마이크 어레이는 만능 귀가 아니라 대역통과 계측기입니다. 이 노트는 8소자 어레이의 사용 가능 대역을 기하 구조에서 유도하고, 22개 현장 시나리오를 하나의 사양 그리드에 올리며, 어떤 판정을 기기에 남길 수 있는지 분명히 밝힙니다.
[칩] 표기는 Rockchip RK3308 제품 페이지와 데이터시트에 근거합니다. [물리] 값은 음속과 어레이 기하 구조로부터 이 노트에서 계산한 것입니다. [업계] 대역은 진동 감시·음향 방출·구조 건전성 모니터링에서 통용되는 범위입니다. [공학] 서술은 위 사실로부터의 추론이며 실측값이 아닙니다.
8소자 어레이가 단일 캡슐 대비 추가로 주는 세 가지 능력.
8채널이면 목표 음원에 빔을 조향하고 지배적 간섭에 널을 놓을 수 있습니다. 기계실에서는 이것이 "베어링을 듣는 것"과 "옆 팬을 듣는 것"의 차이입니다.
막히거나 젖거나 고장 난 캡슐이 있어도 일곱 채널이 남습니다. 감시 지점 전체를 포기하는 대신 불량 채널을 검출해 제외할 수 있습니다.
빔포밍은 "음원이 움직였다"와 "음원이 변했다"를 구분합니다. 단일 마이크에서는 서명이 동일하지만 정비 대응은 전혀 다른 두 상태입니다.
하드웨어 VAD가 프리트리거 버퍼를 유지합니다. 이벤트 순간 시작 구간은 이미 기록되어 있습니다.
어레이의 유효 대역은 두 임계 주파수로 묶입니다. c/D 아래에서는 지향성 이득이 없고, c/2d 위로는 격자 로브가 나타납니다. 두 값의 비는 log₂((N−1)/2)이며 간격과 무관합니다. 간격은 같은 1.8옥타브 창을 주파수 축에서 평행 이동시킬 뿐입니다.
| 소자 간격 d | 어레이 길이 (N−1)d | 유효 하한 c/D | 에일리어싱 상한 c/2d | 적합한 용도 |
|---|---|---|---|---|
| 20 mm | 140 mm | 2.4 kHz | 8.6 kHz | 모듈 내장 어레이. 고주파 과도만 — 유리 파손, 충격. |
| 40 mm | 280 mm | 1.2 kHz | 4.3 kHz | 패널 장착 어레이. 전동 공구, 소형 기어박스, 조리기와 배관 소음. |
| 100 mm | 700 mm | 490 Hz | 1.7 kHz | 캐비닛·실내 어레이. 중대역 — 환기 팬, 펌프, 궤도. |
| 300 mm | 2100 mm | 163 Hz | 572 Hz | 기계·마스트 장착. 저주파 기계음과 물소리. |
| 1000 mm | 7000 mm | 49 Hz | 172 Hz | 옥외 구조물·타워. 구조 모드, 흔들림, 케이블 장력. |
이것은 제약이지 결함이 아닙니다. 20 mm 모듈 어레이는 유리 파손과 낙석에 탁월하지만 풍력발전기 15 Hz 주베어링에는 눈이 먼 것과 같습니다. 어레이를 고르는 일은 어떤 질문을 할 수 있는지를 고르는 일입니다.
그림 1 — 8소자 어레이의 개구별 유효 빔 대역. 하한 c/D, 상한 c/2d, 모두 c = 343 m/s에서 유도.
실무적 결론: 대부분의 프로젝트는 하나가 아니라 두 개의 개구가 필요합니다 — 과도용 조밀 어레이와 구조 저주파용 성긴 장개구 어레이를 같은 보드에서. 단일 개구의 커버리지는 넓힐 수 없지만 소자 수는 늘릴 수 있습니다. 16소자면 1.8이 아니라 2.9옥타브가 됩니다.
모든 행은 같은 네 개의 수로 고정됩니다. 민감해야 하는 대역, 거기서 따라오는 샘플링 레이트, 판정이 나와야 하는 속도, 그리고 그 판정이 살 수 있는 위치.
