5.1.5
Diskussion och slutsatser
Längden på inspelningarna på telefonerna överstiger 10 min om alla inspelnings- lägen skulle vara möjliga att spela in. Ingen av telefonerna i experimentet klarade av att spela in ljud med 8 bitars upplösning och därmed ligger den totala inspel- ningslängden under tidsgränsen.
Referensinspelningens frekvensspektrum är lik men inte identisk med den upp- spelade ljudilens frekvensspektrum. Detta visar att referensanläggningen inte var fullständigt kalibrerad. Då det inte fanns data på frekvenssvar för varje hård- vara gjordes ingen vidare inställningsprocedur då det ansågs för tidskrävande att mäta upp varje del för sig.
Ingen av de inspelningskonigurationer som kan väljas på de telefoner som tes- tades ger ett entydigt svar på att det skulle ge ett bättre frekvenssvar på, det för detta experiment, intressanta frekvensintervallet än de andra. Dock bör mikro- fonkonigurationen för röstigenkänning ej användas då det tycks dämpa låga fre- kvenser ytterligare på vissa androidtelefoner. Den inspelningskoniguration som bör användas i den slutgiltiga applikationen ses i tabell 5.4 då dessa enligt cdd ska stödjas av alla androidplattformar och det inte inns någon annan kombina- tion som tycks ge ett bättre frekvenssvar på det intressanta frekvensintervallet.
Tabell 5.4: Ljudupptagningskonfiguration.
Mikrofon Samplingsfrekvens [kHz] Upplösning [bit] Kanaler
Mic 44,1 16 mono
Under experimentet användes inte någon spl-mätare då det inte fanns någon att tillgå. Därför kan inte dB-axeln tolkas på annat sätt än som en jämförelse mot var- je inspelningsskällas egna referens. Detta gör också att jämförelser mellan olika inspelningskällors amplitudsvar omöjliggörs och bara den generella bilden över frekvensspektrumet kan jämföras. Androidtelefonernas referens speciiceras av cdd, men då inga av kraven har veriierats dras inga slutsatser om hur väl telefo- nerna följer given standard.
Resultaten då telefonernas frekvenssvar jämförs mot varandra ger en indikation att det på vissa telefoner kan inns ett ilter (mjuk- eller hårdvaruilter) alternativt begränsingar i hårdvara som ger upphov till att frekvenser under 100 Hz dämpas vilket medför att låga frekvenser blir svåra att upptäcka. Ytterligare experiment bör utföras för att undersöka möjligheten att upptäcka frekvenser under 100 Hz.
5.2
Experiment i fält
Då avsnitt 5.1 inte gav entydiga svar kring hur lämpade androidtelefoner är för att spela in motorljud i kupén i ett fordon krävdes ytterligare experiment. Därför valdes det att försöka spela in just motorljud för att sedan utvärdera resultaten.
36 5 Deluppgifter
5.2.1
Inledning
För att utvärdera kvalitén av ljudupptagningar från androidtelefoner i fält ge- nomfördes ett experiment som gick ut på att spela in ljudet i kupén i lera olika driftlägen. Två telefoner och en bil användes vid experimentet.
5.2.2
Utrustning
Experimentet utfördes i en 5-cylindrig Volvo V70 med två olika androidtelefoner som inspelningsenheter. Mer information om den använda bilen inns i tabell 5.6, där informationen är hämtad från Transportstyrelsen (2013). Urvalet av de telefo- ner som användes i experimentet kan ses i tabell 5.5, telefonerna som användes valdes på grund av tillgänglighet och så även den bil som användes. MATLAB användes för att analysera den insamlade ljuddatan.
Tabell 5.5: Telefoner som användes vid experimentet.
Tillverkare Modell Android version
HTC Magic 2.3.7
HTC One X 4.1.2
Tabell 5.6: Fordonet som användes vid experimentet.
