時(shí)間：2022-07-26 13:20:52
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇聲學(xué)設(shè)計(jì)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：音質(zhì)設(shè)計(jì)；藝術(shù)性表現(xiàn)；主觀評(píng)價(jià)
Abstract: the ultimate goal of timbre design is subjective assessment of the audience. And subjective evaluation of the uncertainty of the decision to the sound design is not only the product of reason, also is the combination of the perceptual and the rational. Both the superiority of timbre design is to meet the functional requirements of acoustics, under the precondition of the visual effect can get on the biggest audience identity.
Keywords: timbre design; Artistic performance; Subjective evaluation
中圖分類號(hào)： TU112.2+8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：
1建聲設(shè)計(jì)藝術(shù)性表現(xiàn)中材料的媒介性
綜合性體育館是以視、聽為主要使用功能的大型公共建筑。體育館比賽大廳空間形式設(shè)計(jì)應(yīng)與音質(zhì)設(shè)計(jì)相配合，音質(zhì)設(shè)計(jì)對(duì)觀眾廳空間的影響除在空間大小、平面形式等宏觀的選擇上，還影響和決定了大廳空間界面的形態(tài)。
建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)中聲學(xué)材料（或結(jié)構(gòu)）應(yīng)用與表現(xiàn)是音質(zhì)設(shè)計(jì)的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是空間界面的物質(zhì)存在。聲學(xué)材料與結(jié)構(gòu)除了具有聲學(xué)性能外，通過本身具有的肌理、質(zhì)地和色彩等視覺屬性，也是實(shí)現(xiàn)大廳空間細(xì)部特征的有效工具。材料對(duì)設(shè)計(jì)意圖的表達(dá)，來自于設(shè)計(jì)師對(duì)材料特性準(zhǔn)確把握的基礎(chǔ)上，賦予材料以理念，促進(jìn)建筑視覺形象的表達(dá)。聲學(xué)材料（或結(jié)構(gòu)）通過不同的組合與加工方式，能夠形成不同的審美體驗(yàn)。例如木材沉靜、親切的自然信息對(duì)空間溫暖感的表達(dá)，體現(xiàn)了建筑與環(huán)境融合的心理需求；金屬材料的多樣化形態(tài)體現(xiàn)了當(dāng)代建筑表皮注重人心理感受與高技術(shù)相平衡的思想等。
2聲效空間中聲學(xué)材料的表現(xiàn)方式
聲效空間指的是用于觀演活動(dòng)的室內(nèi)封閉空間，是具備建筑基本范疇（實(shí)用、堅(jiān)固、美觀）并兼有室內(nèi)聲場(chǎng)屬性的空間。聲效空間的空間界面形態(tài)傳達(dá)出了音質(zhì)設(shè)計(jì)的目的，這種目的決定了聲效空間與其它空間的差異性，既有某種秩序的存在。聲效空間的秩序來自于對(duì)空間形式的需求和良好音質(zhì)的功能制約，是一種實(shí)用空間的物質(zhì)性表達(dá)。
