在預測性維護領域，「看」聲音的能力徹底改變了工業設施的故障檢測方式。聲學攝影機將不可見的超音波發射轉化為可見影像，使工程師能夠以前所未有的精度定位局部放電、氣體洩漏和機械異常。
但並非所有聲學攝影機的性能都相同。了解背後的技術——從麥克風陣列設計到頻率範圍和人工智慧診斷——對於做出明智的購買決策至關重要。
本技術指南借鑒了 Hertzinno 的大量培訓資料，全面概述了聲學相機技術、評估標準和應用特定考慮因素。
一個聲學攝影機聲學攝影機是一種用於定位聲音來源並對其進行表徵的成像設備。與僅測量聲壓級的傳統麥克風不同，聲學攝影機能夠創建聲音的可視化表示，將顏色編碼的強度圖疊加到光學影像上。
每台聲學攝影機都由四個基本元件組成：
| 成分 | 功能 |
|---|---|
| 麥克風陣列 | 一組麥克風（通常為 60-136 個聲道），可同時捕捉聲波。 |
| 光學相機 | 捕捉用於聲音地圖疊加的視覺場景 |
| CPU + 主機板 | 即時處理海量聲學數據 |
| 螢幕 | 顯示融合聲光影像 |
頻率和波長之間的關係是聲學相機設計的基礎：
λ = v / f
在哪裡：
λ = 波長（公尺）
v = 空氣中的聲速（室溫下約 343 公尺/秒）
f = 頻率 (Hz)
例如，在 1000 Hz 時：
λ = 343 / 1000 = 0.343 米
這種關係決定了麥克風陣列的物理限制。頻率越低，波長越長，所需的陣列直徑越大。為了實現精確定位。相反，頻率更高、波長更短的訊號可以用更緊湊的陣列來檢測。
同樣的原理也適用於聲吶技術－在水中工作的船體安裝式聲吶（聲速約為 1500 公尺/秒）所需的陣列尺寸與空氣耦合聲學攝影機所需的陣列尺寸不同。
關鍵見解：由於波長的限制，對於直徑 165 毫米的典型陣列，實際上不可能精確測量低於約 1 kHz 的頻率。
在比較聲學攝影機時，幾個關鍵參數決定了其在實際應用中的性能。
雖然人們很容易認為麥克風越多性能越好，但實際情況要複雜得多。
理論收益：
陣列單元數量加倍可使陣列增益提高 3 dB。
例如：元件數量從 64 個增加到 128 個，增益為 +3 dB。
將元件數量從 128 個增加到 256 個，可獲得額外的 +3 dB 增益。
實際限制：
單一MEMS麥克風會產生自噪聲，從而影響微弱訊號的測量。
增加麥克風數量可提高訊號雜訊比，且每增加一倍，自雜訊可降低 3 分貝。
然而在陣列直徑固定的情況下，增加單元密度會提高單元間的互耦合。
過強的互耦會引入乾擾，降低陣列增益
橫向空間解析度：
此關鍵參數測量的是垂直於攝影機軸線可分辨的兩個聲源之間的最小距離。數值越小表示效能越好—區分距離很近的訊號源的能力。
結論：最佳麥克風數量平衡點能夠有效提升增益並抑制相互耦合幹擾。赫茲諾的工程團隊會針對每個應用場景精心優化陣列幾何結構。
頻率範圍從根本上決定了聲學攝影機能夠探測到的內容。
為什麼頻率很重要：
不同的工業故障會在特定的頻段內釋放能量：
| 應用 | 最佳頻率範圍 |
|---|---|
| 壓縮空氣洩漏 | 20 kHz – 40 kHz |
| 部分放電 | 20 kHz – 40 kHz |
| 遠距離偵測（室外） | 10 kHz – 30 kHz |
| 近距離檢查 | 最高可達 65 kHz |
| 機械噪音 | 可聽範圍（20 Hz – 20 kHz） |
20 kHz – 40 kHz 的最佳頻率範圍：
工廠環境的聲學環境十分混亂。大多數機器噪音都會達到峰值。低於 10 kHz頻率低於 60 kHz 時衰減。然而，氣體洩漏和局部放電最明顯地表現為： 20 kHz 至 40 kHz 範圍—高於大多數背景噪音，但又足夠低，可以傳播相當遠的距離。
距離因素：
頻率越高的波越容易被空氣吸收，從而限制了它們的傳播距離。例如：
遠距離探測（室外變電站、管道）：低頻（10–30 kHz）傳播距離更遠
近距離檢查（壓縮空氣系統、真空洩漏）：更高的頻率（最高可達 65 kHz）可提供更好的靈敏度
理想的聲學相機應提供可調節的頻率範圍，使操作人員能夠針對特定任務調整設備。
氣體洩漏和局部放電都會產生寬頻訊號能量分佈在很寬的頻率範圍內。然而，它們具有截然不同的時間特性：
| 故障類型 | 訊號特性 |
|---|---|
| 氣體洩漏 | 持續的“白噪音” |
| 部分放電 | 與電壓相位同步的脈衝串 |
區分這一點對於準確診斷至關重要。
工業聲學攝影機在以下五個主要應用領域表現出色：
挑戰：高壓設備絕緣劣化會發出超音波能量，但並非所有超音波訊號都表示危險放電。
PRPD的優點：
頻率分析表明它“可能”是放電。相位分辨局部放電（PRPD）分析告訴你這「肯定」是分泌物。
PRPD 的聲學活動與 50/60 Hz 的功率頻率同步，呈現以下特徵模式：
冠狀病毒出院
浮式排放
地表排放
赫茲諾的AI優勢：雖然許多聲學相機可以顯示 PRPD 圖案，但 Hertzinno 的人工智慧演算法自動對 PRPD 類型進行分類螢幕上顯示結果，幫助工程師立即做出維護決策，而無需經過數小時的數據分析。
挑戰：在吵雜的工業環境中定位加壓氣體洩漏點。
解決方案：聲學攝影機可以過濾掉背景噪聲，並將逸出氣體的超音波特徵可視化，即使是以下情況也適用：
天然氣（甲烷）
氫
氮
壓縮空氣
旋轉機械會發出特徵聲學訊號。聲學成像技術可以檢測到：
軸承磨損
齒輪錯位
潤滑失效
幫浦的空化現象
閥門洩漏
即使是真空系統（吸入空氣而不是排出空氣），也會在洩漏點產生可偵測的超音波訊號。
聲學攝影機可以可視化來自以下兩種來源的噪音：
高速旋轉機械（渦輪機、壓縮機）
低速旋轉設備（大型軸承、低速滾輪）
除了規格之外，還有一些實際因素會影響實際可用性。
聲學攝影機對串流麥克風資料進行大規模並行計算，產生大量熱量。散熱設計不佳會導致：
設備過熱
操作者不適或灼傷（外殼溫度>60°C）
性能限制
組件壽命縮短
需要注意的事項：先進的硬體設計兼顧了處理能力和散熱效率。不僅要比較參數，還要比較人體工學設計和長時間使用時的運作溫度。
沒有哪一款聲學攝影機能夠完美適用於所有應用場景。最佳選擇取決於您的主要使用需求。
| 應用場景 | 優先功能 |
|---|---|
| 電力業（局部放電檢測） | PRPD 分析、紅外光譜融合、戶外耐久性 |
| 化工/天然氣業 | ATEX認證、甲烷感測、洩漏量化 |
| 機械監測 | 寬頻域，具備趨勢分析能力 |
考慮：
電池壽命（影響現場作業效率）
重量和人體工學（影響操作員疲勞）
耐用性和IP防護等級（決定在惡劣環境下的使用壽命）
軟體功能（人工智慧分析可減少解讀時間）
赫茲聲學攝影機的設計具備五大核心優勢：
優化的麥克風陣列幾何結構和訊號處理技術可實現卓越的聲源定位精度。
從可聽頻率到 65 kHz 超音波的覆蓋範圍，使得單一設備能夠檢測多種故障類型。
赫茲諾的演算法是基於數百萬個工業聲學樣本進行訓練：
透過 PRPD 分析自動對局部放電類型進行分類
區分氣體洩漏和機械噪音
提供螢幕上的即時決策支持
| 模型 | 最適合 | 主要特點 |
|---|---|---|
| HA3T | 功率（PD） | 640×512紅外線分辨率，4小時電池續航，藍牙連接，雷射測距 |
| HA271P | 功率（PD） | 640×512 紅外線分辨率，7 小時電池續航，延長操作時間 |
| HA3LX | 化學品/氣體 | 甲烷雷射感測器，ATEX認證 |
| HA3TX/HA3X | 化學品/氣體 | 640×512 紅外線，ATEX認證，堅固耐用設計 |
Hertzinno 將聲學成像技術與以下技術結合：
紅外線熱成像（640×512解析度）用於全面故障診斷－聲學偵測局部放電，熱學檢測過熱
甲烷雷射感用於量化氣體濃度
PRPD分析利用人工智慧分類進行明確的局部放電識別