Tillverkare Modell Motor Effekt Tjänstevikt
[kW] [kg]
Volvo V70 2.5 L I5 Turbo -08 B5254T6 147 1660
5.2.3
Metod
Inspelningarna skedde i bilens kupé med hjälp av AudioRecorder och gjordes på både fasta varvtal och vid accelerationsförlopp på olika växlar. Inspelningar- na varade i 10 s och startades approximativt samtidigt på de båda telefonerna av en inspelningsoperatör. Under accelerationen hölls telefonerna av inspelningso- peratören, en i varje hand, i en normal position för okulärt besiktigande av tele- fonernas skärmar i porträttläge. Radio och klimatanläggning var avslagna under testerna.
Fordonet framfördes under testerna på landsvägar i Norrköping med omnejd. Underlaget var av normal landsvägskvalitet, det vill säga asfalt av varierande kvalitet. Inspelningarna gjordes på sträckor som i folkmun kan klassas som rak- sträckor.
Den inspelningskoniguration som användes på de båda androidtelefonerna kan utläsas ur tabell 5.7.
För att se betydelsen av hastigheten för brusnivåer samt skillnader mellan de bå- da androidtelefonerna utfördes lera olika driftfall. De olika fallen som testades i detta experiment kan ses i tabell 5.8.
5.2 Experiment i fält 37 Tabell 5.7: Inställningsalternativ för ljudinspelning på smartphones.
Mikrofon Samplingsfrekvens [kHz] Upplösning [bit] Kanaler
Mic 44,1 16 mono
Tabell 5.8: De olika fall som utfördes.
Växel Fast varvtal [r/min] Acceleration [r/min]
N 1500, 1500, 4500 900 → 2200 1 1500, 3000, 4500 1000 → 4000 2 1500, 3000, 4500 1000 → 3300, 1000 → 4500 3 1500, 3000, 4500 1000 → 3700, 2000 → 4500 4 1500, 3000 1000 → 3000 5 1500 1500 → 2700 6 1500 1700 → 2400
Inspelningarna gick till på olika sätt för accelerationsförlopp respektive fasta varvtal:
Fast varvtal:
Fordonsoperatören gav ett jämt gaspådrag för att ge ett stabilt varvtal, när ett stabilt varvtal uppnåtts startade inspelningsoperatören, som satt i passa- gerarsätet, inspelningarna simultant på de två androidtelefoner som ingick i detta experiment. Rådande hastighetsbegränsningar satte begränsningar vilket medförde att höga varvtal på höga växlar ej kunde genomföras. Acceleration:
Fordonsoperatören gav ett jämt gaspådrag, vid det varvtal som acceleratio- nen skulle påbörjas vid, tills det att denne ick klartecken av inspelnings- operatören att ljudupptagning var redo att påbörjas. Då ljudupptagningen påbörjats påbörjades även en acceleration, målet för accelerationsförloppet var att gå från cirka 1000 r/min till cirka 4000 r/min. Då inspelningsförlop- pet vid accelerationerna varade i 10 s så innebar detta att olika gaspådrag användes vid olika växlar för att det eftertraktade varvtalsspektrumet skul- le uppnås. Detta varvtalsspektrum var ej möjligt att erhålla vid samtliga växlar på grund av rådande hastighetsbegränsningar samt även att motor- prestandan innebar begränsningar, för vilka varvtalsspektrum som kunde uppnås, vid högre växlar.
För att presentera datan i form av frekvensspektrum har MATLAB använts, där den inspelade signalen har analyserats med stft med hannfönster av längd, Nw, 2940 sampel och utan överlapp. Varje steg har normaliserats på det maximala värdet och frekvenser över 300 Hz har iltrerats bort.
38 5 Deluppgifter
5.2.4
Resultat
Ett urval av de frekvensspektrum av de inspelningar som utfördes ses nedan, fre- kvensspektrum för samtliga driftfall inns att skåda i appendix B. För att lättare jämföra den frekvens som har spelats in med det faktiska varvtalet anges skal- ningen från varvtal till frekvens, enligt ekvation 2.2, i bildtexterna.
I igur 5.4 visas frekvensspektrum för tre olika fall med fasta varvtal där olika växlar har använts.
(a) Växeln i neutralläge. (b) 1:ans växel vilket motsvarar en hastighet av 28 km/h.
(c) 3:ans växel vilket motsvarar en hastighet av 75 km/h.
