我國成功研制能精確定位噪聲元兇聲相儀

如果家用電器噪聲很大，許多人可能推測(cè)，這是發(fā)動(dòng)機(jī)出了問題，但實(shí)際未必如此--這其中有不少“冤案”.中科院聲學(xué)所最近研制成功的聲相儀，能準(zhǔn)確判斷問題究竟來自何處。因?yàn)椴贾迷诎l(fā)動(dòng)機(jī)周邊的管道等零部件，也有可能是制造噪聲的元兇。這是人們憑借自身直接聽力很難區(qū)分的問題，采用傳統(tǒng)的單個(gè)傳聲器測(cè)量也無法區(qū)分。唯有聲相儀能夠還發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)“清白”.因?yàn)樵谠S多噪聲源測(cè)試中，實(shí)驗(yàn)人員發(fā)現(xiàn)，不使用聲相儀、僅憑單個(gè)傳聲器有過不少誤診。

讓聲音現(xiàn)形

所謂聲相儀，是一種能給聲場(chǎng)照相的儀器。聲相儀通過測(cè)量聲音傳播的空間信息，準(zhǔn)確地捕捉到不同位置的聲源，并能有效地發(fā)現(xiàn)、辨析在復(fù)雜混合條件下的每一個(gè)聲源。這不僅能給人們直觀的聲場(chǎng)圖像，精準(zhǔn)測(cè)量出每一個(gè)聲源的各項(xiàng)指標(biāo)，而且具有直觀便捷的分析手段。

雖然大部分動(dòng)物發(fā)出的聲音從口腔而來，但就機(jī)器設(shè)備而言，其噪聲來源并不那么單一。一個(gè)設(shè)備中往往存在多個(gè)聲源，且每個(gè)聲源都對(duì)總聲音有貢獻(xiàn)，若想解決機(jī)器設(shè)備的噪聲問題，精確地測(cè)量出發(fā)聲位置非常關(guān)鍵。

據(jù)聲學(xué)所研究員楊亦春介紹，聲相儀包含了一系列先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)和信號(hào)處理新算法。它利用傳聲器陣列，測(cè)量一定范圍內(nèi)的聲場(chǎng)分布，可用于測(cè)量物體發(fā)出聲音的位置和聲音輻射的狀態(tài)，用類似于氣象云圖的方式顯示出直觀的圖像，即聲成像測(cè)量，給人們一個(gè)直觀的聲學(xué)形象。

聲相儀的測(cè)量精度，首先與傳聲器陣列上的陣元分布形式密切相關(guān)，經(jīng)過優(yōu)化的陣型虛像效應(yīng)低，即不會(huì)出現(xiàn)假聲源的現(xiàn)象。此外，聲相儀的測(cè)量精度還與聲成像算法優(yōu)劣相關(guān)，優(yōu)化的算法可以得出精確的聲場(chǎng)云圖，并具有良好的人機(jī)交互功能。

聲相儀工作時(shí)，在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示出陣列檢測(cè)的前方一定區(qū)域的聲壓分布，圖像在屏幕上的色階深度和寬度反映聲場(chǎng)的動(dòng)態(tài)范圍大小，可以用鼠標(biāo)調(diào)節(jié)，既可以拉邊框調(diào)節(jié)大小，又可以用滾輪來調(diào)節(jié)“鏡頭”面大小。程序可以鎖定瞬間聲音，用于捕捉?jīng)_擊聲音；也可以快速切換，用于檢測(cè)瞬變聲場(chǎng)。也就是說，檢測(cè)設(shè)備通過與計(jì)算機(jī)相連，能實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)區(qū)域聲音變化的情況。

排減紛擾

“聲相儀技術(shù)在國際上推廣得如火如荼，但多年來國內(nèi)幾乎沒有生產(chǎn)廠商，目前我國每年大約有上百臺(tái)套的需求，完全依靠進(jìn)口。”

“隨著人們對(duì)機(jī)器設(shè)備噪聲場(chǎng)認(rèn)識(shí)的加深，和各類設(shè)備制造企業(yè)對(duì)噪聲控制越來越重視，各行各業(yè)包括企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)、大學(xué)等都有著具大的需求量。”楊亦春說。

聲相儀的應(yīng)用范圍很廣，幾乎只要有聲音的地方都可能有需求。在日常的生活應(yīng)用中，除了在家電生產(chǎn)廠中檢測(cè)噪聲聲源，從而采取有效措施將噪聲控制在人們能夠接受的范圍內(nèi)，還能測(cè)量汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、輪胎、車窗、駕駛室等部位噪聲，改進(jìn)汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，降低噪聲等級(jí)。

在電廠車間等環(huán)境中，通過聲相儀，可給出電廠或者其他類企業(yè)的噪聲分布，標(biāo)示噪聲產(chǎn)生的位置和強(qiáng)度，幫助找到消除噪聲的方法。

在公路、鐵路上，聲相儀可測(cè)量汽車、高鐵行駛的噪聲分布，有利于設(shè)計(jì)聲屏障和采取降噪措施等。

如果將聲相儀應(yīng)用于舞臺(tái)，可以將陣列置于特定位置，如演播廳的頂、后臺(tái)、前臺(tái)池等，可以用平面陣或球形陣形式，定點(diǎn)定向拾取走動(dòng)人員的說話或者演唱聲音，可使主持人或歌唱者不再手持話筒甚至不再戴話筒，即在舞臺(tái)中央掛一個(gè)球形陣列，裝飾成燈籠形式，可以對(duì)舞臺(tái)每一個(gè)區(qū)域定位拾取聲音，或在舞臺(tái)中央的頂棚懸掛平面螺旋形陣列，便可以對(duì)舞臺(tái)中央?yún)^(qū)域的目標(biāo)聲音進(jìn)行很好的增強(qiáng)。

廣受青睞

聲相儀研制成功并得到應(yīng)用后，國際同行給楊亦春發(fā)來了不少邀請(qǐng)函。有的希望他派學(xué)生合作，開展進(jìn)一步研究，有的則直接購買產(chǎn)品用于實(shí)驗(yàn)測(cè)試。

英國溫切斯特大學(xué)，希望合作開展機(jī)器設(shè)備噪聲的故障診斷；加拿大里賈納大學(xué)，希望開展風(fēng)力發(fā)電機(jī)噪聲控制的合作研究；美國堪薩斯州立大學(xué)，希望合作開展機(jī)械噪聲控制研究；德國漢諾威萊布尼茲大學(xué)，希望聯(lián)合開展聲相儀的應(yīng)用研究；韓國現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)研究所，希望合作研究螺旋陣列聲相儀的研究；比利時(shí)LMS公司、德國AcousticCamera公司等，都表示要通過互訪加強(qiáng)交流。

因?yàn)椋麄冄兄频穆曄鄡x的一些性能已超過國外先進(jìn)產(chǎn)品。如視場(chǎng)內(nèi)無虛像；增益達(dá)到25dB;直徑1米的平面螺旋形聲相儀，其可分離聲源的下限頻率達(dá)到220Hz,國外產(chǎn)品只能達(dá)到500Hz或者600Hz;聲相儀只需要一根USB線與電腦相連，而國外產(chǎn)品都有一至兩根拇指粗的線與超過10公斤的儀器相連。

特別是具有抗混響干擾能力、快速運(yùn)算能力和實(shí)時(shí)顯像能力，聲相儀不僅迎來了國際合作者，也贏得了企業(yè)青睞。