस ऑफ़ अराइवल (टीडीओए) का उपयोग कर रही है। माइक्रोफोन और कण वेग अन्वेषण के साथ इस पद्धति का उपयोग किया जा सकता है।

सेंसर सरणी (उदाहरण के लिए माइक्रोफोन सरणी) के साथ प्रत्येक अन्वेषण के सिग्नल के मध्य क्रॉस-सहसंबंध फ़ंक्शन का उपयोग करके स्रोत दिशा प्राप्त करना संभव है। दो माइक्रोफ़ोन के मध्य 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 $x_{1}$ और $x_{2}$ के आउटपुट के मध्य सहसंबंध के स्तर को परिभाषित करता है। सामान्यतः, उच्च स्तर के सहसंबंध का अर्थ है कि विवेचना $\tau$ आगमन की वास्तविक समय-भिन्नता के अपेक्षाकृत निकट है। दो सेंसर के लिए टीडीओए दिया जाता है-

$\tau _{\text{true}}={\frac {d_{\text{spacing}}}{c}}$

जहाँ $c$ सेंसर और स्रोत के माध्यम में ध्वनि की गति है।

टीडीओए का प्रसिद्ध उदाहरण अंतराल समय भिन्नता है। समय भिन्नता निम्नलिखित सूत्र द्वारा प्राप्त की जा सकती है-

$\Delta t={\frac {x\cos \theta }{c}}$

जहाँ,

$\Delta t$ समय अंतराल है,

$x$ दो सेंसरों (कान) के मध्य की दूरी है,

$\theta$ सेंसर की आधार रेखा और आपतित ध्वनि के मध्य का कोण डिग्री में है।

त्रिकोणासन

Main article: त्रिकोणीयकरण

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

ध्वनिक स्थानीयकरण के लिए इसका अर्थ यह 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 होता है।

अप्रत्यक्ष विधि

स्टीयर रिस्पांस पावर (SRP) विधियाँ अप्रत्यक्ष ध्वनिक स्रोत स्थानीयकरण विधियों का वर्ग है। माइक्रोफ़ोन के जोड़े के मध्य टाइम डिफरेंस ऑफ़ अराइवल (TDOAs) के सेट का अनुमान लगाने और स्रोत स्थान के शोध के लिए अधिग्रहीत अनुमानों के संयोजन के अतिरिक्त, अप्रत्यक्ष विधि स्थानिक बिंदुओं के ग्रिड पर स्रोत स्थान का अन्वेषण करते हैं। इस संदर्भ में, स्टीयर-रिस्पांस पावर फेज ट्रांसफॉर्म (SRP-PHAT) जैसी विधियों की व्याख्या सामान्यतः स्थान के शोधन के रूप में की जाती है जो विलंब-और-सम बीमफॉर्मर के आउटपुट को बढ़ाता है। विधि को ध्वनि 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

See also: Artillery sound ranging

T3 साउंड लोकेटर 1927

जापानी सम्राट शोवा (हिरोहितो) की द्वितीय विश्व युद्ध से पहले की तस्वीर, जो 4-पहिया वाहनों पर लगे सैन्य ध्वनिक लोकेटर का निरीक्षण कर रही है

सैन्य उपयोग में पनडुब्बियों का पता लगाना सम्मिलित 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 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 घूमने वाले पोल पर लगे ग्रामोफ़ोन हॉर्न की जोड़ी से 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 }</ref> चूँकि इस विधि से कोई हिट प्राप्त नहीं हुई, रॉलिन्सन ने दावा किया कि उसने अवसर पर ज़ेपेल्लिन को अपने बम गिराने के लिए मजबूर किया था। रेफरी>रॉलिन्सन, पीपी. 118–119</ref>

वायु-रक्षा उपकरणों में आमतौर पर ट्यूबिंग का उपयोग करके ऑपरेटरों के कानों से जुड़े बड़े सींग या माइक्रोफोन सम्मिलित होते हैं, बहुत बड़े परिश्रावक की तरह। रेफ नाम = बड़ा कान >Douglas Self. "ध्वनिक स्थान और ध्वनि दर्पण". Archived from the original on 2011-01-12. Retrieved 2006-06-01.</ref>

जर्मनी में ध्वनि स्थान उपकरण, 1939। इसमें चार ध्वनिक हॉर्न, क्षैतिज जोड़ी और लंबवत जोड़ी होती है, जो रबर ट्यूब द्वारा स्टेथोस्कोप प्रकार के इयरफ़ोन से जुड़ी होती है, जिसे दो तकनीशियन बाएँ और दाएँ पहनते हैं। स्टीरियो इयरफ़ोन ने तकनीशियन को विमान की दिशा और दूसरे को ऊंचाई निर्धारित करने में सक्षम बनाया।

विमान भेदी साउंड रेंजिंग पर ज्यादातर काम अंग्रेजों ने किया था। उन्होंने ध्वनि दर्पणों का 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 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 अतिरिक्त कुछ प्रकार के सिग्नल जनरेशन डिवाइस होते हैं। दो उपकरणों को साथ स्थित होने की आवश्यकता नहीं है।

सोनार

सोनार या सोनार (साउंड नेविगेशन एंड रेंजिंग) 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। मध्यल सक्रिय सोनार रेडियल गति को मापने के साथ-साथ सीमा और असर में स्थानीयकरण कर सकता है। चूँकि, मध्यल निष्क्रिय सोनार सीधे असर में स्थानीयकरण कर सकता है, चूँकि लक्ष्य गति विश्लेषण का उपयोग समय सीमा में स्थानीयकरण के लिए किया जा सकता है। मध्याधिक 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। सामान्यतः गैर-लाइन-ऑफ-दृष्टि स्थितियों के तहत खराब होती है, जहां ट्रांसमीटर और रिसीवर के अवरोध होते हैं।

भूकंपीय सर्वेक्षण

सर्वेक्षण पोत HMS Enterprise (H88) द्वारा लाल सागर के नीचे घाटी का त्रि-आयामी गूंज-ध्वनि प्रतिनिधित्व

भूकंपीय सर्वेक्षण में भूमिगत संरचनाओं को मापने के लिए ध्वनि तरंगों का उत्पादन सम्मिलित है। स्रोत तरंगें सामान्यतः जमीन या पानी की सतह के निकट स्थित टक्कर तंत्र द्वारा बनाई जाती हैं, सामान्यतः 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।

See also: प्रतिबिंब भूकंप विज्ञान

अन्य

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

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 अन्तर्वासीऔर बाहरी स्थानों को नेविगेट करने के लिए करने का अभ्यास है
• 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 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