声学检测（共9篇）
声学检测 篇1
0 前言
当人际活动在人们的正常生活中起着越来越重要的作用时,嗓音就关系着人们的生存质量和乐趣,但嗓音方面的疾病却又不时困扰着各类职业的人群。以嗓音疾病为研究对象的嗓音医学是在传统耳鼻喉科的基础上发展起来,并分离为独立的边缘学科。
嗓音的声学检测是喉功能检查的客观手段。发音是喉的重要功能之一,喉疾病往往出现发音障碍,所以嗓音的检查一直为喉科医生、言语病理学家所重视。检查的目的是:(1)动态观察病变的转换情况,(2)判断病变的程度与范围,(3)估计发音障碍的程度与范围,(4)对预后的估计,(5)判断治疗效果,(6)对部分病例的诊断也起重要作用[1]。
1 主要参数与检测法
1.1 嗓音声学检测方法及主要参数
嗓音声学检测可分为两种,一种是靠主观的听觉检查,但此方法有主观性,概念定义得不清,目前国际尚无统一标准。另一种是客观的声学检查,即采用电子仪器测量各种参数,如基频、基频微扰、振幅微扰、谐噪比等[2]。用这种声学参数进行分析,可对嗓音客观地进行声学评价:即可量化发音质量,较为客观地评价治疗效果、手术质量以及病态的发展情况等等。
(1)基频:(fundamental frequency,简称F0)及基频标准偏差(S.D.F0)。基频为声带振动的最低固有频率,以Hz为单位,表示声带每秒振动的次数;基频标准偏差为一个基频偏差量的测量值。
(2)基频微扰:(pitch perturbation,简称jitter),用来描述相邻周期之间声波基频的微小变化,又称音调扰动。
(3)振幅微扰:(amplitude perturbation,简称shimmer),描述相邻周期之间声波幅度的微小变化。
(4)谐噪比:(H/N),反映嗓音信号中谐音成分与噪音成分的比例。
(5)声门噪声能量(NNE),是指总的声音能量减去谐波能量。
其中jitter是shimmqer客观指标,能反映发音障碍的情况;而谐噪比是嘶哑的一个客观指标,对发现疾病、判断疗效有重要意义;声门噪声能量是指在发音过程中声门漏气所产生的噪声的程度。
1.2 声学参数测定及分析
嗓音综合评价是临床检查喉疾患的重要手段,以往的报道多是舒适发声的检测结果分析。而发声分为胸声区及假声区(头音);胸声区包括真声最低音、舒适音、真声最高音,是由声带整体振动产生的;假声是由声带边缘或局部振动产生的,因此只作舒适音检测似有不足。为了能概括全音域声学参数的变化,对受试者要进行真声最低音、舒适者、真声最高音、假声最高音四种发音方式的检测。
1.3 受试对象
随机挑选(20~25)岁,男女各30名,发声正常,无喉病及上呼吸道感染,体检喉部均正常。
测试方法:选用/i/音为受试声样,环境噪声控制45d B SPL以下,口距麦克风(10~15)cm,受试者经过短暂发音训练后,分别用真声最低音、舒适音、真声最高音、假声最高音平稳地发声,持续3s~5s,声波信号经过A/D转换成数字信号,输入计算机内存,以每位受试者各声样平稳段中提取50个周期进行分析。计算机可自动显示出受试者四种发声方式的频率微扰(jitter)、振幅微扰(shimmer)、归一化的声门噪声能量(NNE)、基频(F0)、基频标准差(SDF0)值,并计算出男女的真声音域和假声音域。
2 结果
2.1 健康男性嗓音分析结果(见表1)
经方差分析表明,真声最低音的jitter值明显大于舒适音(P<0.01或0.05),真声最高音、真声最低音和假声最高音的NNE、F0、SDF0值与舒适音相比均有显著差异(P<0.01),可见男性成人发声方式中,真声最低音的jitter、shimmer、NNE值最大,依次为假声最高音、舒适音、真声最高音。
2.2 健康女性嗓音分析结果(见表2)
经方差分析表明,真声最最低音的jitter、shimmer、NNE值最大,与舒适音之间有明显差异(P<0.05或<0.01),而真声最高音的值最小(P<0.05或<0.01),舒适音与其它三种发音之间的F0值差异显著(P<0.05),假声最高音与舒适音之间的SDF0值有差异(P<0.05),由此看出,健康女性四种发声方式之间真声最低音的jitter、shimmer、NNE值最大,即真声最低音的嗓音质量最差,依次为假声最高音、舒适音、真声最高音。
2.3 四种发声方式的男女两性间的对比
经样本均数的方差分析结果表明:发舒适音和真声最低音的jitter值男女之间有差异(P<0.05),四种发声方式的shimmer、NNE值男女之间无差异(P>0.05),而F0值差异显著(P<0.01),舒适音的SDF0(P<0.05)值间有差异。
3 讨论
舒适发声仅仅是音域的一部分,不能代表人发声音域全部,日常生活也不仅仅只是舒适发音。以上四种发声方式的检测,可以概括音域的全貌,无论男性女性,其jitter、shimmer、NNE值的大小依次为真声最低音、假声最高音、舒适音、真声最高音,即嗓音质量综合评价中最优的并不是舒适音,而是真声最高音,真声最低音最差。因为人在日常生活中很少用真声最低音,所受训练少,且发真声最低音时要求喉内肌均处于松弛状态,控制和协调肌肉运动较困难,故真声最低音时频率和振幅扰动大,声门噪声亦高。所以测试嗓音时不能单一测试舒适音,有的喉疾患者早期发舒适音可能正常,但发假声和真声最低音时某些声学参数可能已出现了异常,所以研究嗓音变化应多种发声方式同时测试,以利于疾病的早发现和早期诊断[3]。
归一化的NNE是测量发声中的湍流噪声能量,利用梳状滤波器,从总的嗓音能量中减去谐波信号的能量,就得到NNE。由于该仪器使用梳状滤波器,在判别不同类型的病理嗓音方面NNE比H/N更灵敏。因为不同的病理嗓音类型是建立在正常嗓音和病理嗓音数据库基础上的,从本文测试结果可以看出四种发声方式的NNE值是不同的,真声最低音最大,真声最高音最小[4]。
本文所做的是健康男性、女性嗓音分析,而利用四种发音方式的检测及相关分析可探讨病态嗓音声学变化的规律,对不同种类的疾病,或同一疾病的术前、术后的嗓音改善程度进行评估。尚需大量病例总结其中的规律,并设疾病组、对照组等,进行大量的统计学计算。
发音是喉的主要功能之一,所以发音的检查是喉功能检查不可缺的中心环节,但发音功能是多维的,不可只用单一方法来评定喉的总体功能,用任何一种发音检查不论多有效,也只能估计喉功能的某一个侧面[5]。目前除个别情况以外,很难用于诊断,多数情况下是用于动态观察发音障碍的轻重或嘶哑的轻重、各级病变的轻重等[6]。
参考文献
[1]杨式麟.嗓音医学基础与临床[M].沈阳:辽宁科学技术出版社,2001.
[2]黄鹤年.现代耳鼻咽喉头颈外科学[M].上海:复旦大学出版社,2003.
[3]江德胜,余善居.嗓音外科学[M].北京:世界图书出版公司,2004.
[4]张守杰,江德胜.嗓音病的防治[M].上海:上海中医药大学出版社,2002.
[5]Frowne J,Perry A.Reasons for success or failure in surgicalvoice restoration after total laryngectomy[J].Laryngol Otol,2001,115(5):393.
[6]Mc Anliffe MJ,Ward EC,Bassett L.Functional speechoutcomes after laryngectomy and pharyngolaryngectomy[J].Arch Otolaryngol Head Neck Surg.2000,126(6):705.
