声学诊断

RK3308 八麦阵列声学诊断

麦克风阵列不是通用耳朵，而是一台带通仪器。这篇笔记从阵列几何推出 8 阵元的可用频带，把 22 个现场场景放到同一张规格网格上，并明确交代哪些判据可以留在设备本地。

标注 [芯片] 的数据来自瑞芯微 RK3308 产品页与数据手册；[物理] 数据由声速与阵列几何在本文现算得出；[行业] 频带为振动监测、声发射与结构健康监测的通行范围；[工程] 说法是由上述事实推演所得，不是实测。

为什么要阵列

单麦只能告诉你「出事了」，阵列能告诉你「在哪、是谁」

8 个阵元比单只麦克风多买到的三件事。

空间滤波

八个通道可以对着目标做波束、对着主要干扰做零点。在机房里，这就是「听轴承」和「听旁边那台风机」的区别。

冗余容错

一只被遮挡、进水或失效的麦克风，还剩下七个通道。你可以在系统里识别并剔除坏通道，而不是把整个监测点作废。

空间可分

波束能把「源动了」和「源变了」分开 —— 这两件事在单麦上签名一模一样，对应的检修动作却完全不同。

硬件 VAD 保留检测前缓冲：事件发生的那一刻，起始段已经录在本地了。

孔径

8 个阵元只给你 1.8 个倍频程 —— 把间距拉大也变不宽

阵列的可用频带被两个临界频率夹住：低于 c/D 没有指向性增益，高于 c/2d 出现栅瓣混叠。两者之比恒为 log₂((N−1)/2)，与间距无关。间距只能把同一个 1.8 倍频程的窗口在频谱上平移。

阵元间距 d	阵列总长 (N−1)d	可用下限 c/D	混叠上限 c/2d	适用场合
20 mm	140 mm	2.4 kHz	8.6 kHz	模块内嵌阵列。只做高频瞬态 —— 玻璃破碎、冲击。
40 mm	280 mm	1.2 kHz	4.3 kHz	设备面板阵列。手工具、小型齿轮箱、炉具与管道噪声。
100 mm	700 mm	490 Hz	1.7 kHz	机柜或房间阵列。中频段 —— 通风风机、水泵、轮轨。
300 mm	2100 mm	163 Hz	572 Hz	设备或立杆阵列。低频机械与水流噪声。
1000 mm	7000 mm	49 Hz	172 Hz	户外构筑物或塔架。结构模态、塔架摆动、索力。

这句要当约束读，不要当缺陷读。20 毫米的模块阵列做玻璃破碎与落石极好，但对风力发电机 15 Hz 的主轴承就是瞎的。选阵列，等于选你被允许问哪些问题。

图 1 —— 8 阵元阵列在各孔径下的有效波束频带。下限 c/D，上限 c/2d，均由 c = 343 m/s 推出。

工程上的直接后果：多数项目需要两个孔径而不是一个 —— 一个密阵管瞬态，一个稀疏大孔径管结构低频，共用一块板。单个孔径的覆盖范围没法加宽，加阵元可以：16 个阵元就是 2.9 个倍频程，而不是 1.8。

场景矩阵

22 个场景，一张规格网格

每一行都由同样四个数固定下来：你必须敏感的频带、由此推得的采样率、判据要多快给出，以及这个判据能住在哪里。

组	场景	关注频带	建议采样率	触发时间尺度	判定落点
旋转与往复机械（工业现场）	电机 / 泵 — 不平衡、不对中、轴承	10 Hz – 10 kHz	≥ 24 kHz	小时	本地闭环
旋转与往复机械（工业现场）	齿轮箱 / 减速机 — 啮合、断齿	100 Hz – 20 kHz	≥ 48 kHz	小时	本地闭环
旋转与往复机械（工业现场）	冲压 / 机床 — 冲击、刀具磨损	200 Hz – 20 kHz	≥ 48 kHz	毫秒	本地闭环
能源设施	风力发电机 — 主轴承、叶片、偏航	0.1 Hz – 10 kHz	≥ 24 kHz + 慢采样	小时	本地触发 + 云端复核
能源设施	塔架 / 叶片 — 模态与低频结构响应	0.1 – 20 Hz	≥ 100 Hz	分钟	本地触发 + 云端复核
能源设施	变压器 / 电抗器 — 嗡鸣异常	50 Hz – 5 kHz	≥ 12 kHz	小时	本地闭环
养殖场	通风 / 降温风机 — 轴承、皮带、堵转	20 Hz – 10 kHz	≥ 24 kHz	分钟	本地闭环
养殖场	动物声音 — 咳嗽、惊群、产仔	50 Hz – 8 kHz	≥ 24 kHz	秒	本地闭环
养殖场	饲料线 / 清粪机 — 卡阻与异常撞击	20 Hz – 8 kHz	≥ 24 kHz	分钟	本地闭环
水文与地质灾害	河流水声 — 流量与湍流突变	20 Hz – 5 kHz	≥ 12 kHz	分钟	本地闭环
水文与地质灾害	泥石流 / 山洪 — 低频轰鸣 + 持续冲刷	10 Hz – 2 kHz	≥ 6 kHz	分钟	本地判定 + 云端解释
水文与地质灾害	塌方 / 落石 — 冲击瞬态 + 滚石节奏	100 Hz – 20 kHz	≥ 48 kHz	毫秒	本地闭环
交通与结构	桥梁 — 车辆经过响应、伸缩缝冲击	1 Hz – 2 kHz	≥ 6 kHz	秒	本地判定 + 云端解释
交通与结构	路面 — 轮胎噪声反推铺装破损与积水	200 Hz – 5 kHz	≥ 12 kHz	秒	本地闭环
交通与结构	铁路轨道 — 轮轨噪声、接头、波磨、道岔	100 Hz – 20 kHz	≥ 48 kHz	毫秒	本地闭环
交通与结构	缆绳 / 斜拉索 — 索力、断丝、风雨振	0.5 Hz – 5 kHz	≥ 12 kHz	分钟	本地触发 + 云端复核
交通与结构	大厦 — 幕墙、结构异响、电梯、给排水	50 Hz – 10 kHz	≥ 24 kHz	秒	本地闭环
室内与家庭	玻璃破碎	2 – 8 kHz	≥ 24 kHz	毫秒	本地闭环
室内与家庭	跌倒 — 冲击 + 振动	20 Hz – 2 kHz	≥ 8 kHz	毫秒	本地闭环
室内与家庭	炉具干烧 — 哨音、汽化、空烧	1 – 16 kHz	≥ 40 kHz	秒	本地闭环
室内与家庭	管道 — 漏水、气蚀、堵塞	100 Hz – 50 kHz	≥ 100 kHz	分钟	本地闭环
安防	无人机入侵 — 桨叶通过频率及谐波	100 Hz – 8 kHz	≥ 24 kHz	秒	本地闭环