材料作為空間界面表現(xiàn)的載體，影響著空間的劃分強(qiáng)度和品質(zhì)的塑造。在空間界面的設(shè)計(jì)中，聲學(xué)材料與構(gòu)造是可以直接作用于受眾的物質(zhì)手段，具有其自身的媒介表現(xiàn)性。聲學(xué)材料與構(gòu)造的組合方式或表達(dá)方式?jīng)Q定了界面信息的傳達(dá)方式，直接影響信息的傳遞效果。聲效空間是由聲效界面通過對(duì)功能、形式和材料的選擇與回應(yīng)來完成自身屬性的。因此，從聲學(xué)設(shè)計(jì)的角度理解，聲效空間的藝術(shù)性表達(dá)關(guān)注于構(gòu)成空間體量的聲學(xué)材料與構(gòu)造的表現(xiàn)方式，以及這種表現(xiàn)方式帶給空間中人們的建筑體驗(yàn)；從建構(gòu)的角度理解，空間的形式與音質(zhì)要求相契合，是聲效空間的藝術(shù)性由內(nèi)而外的體現(xiàn)，是形式與功能的統(tǒng)一，也是聲學(xué)發(fā)展的必需。
3聲學(xué)材料的運(yùn)用與藝術(shù)表現(xiàn)
當(dāng)今的大型公共建筑設(shè)計(jì)體現(xiàn)出更多理性的設(shè)計(jì)觀念，重視和關(guān)注于建筑的細(xì)部和表皮，這些正是通過對(duì)材料表現(xiàn)的運(yùn)用所表達(dá)的。
通過感受聲學(xué)材料的構(gòu)造方式和材料在細(xì)部中的體現(xiàn)，可以進(jìn)一步理解界面在控制聲音的過程中所擔(dān)負(fù)的作用。聲學(xué)設(shè)計(jì)中，聲學(xué)材料同時(shí)展現(xiàn)自己的肌理、色彩、質(zhì)地以及光環(huán)境等，空間形式的美感與這些相關(guān)元素的組合是否適當(dāng)直接相關(guān)。聲學(xué)材料的運(yùn)用是多種材料和構(gòu)造的綜合運(yùn)用，而不是通過單一材料的選擇來進(jìn)行的。根據(jù)材料的不同性質(zhì)，采用可折疊或可彎曲的建筑表皮形態(tài)對(duì)原有界面進(jìn)行替換，使界面根據(jù)使用的不同需求進(jìn)行形狀的變化。
對(duì)于建筑內(nèi)部使用空間來講，進(jìn)入建筑中的每個(gè)人都扮演著傳播受眾的角色，他們?cè)谥庇X感知、行為體驗(yàn)的過程中，與建筑表皮所承載的信息發(fā)生相互作用，并作出反饋。在聲學(xué)材料（或結(jié)構(gòu)）的運(yùn)用中，應(yīng)當(dāng)充分考慮到材料表現(xiàn)與受眾認(rèn)知途徑的搭接、以及受眾解讀的附著因素。聲學(xué)設(shè)計(jì)作為體育館設(shè)計(jì)的組成內(nèi)容，聲學(xué)材料（或結(jié)構(gòu)）的選擇與應(yīng)用對(duì)設(shè)計(jì)意圖的表達(dá)與受眾心里的契合至關(guān)重要。
4分立與趨同――建聲技術(shù)與藝術(shù)表現(xiàn)的完美結(jié)合
在體育建筑快速發(fā)展的今天，特別是室內(nèi)綜合性體育館，其建筑外部形象與內(nèi)部空間都面臨著更高、更綜合的要求。室內(nèi)環(huán)境的重要因素，聽覺和音質(zhì)感受與非聲學(xué)參量（包括視覺、熱舒適度）的相互影響逐漸成為建筑聲學(xué)研究的前沿課題[1]。