声学检测 篇2
随堂练习
1．声音是靠物体的________产生的，声音能在______、_______、_______物质中传播，但不能在________中传播．
2．龙舟赛时，阵阵鼓声是鼓面的__________而产生的，并经_________传入人耳．
3．如图3-1-5所示，图甲为人敲鼓，能发出悦耳动听的鼓声，这说明声音是由于物体_______________________产生的；图乙为抽去玻璃罩内的空气，就听不到铃声，说明声音的传播依赖于________________．
4．钓鱼时不能大声喧哗，因为鱼听到人声就会被吓走，这说明
______________．
5．如图，当敲响音叉后用悬吊着泡沫塑料接触发声的叉股时，泡沫球会被______，这个实验说明一切正在发声物体都在___________．这个实验利用泡沫塑料被音叉弹开是为了：____________________。
6．东城小学的同学敲锣打鼓列队欢送新兵入伍，这锣声、鼓声是由于锣面和鼓面的_________产生的，再通过_________向四周传播开来．
7．夜晚，进行侦察的侦察员为了及早发现情况，常将耳朵贴在大地上倾听敌人的马蹄声，是因为声音在固体中比气体传播得______．
8．常温下声音在空气中的传播速度为_____米／秒．
9．通常我们听到声音是靠____________传播的．
10．声音是由于物体的_________而产生的，声音的传播需要_________．
教师之家（）
声音的产生于传播练习题
一、填空题
1.凡是发声的物体都在_________，发声体的_________ 停止了,发声也就停止了.2.通常情况下，声音在固体中比在液体中传播得_________，声音在水中比在空气中传播得_________.15 ℃时声音在空气中的传播速度是_________ m/s.3.雷雨天总是先看到闪电后听到雷声，这是因为_________
4.甲乙两个同学研究声音的传播现象，甲同学把耳朵贴在一根很长的钢管上，乙同学在钢管的另一端敲了一下，甲同学能够听到_________次敲击声.5.你知道超音速飞机吗？按常温下声音的传播速度计算，超音速飞机的速度至少应大于_________ km/h.6.声音要靠_________传播，某同学测出声音在空气中2 s的时间内传播的距离是690 m，由此他计算出声音在空气中传播的速度是_________m/s.7.我们知道月球上没有空气，登上月球的宇航员们即使相距很近，也听不到对方的讲话声，这是因为________________不能传声.二、选择题
8.（多选）关于声音的发生，下列说法中正确的是
A.物体只要振动就一定能发出声音
B.声源一定在振动
C.不振动的物体不发声
D.振动快的物体能发声，振动慢的物体不能发声
9.在相同的条件下，声音在下列三种介质中传播速度由小到大的排列顺序是
A.铝、海水、空气
C.空气、铝、海水B.铝、空气、海水 D.空气、海水、铝
10.你有这样的体会吗？当你在旷野里大声唱歌时，不如在房间里大声唱歌听起来响亮.下列说法中正确的是
A.旷野里空气稀薄
B.在房间里原声和回声混在一起，使原声加强
C.房间里空气不流动
D.以上说法都不对
11.当气温是15 ℃时，你要想听到自己的回声，你到障碍物的距离至少为
A.340 m
D.17 m
12.下列说法中正确的是
A.在教室里讲话时听不到回声是因为教室里没有回声
B.百米比赛时，计时员听到发令枪响时开始计时
C.声音在空气中的传播速度是340 m/s
教师之家（）B.170 mC.34 m
D.声音能够在任何物体中传播
三、计算题
13.某同学走在两山之间大喊一声，听到一个回声，经过6 s后又听到另一个回声.这个同学到两山的距离分别是多少？（已知两山相距1200 m，当时气温为15 ℃）
14.我们可以利用回声测量海洋的深度，当从海面发出声音3 s后接收到回声时，测量出此处海洋的深度是多少？（声音在海水中的传播速度是1540 m/s）
15.某实验小组为了测定声音在水中传播的速度，使两只船在水中相距17 km.一只船上的学生将一个发声体放入水中，当发声体发声的同时，船上的灯闪亮；另一只船上的学生在水里放一个听声器，他们看到灯闪亮后经过11 s收到了发声体的声音.请问他们测出声音在水中传播的速度是多大？
16.某司机驾驶汽车穿过山洞后以54 km/h的速度向远离高山的方向驶去，司机在鸣笛4 s后听到了鸣笛的回声.问此时汽车离高山的距离有多远？
声学检测 篇3
滚子轴承线路声学检测系统的开发和实现仍然是铁路工业的目标。铁路工业1994年利用美国联邦铁路局(FRA)资助的合作项目继续向这个目标努力,通过该项目建立了轴承缺陷声学信号公共数据库。北美铁路协会(AAR)也参与了这个合作项目,并在其战略研究项目的赞助下,在FRA的运输技术中心(TTC)开始进行检测系统样机的初步开发。1999年,AAR研究项目结束,由AAR附属的运输技术中心公司利用其内部资源着手完成专用系统的开发与实现。现在数台轴承声学检测系统样机已在北美、南非和澳大利亚投入使用。将利用这些检测系统获得的数据,开发出可运用于任何重载货运铁路的锥形滚子轴承检测系统。该检测系统可预警轴承内部缺陷,从而在轴承过热前拆除轮对,避免运行中断。
北美铁路系统每年平均报道了40起～60起与轴承损坏有关的事故。每年因脱轨带来的损失估计达2 400万美元。即使沿干线约每40 km(25 mile)安置数千个热探测器,与轴承有关的脱轨统计数据仍不能令人满意。基于缺陷预警的探测系统具有消除列车运行中断的优点,从而避免了列车延误,有助于列车准点和客户满意。长期来看,采用预警系统或预防型检测器是有益的,可避免脱轨,允许在更方便的场合和最佳时机从运用中拆除有缺陷的轴承,并减少了热轴的出现。
2 目标
线路声学检测系统(TADS)开发的目标是率先实现轴承声学检测,避免运用中轴承损坏(如烧毁)和减少热轴出现。实现的途径是提前指出轴承内部缺陷和/或功能退化。北美TADS于2000年5月全面投入使用。为获得更多的检测算法训练数据,2000年10月—2001年8月还在国际上安装了3套系统。安装前,每套系统均进行过列车试验。初期试验在FRA的运输技术中心(位于科罗拉多州普韦布洛市)进行,并与铁路运营商一起对国际系统进行了试验。在TTC进行的试验是为缺陷识别准备初步的数据算法,在国际站点进行的试验用于评价系统的初始性能和为进一步训练获取补充数据。拆除轴承并进行检查,以为系统的最终训练获取大量典型的使用缺陷。之所以能在国际上安装TADS,是因为几个铁路公司自愿支持该技术的发展,并拥有少量自备重载货车供利用。当训练完成后,TADS检测器可以提前准确地进行轴承缺陷检测,以避免目前出现的与轴承有关的脱轨事故的发生。
3 步骤
TTCI在AAR战略研究项目的指导和FRA的支持下,集全工业的力量来表征有缺陷轴承的声学信号。这项工作始于1994年,取得的成果是建立了声发射公共数据库。1999年在AAR项目完结时,TTCI利用其内部开发基金,继续开发和实现满足最初工业目标的专用检测系统。
TTCI的开发包括制造和安装几个样机系统,用于收集足够的轴承声学运行数据来训练算法,以识别各种型式的轴承缺陷。基于需要进行数百次轴承检查,为缩短验证时间,TTCI与几家铁路公司达成了合作协议。协议包括购买和安装TADS设备,拆除和检查运用中的轴承。考虑到轮对检查更加方便,与拥有可供长时间监控的自备车的铁路公司合作。
截至2002年中期,已有4套系统投入使用,这些系统提供的数据经初步算法分析,挑选出需检查的轴承。轴承检查是为了验证已获得的声学数据,现在正用作算法继续开发的训练集。算法的开发,以及基于运用经验的硬件改进,将最终形成应用范围更广的产品TADS。
3.1 系统介绍
TADS由基于计算机的硬件组成,该硬件由定制的软件控制。设备不间断地运行,记录下驶过列车的数据,并对数据进行处理,将数据传送至TTCI的InteRRISTM(Integrated Railway Remote Information Service)数据库,然后等待下一列列车的到来。InteRRISTM代表铁路远程综合信息服务。该数据库是一个可通过互联网访问的数据库,收集来自车辆性能监控设备的数据信息。利用这些数据,InteRRISTM返回给铁路公司或车辆拥有者车辆的实时运用状态。
TADS电子硬件由3台联网的计算机组成。其中2台用于采集声学数据,第3台负责监控和通讯,路旁装有两排传声器阵列。因此,1台计算机采集近侧传声器阵列的数据,另1台则采集远侧传声器阵列的数据。轨道上装有2个车轮传感器,用于自动检测车轮位置和速度。
除传声器阵列用于记录声学数据外,该装置还要完成其他很多工作。系统采用列车靠近发出警报的方法来开始和结束数据采集。还能显示列车上每个车轴/轴承相对于传声器阵列的相对位置和速度。路旁设有防护罩(图1),传声器阵列能经受运用环境的考验,可在任意天气条件下工作,将维护降至最少。TADS集成了设备自动识别装置(AEI),可准确识别车辆和车轴。所有电气和电子元件都被保护,以避免遭受雷击(铁路沿线经常出现)。通讯和电力必须得到充分保证。
系统大部分部件都采用运用高品质、低维护元件的通用设备。TTCI的开发人员力求将自身的开发限定在软件和算法工作上,因此,尽可能选用已在铁路上试验过的耐用的设备。传声器阵列和防护罩由TTCI设计,利用TTCI员工丰富的现场经验,制造出坚固可靠的罩来保护传声器。迄今为止,与传声器阵列和其他电子元件一样,这些防护罩已完好使用数年。
3.2 数据处理
运用了很多分析技术进行数据处理,将有缺陷轴承的声音数据或特征从含有好轴承发出的声音和列车(轮轨接触或车辆悬挂装置)或环境(风)发出的其他寄生噪声的信号中提取出来。每个轴承提取出来的数据通过互联网传送至数据库。每个轴承详细的时间历程数据在计算机内保存好几天,以防轴承缺陷识别需要额外信息。过了这个时限之后,原始数据就会被删除。根据缺陷算法结果,将个别轴承的时间历程传送至数据库。如果算法结果显示某个轴承有缺陷,数据库就会自动检索该轴承的档案,并将其保存在数据库中供TTCI员工审查。
专门为审查轴承是否存在缺陷而编写了一套应用软件。该软件利用数据库,允许用户审查算法选定的可能具有缺陷的轴承的档案。可查阅多种试验算法的分析结果,从声学上对轴承进行审查,并进行有限的分析。这样一来,就可以排除错误选择。初步算法做出的错误选择通常是由轮/轨相互作用或车轮擦伤造成的。未来算法改进将具有抗击与轴承不相关噪声干扰的显著特征,因此,减少了检测过程中的人为干预。
4 北美轴承检查
在开发阶段,列出经过审查判定有缺陷的轴承清单,并将其传送至铁路公司。按照协议,铁路公司将轴承从运用中拆除,进行外观检查。检查结果送至TTCI供其审查并输入数据库。因此,选择和确认间的环路是闭合的。核对缺陷的数据文件用于检测算法的进一步开发或细化。
TTCI最近在北美与3家铁路公司一起进行轴承检查。通过合作在轴承检修员的帮助下进行检查。这些检修员在其厂内从事过多次轴承检查。到2002年第三季度,北美检查了133个轴承,发现130个轴承应报废(按AAR车间标准)。主办轴承检查的铁路公司是CSX运输公司(CSXT)、诺福克南部铁路(NS)以及伯灵顿北部圣达菲铁路(BNSF)。
检查发现了一批典型的报废级缺陷,如滚道剥落、水腐蚀、滚子缺陷、内圈松动和部件破损。并非所有看得见的缺陷都是声学检测出来的。因为很多轴承有多项缺陷,其中至少一项引发了检查和随后的拆除。可检测的缺陷包括滚道剥落、水腐蚀以及滚子缺陷。图2～图4显示了北美检查中发现的典型缺陷。图2为外圈滚道缺陷;图3为内圈缺陷;图4为滚子缺陷。
由于北美早期的检查对象是驶过新泽西米德尔塞克斯的车辆,对发现缺陷的类型和严重程度有显著影响。经过该地区的列车主要是商品运输列车或多式联运列车,高里程的单元列车较少。相比单元列车来回经过该站点,商品运输列车或多式联运列车的特点是车辆可以自由轮换。
大量被检查的轴承已使用许多年,因此,发现的缺陷趋向于多且严重。高里程列车可能会因为车轮的问题而将好的轴承拆除。在选定和拆除轴承前,很少有车辆被TADS 检测超过一次。因此,轴承选择是单一事件。检测装置发现有缺陷轴承的能力毫无疑问是鼓舞人心的。
5 Spoornet公司的经验
Spoornet公司利用COALlink重载煤炭出口线上伊斯韦佩安装的TADS获得的经验最丰富,因此,只对该系统进行详细介绍。COALlink站作为首选安装点,是因为重载煤炭列车质量超过21 000 t (23 100美吨),即使以60 km/h(37 mile/h)的速度运行,也具有相当大的动量。如果这种列车上出现轴承损坏,其后果通常是灾难性的。煤炭列车以单元列车的形式运行,这样做实质上就当作自备车用。COALlink线运煤车队由应用F型轴承的26 t (28.6美吨)轴重车辆、应用E型轴承的22 t (24美吨)轴重车辆和应用D型轴承的20 t (22美吨)轴重车辆组成。车队总共大约有6 500辆车,相应也就有约52 000个滚子轴承。
下面介绍2001年7月—2002年8月期间TADS得出的结果。在此期间,TADS识别出大量可疑轴承,其中33个轴承已在滚子轴承制造商的协助下进行了分解检查。图5为发现缺陷的分布图。
在轴承实际损坏前识别出可疑缺陷轴承的一个主要优点是可分析缺陷及其诱因。轴承缺陷数据的初步分析显示,大部分轴承缺陷为外圈缺陷。由轴承紧定套和轴承间的不均匀接触引起的外圈缺陷几乎占了所有缺陷的一半。图6显示了不均匀接触的表面痕迹。图7显示了实际引起的外圈滚道剥落损坏。引起轴承损坏的另一值得注意的原因是通常所说的“胀轴”。在车轮车间从车轴上卸轮时发现轴颈已膨胀。约15%的轴承缺陷与轴颈膨胀有关。
其他值得注意的发现是,在2001年7月—2002年8月期间,12辆车2次识别出有可疑轴承。其中2辆车同一天2次识别出多根车轴上有可疑轴承。其中7辆车在初次识别出有可疑轴承的几个月后,又识别出在另一根车轴上有1个可疑轴承。其中3辆车在初次识别出有可疑轴承的几个月后,又在同一轴位发现可疑轴承。
总体而言,在此期间TADS的置信度在快速提高。人们相信TADS的应用可提高轴承的可靠性,可比传统的轴承缺陷检测系统提前预警。TADS的应用增添了轴承维护的新尺度,因为通过它能够识别和事先分析导致轴承损坏的根本原因,这一点可通过Spoornet公司发现轴承与轴承紧定套间的不均匀接触和轴颈膨胀来说明。可以预见,随着像TADS这样的轴承检测系统可靠性的提高,通过更加得当的维护规划,轴承维护费用将大幅减少。
Spoornet公司得出以下结论。
通过去年1年的使用,TADS已拥有很高的置信度。如果通过TADS识别出可疑轴承,毫无疑问,就应拆除轮对进行轴承检查。
在轴承损坏之前拆除轴承并进行检查,带来的好处显而易见。轴承濒临损坏的根本原因通常出现在轴承的接触面,如轴承紧定套和与车轴的配合。由于知道了这些原因,可事先对已知的轴承故障进行处理。Spoornet公司一直在车轮车间分析轴颈膨胀的原因。最近正在改进轴承紧定套和轴承间的配合,以减小接触应力和轴承外圈的变形。在TADS出现之前,基本上没注意到这些问题。
6 昆士兰铁路的经验
6.1 概述
昆士兰铁路(QR)是澳大利亚唯一的综合性铁路,集旅客运输、普通货物运输和重载矿石运输于一体,并负责管理所有营运业务。QR的运输业务遍及整个昆士兰的超过9 500 km(5 900 mile)长的窄轨线路。
当前,QR每年的货物运输量超过1.5亿t(1.65亿美吨),其中1.35亿t(1.49亿美吨)为煤炭。约55%的煤炭运输要经过古涅拉走廊。
古涅拉铁路系统位于中昆士兰,为位于鲍恩盆地麦凯腹地的中昆士兰煤矿服务,最长往返行程约800 km (500 mile)。出口煤炭运至海波因特港和达尔林普尔港卸货,然后用船运往海外。古涅拉铁路系统为电气化铁路,由自耦变压器向接触网供电,电压制式为25 kV50 Hz交流电。在整个线路上均可使用电力机车。现在大约有2 500辆运煤货车运用在古涅拉铁路线上。这些货车包括:
(1) 80 t (88美吨)铝制货车,采用球面滚子轴承(放置在轴箱内)。
(2) 90 t (99美吨)不锈钢货车,采用E型和L型密封式轴承。
(3) 106 t (117美吨)不锈钢货车,采用F型和K型密封式轴承。
6.2 背景
QR的货车起初采用白合金滑动轴颈轴承,逐渐发展为采用球面滚子轴承(放置在轴箱内)。20世纪60年代末—90年代开发的重载运煤车首选球面滚子轴承。在此期间,QR在普通货物运输系统中引进了少量AAR B型密封式轴承。
1989年,QR引进了E型密封式轴承,应用在90 t不锈钢运煤货车上,这是QR首次大批量使用密封式轴承。QR在为重载煤炭和矿石运输制造的漏斗车和敞车上采用了E型、L型、F型和K型密封式轴承。20世纪90年代初以来,QR还引进了D型密封式轴承,应用在多式联运列车上。
在开发QR使用的密封式轴承的同时,要求对既有的维护条款进行审查和修订,以满足维护这些轴承的需要。QR制订的轴承维护策略是基于运用时间最大化维修模式,定期进行外观检查。最近才增加了运行距离最大化指标。
1997年,QR因车轴轴承损坏引起干线脱轨事故增加。尤其引起关注的是90 t不锈钢运煤货车所用的E型密封式轴承。随后针对故障类型和维护作业进行的轴承调查显示,并非只有QR公司遇到过类似问题。
在审查车轴轴承设计和维护标准的同时,QR调查了其他识别运行中缺陷轴承的办法和系统。QR开展了一项教育活动,鼓励所有线路工作人员都成为检查员,观察通过的列车,找出明显的轴承问题。除此以外,QR还承担了考察现有线路系统生命力的研究工作。热轴承探测器系统(HBDs)的使用,将轴承损坏引起的干线脱轨几率降到了最低。
QR的煤炭和货物运输局机车车辆处也认为,轴承声学检测系统代表了下一代轴承维护技术,并且预见这项技术会成为QR运行系统内开展预见性轴承维护(状态监控)的关键。正是这种信赖和减少轴承损坏引起的干线脱轨事故的需要,促成QR与TTCI合作,参与TADS的开发。
TTCI一直在为美国市场开发TADS,同样不能保证应用该系统会探测到轴箱内球面滚子轴承的缺陷。尽管QR希望TADS能检测其运用的所有轴承类型,但仍认为TADS作为检测工具只适用于古涅拉铁路系统,因为在该系统内运行的80%的货车安装了密封型轴承。
2001年3月,一个TADS站点在布雷赛德投入使用,主要是为古涅拉走廊的重载煤炭运输服务。站点位置较为偏远,位于距QR吉拉坦货车修理厂80 km(50 mile)、距QR机车车辆办公室300 km(186 mile)处。在偏远地方安装设备面临着电力供应和通讯困难。
系统安装后,QR组装了一列车用于系统的试验和校准。该试验列车中含有安装了具有已知缺陷轴承的货车。
6.3 轴承检测
重载煤炭列车为固定编组单元列车,平均每天空载和重载各一次通过布雷赛德的TADS站点。靠近布雷赛德港口正开发一些新矿,由此通过频率会明显增加。
至今,QR已从运行在古涅拉系统的货车上卸除了113副TADS识别出含有缺陷轴承的轮对。其中主要是装有E型密封式轴承的轮对。
针对报告给QR的轴承缺陷,TTCI规定2类轴承缺陷需要拆除轮对:大部分是外圈缺陷(85%),其余为内圈缺陷(包含少量滚子损伤)。该报告有待评判。QR要求TTCI首先报告最危险的轴承,因此,有理由认为这些最常见的故障类型在初期会对评判结果产生影响。现在TTCI已为QR审查了所有的轴承信息,并且建议QR哪些轮对(到轴承一级)需要调查。TTCI最近开发了审查具有可疑缺陷轴承的应用软件。建议QR运用此软件审查系统给出的警告信息,从而允许QR和TTCI开发检测运行系统中的其他故障类型的系统。QR对利用该软件来强化对其窄轨重载运输中故障恶化率的认识也很感兴趣。
为识别货车/轴承位置,TADS运用了Amtech Smart PassTM标签读卡器。QR给所有运煤货车贴上了Amtech可编程标签。该系统迄今100%可靠,具有快速识别损坏车辆位置(及轴承位置)的优点,以便引起运营人员和维护人员进一步注意。在QR的吉拉坦货车修理厂将识别出的轮对拆除、封存并贴上标签(记有相关细节),以便进行进一步调查,然后送往QR的罗克汉普顿工厂车轮车间拆除和检查轴承。
值得注意的是,自2001年使用TADS以来,古涅拉系统在煤炭运输中尚未发现密封式轴承损坏。QR煤炭和货物运输局机车车辆处认为,TADS能准确识别出早期轴承缺陷,如果运用中遗留下一些没有检查到的缺陷,那么就表示这些轴承缺陷引起导致干线脱轨的轴承损坏的风险增加。一些新的或检修的轴承投入使用不到2年,就识别出有严重的外圈缺陷。
6.4 轴承检查
至今,QR已对83条轮对进行了轴承拆除和检查。大部分是E型密封式轴承,其余是K型和F型密封式轴承。QR认为其中82条轮对证明确实有缺陷,轴承符合AAR标准报废的要求。
QR将收集到的信息汇编为轴承检查程序的一个章节。与其他现有的轮对信息(如已知轴承的历史记录和轮对缺陷,来自其他线路检测站点的信息)一起帮助了解QR窄轨重载运输系统轴承的运用情况,尤其是早期轴承缺陷的原因。以前,很难将车轴轴承的实际故障原因/类型与运用中的轴承损坏联系起来,因为这些信息在轴承损坏的过程中遭到了破坏。QR发现这些信息在审查车轴轴承设计和维护程序改进时具有重要价值。
检测到不同程度的外圈剥落。图8～图10显示了TADS为QR识别出的各种缺陷。
6.5 改进性能
轴承拆除获取的信息帮助QR:
(1) 获得客户信任;
(2) 升级维护准则、维护策略和维护程序;
(3) 降低风险(风险评估时已提高了认识);
(4) 调查脱轨;
(5) 监控研究和开发试验的性能。
QR煤炭和货物运输局机车车辆处认为,如果TADS在密封式轴承的基础上还能够检测轴箱中球面滚子轴承的缺陷,那么QR就能实现检测所有的轴承。QR现正与TTCI联合开发这些功能。
若开发成功,那么就为QR开发一套基于车轴轴承状态监控的维护体系提供了可能,最终加强轴承维护和降低维护费用,满足QR系统的要求。
维护准则的进一步发展将依赖于车轴轴承的连续监控。维护策略必须考虑到当精密设备(如TADS)成为整个过程中的一个关键部件时,会受到其他系统的限制。要考虑的事项不仅包括特有要素(如硬件和软件)的可靠性,而且还包括通讯的连续性、电力供应的可靠性,以及站点的安全性。
6.6 QR的结论
QR坚信TADS具有可靠识别密封式轴承不同程度的外圈和内圈缺陷的能力。
7 总结论
(1) TADS所展示的声学检测技术最近几年来得到了充分发展,具备检测不同型号轴承(AAR的D型、E型、F型、G型和K型轴承)各种型式轴承缺陷的能力;
(2) TADS装置可检测不同运行环境中各种车型的轴承缺陷;
(3) 收集的大量轴承缺陷数据正用于进一步提高自动化检测能力;
(4) 两年时间内,装置经受住了不同环境条件的考验,运行持续可靠;
(5) 系统可预先发现轴承缺陷,对于减少事故和避免运行中断有不可估量的作用;
(6) 及早发现缺陷增添了轴承维护的新尺度,由此能够识别和分析轴承损坏的根本原因;
(7) TADS的运用将提高轴承的可靠性,可比传统缺陷检测系统提前预警;
(8) 轴承性能的连续监控和缺陷预警,将为制订符合特定铁路要求的基于状态的轴承维护策略提供了可能。
摘要：概述了线路声学检测系统(TADS)的组成、操作和安装,并介绍了Spoornet公司和昆士兰铁路部门运用TADS系统的经验。
关键词：轴承,线路声学检测系统,应用
参考文献
[1] Anderson, G. Acoustic Bearing Detector Development. Research Summary, RS-02-001, Transportation Technology Center, Inc., Pueblo, Colorado, February 2002.
[2] Anderson, G., Cline, J., Graff, R., and Smith, R. Improved Roller Bearing Wayside Detection Research. Phase I - Laboratory Test Report. Federal Railroad Administration, Washington, D.C.
[3]Anderson,G.,Cline,J.,and Smith,R.I mproved Roller Bearing Wayside Detection Research.Phase II-Field Test Report.Feder-al Railroad Administration,Washington,D.C.
建筑声学与生活 篇4
随着经济水平的提升，人们生活水平也随之得到大幅提高。在这种情况下，人们不仅仅重视身体上的享受，也越来越重视精神上的享受。于是文化事业逐步走向繁荣，文化设施建设得到了较快的发展。全国许多大城市兴建了一批大型剧场、音乐厅、戏剧院等文化艺术中心，比如广州歌剧院、洛阳歌剧院等。作为以视听感官为主的音乐剧场，它们最重要的功能就是给观众带来理想的视听享受，而这就离不开建筑声学。建筑声学是以研究建筑中声学环境问题的科学，它主要研究室内音质和建筑环境的噪声控制。作为听音场所，剧场、音乐厅等厅堂建筑的听音质量是第一重要的，其效果的好坏直接决定了该建筑设计的成败，而建筑声学设计是声学设计的基础，更是做好扩声系统的基础。没有合理的建声环境，再高档的后期装修，再先进的电声设施也无法弥补先天的声音缺陷，从而导致使用效果的大打折扣。
音乐剧场的设计，首先应是音质设计。混响时间是目前音质设计中能定量估算的重要评价指标，它直接影响厅堂音质的效果。混响时间长，乐声就丰满圆润，相反则单调干瘪，但是如果过长的话，又会影响清晰度。
封闭场所混响时间长短是由它的吸声量和体积大小所决定的，体积大且吸音量小的房间，混响时间长，吸声量大且体积小的房间，混响时间就短。一般，首先根据功能需要确定剧场的混响时间，然后可以用赛宾公式(A＝0.16V/ T60（A——为总吸声量，V——为实际容积，T60——为混响时间）)反算求得各频段的总吸声量。比如上海音乐厅，混响时间为1.5秒，使得其非常适合演奏交响乐，音质堪称世界一流。
相比于音质设计，背景噪声控制也十分重要。建筑声学设计的另一个重要任务就是进行背景噪声控制。背景噪声是指除所要获取声音以外所有声音的总称。如剧场外汽车的鸣笛声、飞机的轰鸣声、高跟鞋敲击地板的声音、剧场外人的喧哗声等。背景噪声控制就是要屏蔽掉这些和剧场演出内容无关的声音，让剧场内演出有一个良好的声学环境。那么如何运用建筑声学的手段来控制混响时间、降低背景噪声呢？
背景噪声的控制主要依靠做好剧场的隔声与吸声。隔绝主要依靠建筑维护结构，包括墙壁、楼板、门窗等，都具有隔绝空气声的作用。而吸声则依靠吸声材料，现在常用的有多孔吸声材料（玻璃棉、岩棉等）、穿孔板吸声结构（在各种薄板上穿孔，背后设置空腔形成穿孔吸声结构）、薄板共振吸声结构（将各种不透气无空隙的薄板，四周固定在墙或顶棚的龙骨架上，板背后留有一定深度空气层）等。
当然，一个音乐剧场的好坏也不仅仅由声学效果决定。只有取得良好的声学功能和建筑艺术的高度统一，才能称之为完美的音乐剧场，这正是建筑声学科学家和建筑设计师进行合作的共同目标。
声学检测 篇5
1 声学检测技术
1.1 声学敲击检测技术
作为一种最为常见的对绝缘缺陷进行检测的方法, 声学敲击检测技术因其检测简单易行, 所以常常作为其他检测方法的补充手段。其原理在于利用物体轻轻叩击被测试材料, 以此判断被测试材料是否存在缺陷问题。存在缺陷的被测试材料, 其叩击声响与完好材料声响不同, 频率较低。很久以来, 都是依靠检测人员的经验, 利用人耳对叩击声响进行分辨, 因此, 在准确度上也容易存在一定的偏差。而随着我国科学技术的飞快发展, 数字信号处理技术也得到了十分迅猛的发展, 因此, 利用该检测技术原理经过现代技术的融合, 制作出用声传感器, 以此提高声学敲击检测技术在实际检测中的准确性。根据实际试验结果证明, 声学敲击检测技术能够检测出因绝缘老化而产生的气隙、分层等缺陷。但是, 不可避免地会受到检测现场声波的干扰。
1.2 声发射技术
声发射现象, 是由于材料受到的外力或者是内部残余应力过于集中, 使材料发生变形、破坏等问题, 而作用在材料上的很多现象都是由于多余的弹性波释放。声发射技术主要是指在电力设备中通过声波发射而进行监测的技术, 主要通过运用数字信号处理检测信号, 通过此规律来判定绝缘规律、发展规律, 从而进行研究的一种技术。尤其是在电应力的作用下, 局部放电脉冲电流持续时间较短, 伴有超声波能量释放。因此, 利用声发射技术能够对绝缘性能的好坏进行测量。虽然目前国内外都已经先对变压器声发射法局部放电定位展开了研究, 局部放电发射技术在理论上已经十分成熟, 但是由于在实际应用过程中, 变压器油中会有多个放电源存在, 因此, 其数字信号处理十分复杂, 极易给后期的结果分析带来巨大的困难。
1.3 超声检测
超声检测技术, 主要依靠的是超声波在物体传播中的物理特性 (当超声波遇到界面时, 就会相应的发生反射、折射现象) , 而对现物体内部不连续性进行发现的一种方法。目前, 我们以超声波波形为分类点, 可将超声波检测分为横波检测法、纵波检测法两种。
第一, 横波检测法。磁盘绝缘子、发电机定子绝缘缺陷检测是横波检测法最为主要的两种模式。而正是因为瓷盘绝缘子在实际的制作过程中, 极易出现亚表面裂纹问题, 尤其是这些裂纹又往往隐匿在表面釉层之内。因此, 使用常规的检测方法是很难准确检测到的。而超声横波检测, 因其能够在绝缘内部发出深度达到一个波长的横波, 并且通过反射波的传播时间, 对瓷盘内的亚表面裂缝进行检测。实验证明, 如若没有缺陷, 那么在一定位置上探伤仪的荧光屏就会出现瓷圆柱体断面的反射波, 而有裂纹时, 瓷圆柱体的断面则会出现缺陷波。定点发电机的缺陷主要是超声横波测试, 对于斜探头的检测主要是针对超声横波的发射, 另外一个则负责接收。图1是入射角为θ0的超声波在定子线棒中的传播示意图。而通过试验证明, 在热循环的加速老化作用下, 定子线棒会产生脱壳缺陷, 两个探头接收到的超声波幅值均会明显减小。如图1所示。
第二, 纵波检测法。超声直探头可以对电气设备的多种绝缘微观缺陷进行检测。图2为超声直探头在电力电缆检测中的示意图。而通过试验结果可以看出:纵波检测法能够对厚度在70mm~80mm的合成树脂绝缘进行很好的检测。可以对厚度在20mm~30mm的树脂浸渍纸进行绝缘的气隙、箔纸分层和裂纹检测。可对厚度在15mm的低密度交联聚乙烯绝缘电缆进行检测。如图2所示。
2 高压电力设备绝缘状态诊断的低频超声检测技术
声学检测方法虽然具备对绝缘缺陷进行检测的能力, 但却缺乏对绝缘状态进行诊断的能力。尤其是通过实践验证分析, 我们可以清楚地知道, 造成高压电力设备绝缘老化加速的原因, 不仅与绝缘的微观缺陷有着至关重要的联系, 更与固体绝缘材料的性能有着本质的关系。对此, 绝缘状态下的有效检测和诊断, 更需要对绝缘材料进行准确的检测, 从而能够及时发现微观缺陷。而目前低频超声纵波检测技术则是绝缘诊断中最具有发展前景的检测技术。
充分利用超声波特性的低频超声纵波检测技术, 正是根据其在绝缘物质中的传播速度以及衰减系数等相关参数, 对高压电力设备的绝缘密度与弹性进行参数测量。特别是这些绝缘参数会随着绝缘微观结构的变化发生相应的转变, 从而能够诊断出绝缘状态。
可以说, 基于声波反射特性的低频超声波检测技术, 就是利用超声的纵波特性, 发挥其在测量上的优势, 因此, 低频超声波检测技术已经成为当前我国绝缘诊断声学技术中最具发展前景的技术手段。
3 结语
不同的声学检测技术各有利弊, 目前仍有许多问题有待进一步解决、开发与研究, 我们更应该不断加强对高压电力设备绝缘诊断声学检测技术的研发与完善, 使其能够更好地应用在高压电力设备绝缘诊断中, 以确保电网的安全稳定运行。
摘要：做好绝缘老化机理的研究, 对绝缘缺陷进行有效的检测是至关重要的。而声学检测技术的出现已经成为当前绝缘状态诊断最具有前景的一种技术手段。通过对高压电力设备绝缘诊断的声学检测技术进行分类, 对各类声学检测技术的原理及其优缺点进行粗浅的阐述, 显示出绝缘状态诊断低频超声检测技术的优越性, 以供参考。
关键词：高压,电力设备,绝缘诊断,声学检测技术
参考文献
[1]项添春, 房向阳, 干耀生, 等.声学检测技术在电力系统中的应用概况及前景[J].华北电力技术, 2007, (11) :92.
声学检测 篇6
关键词：声学检测,小麦硬度,小波包变换,频带能量,回归分析
0 引言
小麦是目前世界上种植面积最大、总产量最高的谷类作物。全世界约有1/3以上的人口以小麦为主粮。我国是世界主要产麦国之一,小麦年总产量位居世界第1位。小麦品质与小麦的加工利用紧密相关,品质评价和检验是提高小麦生产质量、合理加工利用以及流通监管的基础,因此对小麦品质进行检测具有重要意义。由于传统的小麦品质检测方法或操作复杂、检测时间长,或主观性强、检验准确性差,目前小麦质量评价和检验技术水平与小麦生产、加工利用的产业需求相比,存在着一定的差距。
针对传统检测手段的局限性,一些研究人员开始研究利用小麦的声、光等特性,对小麦品质进行无损检测。其中,声学检测技术[1]作为一种重要的无损检测手段得到了越来越广泛的关注。于燕波[2]探讨了小麦籽粒声学特性与小麦硬度的关系,并根据不同硬度小麦品种间的声学特性差异对小麦品种进行区分。Juodeikie
尽管文献[6]提出的方法在实验室的仿真中取得了较好的结果;但在实际中,由于外界环境噪声的干扰,实验结果不稳定、重复性较差。为此,本文采用对超声信号进行采集的方法,来降低噪声的干扰。在后期实验中发现:超声信号的频域特征优于时域特征,进而提出了基于小波包分解的小麦硬度检测方法。本文通过实验室自制的小麦声学采集装置,采集不同硬度的小麦超声信号作为分析样本;选定小波基函数,对信号进行多尺度分解;将子频带的能量作为特征值,构造线性回归模型。实验结果验证了这种检测方法的有效性。
1 基础理论
小波包分析是在小波多分辨率分析基础上构成的一种更加精细的时频分析方法,对小波多分辨率分析没有细分的高频部分进行进一步的分解;并根据被分析信号的特点,自适应地选择相应的频带与信号频谱相匹配,从而提高时频分辨率。这使得小波包变换具有小波变换和短时傅里叶变换的双重特点;尤其适用于渐变性与突变性共存的非平稳信号的处理[7]。因此,其应用范围较广。
1.1 小波包变换
设
如
其中,N为分解层数,d
当j=N时,二进正交尺度函数为
将尺度函数y(t)和小波函数x(t)分别记为μ0(t)=y(t)和μ1(t)=x(t),则有
定义的函数μn(n=2l或2l+1,l=0,1,2…)称为正交尺度函数y(t)的小波包。其中,g(k)=(-1)kh(1-k),即两系数也满足正交关系,从而把多分辨分析中的正交小波分解推广到了小波包分解,则信号的小波包分解表示为
其中,d
1.2 小波包频带分解规律
以信号3层小波包分解为例,其分解图形如图1所示。
图1中,
2 小麦超声信号的采集
选取自然状态下长期放置的小麦样品进行实验。通过实验室自制的小麦声音信号采集装置,对小麦籽粒下落撞击所产生的超声信号进行采集,采集装置如图2所示。
信号采集时,将待测小麦样品加入料斗,自动进料装置将其送入信号采集箱。小麦籽粒进入信号采集箱,击打到箱底的金属靶产生超声信号,用麦克风接收,并通过信号放大器传至计算机系统进行存储。为了方便信号的后续处理,利用Matlab将其转换为WAV格式,信号采样频率为Fs=200kHz。
3 实验
3.1 小麦超声信号分析
首先,选取两种不同硬度的小麦样品进行研究。其中,一号样品硬度指数为64.9,二号样品硬度指数为51.4,两种小麦各取1 000粒,采集25～40kHz频段的超声信号,分别选取单粒信号进行分析。图3和图4分别为一号小麦样品和二号小麦样品的时域信号及其幅频图。
从图3和图4中可以看出,两个信号的时域波形几乎无法区分;从幅频图上看,两种样品的幅频分布趋势比较一致,部分频率的信号幅度存在差异。其中,部分频率的信号中可能包含着小麦的硬度品质信息,因此可以考虑将原始频带划分为多个子频带,从中提取有用的特征量。
小波包变换法具有良好的时频分辨率,适用于非平稳的小麦超声信号分析。通过小波包变换对信号进行分解,可以在满足海森堡测不准原理[10]的前提下,自由选择不同时间点、频率点上的时频分辨率,更精练地提取检测硬度的有关特征参数,以提高检测灵敏度。
3.2 信号的小波包变换
信号的时频分析精度由小波基函数的选取决定,根据所分析信号的特点,要求小波基函数时间局部性好,能量集中度高。另外,信号的时频分析精度与小波包分解层数也有关。分解层数少、分析速度快,但频率分辨率低;增加分解层数,虽然提高了频率分辨率,但分析速度变慢。经过多次比较,本实验选择了Daubechies小波系里面的‘db5’小波变换函数,采用了4层分解。由于本实验中小麦超声信号的采样频率为200kHz,由奈奎斯特采样定律可知,原始信号占据的总频带为0～100kHz。经过小波包变换后子频带的分布情况,如表1所示。
3.3 频带能量提取
利用MATLAB程序对采集的信号进行处理、提取子频带能量。提取步骤如下:
1)首先对生成的WAV文件进行端点检测,准确定位每一粒小麦超声信号的起点S和终点E;为便于处理,把每一粒小麦信号的固定长度(S～S+L,L小于信号实际长度)作为一个处理单元,这样同一小麦样品对应的WAV文件被分割成了多个处理单元。
2)利用‘db5’小波对每个处理单元进行4层小波包分解,提取第4层共16个分解系数。记第4层,第j个频带分解系数为
3)以小波包分解系数的平方和作为各子频带能量的标志[11],求各子频带能量。记第4层、第j个频带的能量为E4,j-1,则
4)对各子频带的能量进行归一化处理。令
5)分别求取每个样品同一子频带所有处理单元能量的平均值。
两种样品经过4层分解后的频带能量统计直方图如图5所示。从图5中可以看出:信号能量主要集中在(4,4),(4,5)(4,6),(4,7)节点对应的频带上(即25 000～50 000Hz),与幅频图变化趋势一致,且两种小麦样品同一节点的频带能量并不相同。以上分析说明某个或某几个子频带的能量可以反映出不同品种小麦间的差异。
4 结果与分析
另外,选取10种籽粒完好、不同硬度的小麦样品,每种样品各选取1 000粒,采集25～40kHz频段的超声信号。利用小波包变换对信号进行4层分解,提取子频带能量。对提取好的子频带能量进行分析,结果表明,子频带能量T3,T5,T10,T11与小麦硬度(HI:%)的相关性(相关系数记为R)较好,将其选作本次实验的特征参数,特征参数如表2所示。
观察表2可以看出,子频带T11的能量相对于T3,T5明显较小,T11的相关系数高于T3,T5。结合图3和图4中两种样品的幅频图进行分析:T3,T5所在频带分别对应于18 750～25 000Hz及43 250～50 000Hz的区域,这2个区域的信号幅度变化明显;T11所在的75 000～81 250Hz高频部分幅度虽较小,但相对其它区域变化较显著。因此,这几个子频带的能量与小麦硬度指标相关性较好。
利用Matlab对提取好的特征参数进行线性回归分析。将T3与T11,T5与T11,T3,T10与T11分别作为自变量X,硬度HI作为因变量Y,进行多元线性回归分析,回归结果如表3所示。
从表3中可以得出,将T3与T11,T5与T11分别作为自变量进行二元线性回归分析时,F检验的F值分别为81.59,71.40,查F分布表得F0.01(2,7)=9.55,两种回归模型的F值均大于9.55,说明两种回归模型线性关系皆显著。将T3,T10与T11作为自变量进行回归分析时,F检验的F值为40.91,查F分布表得F0.01(3,6)=9.78,F值大于9.78,说明此回归模型线性关系显著。通过对比,将特征参数T3,T11作为自变量进行线性回归分析时,F检验的F值最大,相关系数r2最高,残差均方根RMSR最小,回归效果最好。综合分析以上模型,最终选择二元线性回归模型,有
HI=Y3,11=307.42T3-7 7517T11+101.97
即为本次实验的回归模型。
5 结论
针对音频信号易受噪声干扰、实验结果稳定性差的问题,提出了基于小波包变换的小麦硬度超声检测方法。利用小波包变换对小麦超声信号进行处理,根据提取的特征参数建立线性回归模型。实验结果表明,所提取的特征参数与小麦硬度指标存在较好的相关性,为小麦硬度的声学检测提供了一种新的方法。
参考文献
[1]吕飞玲,应义斌.农产品声学特性及其在品质无损检测中的应用[J].农业工程学报,1997,9(3):208-212.
[2]于燕波.小麦籽粒声学特性与小麦硬度关系的研究[D].郑州:河南工业大学,2003.
[3]Juode.ik ieneG,Ku.ni gelis V,Vidma.n tieneD,et al.Acousticscreening method for the determination of deoxynivalenol(DON)in wheat[J].Veterinarija ir Zootechnika T,2004,25(47):52-59.
[4]Pearson T C,Cetin A E,Tewfik A H.Detection of insectdamaged wheat kernels by impact acoustics[C]//ICASSP,2005:649-652.
[5]杨丽,杨红卫.信号处理技术在小麦声学检测中的应用[J].粮油食品科技.2007,15(1):22-24.
[6]李齐超,王爱民,杨红卫.基于小波变换的小麦硬度声学测定方法研究[J].农机化研究,2011,33(9):40-45.
[7]Hammond J K,White P R.The analysis of non-stationarysignals using time-frequency methods[J].Journal of Soundand Vibration,1996,190(3):419-447.
[8]葛哲学,沙威.小波分析理论与Matlab R2007实现[M].北京:电子工业出版社,2007:29-30.
[9]郑常宝,段晓波,李晓明.用Matlab小波包求功率频带分解规律[J].电测与仪表,2010(6):22-23.
[10]Antonini G,Orlandi A.Wavelet packet-based EMI signalprocessing and source identification[J].IEEE Transactionson Electromagnetic Compatibility,2001,43(2):140-148.
浅谈物理声学与音乐声学 篇7
但伴随着现代化进程的发展, 学科间的密切分工, 物理声学与音乐学被割裂成两个不同的学科, 两者之间的联系在教学中也没有得到相关的重视。因此, 笔者想通过此论文对古代的声学与音乐的发展关系贺近代的音乐声学的发展概况进行一次梳理, 也是对物理声学与自己本专业相联系的一次总结。
1 中国古代声学与音乐理论之间的相互影响
在论文的前半部分, 我们可以理解在古代一定意义上声学就是音乐学, 在中国古代“声学”这一词是源于音乐的。而西方的近代科学中所创建的“声学”这一词, 主要是想冲开音乐的束缚, 并且将音乐包含在声学之中, 二者之间有着异曲同工之妙这就反映出来声学与音乐在一个侧面中关系, 同时一部音乐的演进史就是一部声学的发展史。
在远古时代中因为诸多因素进而产生了音乐, 这其中就包含了模仿自然或者巫术萌起、异形件求爱、抑或者语言低昂、音乐节奏等等方面。因为原始社会人们并没有声学这个概念, 只是在不断的音乐实践中给声学奠定了基础。音乐和乐器几乎是同一时间产生的, 在原始部落随便捡起的石块和所采摘的芦苇为歌舞来进行伴奏后来石块就发展成了我们今天的乐器“磬”, 在河南博物馆里, 收藏着一支河南舞阳贾湖遗址出土的新石器时代的骨笛, 这支骨笛是用鹤骨所制, 距今已有8700年的历史, 被称为“中华第一笛”。是迄今所见年代最久远的乐器, 至今仍能演奏河北民歌小白菜的旋律, 其准确的音高让人难以猜测他们当时是如何计算格音孔位置的。
1978年湖北随县出土的曾侯乙墓编钟, 这就证实了在商周时期就具有了“一钟双音”的编钟性能特征, 而声学届内还展开了一股研究古代编钟的热潮, 研究的焦点就是为什们在同一个板振动体上可以发出两个独立的乐音, 这如何进行解释?此次发现也引起了全世界学术界的重视。
我国著名的音乐理论“三分损益法”就是根据弦乐器的弦长和音调之间的关系, 弦乐器的弦越长, 音调越高, 反之越低。计算方法是以基音的弦长为基准。乘以三分之二 (损一) 或乘以三分之四 (益一) 即可确定另一个比基音高或者低得音的弦长, 以此类推, 计算十二次, 就可以得到比基音高一倍或第一半的音 (就是高八度或低八度的音) 的弦长, 也就完成了一个八度中12个音的相应弦长的计算。到了明代, 科学家朱载堉发明了更为准确地“十二平均律”, 为当今世界钢琴和手工琴等乐器普遍使用。
综上, 中国古代丰富的音乐实践奠定了声学发展的基础, 因此声学也是中国古代科学中最为发达的学科之一。
2 近代音乐声学发展概况
由于物理声学与音乐理论实践的历史渊源, 当今音乐学科中对物理声学的知识也变得重视起来, 也有很多专家从事这方面的研究, 这门学科被称为“音乐声学”。
音乐声学是采用物理声学理论和方法探索音乐产生及传播规律的一个学科, 如果我们认同音乐是由音响构筑的的一种音乐形式, 那么, 音乐声学研究的意义就是在探索音乐的物质本质。在上述论文中我们可以看到中国古代的音乐声学最显著的特点是注重乐律理论研究, 世界上找不到第二个国家在此领域拥有如此多的学者和著述。进入20世纪, 就国际研究趋势而言, 音乐声学主要包括以下内容:音乐音响的物理属性与人类听觉的相关性 (如音色、音强、音高、音值) 、乐器声学、歌唱声学、厅堂声学 (如音乐厅的设计) 、电声学中与音乐紧密相关的部分 (如音乐录制) 以及计算机音乐等等。在中国20世纪上半叶, 物理学家出身的赵元任在1920年前后从事中国语言音调的实验研究, 始创汉语声调波形研究方法。由于他自觉地依据汉语声调的变化规律进行歌曲创作, 使他的作品在演唱者贺欣赏者中都受到极大地欢迎, 有些作品流传至今仍历演不衰。刘复是20世纪初另一位在音乐声学领域由造诣的语言学家和音乐学家, 并首次提出中国的四声“只有频率高低之别”的结论。在北京大学创立“语音乐律研究室”。他再语音声学方面最著名的研究是用仪器对天坛所藏的中国古代编钟和编磬进行测音研究, 开音乐律学之先河。
在20世纪下半页, 较为引人注目的研究室在民族、古代及现代乐器声学研究。中国民族乐器在声音上具有鲜明的民族特征, 如何运用声学理论阐明这些特征, 并用于指导民族乐器的改良工作, 成为音乐声学工作者普遍关心的问题。
电声技术与音像技术的发展也离不开音乐声学理论的支撑, 高保真音像使今天的人们足不出户就可以欣赏到美妙的音乐, 但是人们还是可以感到电声技术制造出来的录音制品与现场演出之间的差异, 研究并减少这种差异有助于提高人们欣赏音乐的质量。
综上是对古代的物理声学与音乐理论的产生之间的关系和近代音乐声学的发展进行了梳理, 笔者在论文写作的过程中, 也进行了一些思考, 既然物理声学与音乐声学的关系如此密切, 为什么还没有的到足够的重视, 尤其是体现在高校的教育中。当然其中的原因是多方面的, 由学校方面的原因, 据笔者统计在全国的音乐教育中只有为数不多的几所院校在开设乐律学这门课程。对于学生方面, 即使学校开设这些课程也没有引起足够的重视, 也很少有人重视跨学科的学习和思考。另外, 理论脱离实践也是阻碍这两个学科交替的一个重大原因。
笔者在此希望从事音乐专业学习的学生能够全面的看待问题, 音乐不单是唱歌、弹琴或者演奏乐器, 它是一门跟很多学科都有串联的学科, 要勤于思考和钻研, 从小处入手, 积极的增强自己各方面的能力, 真正成为一个全方位发展的合格人才。
摘要：本文采用比较分析法、专家访谈法和逻辑推理法, 通过对物理声乐和音乐声乐的比较分析, 得知:声学与音乐被大多数认为是两个相互独立的学科, 其实在古代音乐与声学就具有很深的历史渊源, 甚至在古代声学与音乐是同一门学科, 并且在当代一些音乐研究或现代化的音乐设备都离不开物力声学的基础。因此, 对此希望从事音乐学习的学生对于学科间的关系能够引起足够的重视。
关键词：物理声学,音乐声学
参考文献
[1]张建庄.论民族音乐的社会功能——葫芦丝音乐为例[J].湖南社会科学, 2011, 4 (4) .
[2]王允红.中国古代声学的发展与音乐文化的关系[J].音乐学研究.