频带为 [行业] 通行范围，不是实测值；采样率为 [工程] 口径 —— 按频带翻倍留余量，再落到 RK3308 音频通路真能产生的采样率上。

采集通路

三条采集通路，三种分工

RK3308 有三条路把麦克风接进来。你需要哪一段频带，就决定走哪一条。

PDM — 单通道最高 192 kHz

5 线接口带 8 个通道，16–24 bit。这是唯一能摸到管道泄漏与冲击那两行所需高频段的通路。答案在 20 kHz 以上时走它。

I2S / TDM — 2 路 × 8 通道 @ 48 kHz

标准数字麦和中频段的主力。两路互相独立，可以同时跑一路 48 kHz 密阵和一路慢速结构通道。

内嵌 CODEC — 8 × ADC，24 bit

模拟麦直接上 SoC：支持差分与单端、可编程增益、两路麦克风偏置（最高 0.85 × AVDD3V3）。外围器件最少，也是唯一能用普通模拟测量麦的通路。

93 GB单节点每日（48 kHz / 24 bit / 8 通道）

371 GB单节点每日（192 kHz）—— 连续采集不可行的直接原因

3.86 GB/h一小时 8 通道原始音频

硬件 VAD 的价值比它看起来大。它支持模拟麦、I2S 数字麦与 PDM 数字麦，对多麦阵列保留 pre / post 两种缓冲 —— 也就是说触发那一刻，记录里已经有了触发之前的样本。对冲击类事件，起始段就是诊断信息本身；等过了阈值才开始录的系统，恰恰把要的东西丢掉了。

判定分层

本地判定，云端解释

RK3308 没有 NPU。这是一条规格，不是缺陷 —— 它只是把问题的一半固定在了本地。

层	跑在哪	决定什么	输出
特征提取	RK3308	1/3 倍频程与 mel 谱、包络、波峰因数、峭度、跨通道相干与 TDOA	每帧一个特征向量
基线与新颖度	RK3308	与这台设备 / 这座结构投运指纹的偏离	一个分数，以及是哪一段频带造成的偏离
分类与分级	RK3308 + 小模型	已知事件类别与粗分级；其余走经典 DSP 判据	带类别与等级的事件
解释与行动	云端	这个偏离大概意味着什么、该查哪个部件、该开哪张工单、这台与同型号机队相比如何	语言、工单、趋势叙述

这个分工是刻意的。毫秒级必须触发的判据不可能等一次往返；需要机队上下文的叙述也不可能住在没有 NPU 的 1.3 GHz 核上。同时，只上报特征向量与事件、不上报音频，意味着原始录音根本不出场站 —— 这通常本来就是合规要求。

现场坑位

装完之后把信号悄悄改掉的五个地方

坑	症状	怎么处理
风与雨打振膜	低频段整体抬高，把设备签名压掉	防风罩加硬件高通；不要在 ADC 已经削顶之后再用软件滤
通道没标定	波束偏一点点，零点落到了错误的一侧	用单一声源做投运标定，存下每通道增益与时延偏移；换过麦克风后必须重标
节点间时钟不同步	跨节点 TDOA 缓慢漂移，分布式定位失效	一个阵列内共时钟域；节点同步到统一时基，并在采集点打时间戳，而不是上传时打
安装共振	谱上多出一个属于支架、不属于设备的峰	先测空结构，把这条谱并入投运指纹
连续原始采集	存储几天就满，真正有事的那一小时被覆盖掉	用 VAD 前后缓冲，只在事件附近留原始波形，特征则连续留存

这些都不稀奇。它们正是声学监测试点在演示之后失败的原因：算法没问题，是安装把信号悄悄改掉了。

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数据来源

芯片能力 [芯片]：瑞芯微 RK3308 产品页与数据手册 — 8 通道 PDM，单通道最高 192 kHz、16–24 bit、5 线接口；2 × 8 通道 I2S/TDM @ 48 kHz；内嵌 CODEC 含 8 × 24 bit ADC；硬件 VAD 支持模拟麦、I2S 麦与 PDM 麦，多麦阵列支持检测前 / 检测后缓冲。孔径数据 [物理]：由 c = 343 m/s 与 8 个阵元、总长 (N−1)d 在本地现算。数据率 [物理]：按 8 通道 × 24 bit 与标注采样率计算，以二进制 GB 表示。场景频带 [行业]：振动监测、声发射与结构健康监测的通行范围，属工程导引而非实测。本文不含任何已部署 RK3308 阵列的现场实测数据。