基于近年來國(guó)內(nèi)建筑（室內(nèi)）設(shè)計(jì)與建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)的脫節(jié)，引發(fā)了本文對(duì)兩者研究范疇的思考。從設(shè)計(jì)實(shí)踐中不難看出，建筑師與聲學(xué)工程師相互之間問題上的爭(zhēng)執(zhí)與矛盾，多是由于所持的技術(shù)價(jià)值觀不同而造成的。事實(shí)上，設(shè)計(jì)的脫節(jié)不僅影響了功能的正常使用或缺乏美感的形式，同時(shí)也造成了設(shè)計(jì)上的遺憾和不必要的浪費(fèi)。綜合性體育館聲效空間的室內(nèi)設(shè)計(jì)一定程度上依賴于感性的構(gòu)思，然而實(shí)現(xiàn)的過程卻依賴?yán)硇缘募夹g(shù)，這是一種分立，主要體現(xiàn)在藝術(shù)表現(xiàn)與聲學(xué)功能需求的關(guān)系之中。聲學(xué)技術(shù)與美學(xué)的結(jié)合是具有觀演功能建筑空間所特有的課題。建立在理性的技術(shù)基礎(chǔ)之上并注入了感性的建筑思維的聲學(xué)設(shè)計(jì)，在室內(nèi)設(shè)計(jì)中有著不可忽視的作用，體現(xiàn)出現(xiàn)代空間造型設(shè)計(jì)對(duì)音質(zhì)設(shè)計(jì)的認(rèn)同。
結(jié)論
技術(shù)與藝術(shù)是一對(duì)矛盾的統(tǒng)一體[2]。在綜合性體育館建筑空間中，聲學(xué)材料（或結(jié)構(gòu)）以界面的形式及其自身質(zhì)感、色彩等視覺屬性來影響空間的性質(zhì)。在聲學(xué)材料（或結(jié)構(gòu)）的應(yīng)用方面，各種新型聲學(xué)材料與復(fù)合材料的使用是體育館比賽大廳音質(zhì)改善和空間美感營(yíng)造的基石。
音質(zhì)設(shè)計(jì)在于使聲學(xué)材料的聲學(xué)理性在視覺上得以充分的表達(dá)，將自身的材料質(zhì)感展示出來，體現(xiàn)表里一致的真實(shí)效果。良好的大廳聲環(huán)境是建筑形式、音質(zhì)設(shè)計(jì)的結(jié)合，也是材料特性與結(jié)構(gòu)的形態(tài)表達(dá)。在追求聲學(xué)邏輯合理性的同時(shí)也實(shí)現(xiàn)材料的美學(xué)價(jià)值。建筑聲學(xué)材料與結(jié)構(gòu)具有聲學(xué)功能與視覺需求的雙重屬性，音質(zhì)設(shè)計(jì)的藝術(shù)性表現(xiàn)能通過視覺傳達(dá)信息，但其藝術(shù)性表現(xiàn)的意義不僅在于視覺形式本身，更重要的還包括了其所傳達(dá)的情感。這是音質(zhì)設(shè)計(jì)在達(dá)成聲學(xué)功能之后，體現(xiàn)在形式之上的意義。
參考文獻(xiàn)
普遍來說，房間的聲源常常經(jīng)過六個(gè)途徑傳到我們的耳中：音箱發(fā)出的直達(dá)聲；地板的反射聲；天花板的反射聲；音箱后墻的反射聲；側(cè)墻的反射聲以及聆聽者背后墻壁的反射聲。改變聲波的任一反射條件，聲音都會(huì)隨之發(fā)生變化。所以，聽音環(huán)境在很大程度上決定了重放聲的音質(zhì)好壞，假使你設(shè)備最好，環(huán)境不當(dāng)也難有好效果，只是這點(diǎn)常常被大家忽略。因?yàn)槌３７块g聲學(xué)的造價(jià)也是不便宜的。房間的聲學(xué)特性，很大程度上與室內(nèi)裝潢及房間布置有關(guān)。
一、長(zhǎng)方形
理想的聽音房間最好的是長(zhǎng)方形，按黃金分割比例，長(zhǎng)、寬、高不成整數(shù)倍的關(guān)系，因?yàn)檫@樣的房間能更好的產(chǎn)生聲音效果，不易出現(xiàn)駐波折疊，從而提高聽感。
二、隔聲與吸音
其次是隔聲，房間內(nèi)外不致干擾并使聲音擴(kuò)散。適當(dāng)?shù)奈暱擅獬暡ㄍ鶑?fù)反射激發(fā)出某些固有頻率的聲音干擾，造成聲染色。原則上室內(nèi)聲波的處理擴(kuò)散應(yīng)多于吸收，目的是使共振強(qiáng)度降低。但也要注意，不能過度使用吸音材料，過度的吸音會(huì)使得房間的混響時(shí)間太短，聲音變得干澀不圓潤(rùn)。重點(diǎn)在于側(cè)墻和天花板。在側(cè)墻均勻地設(shè)置一些吸聲和擴(kuò)散物，要厚重扎實(shí)，例如厚重的羊毛毯就是極好的全頻吸聲物體，薄的地毯、掛簾、壁毯只對(duì)中、高頻有吸收作用，過多使用會(huì)導(dǎo)致聲音缺乏色彩和明亮度。同時(shí)，一些家具（書柜、桌椅、沙發(fā)）都是很好的聲音擴(kuò)散物，能對(duì)聲音的傳播起調(diào)整作用，調(diào)整低頻有很好效果。最理想的方法是在側(cè)墻上貼以適當(dāng)?shù)臄U(kuò)散板，但這種方法費(fèi)用較昂貴且影響美觀。
為使聲音的擴(kuò)散度更廣，不致來回往復(fù)聚為一起成為有害駐波，就要改變?cè)擃l率聲音的行進(jìn)路線，我們可以請(qǐng)專業(yè)設(shè)計(jì)師商量，但最實(shí)際的方法是移動(dòng)音箱或聆聽位置。架空的木地板對(duì)低頻也有吸收作用，當(dāng)房間較小時(shí)，可以防止低頻量感的過度。如果房間聲音的低頻發(fā)出轟鳴聲，可在地板的近反射聲的反射點(diǎn)附近，鋪設(shè)厚重的羊毛地毯。當(dāng)聲音刺耳、低頻量感不夠時(shí)，就應(yīng)在兩側(cè)墻的近反射聲的反射點(diǎn)設(shè)置吸聲物覆蓋處理。如果出現(xiàn)聲音太干，應(yīng)優(yōu)先取掉地毯，在房間角落放置玻璃纖維作成的吸聲塊或布坐墊，可作混響時(shí)間的最后調(diào)整。
三、房間完好封閉性
房間的隔聲還跟房間的封閉性有關(guān)。聽音房間的理想隔聲對(duì)一般家庭而言其實(shí)是很難辦到的，因?yàn)殚T、窗、墻、地板和天花板，任何一個(gè)與外面相通的小細(xì)處都會(huì)將室外的聲音傳進(jìn)來，并將室內(nèi)的聲音傳出去，特別是將低頻傳得更遠(yuǎn)，而影響到聲音的最佳效果。門窗是隔聲的薄弱環(huán)節(jié)，良好的隔音可將窗作成雙層，在已有的窗上再加一層，當(dāng)然這時(shí)的窗要有好的密封性，這是花費(fèi)最少且效果不錯(cuò)的方法。對(duì)于門，可以采取帶空腔的中空雙層門，面板使用膠合板制作，中間鋪敷吸聲棉。如果覺得這樣繁瑣，便要聽從專業(yè)影音設(shè)計(jì)師的見解，從實(shí)際環(huán)境出發(fā)，探究最合適的隔音辦法。其他包括插座，門把手這樣的細(xì)微之處，也應(yīng)盡可能的做處理，讓聲音無法外漏。如果是在客廳，由于通道關(guān)系而影響室內(nèi)聲場(chǎng)的平衡，可在不對(duì)稱的墻面與角落加上吸聲材料，盡量讓兩側(cè)的反射聲均衡。
接下來，我們說說聽音室器材的位置擺放。
現(xiàn)在聽音室大致可以分為以下三種：1.專業(yè)聽音室（如視聽室）；2.與起居兼用的家庭聽音室；3.以影像為主的AV視聽室。三者的聲道系統(tǒng)不一樣，因而器材擺放上也是各有講究，但三者之間也存在著相通之處。我們最常接觸的莫過于2.0、2.1、4.1、5.1和7.1的多聲道系統(tǒng)（任何x.1音箱中的，1指代的是獨(dú)立的超重低音音箱，俗稱低音炮）。
2.0聲道
對(duì)于2.0系統(tǒng)來說，有一個(gè)
“三角形法”原則。只需將兩只音箱放在聽音者的正前方（兩音箱之間距離為1.5-2m左右），聆聽者處于與兩只音箱組成的三角形頂點(diǎn)。音箱與人耳的角度在45到60度以內(nèi)。這個(gè)角度是有講究的，它很好的把握了聆聽者與音箱的距離，如果音箱離聽者太近，音域定位便不夠精準(zhǔn)，且高低音單元存在相位差，聲音便不能同步。如果距離太遠(yuǎn)，聲場(chǎng)則會(huì)變窄，失去空間感和臨場(chǎng)感。