声学、光学复习 篇8
1.声音是由物体的振动产生的。
2.声音的传播需要介质:固体、液体和气体都是传播声音的介质。
3.乐音有三个特征:响度、音调和音色, 其中响度是指人耳能感觉到的声音的强弱。响度是人耳对声音的感觉, 而且在感觉上是指音量的大小。如将收音机的音量开关开大, 听到的声音的响度增大, 反之就减小。
4.乐音:有规律的、好听悦耳的声音叫做乐音。
噪声:无规律的、难听刺耳或污染环境的声音叫做噪声。
噪声有两个分类标准:一是从物理学的角度, 噪声是发声体做无规则振动时发出的声音;二是从环境保护的角度, 凡是妨碍人们正常休息、学习和工作的声音, 都属于噪声。
5.一般来说我们主要有以下三种途径来减弱噪声。 (1) 在声源处减弱。如把噪声大的设备更换为噪声小的设备, 或加装一些消声设备; (2) 在传播过程中减弱。如使居民区远离有噪声的工厂, 或使居民区的门窗背向工厂或马路, 在马路和住宅区设立屏障或植树造林, 使传来的噪声被反射或部分吸收而减弱, 或者将噪声较大的工厂迁至城外, 远离居民区等; (3) 在人耳处减弱。例如防噪声用的耳塞、耳罩、头盔等。
练习:
1.登上月球的宇航员只能靠无线电交谈, 这是因为 () 。
A.宇航员们在月球上离得太远, 只能用无线电联系
B.宇航员们戴的头盔隔音
C.在月球上没有空气, 不能传播声音
D.使用无线电交谈, 便于录音
答案:C。声音的传播需要介质, 真空不能传声。
2.唐代大诗人李白的诗中有“谁家玉笛暗飞声, 散入春风满洛城”的佳句。玉笛发声是由于______振动, “散入春风满洛城”说明______能传声。
答案:空气、空气。
3.唐诗《枫桥夜泊》中“姑苏城外寒山寺, 夜半钟声到客船”一句体现出的物理知识有_______、________。
答案:声音是由于物体振动产生的, 声音的传播需要介质。
4.在敲响大古钟时发现, 停止了对大钟的敲击后, 大钟仍“余音不止”, 原因是 ( ) 。
A.人的听觉发生“延长”
B.大钟的回声
C.大钟仍在振动
D.大钟虽停止振动, 但空气仍在振动
答案:C。
5.科学考察工作者为了测海底某处的深度, 向海底垂直发射超声波, 经14s收到回波信号。该处海水深______m (声音在海水中的传播速度为1500m/s) 。这种方法______ (填“能”或“不能”) 用来测量地球和月球之间的距离。
答案:10500;不能。海洋的深度地球与月球之间缺少传播声音的介质, 声音不能够在真空中传播。
6.医生用听诊器诊断病情是因为 ( ) 。
A.听诊器能使振动的振幅增加, 使响度增强
B.听诊器能改变发声体
C.听诊器能缩短听者距发声体的距离, 使传入人耳的响度增强
D.听诊器能减少声音的分散, 使传入人耳的响度更强一些
答案:D。医生将听诊器接触人体的有关部位时, 被测部位振动发出的声音由听诊器皮管内的空气进行传播, 于是医生就听到了声音, 用于诊断病情。显然被测部位振动发出的声音的特征不会因有无听诊器而改变, 所以A、B错。不过, 由于声音在皮管内传播, 不易发散而直接传入医生的耳朵, 所以听诊器能减少声音的分散, 使医生听到的响度强一些, 听得更清楚些, 故本题正确答案是D。
7.“震耳欲聋”反映了声音的______很大;“声音刺耳”反映了声音______很高;“闻其声而知其人”是根据声音的______来判断的;蝴蝶飞舞时, 翅膀也在振动, 人耳却听不到声音, 这是因为______。
答案:响度;音调;音色;蝴蝶翅膀振动产生的频率低于20Hz。
8.交响乐是由管弦乐队演奏的大型乐曲。弦乐器的琴弦由于受到弹拨或摩擦而______发出了声音;乐队指挥能够分辨出交响乐中各种乐器发出的声音, 他是根据声音______的进行辨别的;夜深人静的时候, 如果把播放器的音量开得过大, 优美的音乐声此时也变成了______。
答案:振动;音色;噪声。声音是由物体振动产生的。所以琴弦受到弹拨或摩擦而振动发声;不同乐器发出声音的音色不同, 是由于发声体不同;夜深人静时, 优美的音乐声较大, 会影响人们休息故成为噪声。
9.以下关于噪声与乐音的说法正确的是 ( ) 。
A.歌星唱歌的声音都是乐音
B.爆竹声不一定是噪声
C.只要是乐器, 发出的声音都是乐音
D.清晨, 林中小鸟的叫声是乐音
答案:D。凡是影响人们正常休息、工作、学习的声音都属于噪音, 歌星、乐器发生的声音影响到人们的正常生活则会成为噪声。爆竹爆炸时声波不规则是噪声, 而林中小鸟的叫声令人心情舒畅是乐音。
10.下面关于超声波或超声波的利用的说法中, 的是 ( ) 。
A.蝙蝠能发出超声波
B.超声波的传播不需要介质
C.可以利用超声波的反射探测海洋深度
D.可以利用B型超声仪检查身体
答案:B。蝙蝠能发出超声波, 并利用超声波进行导航;超声波是声波的一种, 它的传播也需要介质;C、D项中的说法均是超声的应用, 故本题只有B项错。
11.在下列应用实例中, 不属于超声波应用的是 ( ) 。
A.外科医生利用声波的振动除去人体内的结石
B.利用声波预测自然灾害
C.利用声波探测海中潜艇的位置
D.利用声波清洗钟表等精细的机械
答案:B。自然界中, 火山爆发、地震、风暴等大型自然灾害都能产生次声。
光学
1.光源是指自身能发光的物体, 太阳、发光的电灯、点燃的蜡烛都是光源。有些物体本身不发光, 但由于它们能反射太阳光或其他光源发出的光, 好象它们也在发光一样, 不要误认为是光源, 如月亮和所有行星, 它们并不是物理学中所指的光源。
2.光线:在物理学中, 光线是用来表示光的传播路径和方向的带有箭头的直线。许多光在一起称为光束, 光线的方向也就是光的传播方向。光沿直线传播的实例: (1) 影子的形成, (2) 月食的形成, (3) 小孔成像。
3.平面镜成像的特点。
平面镜成像是光的反射形成的。
物体通过平面镜成像有如下特点: (1) 像与物大小相等; (2) 像与物的对应点连线跟镜面垂直; (3) 像与物到镜面的距离相等; (4) 像与物左右相反; (5) 像是虚像。
4.平面镜成像作图。
平面镜成像的作图有两种方法:第一种方法是根据光的反射定律作图;第二种方法是根据平面镜的成像特点作图。使用第一种方法时, 应注意每个物点画出两条入射光线和对应的反射光线, 并注意实虚线要分清, 虚像用虚线画;第二种方法也叫几何对称作图法, 应用该法作图时, 要注意: (1) 只需作出构成物体形状的关键的几点的对称点即可; (2) 像物体对应点连线必须与镜面垂直; (3) 像必须由虚线构成。
5.物体的颜色。
(1) 透明体的颜色是由它透过的光决定的。透明物体让和它颜色相同的光通过, 把其他颜色的光都吸收了。所以透过茶色玻璃看到的世界都是茶色的。
(2) 有色的不透明物体反射与它颜色相同的光。红色物体反射红光, 吸收其他颜色的光, 而白色物体反射各种色光, 黑色物体吸收所有的光。
6.凸透镜成像规律
练习:
1.下列物体中属于光源的是 ( ) 。
A.放电影时所看到的银幕
B.反射阳光的平面镜
C.收看电视时看到的电视机的屏幕
D.月亮。
答案:C。光源是指本身能够发光的物体。判断物体是否是光源, 是看“本身”是否能够发光。A项放电影的银幕是粗白布, 不能发光, 放电影时是反射的放映机发出的光;B项中的平面镜可以反射光, 但本身不能发光;D项中的月亮能反射太阳光但自身不发光, 故不是光源;只有C项中电视机的屏幕是本身发光的, 属于光源。
2.关于小孔成像的情况, 下列说法中正确的是 ( ) 。
A.正立的 B.倒立的 C.一定是缩小的像 D.是放大的像
答案:B。小孔成像是由于光的直线传播形成的, 改变烛焰、小孔和光屏三者的距离关系, 可成放大的、等大的或者缩小的像, 但像一定是倒立的。
3.为了检查一块木板的一条棱是否平直, 可以闭上一只眼睛沿着棱的方向看过去, 这是利用了______。
答案:光在同种均匀介质中沿直线传播。由于光是沿直线传播的, 若木板不平直, 有凸起或弯曲, 则棱末端的光线将被挡住不能射入人眼。
4.晴天, 树荫下的地面上出现的圆形光斑是 () 。
A.太阳的实像 B.太阳的影子
C.太阳的虚像 D.树叶的影子
答案:A。小孔成像是由于光在均匀介质中沿直线传播形成的。树荫下地面上出现的圆形光斑就是太阳光通过树叶间的小孔在地面上形成的太阳的实像。
5.光明是人们祈求的, 但有时光也会损害人的视觉和身心健康, 成为光污染。下列现象中会造成光污染的是 ( ) 。
A.汽车车窗玻璃上贴防晒膜
B.城市建筑大面积安装玻璃幕墙
C.晚上学习时用护眼台灯
D.用塑料薄膜建造温室大棚
答案:B。城市建筑大面积安装玻璃幕墙, 会由于发生大面积的镜面反射而造成光污染, 本题考查环境保护意识。
6.一个人站在平面镜前并缓慢地向平面镜靠近, 则他在平面镜中所成的像情况应该是 ( ) 。
A.像靠近平面镜, 而且变得越来越大
B.像靠近平面镜, 而且变得越来越小
C.人和像之间的距离保持不变, 而且像的大小也不变
D.像靠近平面镜, 大小不变
错解:A
错解分析:人靠近平面镜时, 像也靠近平面镜, 由生活经验观察到人在平面镜中的像越来越大, 误认为人通过平面镜成的像变大, 其实, 人的大小没变, 则人通过平面镜所成像的大小也不变, 人感觉到镜中人像变大是由于视角改变所造成的, 故本题应选D。