| 그룹 | 시나리오 | 관심 대역 | 권장 샘플링 | 응답 시간 | 판정 위치 |
|---|---|---|---|---|---|
| 회전·왕복 기계(산업 현장) | 모터 / 펌프 — 불평형, 축 정렬 불량, 베어링 | 10 Hz – 10 kHz | ≥ 24 kHz | 시간 | 기기 내 완결 |
| 회전·왕복 기계(산업 현장) | 기어박스 / 감속기 — 맞물림, 치아 파손 | 100 Hz – 20 kHz | ≥ 48 kHz | 시간 | 기기 내 완결 |
| 회전·왕복 기계(산업 현장) | 프레스 / 공작기계 — 충격, 공구 마모 | 200 Hz – 20 kHz | ≥ 48 kHz | 밀리초 | 기기 내 완결 |
| 에너지 설비 | 풍력발전기 — 주베어링, 블레이드, 요 | 0.1 Hz – 10 kHz | ≥ 24 kHz + 저속 채널 | 시간 | 기기 트리거 + 클라우드 확인 |
| 에너지 설비 | 타워 / 블레이드 — 모드와 저주파 응답 | 0.1 – 20 Hz | ≥ 100 Hz | 분 | 기기 트리거 + 클라우드 확인 |
| 에너지 설비 | 변압기 / 리액터 — 이상 험 | 50 Hz – 5 kHz | ≥ 12 kHz | 시간 | 기기 내 완결 |
| 축사 | 환기 / 냉각 팬 — 베어링, 벨트, 걸림 | 20 Hz – 10 kHz | ≥ 24 kHz | 분 | 기기 내 완결 |
| 축사 | 가축 음성 — 기침, 이상 울음, 분만 | 50 Hz – 8 kHz | ≥ 24 kHz | 초 | 기기 내 완결 |
| 축사 | 사료 라인 / 분뇨 스크레이퍼 — 걸림과 이상 충격 | 20 Hz – 8 kHz | ≥ 24 kHz | 분 | 기기 내 완결 |
| 수문·사면 재해 | 하천 수음 — 유량과 난류 변화 | 20 Hz – 5 kHz | ≥ 12 kHz | 분 | 기기 내 완결 |
| 수문·사면 재해 | 토석류 / 돌발 홍수 — 저주파 굉음 + 지속 세굴 | 10 Hz – 2 kHz | ≥ 6 kHz | 분 | 기기 판정 + 클라우드 설명 |
| 수문·사면 재해 | 붕괴 / 낙석 — 충격 과도 + 전석 리듬 | 100 Hz – 20 kHz | ≥ 48 kHz | 밀리초 | 기기 내 완결 |
| 교통과 구조물 | 교량 — 차량 통과 응답, 신축이음 충격 | 1 Hz – 2 kHz | ≥ 6 kHz | 초 | 기기 판정 + 클라우드 설명 |
| 교통과 구조물 | 노면 — 타이어 소음으로 포장 파손과 물고임 추정 | 200 Hz – 5 kHz | ≥ 12 kHz | 초 | 기기 내 완결 |
| 교통과 구조물 | 철도 궤도 — 윤륜 소음, 이음매, 파상마모, 분기기 | 100 Hz – 20 kHz | ≥ 48 kHz | 밀리초 | 기기 내 완결 |
| 교통과 구조물 | 로프 / 사장 케이블 — 장력, 소선 단선, 풍우 진동 | 0.5 Hz – 5 kHz | ≥ 12 kHz | 분 | 기기 트리거 + 클라우드 확인 |
| 교통과 구조물 | 빌딩 — 커튼월, 구조 이음, 엘리베이터, 급배수 | 50 Hz – 10 kHz | ≥ 24 kHz | 초 | 기기 내 완결 |
| 실내·가정 | 유리 파손 | 2 – 8 kHz | ≥ 24 kHz | 밀리초 | 기기 내 완결 |
| 실내·가정 | 낙상 — 충격 + 진동 | 20 Hz – 2 kHz | ≥ 8 kHz | 밀리초 | 기기 내 완결 |
| 실내·가정 | 가스레인지 빈 팬 — 휘슬, 기화, 공연소 | 1 – 16 kHz | ≥ 40 kHz | 초 | 기기 내 완결 |
| 실내·가정 | 배관 — 누수, 캐비테이션, 막힘 | 100 Hz – 50 kHz | ≥ 100 kHz | 분 | 기기 내 완결 |
| 보안 | 드론 침입 — 블레이드 통과 주파수와 고조파 | 100 Hz – 8 kHz | ≥ 24 kHz | 초 | 기기 내 완결 |
대역은 [업계] 통용 범위이며 실측값이 아닙니다. 샘플링 레이트는 [공학] 값으로, 대역을 여유를 두고 두 배 한 뒤 RK3308 오디오 경로가 실제로 생성할 수 있는 값으로 맞춘 것입니다.
RK3308은 마이크를 세 가지 방식으로 연결합니다. 필요한 대역이 어느 경로를 쓸지 결정합니다.
5선 인터페이스로 8채널, 16–24 bit. 배관 누수와 충격 행이 필요로 하는 대역에 도달하는 유일한 경로입니다. 답이 20 kHz 위에 있으면 이 경로를 씁니다.
표준 디지털 마이크와 중대역의 주력입니다. 두 계통이 독립적이라 48 kHz 조밀 어레이와 저속 구조 채널을 동시에 돌릴 수 있습니다.
