Поспостерігайте за тим, як хтось вибирає кавун, і ви побачите цілий ритуал: підняти, постукати, прислухатися, насупитися, повторити. Це схоже на народні забобони. Але це не так. Постукування — це імпульс, кавун — це резонуюче тіло, а звук у відповідь кодує стан того, що всередині. Проблема ніколи не полягала у фізиці — проблема була в тому, що недосвідчені вуха по-різному розуміють, що означає «звучить глухо».
У мікрофона телефону такої проблеми немає.
Фізика у двох числах
Постукайте по фрукту, і він коротко зазвучить — виникне затухаюче коливання тривалістю кілька десятків мілісекунд, яке називається згасанням звуку. Два параметри цього згасання вказують на стиглість:
- Домінантна резонансна частота. Фрукт вібрує на частотах, які визначаються його пружністю, розміром та внутрішньою структурою. Коли м'якоть розм'якшується під час дозрівання, пружність падає, а разом з нею знижується і резонансна частота. Це науково обґрунтована основа акустичного тестування твердості — той самий принцип, який використовують промислові лінії сортування фруктів з контактними датчиками.
- Коефіцієнт затухання. Як швидко згасає звук. Стигла, водяниста, менш щільна м'якоть поглинає енергію коливань швидше, ніж тверда, тому обвідна згасання стає крутішою. Перестигла, пухка диня майже не звучить — це те саме «глухе гупання», про яке застерігає кожен путівник покупця, але виражене кількісно.
Виявити момент удару, виділити згасання звуку, отримати його спектр, вилучити ці два параметри. Жодних надзусиль щодо якості мікрофона не потрібно — що підводить нас до частини, яка насправді є складною.
Чому «розумне» аудіо вашого телефона — це ворог
Кожен телефон постачається з аудіотрактом, створеним для телефонних дзвінків: автоматичне регулювання посилення, шумозаглушення, ехокомпенсація. Усі три чинники є катастрофічними для вимірювання. Регулювання посилення змінює рівні посеред запису, а шумозаглушення спеціально розроблене для видалення коротких немовленнєвих перехідних процесів — чим і є удар.
Тому тест на постукування записує через необроблений аудіошлях платформи: сирі семпли на частоті 48 kHz, без покращень, без коливань посилення. Це найважливіше інженерне рішення в усій функції, і воно непомітне в інтерфейсі користувача.
Чому ці параметри працюють на різних телефонах: резонансна частота є властивістю фрукта, а не мікрофона. Різні телефони чують один і той самий удар з різною гучністю та різним забарвленням, але частота піка та швидкість його згасання залишаються незмінними. Спираючись лише на такі стійкі до способу збудження відносні параметри, ми робимо показання порівнянними між пристроями без індивідуального калібрування кожного з них.
Від двох чисел до вердикту — чесна версія
Ось частина, яку більшість сторінок продуктів оминають увагою. Ці параметри реальні, а фізика — науково підтверджена, але вердикт на кшталт «стиглий, 85% впевненості» потребує класифікатора, а класифікатор хороший лише настільки, наскільки хороші розмічені фрукти, на яких його навчали. Лабораторні набори даних невеликі, фрукти вирощені в одному кліматі й в один сезон. Модель, навчена на них, просто зганьбиться у вашому супермаркеті.
Тому система побудована на іншій ставці: кожен скан має стати розміченим зразком. Ви постукуєте по дині в магазині. Пізніше ви розрізаєте її — і тепер знаєте істину. Застосунок дозволяє додати цю еталонну мітку до вимірювання вже після факту: стигла, недостигла, перестигла та яка вона була на смак. Постукування зайняло три секунди, мітка потребує ще одного дотику; разом вони утворюють навчальний приклад реального фрукта в реальному магазині, записаний на реальному телефоні.
Кожне вимірювання зберігається під об'єктом, якому воно належить — цією динею у вашому каталозі — тож історія фрукта, по якому постукали у вівторок і який розрізали в суботу, залишається зв'язаною. Цей зворотний зв'язок від багатьох користувачів, фруктів та моделей телефонів формує набір даних, який лабораторні дослідження не здатні створити. Класифікатор покращується саме тому, що люди використовують тест на постукування, а не навпаки.
Поза фруктами: той самий удар, інші матеріали
Тест на постукування має споріднену функцію, спрямовану на матеріали, а не на продукти: постукайте по стільниці, стіновій панелі чи загадковій «дерев'яній» поверхні, і той самий аналіз згасання звуку відрізнить масив від шпону, щільний матеріал від пустотілого. Цільна деревина, МДФ, камінь і пустотілий гіпсокартон звучать по-різному саме в тих вимірах, які оцінює тест для фруктів — резонанс і затухання. Один фізичний принцип, дві абсолютно різні поїздки за покупками.
Спробуйте чесно
Якщо ви використовуєте тест на постукування сьогодні, ставтеся до нього як до інструмента, а не як до оракула: постукуйте в одному й тому самому місці, бийте міцно кісточкою пальця і — це наше прохання — позначайте фрукт після того, як розріжете його. Ви не просто перевіряєте диню, ви навчаєте систему перевірки динь.
Щоб отримати ширше уявлення про те, що сенсори телефону можуть вимірювати, окрім постукувань, почніть з огляду інструментів.