Master's Thesis

Autonomous system for continuous sound level measurement

Final Thesis 5.09 MB Appendix 5.56 MB

Author of thesis: Bc. Petr Šesták

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Štěpán Miklánek, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Jiří Schimmel, Ph.D.

Abstract:

This master thesis focuses on the design of an autonomous device for long-term noise monitoring in natural environments.The proposed measurement platform utilizes a Raspberry Pi in combination with a suitable A/D converter, a low-noise microphone preamplifier, and an electret microphone. The design focuses on overall system architecture, ensuring reliable operation under harsh environmental conditions, and achieving accurate detection of low sound pressure levels.
The software part provides continuous data acquisition, computation of noise level metrics, data storage, and remote data transmission.

Keywords:

Raspberry Pi, A/D converter, microphone, preamplifier, noise monitoring, NBIoT, low noise

Date of defence

11.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaDznamka

Grading

D

Process of defence

Student prezentoval výsledky své práce a komise byla seznámena s posudky. Student obhájil diplomovou práci s výhradami a odpověděl na otázky členů komise a oponenta. Otázky: 1) Jaký mají význam konstanty f1, f2, f3, f4 a A1000 ve vašem kódu pro výpočet koeficientů přenosové funkce váhového filtru A. 2) Uveďte hodnoty dolní a horní hranice dynamického rozsahu všech komponent analogové části zařízení. 3) Uveďte rovnice pro výpočet ekvivalentní hladiny akustického tlaku a časově vážené hladiny akustického tlaku a dejte je do souvislosti s vašim kódem.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Audio Engineering (MPC-AUD)

Specialization

Audio Production and Recording (AUDM-ZVUK)

Composition of Committee

Ing. Jaromír Mačák, Ph.D. (člen)
Doc.Ing.MgA. Ondřej Urban, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Jiří Schimmel, Ph.D. (místopředseda)
RNDr. Lubor Přikryl (člen)
Ing. Ondřej Mokrý, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Štěpán Miklánek, Ph.D.

Práce má výrazně praktický charakter a student v jejím rámci zprovoznil funkční prototyp systému pro kontinuální měření hluku s využitím platformy Raspberry Pi, externího A/D převodníku a NB-IoT komunikace. Výsledné zařízení vzniklo převážně integrací hotových vývojových modulů a výsledkem je proto spíše laboratorní integrační prototyp než plně integrované autonomní zařízení optimalizované pro dlouhodobý provoz v terénu.
Teoretická část práce je zpracována spíše obecně a místy působí jako souhrn základních principů akustiky, Raspberry Pi, NB-IoT a A/D převodníků. Chybí hlubší rešerše současných komerčně dostupných systémů pro environmentální monitoring hluku, jejich parametrů, cenové relace, energetických nároků nebo konstrukčních přístupů. Práce tak pouze omezeně diskutuje praktické výhody a limity navrženého řešení ve srovnání s existujícími zařízeními. Zásadním nedostatkem práce je omezená hloubka experimentálního vyhodnocení. Přestože práce popisuje návrh měřicího řetězce a přepočet hladiny akustického tlaku, chybí detailnější validace parametrů celého systému. Není dostatečně doložena kalibrace vůči referenčnímu hlukoměru ani měření parametrů, jako jsou vlastní šum, frekvenční charakteristika, linearita nebo dynamický rozsah zařízení. Systém nebyl ověřen dlouhodobějším měřením ani reálným nasazením v terénu, takže praktická použitelnost navrženého řešení pro kontinuální monitoring hluku zůstává pouze částečně ověřena. Chybí také podrobnější analýza vlivu mechanické konstrukce, ochranných prvků nebo povětrnostních podmínek na výsledné měření.
Formální úroveň práce je spíše průměrná. Grafické zpracování není vždy dostatečně pečlivé, některé obrázky a schémata jsou méně přehledné a v práci se objevují typografické nedostatky. Část obrazových materiálů je převzatá z externích zdrojů, zatímco vlastních experimentálních výsledků je relativně málo. V textu se objevují také drobné stylistické a sazební problémy, například nejednotné popisky obrázků a tabulek, nevhodně umístěné citace nebo jednopísmenné předložky a spojky na konci řádků. Student pracoval převážně samostatně, přičemž průběžné konzultace s vedoucím práce probíhaly v omezené míře. Celkově student prokázal schopnost realizovat funkční měřicí prototyp a propojit více technických oblastí do jednoho systému. Práce však nedosahuje plné hloubky očekávané u diplomové práce, zejména z pohledu odborné rešerše, validace měřicího řetězce, experimentálního vyhodnocení a úrovně hardwarové integrace. Vzhledem k uvedeným nedostatkům práci hodnotím 68 body/D. Points proposed by supervisor: 68

