bakalářská práce

Zařízení pro akustický monitoring v náročných povětrnostních podmínkách

Text práce 6.14 MB Příloha 13.74 MB

Autor práce: Bc. Josef Petříček

Ak. rok: 2025/2026

Vedoucí: Ing. Štěpán Miklánek, Ph.D.

Oponent: Ing. Matěj Ištvánek, Ph.D.

Abstrakt:

Tato bakalářská práce se zabývá návrhem a realizací systému pro záznam zvuku v přírodním prostředí s důrazem na provoz v náročných povětrnostních podmínkách. V práci je provedena rešerše dostupných metod a technických řešení v oblasti akustického monitoringu. Na základě rešerše je navržena hardwarová část zařízení postavená na platformě Raspberry Pi s rozšiřující deskou Codec Zero osazenou kodekem DA7212. Analogový předzesilovač je realizován pomocí operačního zesilovače OPA1678, jako snímač zvuku byl zvolen mikrofon POM-2235L-HD-R. Součástí návrhu je rovněž konstrukce napájecího obvodu, návrh desky plošných spojů a ochranného krytu odolného vůči vlhkosti, dešti a větru. Dále je popsán vývoj softwarové části umožňující záznam a uchovávání akustických dat. Zařízení bylo otestováno v laboratorních podmínkách i ve venkovním prostředí při zhoršených povětrnostních podmínkách a výsledky jsou vyhodnoceny z hlediska kvality záznamu, odolnosti zařízení a provozní spolehlivosti.

Klíčová slova:

akustický monitoring, záznam zvuku, Raspberry Pi, mikrofonní předzesilovač, A/D převodník

Termín obhajoby

18.06.2026

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaBznamka

Klasifikace

B

Průběh obhajoby

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.

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Ústav

Studijní program

Audio inženýrství (BPC-AUD)

Specializace

Zvuková produkce a nahrávání (AUDB-ZVUK)

Složení komise

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)

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. Výsledný počet bodů navržený vedoucím: 90

Známka navržená vedoucím: A

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. Otázky k obhajobě:
  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?
Výsledný počet bodů navržený oponentem: 89

Známka navržená oponentem: B

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová