利用Beamforming(波束成形法)的聲場狀態表示

2021-02-19 聲振之家


近年來,聲場的狀態表示(直觀化)技術的發展非常迅速。過去,一般用聲壓級測量製作等高線圖,或用聲強法製作矢量圖。最近,隨著麥克風越來越便宜,及多通道輸入儀器的開發成功,以及處理設備的突飛猛進發展,過去只能在有限的數點進行測量,而現在已發展到可以數十點同時測量,而且利用麥克風陣列裝置,進行聲響全息法或波束成形法(Beamforming),使得過去很難的聲場狀態表示,現在可高精度、快速地實現。

本文所介紹的系統,是利用麥克風陣列的波束合成法(Beamforming),在風洞試驗室內對汽車的前擋風玻璃窗進行擋風的解析。對於過去只能靠人們聽覺的噪聲評價,用本法可以二維地把握髮生噪聲的能量流向,根據發生噪聲的大小和其流向,進行聲場狀態表示,可以定量地測量和分析。另外,在電腦上與CCD攝像相疊加,可以方便地顯示被測對象的聲學狀態。



如上圖所示,麥克風配置在吊在屋頂上的整個麥克風陣列上,離汽車頂部3米。另外,各個麥克風的間隔約10cm。

雖然測量用麥克風是無指向性,但由於平面狀地配置很多,將測得的數據作加法處理後,結果變成有方向性的麥克風了。 從麥克風陳列正面入射時,各個麥克風的聲壓信號幾乎為同相位,所有這些信號疊加起來,信號就變大了(上圖左下方),當聲音從斜向入射到麥克風時,到達各個麥克風聲音有時間差,將這些噪聲信號疊加起來,有很大部信號互相抵消,所以疊加結果信號變小了(如上圖右邊下方所示)。通過控制波束合成法測量數據的相位,可製作聲壓圖。

風洞實驗的結果如下圖所示,由下圖可知,一車門側反光鏡的迎風躁聲頻率為3150Hz附近。另外,左右車門側反光鏡的形狀不同,迎風躁聲頻率也不一樣。中央的迎風躁聲頻率為4000Hz,高級車的前玻璃窗上有使雨水向上流動的槽,所以這部分和前窗上部不平坦,發出迎風躁聲,(圖左列所示)因此,採取各種辦法,可使迎風躁聲減小,如將其溝槽填平,這部分的迎風聲減少了(中間列數據)如果再將前窗面的不平也修平,則如右側圖示,風聲消失了。這樣可以邊修改邊測定邊觀察,確認各種對策及效果。

聲場的狀態表示技術方法有很多種,應根據測量分析的對象與目的的不同,採用最合適的方法。作為參考,下表對各種測量方法作一粗略對比。


三維聲強法應用例

用聲強法測車廂內聲場的可視化(直觀化)

應用三維聲強法和音色模擬法,可有效地降低噪聲.

冰箱壓縮機的噪聲分析

近距離聲場全息法的用例

本文轉載自易展儀表展覽網,原文來源於由深圳市海之恆儀器商行。

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