이중 마이크 아키텍처는 원격 모니터링에서 에너지 효율성과 데이터 정밀도 간의 충돌을 해결하기 위해 사용됩니다. 이 시스템은 저전력 MEMS 마이크를 지속적인 "감시" 역할로 사용하여 일반적인 소음 활동을 감지하고, 잠재적인 군집 발생이 감지될 때만 고성능 일렉트릿 마이크를 트리거하여 상세한 오디오를 캡처합니다.
원격 모니터링 시스템은 종종 빠른 배터리 소모 또는 불충분한 데이터 품질로 인해 실패합니다. 이 아키텍처는 저에너지 센서에 탐지를 위임하고 고충실도 센서에 분석을 위임함으로써 전원 공급 장치를 고갈시키지 않고 24시간 연중 감시를 달성합니다.
이중 센서 전략 이면의 엔지니어링
MEMS 마이크의 역할
MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems) 마이크의 주요 기능은 에너지 효율적인 감시입니다. 이 마이크는 최소한의 전력만 필요하므로 24시간 연중 작동에 이상적입니다.
MEMS 마이크는 복잡한 오디오 데이터를 분석하는 대신 간단한 음압 수준(SPL)을 모니터링합니다. 소음 볼륨이 특정 임계값을 초과하면 인터럽트 회로를 트리거하여 시스템의 나머지 부분을 깨웁니다.
일렉트릿 마이크의 역할
일렉트릿 마이크는 고충실도 분석기 역할을 합니다. MEMS 마이크가 상당한 활동을 감지하고 시스템을 깨우도록 트리거할 때까지 절전 상태로 유지됩니다.
활성화되면 일렉트릿 마이크는 고샘플링 속도 녹음을 수행합니다. 이 수준의 오디오 품질은 여왕벌의 파이핑 및 군집을 나타내는 특정 날갯짓 주파수와 같이 벌집의 미묘한 음향 뉘앙스를 포착하는 데 필수적입니다.
마이크 하나만으로는 충분하지 않은 이유
고성능 일렉트릿 마이크를 지속적으로 사용하면 장기간 원격 배치를 위해 배터리가 너무 빨리 소모됩니다. 반대로 저전력 MEMS 마이크만 사용하면 일반적인 벌집 소음과 특정 군집 전조를 정확하게 구별하는 데 필요한 감도나 주파수 응답이 부족할 수 있습니다.
음향 데이터 분석
스펙트럼 특성
일렉트릿 마이크가 고품질 오디오를 캡처하면 시스템은 소리의 스펙트럼 특성을 분석합니다. 여기에는 오디오 주파수를 분해하여 벌 날갯짓의 특정 서명을 식별하는 작업이 포함됩니다.
비침습적 평가
이 음향 데이터는 여왕벌 활동 및 전반적인 군집 건강을 원격으로 평가할 수 있게 합니다. 이러한 소리를 해석함으로써 양봉가는 빈번한 수동 벌집 검사로 인한 스트레스와 방해 없이 중요한 통찰력을 얻을 수 있습니다.
절충 사항 이해
복잡성 대 수명
두 개의 마이크를 구현하면 회로 설계 및 펌웨어 로직의 복잡성이 증가합니다. 데이터 손실을 피하기 위해 "깨우기" 지연 시간을 관리하고 MEMS 트리거와 일렉트릿 녹음 간의 "핸드오프"가 즉시 발생하도록 해야 합니다.
그러나 수명을 위해서는 절충이 필요합니다. 단일 고충실도 마이크를 지속적으로 작동하는 것은 현장에서 몇 주 또는 몇 달 동안 지속되도록 설계된 배터리 구동 시스템에는 실용적이지 않습니다.
트리거 감도 위험
녹음을 트리거하기 위해 음압 수준(볼륨)에 의존하면 거짓 음성의 위험이 있습니다. 생물학적 이벤트(약한 여왕벌의 파이핑과 같은)가 전반적인 볼륨의 상당한 증가 없이 발생하면 MEMS 마이크가 시스템을 트리거하지 못할 수 있으며 이벤트가 놓칠 수 있습니다.
목표에 맞는 올바른 선택
원격 음향 모니터링 시스템을 설계하거나 선택할 때 특정 데이터 요구 사항을 고려하십시오.
- 주요 초점이 배터리 수명인 경우: 대부분의 모니터링 작업을 처리하기 위해 저전력 MEMS 센서를 사용하는 웨이크온사운드 아키텍처를 우선시하십시오.
- 주요 초점이 데이터 세분성인 경우: 보조 일렉트릿 센서가 연구 중인 생물학적 이벤트의 특정 주파수 서명을 포착할 만큼 충분히 높은 샘플링 속도를 갖도록 하십시오.
이 하이브리드 접근 방식은 원격 배포의 작동 수명을 희생하지 않고 중요한 생물학적 데이터를 캡처하도록 보장합니다.
요약 표:
| 기능 | MEMS 마이크 | 일렉트릿 마이크 |
|---|---|---|
| 주요 기능 | 저전력 "감시" | 고충실도 분석 |
| 작동 상태 | 상시 작동 (24/7) | 트리거될 때까지 휴면 |
| 데이터 유형 | 음압 수준 (SPL) | 고샘플링 속도 오디오 |
| 전력 소비 | 초저가 | 높음 |
| 주요 이점 | 배터리 수명 연장 | 날갯짓/여왕벌 파이핑 캡처 |
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참고문헌
- Fiona Edwards Murphy, Pádraig M. Whelan. An automatic, wireless audio recording node for analysis of beehives. DOI: 10.1109/issc.2015.7163753
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