一个神奇的技巧：怎么利用声音照相？

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　　当开车时听到异响，又无法确定是哪个零件的故障，那么，我们怎么去检查呢?声学照相机帮您解决这些难题!

　　声学照相机

　　声学照相机又名声相(像)仪，是利用传声器阵列测量一定范围内的声场分布的专用设备，可用于测量物体发出的声音的位置和声音辐射的状态，并用云图方式显示出直观的图像，即声成像测量。

　　作用
　　能够对稳态、瞬态以及运动声源进行快速识别定位，帮助人们直观的认识声波、声场和声源，了解机器设备产生噪声的部位和原因，进而寻找治理噪声、控制噪声的途径。

　　声成像
　　是基于传声器阵列测量技术，通过测量一定空间内的声波到达各传声器的信号相位差异，依据相控阵原理确定声源的位置，测量声源的幅值，并以图像的方式显示声源在空间的分布，即取得空间声场分布云图-声像图，其中以图像的颜色和亮度代表声音的强弱。将声像图与阵列上配装的摄像实所拍的视频图像以透明的方式叠合在一起，就形成了可直观分析被测物产生噪声状态。

　　发展
　　声成像的研究开始于20世纪20年代末期。最早使用的方法是液面形变法。随后，很多种声成像方法相继出现，至70年代已形成一些较为成熟的方法，并有了大量的商品化产品。声成像方法可分为主动声成像、扫描声成像和声全息。

　　原理
　　由于很多声检测器均能记录声波的幅度和相位，并将其转换成相应的电信号，记录换能器阵列各单元接收信号的幅度和相位，即可重现物体声像。声成像质量的主要指标有图像的分辨率、信噪比、畸变和虚像等。声成像的质量不仅与所用的仪器设备有关，而且在很大程度上还与声波在介质中传播的特性(如反射、折射和波型转换)有关。

　　声相仪的指标定义

       1、本底噪声
       指发生在测量或记录中与信号存在与否无关的一切干扰声音信号，主要由畸变引起的本底噪声、电路热噪声和量程过大造成的量化误差引起的噪声。

　　2、动态范围 (dB)
       是指声相仪工作时能够接收到的最小信号，和在无非线性失真情况下最大声压之间的范围，由单个传声器本身特性决定。

　　3、频率范围
             · 上限频率：由阵列的阵元的最小间距决定，定义为在摄像头视角范围内不出现声源虚像的最高频率，其理论值是最小半波长应大于最小阵元间距。

　　      · 下限频率 ：由阵列的分辨能力决定，定义为当两个声源位置处于摄像头视角边缘，声相仪所能够分辨出两个声源的最低频率，其理论值是最大半波长应小于阵列孔径。


　　4、主瓣宽度 (°)
       主瓣宽度，是表示波束图中主瓣尖锐程度的参数。通常用波束图中的半功率点或主瓣的零点之间的对应的角度量度。

　　5、声相仪的角分辨率
       声相仪角分辨率是以波束主瓣宽度来量度，通常定义为主瓣的两个零点之间的角度范围，或主瓣半功率点之间的角度范围。小的主瓣宽度给出更好的角度分辨率。(单位 °)

　　6、旁瓣抑制
       由于主瓣以外的第一个旁瓣，是所有旁瓣中幅度响应最大的一个，因此用第一个旁瓣的相对于主瓣的高低差来定义其旁瓣级。旁瓣级决定了声相仪对观测方向以外方向上到达干扰信号的抑制能力。单位 -dB。

　　7、阵列增益
       声相仪增益定义为，传声器阵列输出信噪比与阵元输出信噪比之比。

　　8、信号增强
       阵列对正前方向声波测量输出的放大量，即相对于个传声器测量的信号增益，以dB表示。

　　9、指向性函数β(θ,φ)
       在以声相仪的等效中心为球心的大球面上，不同方位(θ,φ)处的声压幅值p(θ,φ)与最大响应方向上的声压幅值p(θ0,φ0)之比，称为声相仪的指向性函数β(θ,φ) 。

　　10、声像与视频偏离度
       指阵上视频图像与阵列计算所得出的声像图重叠时的偏差，通常以度 (°) 为单位。阵列需要用一下标准源来校验，该准源为一个无限小声源，且声音强度足够大，可以发出单频内调节。

　　11、响应速度 (秒/帧)
       指声相仪取得一帧声像图所需要的时间，反映声相仪的信号处理速度，一般为毫秒级，能让人眼感觉图像连续变化的速度是40ms。

　　12、最大探测距离 (m)
       指声相仪能够取得清晰声像的最远距离，与声源的强度和信噪比有关。

　　13、最小探测距离 (m)
       指声相仪能够分辨声源的最小距离，与阵列的结构有关。

　　14、视场虚像率 (dB)
       指视场内出现的最大虚像相对于主声源的衰减量。

　　15、全景虚像率 (dB)
       指不涉及视频图像，由阵列声成像所涉及的最大范围内的虚像，相对于主声源的衰减量。

　　总 结

　　声成像的发展和应用，扩大了人们的探测范围，不仅可以检查机器精密、极小零件的损坏，也可以探测人无法到达的区域，例如：深海探测。方便了机械工程检修，也让人们了解到更多的未知世界。声学应用广泛，一个神奇的学科!

　　来源：声讯网
　　作者：高东魁

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