Este trabalho apresenta a implementação prática de uma rede de microfones para ser utilizada em tempo real. A solução proposta envolve o uso de hardware de baixo custo e software de código aberto. Em termos de hardware, a rede de microfones utilizou dispositivos de áudio USB conectados diretamente a um computador pessoal (PC). Em termos de software, foram utilizados a biblioteca de código aberto Advanced Linux Sound Architecture (ALSA) e o sistema operacional Linux. Algumas implementações foram realizadas na biblioteca ALSA para que fosse possível a utilização da rede de microfones dentro do Linux. Os algoritmos implementados na biblioteca ALSA foram o Delay and Sum, Generalized Sidelobe Canceller (GSC) e o Post-Filtering. Os aspectos teóricos dos principais algoritmos empregados nas redes de microfones foram abordados de forma extensa. Os resultados teóricos e práticos desta implementação são apresentados no final deste trabalho. Todo o desenvolvimento de software foi publicado na Internet para que sirva de base para futuros trabalhos. / This work presents the practical implementation of a microphone array to be used in real time. The proposed solution involves the use of low-cost hardware and open source software. In terms of hardware, the microphone array used USB audio devices connected directly to a personal computer (PC). In terms of software, it was used the open-source library Advanced Linux Sound Architecture (ALSA) and Linux operating system. Some implementations were carried out in ALSA library to make it possible to use the microphone array within Linux. The algorithms implemented in ALSA library were the Delay and Sum, Generalized Sidelobe Canceller (GSC) and Post-Filtering. The theory of the main algorithms used in microphone array were discussed extensively. The results for the theoretical and practical implementation are presented at the end of this work. All software development was published on the Internet to serve as a basis for future works.

Este trabalho apresenta a implementação prática de uma rede de microfones para ser utilizada em tempo real. A solução proposta envolve o uso de hardware de baixo custo e software de código aberto. Em termos de hardware, a rede de microfones utilizou dispositivos de áudio USB conectados diretamente a um computador pessoal (PC). Em termos de software, foram utilizados a biblioteca de código aberto Advanced Linux Sound Architecture (ALSA) e o sistema operacional Linux. Algumas implementações foram realizadas na biblioteca ALSA para que fosse possível a utilização da rede de microfones dentro do Linux. Os algoritmos implementados na biblioteca ALSA foram o Delay and Sum, Generalized Sidelobe Canceller (GSC) e o Post-Filtering. Os aspectos teóricos dos principais algoritmos empregados nas redes de microfones foram abordados de forma extensa. Os resultados teóricos e práticos desta implementação são apresentados no final deste trabalho. Todo o desenvolvimento de software foi publicado na Internet para que sirva de base para futuros trabalhos. / This work presents the practical implementation of a microphone array to be used in real time. The proposed solution involves the use of low-cost hardware and open source software. In terms of hardware, the microphone array used USB audio devices connected directly to a personal computer (PC). In terms of software, it was used the open-source library Advanced Linux Sound Architecture (ALSA) and Linux operating system. Some implementations were carried out in ALSA library to make it possible to use the microphone array within Linux. The algorithms implemented in ALSA library were the Delay and Sum, Generalized Sidelobe Canceller (GSC) and Post-Filtering. The theory of the main algorithms used in microphone array were discussed extensively. The results for the theoretical and practical implementation are presented at the end of this work. All software development was published on the Internet to serve as a basis for future works.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Nas últimas décadas, a poluição sonora tornou-se um grande problema para a sociedade. É por esta razão que a indústria tem aumentado seus esforços para reduzir a emissão de ruído. Para fazer isso, é importante localizar quais partes das fontes sonoras são as que emitem maior energia acústica. Conhecer os pontos de emissão é necessário para ter o controle das mesmas e assim poder reduzir o impacto acústico-ambiental. Técnicas como \"beamforming\" e \"Near-Field Acoustic Holography\" (NAH) permitem a obtenção de imagens acústicas. Essas imagens são obtidas usando um arranjo de microfones localizado a uma distância relativa de uma fonte emissora de ruído. Uma vez adquiridos os dados experimentais pode-se obter a localização e magnitude dos principais pontos de emissão de ruído. Do mesmo modo, ajudam a localizar fontes aeroacústicas e vibro acústicas porque são ferramentas de propósito geral. Usualmente, estes tipos de fontes trabalham em diferentes faixas de frequência de emissão. Recentemente, foi desenvolvida a transformada de Kronecker para arranjos de microfones, a qual fornece uma redução significativa do custo computacional quando aplicada a diversos métodos de reconstrução de imagens, desde que os microfones estejam distribuídos em um arranjo separável. Este trabalho de mestrado propõe realizar medições com sinais reais, usando diversos algoritmos desenvolvidos anteriormente em uma tese de doutorado, quanto à qualidade do resultado obtido e à complexidade computacional, e o desenvolvimento de alternativas para tratamento de dados quando alguns microfones do arranjo apresentarem defeito. Para reduzir o impacto de falhas em microfones e manter a condição de que o arranjo seja separável, foi