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我国成功研制能精确定位噪声元凶的声相仪

新品抢鲜中国仪表网2010年08月03日 10:19人气:4210

  如果家用电器噪声很大,许多人可能推测,这是发动机出了问题,但实际未必如此——这其中有不少“冤案”。中科院声学所最近研制成功的声相仪,能准确判断问题究竟来自何处。因为布置在发动机周边的管道等零部件,也有可能是制造噪声的元凶。这是人们凭借自身直接听力很难区分的问题,采用传统的单个传声器测量也无法区分。唯有声相仪能够还发动机一个“清白”。因为在许多噪声源测试中,实验人员发现,不使用声相仪、仅凭单个传声器有过不少误诊。

让声音现形

  所谓声相仪,是一种能给声场照相的仪器。声相仪通过测量声音传播的空间信息,准确地捕捉到不同位置的声源,并能有效地发现、辨析在复杂混合条件下的每一个声源。这不仅能给人们直观的声场图像,精准测量出每一个声源的各项指标,而且具有直观便捷的分析手段。

  虽然大部分动物发出的声音从口腔而来,但就机器设备而言,其噪声来源并不那么单一。一个设备中往往存在多个声源,且每个声源都对总声音有贡献,若想解决机器设备的噪声问题,精确地测量出发声位置非常关键。

  据声学所研究员杨亦春介绍,声相仪包含了一系列先进的测量技术和信号处理新算法。它利用传声器阵列,测量一定范围内的声场分布,可用于测量物体发出声音的位置和声音辐射的状态,用类似于气象云图的方式显示出直观的图像,即声成像测量,给人们一个直观的声学形象。

  声相仪的测量精度,首先与传声器阵列上的阵元分布形式密切相关,经过优化的阵型虚像效应低,即不会出现假声源的现象。此外,声相仪的测量精度还与声成像算法优劣相关,优化的算法可以得出精确的声场云图,并具有良好的人机交互功能。

  声相仪工作时,在计算机屏幕上显示出阵列检测的前方一定区域的声压分布,图像在屏幕上的色阶深度和宽度反映声场的动态范围大小,可以用鼠标调节,既可以拉边框调节大小,又可以用滚轮来调节“镜头”面大小。程序可以锁定瞬间声音,用于捕捉冲击声音;也可以快速切换,用于检测瞬变声场。也就是说,检测设备通过与计算机相连,能实时显示检测区域声音变化的情况。

排减纷扰

  “声相仪技术在国际上推广得如火如荼,但多年来国内几乎没有生产厂商,目前我国每年大约有上百台套的需求,完全依靠进口。”

  “随着人们对机器设备噪声场认识的加深,和各类设备制造企业对噪声控制越来越重视,各行各业包括企业、研究机构、大学等都有着具大的需求量。”杨亦春说。

  声相仪的应用范围很广,几乎只要有声音的地方都可能有需求。在日常的生活应用中,除了在家电生产厂中检测噪声声源,从而采取有效措施将噪声控制在人们能够接受的范围内,还能测量汽车发动机、轮胎、车窗、驾驶室等部位噪声,改进汽车结构设计,降低噪声等级。

  在电厂车间等环境中,通过声相仪,可给出电厂或者其他类企业的噪声分布,标示噪声产生的位置和强度,帮助找到消除噪声的方法。

  在公路、铁路上,声相仪可测量汽车、高铁行驶的噪声分布,有利于设计声屏障和采取降噪措施等。

  如果将声相仪应用于舞台,可以将阵列置于特定位置,如演播厅的顶、后台、前台池等,可以用平面阵或球形阵形式,定点定向拾取走动人员的说话或者演唱声音,可使主持人或歌唱者不再手持话筒甚至不再戴话筒,即在舞台中央挂一个球形阵列,装饰成灯笼形式,可以对舞台每一个区域定位拾取声音,或在舞台中央的顶棚悬挂平面螺旋形阵列,便可以对舞台中央区域的目标声音进行很好的增强。

广受青睐

  声相仪研制成功并得到应用后,国际同行给杨亦春发来了不少邀请函。有的希望他派学生合作,开展进一步研究,有的则直接购买产品用于实验测试。

  英国温切斯特大学,希望合作开展机器设备噪声的故障诊断;加拿大里贾纳大学,希望开展风力发电机噪声控制的合作研究;美国堪萨斯州立大学,希望合作开展机械噪声控制研究;德国汉诺威莱布尼兹大学,希望联合开展声相仪的应用研究;韩国现代科学技术研究所,希望合作研究螺旋阵列声相仪的研究;比利时LMS公司、德国Acoustic Camera公司等,都表示要通过互访加强交流。

  因为,他们研制的声相仪的一些性能已超过国外先进产品。如视场内无虚像;增益达到25dB;直径1米的平面螺旋形声相仪,其可分离声源的下限频率达到220Hz,国外产品只能达到500Hz或者600Hz;声相仪只需要一根USB线与电脑相连,而国外产品都有一至两根拇指粗的线与超过10公斤的仪器相连。

  特别是具有抗混响干扰能力、快速运算能力和实时显像能力,声相仪不仅迎来了国际合作者,也赢得了企业青睐。
(本文来源:《科学时报》转载请注明出处
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