Detección de señal de sonido periódica débil con SNR negativo (será útil bloquear el amplificador)

No creo que puedas detectar un latido usando audio. Déjame explicarte por qué creo que:

1. Detectar un latido del corazón desde una habitación requeriría un micrófono con un rango dinámico enorme. Por rango dinámico, estoy hablando de la diferencia entre el sonido más bajo y el sonido más alto que el micrófono puede detectar. El solo hecho de tener un micrófono muy sensible no ayudará si el micrófono se engancha cuando el aire acondicionado entra en acción o si alguien se aclara la garganta. Un buen micrófono de grabación de estudio tendrá un rango dinámico de alrededor de 130 dB. Mi conjetura es que necesitarás al menos 150 dB, o posiblemente mucho más. Nunca he visto un micrófono que funcione a más de 150 dB.
2. Necesitas detectar señales muy débiles. Que débil Regularmente escucho sistemas digitales con un nivel de ruido de entre -100 dBFS y -140 dBFS, y frecuentemente amplifico la señal, así que todo lo que escucho es el nivel de ruido y nunca he escuchado un latido. He escuchado ruidos básicos de respiración a través de una habitación, pero nunca un latido del corazón. Entonces, SI es posible escuchar un latido desde el otro lado de la habitación, entonces ciertamente está muy abajo. Muy por debajo de lo que pueden hacer los sistemas de audio profesional actuales.
3. Es posible detectar una onda sinusoidal que está por debajo del piso de ruido. Por supuesto, cuanto más baja es la onda sinusoidal, más difícil es detectarlo. La mayoría de las veces, si la onda sinusoidal está 10 o 20 dB por debajo del piso de ruido, es moderadamente difícil de detectar. En teoría, puede detectar una onda sinusoidal en cualquier nivel arbitrario por debajo del piso de ruido, pero requiere más tiempo para detectar (más muestras de audio). El audio puede tardar muchos segundos, posiblemente minutos, en detectar una onda sinusoidal muy baja.
4. Un latido cardíaco no es una onda sinusoidal, y no califica como una onda periódica porque hay grandes variaciones (desde el punto de vista del procesamiento de audio) tanto en la frecuencia del pulso como en el contenido de la frecuencia de audio. Si bien las variaciones no son enormes en el lapso de varios segundos, pueden ser enormes en los muchos segundos o minutos requeridos para detectar una onda sinusoidal, y como no es una onda sinusoidal, se vuelven varios órdenes de magnitud más difíciles. / li>
5. La electrónica para esto será increíblemente difícil. El diseño de un preamplificador de micrófono simple que alimenta un ADC con una SNR de más de 130 dB está más allá de las 10 personas en los Estados Unidos. Necesitará una SNR de 150 a 190 dB, que es varios órdenes de magnitud más difícil que eso. Y no hay ADC con ese nivel de rendimiento.

Le sugiero que utilice un método alternativo para detectar un pulso.

Aquí está un video de un sistema desarrollado por MIT que amplía el movimiento , y hace un muy buen trabajo de detección de latidos del corazón.

También, hay muchos otros sistemas visuales que funcionan más como un oxímetro de pulso pero con una cámara estándar. La tienda de aplicaciones para iPhone tiene muchos de estos. También se ha investigado el uso de algo como el XBox Kinect, o sistemas similares, para detectar un pulso. Cualquiera de estos sistemas sería mucho más fácil (pero no fácil) de implementar que usar un sistema acústico.

El gráfico de latidos que tienes es engañoso. Lo que publicaste es de un ECG y muestra los impulsos eléctricos que impulsan el latido del corazón. Si realmente analiza el sonido del latido del corazón, encontrará que es bastante diferente.

Un latido acústico consiste en ráfagas cortas de una onda sinusoidal de baja frecuencia. Para adultos y niños, la frecuencia está entre 30 y 40 Hz. No sé qué frecuencia tendría el corazón de un bebé. Las ráfagas ocurren donde tu dibujo muestra los grandes picos.

Desearía usar un filtro de paso de banda FIR largo para capturar solo entre 30 y 40 Hz. Un filtro analógico o un IIR que sea lo suficientemente inclinado como para ser útil causará un timbre que enmascarará la señal.

Una tarjeta de sonido de PC normal con un micrófono barato puede mejorar el ritmo cardíaco en un par de pulgadas, y esto con una PC ruidosa típica debajo del escritorio.

Para el micrófono, desearía algo que fuera sensible principalmente a las frecuencias más bajas, y querría protegerlo de sonidos más altos a frecuencias más altas. Un micrófono de pistola probablemente ayudaría: tienden a atenuar las altas frecuencias y la direccionalidad ayudará a rechazar otras fuentes de ruido.

1 rango de medidor debería ser posible. Me has puesto curioso, ahora, así que tendré que intentarlo en algún momento.

Yo respondería que, sí, es posible detectar los latidos del corazón humano desde una distancia. Es usado por fuerzas especiales y no está basado en el sonido. Pero en el efecto Doppler de un cofre en movimiento aplicado sobre una radiación THz.

google para XAVER400.

Esto es esencialmente un problema de análisis de señal de sonar pasivo. Sí, es posible detectar una señal que está a una cantidad de dB por debajo del piso de ruido ambiental (no diré hasta dónde me gustaría mantener mi libertad). Puede mejorar su detección al tener una cantidad de detectores separados espacialmente (micrófonos) y luego generar una serie de "haces" acústicos a partir de las señales de retraso de tiempo recibidas por cada uno de los sensores. Esto permite que la matriz acústica se "vea" en varias direcciones simultáneamente.

Su próximo desafío es diseñar un algoritmo que pueda reconocer la señal deseada en el ruido. Puedo pensar en uno que podría funcionar pero para detectar la señal bajo el ruido, debe estar presente durante un tiempo razonablemente largo y con una frecuencia de pulso esencialmente constante, mientras que la señal está lo suficientemente integrada para permitir su detección.

¿Qué tan lejos está "una distancia"? Es posible que pueda hacerlo funcionar en una habitación silenciosa con un micrófono direccional ("escopeta" o parabólico). El lado de la electrónica probablemente se realice mejor con un equipo de audio comercial de alta calidad y un DAC con tantos bits como pueda permitirse. No hay una manera real de filtrar el ruido en el hardware, aunque podría ayudar algún tipo de filtro de paso bajo en el rango de unos pocos cientos de Hz. Si hay teléfonos móviles alrededor, tendrá un ruido TDMA molesto a 217Hz.

La recuperación de la señal con autocorrelación, etc., es principalmente un problema de procesamiento de la señal, por lo que el software SE probablemente sería mejor.