desenvolvida uma alternativa para utilizar os algoritmos rápidos, eliminando-se apenas os microfones com defeito, de maneira que os resultados finais serão obtidos levando-se em conta todos os microfones do arranjo. / In recent decades, noise pollution has become a major problem for society. It is for this reason that the industry has increased its efforts to reduce the emission of noise. To do this, it is important to find out which parts of the sound sources are emitting greater acoustic energy. Knowing the emission points is required to keep track of them and thus be able to reduce acoustic and environmental impact. Techniques such as \"beamforming\" and \"Near-Field Acoustic Holography\" (NAH) allow obtaining acoustic images. These images are obtained using an array of microphones located at a relative distance from a noise source. Once acquired experimental data, one can obtain the location and the magnitude of the main points of noise emission. Similarly, we can find aeroacoustic and vibroacoustic sources, because they are general-purpose tools. Usually, these types of sources work in different frequency bands of the emission. Recently, a Kronecker Array Transform (KAT) was developed to microphone arrays, which provides a significant reduction in computational cost when applied to various image reconstruction methods, provided that the microphones are distributed in a separable array. This thesis proposes perform measurements with real signals using different algorithms previously developed in a dissertation about the quality of the obtained results and computational complexity, and the development of alternatives for data processing when some microphones of the array are defective. To reduce the impact of failures in microphones and maintain the condition that the array is separable, one alternative has been developed to use the fast algorithms by removing only the defective microphones, so that the final results will be obtained taking into account every microphone of the array.

Nas últimas décadas, a poluição sonora tornou-se um grande problema para a sociedade. É por esta razão que a indústria tem aumentado seus esforços para reduzir a emissão de ruído. Para fazer isso, é importante localizar quais partes das fontes sonoras são as que emitem maior energia acústica. Conhecer os pontos de emissão é necessário para ter o controle das mesmas e assim poder reduzir o impacto acústico-ambiental. Técnicas como \"beamforming\" e \"Near-Field Acoustic Holography\" (NAH) permitem a obtenção de imagens acústicas. Essas imagens são obtidas usando um arranjo de microfones localizado a uma distância relativa de uma fonte emissora de ruído. Uma vez adquiridos os dados experimentais pode-se obter a localização e magnitude dos principais pontos de emissão de ruído. Do mesmo modo, ajudam a localizar fontes aeroacústicas e vibro acústicas porque são ferramentas de propósito geral. Usualmente, estes tipos de fontes trabalham em diferentes faixas de frequência de emissão. Recentemente, foi desenvolvida a transformada de Kronecker para arranjos de microfones, a qual fornece uma redução significativa do custo computacional quando aplicada a diversos métodos de reconstrução de imagens, desde que os microfones estejam distribuídos em um arranjo separável. Este trabalho de mestrado propõe realizar medições com sinais reais, usando diversos algoritmos desenvolvidos anteriormente em uma tese de doutorado, quanto à qualidade do resultado obtido e à complexidade computacional, e o desenvolvimento de alternativas para tratamento de dados quando alguns microfones do arranjo apresentarem defeito. Para reduzir o impacto de falhas em microfones e manter a condição de que o arranjo seja separável, foi desenvolvida uma alternativa para utilizar os algoritmos rápidos, eliminando-se apenas os microfones com defeito, de maneira que os resultados finais serão obtidos levando-se em conta todos os microfones do arranjo. / In recent decades, noise pollution has become a major problem for society. It is for this reason that the industry has increased its efforts to reduce the emission of noise. To do this, it is important to find out which parts of the sound sources are emitting greater acoustic energy. Knowing the emission points is required to keep track of them and thus be able to reduce acoustic and environmental impact. Techniques such as \"beamforming\" and \"Near-Field Acoustic Holography\" (NAH) allow obtaining acoustic images. These images are obtained using an array of microphones located at a relative distance from a noise source. Once acquired experimental data, one can obtain the location and the magnitude of the main points of noise emission. Similarly, we can find aeroacoustic and vibroacoustic sources, because they are general-purpose tools. Usually, these types of sources work in different frequency bands of the emission. Recently, a Kronecker Array Transform (KAT) was developed to microphone arrays, which provides a significant reduction in computational cost when applied to various image reconstruction methods, provided that the microphones are distributed in a separable array. This thesis proposes perform measurements with real signals using different algorithms previously developed in a dissertation about the quality of the obtained results and computational complexity, and the development of alternatives for data processing when some microphones of the array are defective. To reduce the impact of failures in microphones and maintain the condition that the array is separable, one alternative has been developed to use the fast algorithms by removing only the defective microphones, so that the final results will be obtained taking into account every microphone of the array.