Grade proposed by supervisor: D

Výstupem diplomové práce měl být návrh a realizace systému určeného pro autonomní záznam a vyhodnocování hladin akustického tlaku vhodné provoz v náročných povětrnostních podmínkách. Za výsledek je ale možné považovat jen potvrzení navrženého konceptu, kdy jsou jednotlivé komerčně dostupné moduly navzájem pospojovány v krabičce vytvořené 3D tiskem. Vlastním přínosem diplomanta je tedy softwarová část, ve které bylo nejvíce pozornosti věnováno komunikaci se serverem. Část pro měření hluku není správně realizována, z kódu není jasné, zda cílem je měřit ekvivalentní hladinu akustického tlaku v časových intervalech nebo pravidelně monitorovat časově váženou hladinu akustického tlaku. Text práce postrádá jakoukoliv teorii k měření hluku a zvukoměrům a ani implementace není řádně popsána, je jen vložen neokomentovaný výpis kódu. V něm je využito funkcí, které v textu nejsou popsány, ale kód evokuje, že je použito exponenciální vyhlazování krátkodobé efektivní hodnoty a nikoliv výpočet časově vážené hladiny. Vše svědčí tomu, že diplomant této části problému neporozuměl a části řešení mohou být převzaté, včetně implementace kmitočtového váhového filtru A, kdy v celém textu nelze najít, odkud diplomant vzal parametry analogové předlohy. V zadání je také uvedeno, že má být umožněn průběžný výpočet základních hlukových ukazatelů, tj. nejen jediné hodnoty.
Schází rešerše dostupných technických řešení, přestože je zadáním vysloveně požadována. Není řádně zdůvodněn výběr komponent pro analogovou část zařízení. Schází rozvaha nad požadovaným dynamickým rozsahem měření a následně výpočet dynamických poměrů na vstupu a výstupu jednotlivých komponent. Z parametrů zvoleného mikrofonu uvedených v tab. 6.3 lze vydedukovat, že má ekvivalentní hladinu šumu 14 dB(A), což je poměrně dobrá hodnota pro daný typ mikrofonu. Jaký je ale vlastní ekvivalentní hladina šumu použitého předzesilovače? Je této hodnotě adekvátní? Je vhledem k dynamickému rozsahu signálu za předzesilovačem nutný 24bitový převodník? Naprosto schází měření parametrů zařízení, jako je zejména dynamický rozsah, zkreslení a směrová charakteristika, a ověření měřených hodnot pomocí ověřeného zvukoměru.
Prezentační úroveň technické zprávy, její rozsah i formální úprava jsou nedostatečné. Text práce má 34 stran, ale část teoretického úvodu není relevantní, např. definice intenzity zvuku, analogového zvukoměru, CPB analýzy nebo principů A/D převodníků. Naopak schází jakákoliv teorie ke zvukoměrům, jejich požadovaným vlastnostem, měření hlukových veličin apod. Využívá převzaté obrázky, které sice cituje, ale často ne původní zdroje, a navíc by je měl překreslit u přeložit do češtiny. Některé obrázky nejsou zcela relevantní, např. na obr. 1.5 je uveden přenos váhového filtru D, ale ten diplomant v textu nezmiňuje. V teoretické části se objevují nesprávná tvrzení nebo definice pojmů. Tragická je rovnice (1.4), kdy součinem úhlového kmitočtu a času násobí symbol ‚sin‘, místo použití jako argumentu funkce sinus. V textu se objevují neslabičné předložky na konci řádku, špatné skloňování nebo stavba věty, překlepy, špatně formátové proměnné a jednotky, ve vzorcích používá symbol * pro násobení, výpisy kódu nejsou číslované a často nejsou v textu řádně popsané.
Minimálně v oblasti hlukových měření nedokázal diplomant čerpat z relevantní literatury, odkazuje se na bakalářské práce, středoškolské učební texty nebo populárně psané nerecenzované on-line zdroje. Jedinou relevantní literaturou uvedenou v seznamu literatury je norma ČSN EN 61672-1, na kterou se však odkazuje jen u vzorce pro výpočet efektivní hodnoty a u popisu kmitočtových váhových filtrů. Topics for thesis defence:
  1. Uveďte rovnice pro výpočet ekvivalentní hladiny akustického tlaku a časově vážené hladiny akustického tlaku a dejte je do souvislosti s vašim kódem.
  2. Jaký mají význam konstanty f1, f2, f3, f4 a A1000 ve vašem kódu pro výpočet koeficientů přenosové funkce váhového filtru A.
  3. Uveďte hodnoty dolní a horní hranice dynamického rozsahu všech komponent analogové části zařízení.
Points proposed by reviewer: 65

Grade proposed by reviewer: D

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová