利用Beamforming（波束成形法）的声场状态表示

weixin

　　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。