아날로그 캡슐을 SoC에 직결: 차동·단일 입력, 프로그래머블 게인, 최대 0.85 × AVDD3V3 마이크 바이어스 2계통. 부품 수가 가장 적고, 일반 아날로그 계측 마이크를 쓸 수 있는 유일한 경로입니다.
하드웨어 VAD의 가치는 겉보기보다 큽니다. 아날로그·I2S·PDM 마이크를 지원하고, 어레이에서는 pre / post 두 버퍼를 모두 유지합니다 — 즉 트리거 순간 기록에는 이미 트리거이전 샘플이 들어 있습니다. 충격 이벤트에서는 시작 구간 자체가 진단 정보이고, 임계값을 넘긴 뒤에야 녹음을 시작하는 시스템은 그것을 버리고 있습니다.
RK3308에는 NPU가 없습니다. 이는 사양이지 결함이 아니며, 문제의 절반을 기기 쪽에 고정할 뿐입니다.
| 계층 | 실행 위치 | 무엇을 결정하는가 | 출력 |
|---|---|---|---|
| 특징 추출 | RK3308 | 1/3 옥타브·멜 스펙트럼, 포락선, 파고율, 첨도, 채널 간 코히런스와 TDOA | 프레임당 특징 벡터 |
| 기준선과 신규성 | RK3308 | 이 기계·구조의 시운전 지문으로부터의 이탈 | 점수와 어느 대역이 원인인지 |
| 분류와 등급 | RK3308 + 소형 모델 | 알려진 이벤트 클래스와 거친 중요도, 나머지는 고전 DSP 임계값 | 클래스와 등급을 가진 이벤트 |
| 설명과 조치 | 클라우드 | 이 이탈이 의미하는 것, 점검할 부위, 발행할 작업 지시, 동형 기단과의 비교 | 언어, 작업 지시, 추세 서술 |
이 분담은 의도적입니다. 밀리초에 발화해야 하는 판정은 왕복을 기다릴 수 없습니다. 기단 맥락이 필요한 서술은 NPU 없는 1.3 GHz 코어에 살 수 없습니다. 또한 오디오가 아니라 특징 벡터와 이벤트만 올린다는 것은 원본 녹음이 현장을 떠나지 않는다는 뜻이며, 이는 대개 애초에 규정 요구사항입니다.
| 함정 | 증상 | 대응 |
|---|---|---|
| 바람과 비가 진동판에 부딪힘 | 저역이 통째로 올라가 기계 서명을 덮음 | 윈드스크린과 물리적 하이패스. ADC가 이미 클리핑된 뒤 소프트웨어로 걸러내려 하지 말 것 |
| 채널 미교정 | 빔이 조금 어긋나고 널이 반대쪽에 떨어짐 | 단일 기지 음원으로 시운전 교정을 하고 채널별 게인·지연 오프셋을 저장. 캡슐 교체 후 재교정 필수 |
| 노드 간 클럭 오차 | 노드 간 TDOA가 서서히 표류해 분산 측위가 멈춤 | 어레이 내부는 단일 클럭 도메인. 노드는 공통 시간 기준에 동기화하고 타임스탬프는 업로드가 아니라 수집 지점에서 기록 |
| 장착 공진 | 브래킷에서 온 피크가 스펙트럼에 나타남 | 빈 구조를 먼저 측정하고 그 스펙트럼을 시운전 지문에 포함 |
| 연속 원본 수집 | 저장이 며칠 만에 차고 정작 중요한 한 시간이 덮어써짐 | VAD 전후 버퍼를 쓰고, 원본 파형은 이벤트 주변에만 남기며 특징량은 연속 보존 |
어느 것도 특별한 이야기가 아닙니다. 음향 모니터링 실증이 데모 이후 좌초하는 이유가 바로 여기 있습니다. 알고리즘은 멀쩡했고, 설치가 신호를 조용히 바꿔 놓은 것입니다.
칩 성능 [칩]: Rockchip RK3308 제품 페이지와 데이터시트 — 8채널 PDM, 채널당 최대 192 kHz, 16–24 bit, 5선 인터페이스; 2 × 8채널 I2S/TDM @ 48 kHz; 8 × 24bit ADC를 내장한 CODEC; 아날로그·I2S·PDM 마이크를 지원하고 다중 마이크 프리/포스트 버퍼를 갖춘 하드웨어 VAD. 개구 값 [물리]: c = 343 m/s와 8소자·총길이 (N−1)d로부터 본 노트에서 계산. 데이터 레이트 [물리]: 8채널 × 24 bit를 표기된 레이트로 계산해 2진 GB로 표시. 시나리오 대역 [업계]: 진동 감시·음향 방출·구조 건전성 모니터링에서 통용되는 범위이며 실측이 아닌 공학적 지침입니다. 본 노트에는 RK3308 어레이를 실제 현장에 배치한 실측 데이터가 포함되어 있지 않습니다.