UC&NL for DIY with love
 |
|---|
| www.diy.unavlab.com support@unavlab.com |
| EN | RU |
Приложение к проекту №2: запись подводных звуков из-подо льда
Содержание
Дисклеймер
ВНИМАНИЕ!!! Водоемы - повышенный источник опасности и присутствие на воде или на поверхности льда требует строжайшего соблюдения правил безопасности! Если у вас нет опыта, вы не прошли инструктаж по технике безопасности или являетесь несовершеннолетним - ни в коем случае не выходите на воду или лед водоема!!! Если вы повторяете опыты, описываемые в данном материале - вы действуете на свой страх и риск - мы не несем ответственности за вашу безопасность!
Введение
В данной статье мы описываем опыт использования изготовленного нами ранее гидрофона с предусилителем. В начале декабря нам очень повезло с погодой - солнечная, безветренная, за две недели морозов лед на небольших водоемах набрал достаточную прочность. Мы как раз подготовили макетные образцы оборудования для испытания нашей новой трекинговой системы WAUY и собрались на один из переходов в Волго-Донском судоходном канале. Мы решили не упускать шанс проверить в условиях реального водоема наш гидрофон - это во-первых, отличная демонстрация его возможностей, а во-вторых, на примере реальных записей можно обучить простейшим приемам работы со звуковыми записями.
Зимние водоемы со стоячей водой закованные в ледяной покров - идеальные условия для записи подводных звуков, потому что шумы от ветрового волнения и судоходства отсутствуют.
Итак. Наш штаб на льду выглядел таким образом:
 |
|---|
| рисунок 1 - “Офис на вынос” |
Ноутбук в общем не предназначен для работы при пониженных температурах и большую часть времени наш работает от преобразователя, подключенного к большому 12-вольтовому аккумулятору. К сожалению, преобразователь дает очень сильную импульсную помеху, которая попадает на запись. Поэтому на время записи мы отключаем ноутбук от внешнего питания.
Наш гидрофон сделан из доступных материалов (чтобы у желающих повторить эту конструкцию не возникло проблем с комплектующими) и изоляция кабеля RG-174 выполнена из ПВХ, который дубеет на морозе и его сложно вытянуть после того, как он был смотан. В коммерческих устройствах мы используем кабели только с полиуретановой изоляцией, которая лишена такого недостатка.
 |
|---|
| рисунок 2 - Опускаем гидрофон в лунку |
С некоторыми усилиями гидрофон опускается в лунку. В некоторых случаях, особенно если кабель длинный и хочется опустить устройство на большую глубину, придется привязать к нему какой-то груз - чтобы кабель выпрямлялся под его весом.
 |
|---|
| рисунок 3 - Все готово для работы |
Этой зимой сложилась редкая ситуация - морозы простояли достаточно долго чтобы лед успел набрать прочность, а осадков практически не было. В таких случаях мы передвигаемя по поверхности водоема на коньках =)
 |
|---|
| рисунок 4 - Гидрофон отлично чувствует скрип коньков по льду |
Лед на водоемах часто трескается (с непривычки можно испугаться). Возникают вот такие трещины:
 |
|---|
| рисунок 5 - Трещина во льду |
Иногда, если трещина возникает где-то рядом, слышится громкий хруст. Но чаще можно услышать (и иногда даже почувствовать ногами) звук расходящейся где-то далеко трещины. Он достаточно характерен и его сложно с чем-то спутать.
Разбор фрагмента 1
Мы подумали, что неплохо было бы на примере такого звука разобрать самые базовые приемы работы с гидрофоном и звуковым редактором. Хоть наш гидрофон и предназначен для записи звуков примерно от 10 кГц, а звук расходящейся трещины явно низкочастотный, мы все же сделали пару записей длительностью по 3-4 минуты, на которых явно должны были попасть несколько таких звуков.
Найти их в длинной записи не так просто - нужно внимательно просмотреть и прослушать всю запись. Поэтому мы уже выбрали соответствующий короткий кусок:
 |
|---|
| рисунок 6 - Фрагмент записи №1 |
Для записи и манипуляций со звуком мы использовали очень удобное бесплатное приложение Ocenaudio. Вы можете скачать его и сами загрузить фрагмент записи, сделенной нами:
Исходный фрагмент записи №1
Чтобы он выглядел так же, как и на скриншоте выше, выберите пункт меню View > Waveform & Spectral View или просто нажмите Ctrl + 3. Во временной реализации сигнала (верхняя половина окна) глаз ни за что не цепляется, а на спектрограмме (нижняя половина окна) примерно через 150 мсек от начала виден мощный “всплеск” (учитывая то, что он находится вне рабочей полосы гидрофона) в полосе от нескольких сотен по пары килогерц.
НЧ-фильтр - это фильтр низких частот, он фильтрует низкие частоты от высоких. Часто этот термин вызывает путаницу. В этом случае удобно вспомнить английское название Lowpass filter, что означает низкие проходят.
Чтобы выделить этот участок, можно применить ко всему фрагменту НЧ-фильтр, тем самым отфильтровав все частоты выше примерно 2 кГц. Для этого выберите пункт меню Effects > Filter > Lowpass Filter…. В появившемся диалоговом окне установите верхнюю частоту фильтра (passband limit) на значении примерно 2 кГц:
 |
|---|
| рисунок 7 - Диалоговое окно Lowpass Filter |
Фильтр задавит все частоты выше примерно 2 кГц.
Фрагмент записи №1: НЧ фильтрация
Теперь сигнал выглядит несколько иначе:
 |
|---|
| рисунок 8 - Результат действия НЧ-фильтра |
Лишний фон практически полностью подавлен, но громкость сигнала явно недостаточна. Чтобы исправить это мы нормализуем сигнал. Для чего выберем пункт меню Effects > Normalize. В результате получится такой сигнал:
Фрагмент записи №1: НЧ фильтрация + нормализация
 |
|---|
| рисунок 9 - НЧ-фильтр + нормализация |
Вместе с нормализацией немного вырос и уровень шумов, поэтому можно еще выполнить шумоподавление. В ocenaudio есть для этого удобная автоматическая функция: выбираем пункт меню Effects > Noise Reduction > Automatic Noise Reduction.
Теперь можно насладиться результатами работы и прослушать конечный результат. Звук расходящейся трещины теперь слышен отчетливо, и даже можно расслышать небольшое эхо, следующее за основным всплеском.
Фрагмент записи №1: НЧ фильтрация + нормализация + автошумоподавление
 |
|---|
| рисунок 10 - НЧ-фильтр + нормализация + автошумоподавление |
Разбор фрагмента 2
В качестве второго фрагмента предлагаем разобрать звук скрипа коньков по льду. Все этапы здесь в точности такие же:
Фрагмент записи №2: Исходный сигнал
 |
|---|
| рисунок 11 - Фрагмент №2: исходный сигнал |
Так как скрип коньков - это все-таки широкополосный сигнал, то верхнюю частоту фильтра установив на значение порядка 15 кГц (близко к пределу нашего слуха):
Фрагмент записи №2: НЧ-фильтрация
 |
|---|
| рисунок 12 - Фрагмент №2: НЧ-фильтрация |
Фрагмент записи №2: НЧ-фильтрация + нормализация
 |
|---|
| рисунок 13 - Фрагмент №2: НЧ-фильтр + нормализация |
И окончательный результат, после автоматического шумоподавления:
Фрагмент записи №2: НЧ-фильтрация + нормализация + автошумоподавление
 |
|---|
| рисунок 14 - Фрагмент №2: НЧ-фильтр + нормализация + автошумоподавление |
Если приглядеться (прислушаться?) то примерно в середине записи слышен щелчок, но какова его природа мы предлагаем разобраться самостоятельно.
Фрагмент 3
В качестве бонуса предлагаем вам самим проделать такие же манипуляции с третьим фрагментом: субъективно, они примерно в 4 раза интересней первого фрагмента:
Фрагмент записи №3: Исходный сигнал
Надеемся, что вам понравилось. Спасибо за внимание и удачи!