Figur 5.4: Fast varvtal, 3000 r/min vilket för fordonet i detta experiment motsvarar en förbränningsfrekvens av 125 Hz, för tre olika växlar. Inspelade med HTC One X.
5.2 Experiment i fält 39 I igur 5.5 visas frekvensspektrumet för två olika accelerationsförlopp med de två olika androidtelefonerna som användes vid experimentet.
(a) HTC One X, 1:ans växel (b) HTC Magic, 1:ans växel
(c) HTC One X, 4:ans växel (d) HTC Magic, 4:ans växel
Figur 5.5: Accelerationsförlopp som har påbörjats vid 1000 r/min som mot- svarar 42 Hz, figur 5.5a - 5.5b visar frekvensspektrumet för ett accelerations- förlopp på på 1:ans växel och figur 5.5c - 5.5d för 4:ans växel.
5.2.5
Diskussion och slutsatser
Genom att jämföra de frekvensspektrum som presenteras i igur 5.4 som gjordes med stillastående bil och växeln i neutralläge mot när bilen kördes ses tydligt att det förekommer betydligt mer mätbrus då bilen kördes. Detta beror på störningar som kommer från vibrationer och ljud som uppstår vid framdrift av ett fordon. Det inns även en tendens som antyder att högre hastighet ger högre brusnivåer. Genom att jämföra de två olika androidtelefonernas frekvensspektrum som pre- senteras i igur 5.5 kan man se att även dessa skiljer sig åt. I detta experiment visade det sig att HTC Magic ger ett mätbrus kring 50 Hz vilket inte återinnes hos frekvensspektrumet från HTC One X. Då den slutgiltiga applikationen kan komma att användas av ett stort urval av androidplattformar är det omöjligt att säga hur mätbruset kommer att se ut på varje enskild enhet vilket kan komma
40 5 Deluppgifter
att påverka applikationens prestanda.
I lera av frekvensspektrumen på fasta varvtal visar det sig att en multipel av grundfrekvensen (andra ordningens ton) har en högre energinivå än den sökta förbränningsfrekvensen. Dock visade det sig att vid alla inspelade accelerations- förlopp var förbränningsfrekvensen dominant. Detta beror av att det krävs mer kraft för att accelerera ett fordon än att hålla en konstant hastighet, vilket ger att motorn levererar mer kraft vid accelerationsförlopp. Då mer kraft innebär för- bränning av en större mängd blandning av luft-bränsle förbränns genereras en högre ljudnivå.
5.3
Ljudfilsanalys
Detta avsnitt tar upp hur det togs fram vilka parametrar som skulle användas vid vidare ljudilsanalys.
5.3.1
Inledning
Enligt teorin beskriven i avsnitt 2.2.2 och avsnitt 2.2.3 inns det mycket att tänka på kring hur analysen av ljudilerna görs.
Genom att transformera inspelningen till frekvensdomänen via stft och sedan visa upp resultatet i ett spektrogram kan man visuellt se frekvensinnehållet över tid. Från spektrogrammet kan betraktaren ofta tydligt se signaltrenden som av- setts att spelas in. Ibland kan dock signal-brusförhållandet, snr, vara så pass lågt att det kan vara svårt att okulärt bestämma signalen och vid sådana inspelningar är det viktigt att inställningarna för stft är väl avvägda.
5.3.2
Utrustning
MATLAB och de 8 inspelade accelerationsförloppen vid körning från avsnitt 5.2.
5.3.3
Metod
För att kunna jämföra olika inställningar utfördes stft på ljudilerna, inspelade med samplingsfrekvens fs= 44, 1 kHz, med följande egenskaper:
• rektangulärt fönster med Nw= 214bit, • α = 0.75 överlapp och
• fspunkters transformering.
I resultaten av dessa markerades ett antal punkter på den korrekta motorvarv- talskurvan och polynomanpassningar gjordes. Polynomanpassningarna testades sedan av mot ett antal olika analyser med skilda inställningar för att veriiera att dessa låg rätt i tid och frekvens.
För att objektivt kunna bedöma en hur väl en inställning fungerar normalisera- des varje steg i resultatet av stft på sitt maximala värde. Detta för att på ett
5.3 Ljudilsanalys 41