weixin 发表于 2018-4-8 16:28

利用Beamforming(波束成形法)的声场状态表示

  近年来,声场的状态表示(直观化)技术的发展非常迅速。过去,一般用声压级测量制作等高线图,或用声强法制作矢量图。最近,随着麦克风越来越便宜,及多通道输入仪器的开发成功,以及处理设备的突飞猛进发展,过去只能在有限的数点进行测量,而现在已发展到可以数十点同时测量,而且利用麦克风阵列装置,进行声响全息法或波束成形法(Beamforming),使得过去很难的声场状态表示,现在可高精度、快速地实现。

  本文所介绍的系统,是利用麦克风阵列的波束合成法(Beamforming),在风洞试验室内对汽车的前挡风玻璃窗进行挡风的解析。对于过去只能靠人们听觉的噪声评价,用本法可以二维地把握发生噪声的能量流向,根据发生噪声的大小和其流向,进行声场状态表示,可以定量地测量和分析。另外,在电脑上与CCD摄像相叠加,可以方便地显示被测对象的声学状态。
  如上图所示,麦克风配置在吊在屋顶上的整个麦克风阵列上,离汽车顶部3米。另外,各个麦克风的间隔约10cm。

  波束合成法的测量原理  虽然测量用麦克风是无指向性,但由于平面状地配置很多,将测得的数据作加法处理后,结果变成有方向性的麦克风了。 从麦克风陈列正面入射时,各个麦克风的声压信号几乎为同相位,所有这些信号叠加起来,信号就变大了(上图左下方),当声音从斜向入射到麦克风时,到达各个麦克风声音有时间差,将这些噪声信号叠加起来,有很大部信号互相抵消,所以叠加结果信号变小了(如上图右边下方所示)。通过控制波束合成法测量数据的相位,可制作声压图。

  测量数据例  风洞实验的结果如下图所示,由下图可知,一车门侧反光镜的迎风躁声频率为3150Hz附近。另外,左右车门侧反光镜的形状不同,迎风躁声频率也不一样。中央的迎风躁声频率为4000Hz,高级车的前玻璃窗上有使雨水向上流动的槽,所以这部分和前窗上部不平坦,发出迎风躁声,(图左列所示)因此,采取各种办法,可使迎风躁声减小,如将其沟槽填平,这部分的迎风声减少了(中间列数据)如果再将前窗面的不平也修平,则如右侧图示,风声消失了。这样可以边修改边测定边观察,确认各种对策及效果。

  要点
  声场的状态表示技术方法有很多种,应根据测量分析的对象与目的的不同,采用最合适的方法。作为参考,下表对各种测量方法作一粗略对比。
  三维声强法应用例
     · 用声强法测车厢内声场的可视化(直观化)
     · 应用三维声强法和音色模拟法,可有效地降低噪声.
     · 冰箱压缩机的噪声分析


  近距离声场全息法的用例
     · 利用近场声全息法,对声场作可视化(直观化研究)


  本文转载自易展仪表展览网,原文来源于由深圳市海之恒仪器商行。

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