Bachelor's Thesis

Acoustic monitoring device for challenging weather conditions

Final Thesis 6.14 MB Appendix 13.74 MB

Author of thesis: Bc. Josef Petříček

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Štěpán Miklánek, Ph.D.

Reviewer: Ing. Matěj Ištvánek, Ph.D.

Abstract:

This bachelor's thesis focuses on the design and implementation of a sound recording system intended for use in natural environments, with emphasis on operation under harsh weather conditions. The work includes a review of available methods and technical solutions in the field of acoustic monitoring. Based on this review, the hardware part of the device is designed around the Raspberry Pi platform with a Codec Zero add-on board equipped with the DA7212 codec. The analog preamplifier is built around the OPA1678 operational amplifier, and the POM-2235L-HD-R microphone was selected as the sound transducer. The design also covers the construction of a power supply circuit, printed circuit board layout, and a protective enclosure resistant to moisture, rain, and wind. The software part enabling the recording and storage of acoustic data is described as well. The device was tested both in laboratory conditions and outdoors under adverse weather conditions. The results are evaluated in terms of recording quality, device durability, and operational reliability.

Keywords:

acoustic monitoring, sound recording, Raspberry Pi, microphone preamplifier, A/D converter

Date of defence

18.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student prezentoval výsledky své práce a komise byla seznámena s posudky. Student obhájil bakalářskou práci a odpověděl na otázky členů komise a oponenta. Jaký vliv měla finální akustická membrána na frekvenční charakteristiku mikrofonního systému a jak byste tento vliv experimentálně ověřil? V práci uvádíte naměřené SNR celého záznamového řetězce přibližně 46 dB. Která část řetězce podle Vás pravděpodobně nejvíce limituje výsledný odstup signálu od šumu? Jak by bylo možné konstrukčně omezit hluk způsobený dopadem dešťových kapek na kryt zařízení, aniž by se výrazně zhoršila akustická průchodnost směrem k mikrofonům? Student dostatečně vystvětlil otázky.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Audio Engineering (BPC-AUD)

Specialization

Audio Production and Recording (AUDB-ZVUK)

Composition of Committee

prof. Ing. Jiří Mekyska, Ph.D. (předseda)
RNDr. Lubor Přikryl (místopředseda)
Ing. Ladislav Káňa (člen)
Ing. Benjamin Nimmerrichter (člen)
Ing. Štěpán Miklánek, Ph.D. (člen)

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

Student během řešení práce prokázal schopnost samostatně nastudovat problematiku akustického monitoringu a navrhnout technické řešení zahrnující analogovou elektroniku, návrh desky plošných spojů, 3D modelování mechanických částí i konfiguraci záznamového systému založeného na platformě Raspberry Pi. Student navrhl vlastní mikrofonní předzesilovač včetně návrhu a výroby DPS. Současně navrhl vlastní ochranný kryt inspirovaný principem SASS a přizpůsobil jej požadavkům dlouhodobého provozu ve venkovním prostředí. Práce obsahuje odpovídající rešeršní část, ve které jsou diskutována komerčně dostupná zařízení, možnosti použitých mikrofonů, A/D převodníků i konstrukčních řešení ochranných krytů. Praktická část následně navazuje vlastním návrhem zařízení a jeho realizací. Pozitivně hodnotím zejména rozsah provedených prací, které zahrnovaly návrh elektroniky, výrobu a osazení DPS, návrh a výrobu mechanických částí pomocí 3D tisku, sestavení funkčního prototypu a jeho laboratorní i venkovní testování. Student provedl základní měření směrových charakteristik, ověřil funkčnost navrženého předzesilovače, posoudil chování zařízení při provozu ve venkovních podmínkách a prezentoval ukázky získaných nahrávek včetně spektrogramů.
Přestože práce obsahuje několik drobných formálních a stylistických nedostatků a některé technické aspekty by mohly být diskutovány podrobněji, zejména z hlediska hlubší analýzy dosažených výsledků a zdůvodnění některých konstrukčních rozhodnutí, nemají tyto nedostatky zásadní vliv na celkovou kvalitu práce. V textu se místy objevují příliš krátké odstavce a fragmentované pasáže, které narušují plynulost odborného výkladu. Dále se v práci vyskytují osamocené řádky na konci stránek a u prezentovaných spektrogramů by bylo vhodné doplnit popisy os pro jednoznačnější interpretaci výsledků. Za drobný nedostatek považuji také, že finálně použitý elektretový mikrofon není zařazen mezi mikrofony podrobně porovnávané v rešeršní části práce. Student splnil zadání a vytvořil funkční zařízení, které může sloužit jako základ pro další rozvoj podobných monitorovacích systémů. Celkově práci hodnotím 90 body/A. Points proposed by supervisor: 90

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Matěj Ištvánek, Ph.D.

Předložená práce se zabývá návrhem a realizací zařízení pro akustický monitoring v náročných povětrnostních podmínkách. Práci hodnotím jako poměrně zdařilou. Oceňuji, že student vytvořil funkční prototyp zařízení, který zahrnuje elektronickou, mechanickou i softwarovou část. Kvituji zejména laboratorní ověření směrových charakteristik, praktické testování voděodolnosti a provozu v exteriéru a také snaha diskutovat zjištěná omezení, například hluk způsobený dopady dešťových kapek na kryt, riziko přebuzení záznamu nebo omezenou výdrž bateriového napájení.
Slabší stránkou práce je menší hloubka některých technických vyhodnocení. Měření SNR je spíše orientační a neumožňuje jednoznačně určit, která část záznamového řetězce nejvíce omezuje výslednou kvalitu. Vzhledem k zaměření práce by bylo vhodné také detailněji vyhodnotit vliv finální akustické membrány a větrné ochrany na frekvenční charakteristiku systému.
Po formální stránce je práce srozumitelná, ale obsahuje řadu nedostatků. V textu se objevují nezvykle velké mezery mezi odstavci a kapitolami, například v okolí stran 25 a 31. Některé obrázky jsou zbytečně velké nebo nevhodně rozmístěné, například na straně 36. Rovnice na straně 44 je odsunuta od souvisejícího textu a působí typograficky nevyváženě. Spektrogramy v závěrečné části práce by měly mít jasně popsané osy, aby bylo možné přesněji interpretovat časové a frekvenční složky záznamu. V práci se vyskytují také překlepy a drobné jazykové nepřesnosti.
I přes uvedené připomínky práce splňuje zadání. Student prokázal schopnost navrhnout, realizovat a experimentálně ověřit funkční zařízení pro akustický monitoring v terénu. Práce má praktický přínos a může sloužit jako dobrý základ pro další vývoj, zejména v optimalizaci spotřeby, přístupu k datům a přesnějšímu testování jednotlivých částí celého řetězce. Hodnotím celkově 89/B. Topics for thesis defence:
  1. Jaký vliv měla finální akustická membrána na frekvenční charakteristiku mikrofonního systému a jak byste tento vliv experimentálně ověřil?
  2. V práci uvádíte naměřené SNR celého záznamového řetězce přibližně 46 dB. Která část řetězce podle Vás pravděpodobně nejvíce limituje výsledný odstup signálu od šumu?
  3. Jak by bylo možné konstrukčně omezit hluk způsobený dopadem dešťových kapek na kryt zařízení, aniž by se výrazně zhoršila akustická průchodnost směrem k mikrofonům?
Points proposed by reviewer: 89

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová