我国成功研制能精确定位噪声元凶声相仪

安_然 · 发表于 2010-10-28 02:03

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我国成功研制能精确定位噪声元凶声相仪

时间：2010-08-03 09:33:49 来源：科学时报作者：

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。