答案:D。
7.一平面镜与水平桌面成45°角固定在水平桌面上, 如图所示, 一小球以1m/s的速度沿桌面向平面镜匀速滚动, 则小球在平面镜中的像 ( ) 。
A.以1m/s的速度, 做竖直向上的运动
B.以1m/s的速度, 做竖直向下的运动
C.以2m/s的速度, 做竖直向上的运动
D.以2m/s的速度, 做竖直向下的运动
答案:B。根据平面镜成像的性质, 小球在A点时, 对应于镜面等距离的虚像在A'位置, 小球滚到B点时, 其对称的像应在B'处, 显然AB=A'B'。可见镜里的像以与小球相等的速度竖直向下运动。
8.某发光点S所发出的两条光线经平面镜反射后形成的光线如图。请完成光路图并确定发光点S的位置。
答案
9.根据平面镜成像特点, 画出图中物体AB在平面镜MN中的像。
答案
本题应注意, A'B'是虚像应用虚线表示。部分同学在此容易忽视, 从而在考试中丢分。
10.唐朝著名诗人储光羲的《钓鱼湾》中有一句诗词“潭清疑水浅, 荷动知鱼散”。意思是清澈的潭水看起来变______了, 春荷一动, 鱼尽散去。在这里, 诗人看到的潭底和水中的鱼, 都是______像, 且看到的位置比实际位置都偏______, 这是由于光的_______现象造成的。
答案:浅、虚、高、折射。
11.白天, 坐在小汽车里透过车窗玻璃看到车外的景物, 这是由于光的 ( ) 。
A.直线传播 B.反射 C.折射 D.三种都有可能
答案:C。透过玻璃看到的景物是光折射后的虚像。
12.潜水员在水中看岸上的小鸟, 在图中能正确表示其光线的传播大致路径的是 ( ) 。
答案:C。潜水员在水中看岸上的小鸟, 光应从空气射入水中, 光从空气射入水中折射角小于入射角。
13.早晨, 草上的露珠在日光下呈现鲜艳的颜色, 而且颜色随视线的方向而改变, 这是因为 ( ) 。
A.露珠晶莹, 日光强烈刺眼, 使视觉受到影响, 看到眼前五颜六色
B.光的反射
C.光的色散
D.视线方向不同, 看到了露珠前后不同的颜色
答案:C。水珠相当于三棱镜, 能将太阳光分解, 产生光的色散现象, 由于各种色光折射角度不同, 所以在不同方向看到的色光不同。
14.舞台上的演员穿着白上衣, 蓝裤子, 在红色的舞台灯光的照射下, 他的上衣呈现____色, 裤子呈现____色。
答案:红色、黑色、白色上衣能反射各种色光, 红光照在它上面, 红光被反射入观众眼中, 故呈红色。蓝裤子只能反射蓝光, 无光进入观众眼中, 故呈黑色。
15.小丽同学用焦距为10cm的凸透镜做“探究凸透镜成像规律”的实验, 实验装置如图所示。在实验过程中保持凸透镜的位置不变, 请你根据所学知识回答下列问题。
(1) 实验前应首调节烛焰的中心、____、光屏的中心在同一高度。
(2) 改变蜡烛的位置, 使其位于20cm刻度线处, 再移动光屏, 使烛焰在光屏上成清晰的倒立、______的实像。 (填“放大”、“缩小”或“等大”)
(3) 在实验 (2) 的基础上, 将蜡烛和光屏互换位置, 此时烛焰在光屏上成清晰的倒立、______的实像。 (填“放大”、“缩小”或“等大”)
(4) 把图中的凸透镜看作眼睛的晶状体, 光屏看作视网膜。给“眼睛”戴上远视眼镜, 使烛焰在“视网膜”上成一清晰的像。若取下远视眼镜, 为使光屏上得到清晰的像, 应将光屏
(填“远离”或“靠近”) 凸透镜。
分析:远视眼镜是凸透镜对光线有合象作用, 当烛焰通过远视眼镜和“晶状体”在“视网膜”上成清晰的像时, 若取下远视眼镜, 出射光线会变得较为发散, 像成在“视网膜”之后, 为便光屏上得新得到清晰的像, 需将光屏远离凸透镜。
答案: (1) 凸透镜光心, (2) 缩小, (3) 放大, (4) 远离。
16.常见的视力缺陷有近视和远视。如图所示是一位视力缺陷人员的眼球成像示意图, 他的视力缺陷类型及矫正视力需要配戴的透镜种类是 ( ) 。
A.远视睛, 凸透镜 B.远视眼, 凹透镜
C.近视眼, 凸透镜 C.近视眼, 凹透镜
答案:A。物体成的像在视网膜之后, 表明晶状体对光的会聚能力弱, 该人员患远视眼, 应配戴凸透镜加以矫正。
17.如图所示是张敏同学拍摄的西湖大酒店风景相片, 则下列说法正确的是 ( ) 。
A.要想使大楼的像更大些, 张敏应向大楼靠近些并增大镜头与胶片之间的距离再拍照
B.大楼在湖中的倒影是由于光的直线传播形成的
C.大楼在湖中的倒影是由于光的折射形成的
D.拍摄时底片上的像是倒立、放大的虚像
建筑大型厅堂声学设计 篇9
随着时代的发展, 厅堂扩大、观众人数增多、使用功能增加及电子技术的进步, 厅堂内不可避免的需要设置电声系统, 但现在很多厅堂里就算设置了昂贵的电声设备, 但仍然出现厅内的声音听不清楚、声音干涩等听音效果差的现象。
目前大多数建设项目的建设程序基本是先进行土建设计及施工, 即先盖房子, 然后确定装修等专业的实施单位。在装修设计时更多的是考虑其美观, 突出给人的视觉效果, 装修材料大量采用铝塑板、石材等材料, 或进行简单的软包处理, 对功能性的方面 (如建筑声学, 以下简称建声) 考虑的很少, 造成大厅内声反射混乱。智能化的实施单位大多数时候都是在最后阶段才确定, 进场时装修设计基本已完成, 甚至于装修已经在施工, 停工等待智能化实施单位进行布线了, 智能化深化设计时只能在已有的装修设计的基础上采用电声设备来进行弥补, 虽有改善, 但效果不佳。
2 厅堂声学设计的一般要求
要保证好的听音效果, 必须保证其声学设计及其实施的质量。厅堂的声学设计包含建声设计和电声设计, 合理的声学指标是保证声学设计质量的重要前提。
要保证厅堂有好的音质, 则必须要有合适的响度, 与其相关的客观指标是声压级。对语言声, 一般要求不低于60~65d B, 否则要用扩声系统弥补声压级不足;对音乐声, 一般要求不低于75~96d B。
要有均匀的声能分布, 与其相关的客观指标是声场不均匀度。要保证在观众席的各个座位上听到声音的响度应比较均匀。
要在丰满度与清晰度之间有适当的平衡, 与其相关的客观指标是混响时间。如果厅堂的混响时间过长, 则声音的清晰度下降;如果混响时间过短, 声音显得干涩, 会影响丰满度。对以语言声为主的厅堂, 以语言清晰度为主, 混响时间不可过长;对以音乐演出为主的厅堂, 以丰满度为主, 故希望混响时间长一些。
要具有良好的音色, 与其相关的客观指标是混响时间频率特性。对以语言清晰度为主的厅堂应采用平或接近平直的混响时间频率特性;对以语言清晰度为主的厅堂应采用中、高频平直, 低频高于中频约15~20的混响时间频率特性, 可使低音丰富, 美化音色。要有较低的噪声。
3 建声与电声
在一个大的空间中, 声波从声源到听众一般经过两种不同形式的传播过程。一种是声波在空间声场中的传播过程;另一种形式是电信号在电路系统中的传播过程。建声设计负责前一种形式的传播过程, 电声设计负责后一种形式的传播过程。只有同时保证两种不同形式的传播过程的设计质量, 才能确保整体声学设计的效果, 二者相辅相成, 缺一不可。
建声是一门研究建筑中声学环境问题的科学, 它包括厅堂音质和建筑环境的噪声控制两大部分。其设计内容包括体型和容积的选择, 最佳混响时间及其频率特性的选择和确定, 吸声材料的组合布置等, 其中混响时间是要控制的首要指标。
混响时间是厅堂音质的一个重要评价指标, 其反应了室内声能随时间的衰减, 以及不同频率的声能的衰减特性。它的数值选择是否合适, 对能否获得良好的音质效果关系甚大。
适用于大空间厅堂混响时间T60的计算式
式中:V-房间容积 (m3) ;S-室内总表面积 (m2) ; 平均吸声系数;4 m-空气吸声系数
由混响时间计算式可看出, 当容积、面积一致时, 混响时间就决定于吸声系数的大小。要获得合适的、均匀的混响, 需注重厅堂各表面的吸声、隔声处理, 并应合理选择、组合使用好吸声材料, 才能达到指标要求。
建声设计的设计流程如图1所示。
由图1可看出, 要保证好的听音效果, 在电声设计前必须进行完善的建筑声学设计。
电声设计的设计流程如图2所示。
4 结束语
通过众多的工程经验总结出, 要获得好的听音效果, 建声是基础, 电声是条件。没有完善的建声设计, 希望靠电声设备来增强自然声和提高直达声的均匀度, 并在电路中采用人工延迟、人工混响等措施以提高音质的效果, 这样做不仅不能达到预期的目标, 还将影响厅堂扩声的音质。单纯的依靠电声去弥补建声的缺陷是不可能的。在大型厅堂建设中建筑声学显得尤为重要, 只有在建筑装修前进行严格的、科学的建筑声学设计, 并达到有关专业指标要求, 采用保证好的音质。
摘要：要获得好的听音效果, 建筑声学是基础, 电声是条件。没有完善的建筑声学设计, 希望靠电声设备来达到好的音质不仅不能达到预期的目标, 还将影响厅堂扩声的音质。单纯的依靠电声去弥补建筑声学的缺陷是不可能的。在大型厅堂建设中建筑声学显得尤为重要, 只有在建筑装修前进行严格的、科学的建筑声学设计, 并达到有关专业指标要求, 采用保证好的音质。
关键词：建筑声学,吸声材料,组合布置
参考文献
[1]GB50371-2006.厅堂扩声系统设计规范[S].
[2]建筑声学设计手册[M].中国建筑工业出版社.
[3]实用建筑弱电工程设计资料集[M].中国建筑工业出版社.