其次，音箱要與后墻、側(cè)墻相隔一定的距離（20-50厘米以上）。因?yàn)橐话愕?.0音箱的倒相孔都是后置的，如果音箱緊靠后墻，倒相孔中的聲波便不能完全放出，聲場(chǎng)的效果就會(huì)大打折扣，有些音箱更是必須借助墻壁的反射、疊加、混音才會(huì)有較好的低音效果。音箱不要離側(cè)墻太近，以防側(cè)墻體的反射作用改變了聲波的傳播方向與強(qiáng)度而影響音質(zhì)。再次，音箱與人耳最好處于同一平面，如果音箱高度不夠，我們可以使用音箱支架以獲得好的聆聽效果，得到所謂的“皇帝位”。
“三角形法”又俗稱為半自由近音場(chǎng)聽法。它的好處是可以減少四面墻反射音對(duì)音箱直接音的過度干擾，可得到很好的定位感以及寬深的音場(chǎng)，是能夠聽到最多、最直接、最清楚細(xì)節(jié)的一種擺法。除角度不變外，這個(gè)三角形根據(jù)房間大小、后級(jí)功率不同可大可小，自由調(diào)節(jié)。
2.1聲道
2.1相比于2.0，多了一個(gè)低音炮。音箱的擺放跟2.0大同小異。超重低音喇叭效果入耳聽到是有限的，反而是人的其它感官會(huì)感受到。超重低音只是在特定的節(jié)目源存在并需要還原。比如，在電影院或現(xiàn)實(shí)中，我們能夠感受到飛機(jī)起飛時(shí)那種力量與能量的震撼，但是如果我們的家庭影院沒有配置超重低音喇叭音箱或者配置不合理，就無法感受到這種震撼。擺放低音炮，注意到以下幾點(diǎn)就好。
通常把超低音音箱放在前方墻角附近，最好離墻角1m以上；避免擺放在和墻壁等距離的地方，例如，房間寬為4米，則不要擺放在離兩邊墻為2米的地方；其三，與墻壁之間應(yīng)為不等距關(guān)系，不要把音箱擺放在靠近墻角處及側(cè)墻和后墻等距離的地方（如離側(cè)墻或后墻距離分別為1/3、1/5的距離）。這是因?yàn)檫@樣的擺法能增強(qiáng)低頻的交錯(cuò)疊織，低音更渾厚圓潤(rùn)。
4.1聲道
4.1跟2.1比較，是在原基礎(chǔ)上增加了兩個(gè)后置環(huán)繞音箱，用來強(qiáng)化聲音的定位和環(huán)繞效果。兩個(gè)前置音箱和低音炮的位置擺放就無需再多說了，遵循著“三角形”法則，形成等腰或等邊三角形。而對(duì)于這兩個(gè)新增的環(huán)繞音箱，我們一般將其擺放在“皇帝位”的左右兩側(cè)，音箱面對(duì)面的架設(shè)，直接面對(duì)聽音區(qū)域。環(huán)繞音響位置太前，我們無法獲得足夠的向后效果，位置太后，包圍感和環(huán)繞感就會(huì)減弱。就高度來說，大約比聆聽者的坐姿高70-90厘米左右。除此之外，還有一種參照杜比實(shí)驗(yàn)室規(guī)定的擺放法，將后置環(huán)繞懸掛于后墻之上，距離聽音者1.5米為宜。安裝時(shí)，兩個(gè)環(huán)繞要以聽音者為中軸線對(duì)稱。倘若房間設(shè)計(jì)不允許，你也可以把它們吊掛在后方墻上。
5.1聲道
5.1聲道在4.1的基礎(chǔ)上多了一個(gè)中置的衛(wèi)星箱，也就是我們所稱的中央聲道。它的主要作用是用來播放電影中的人聲和對(duì)白。也就是說5.1聲道由前置的左、中、右三個(gè)音箱和兩個(gè)環(huán)繞以及低音炮組成。
前置左右音箱和低音炮與前面講的相同，兩個(gè)前置放在屏幕左右兩側(cè)，與用戶形成45到60度的夾角。如果在小房間使用大、中型屏幕，則左右音箱可緊靠在屏幕兩側(cè)。如果屏幕較小，可使它們距離屏幕稍遠(yuǎn)以獲得較寬闊的立體聲場(chǎng)。中置音箱，正對(duì)用戶，距離用戶2-4m。左、中、右三個(gè)聲道的輻射角度朝向用戶，以此減少來自天花板、墻壁和屋頂?shù)姆瓷洌ＷC聲像定位的清晰度。
目前來說，環(huán)繞音箱有兩種類型，一種是普通的單極型小音箱，它們通常被放在音箱架上或高掛于墻上。另一種環(huán)繞音箱則是偶極型音箱，每只音箱內(nèi)均有兩只背靠背安裝的揚(yáng)聲器，均接成反相方式。偶極型音箱只能對(duì)前后方發(fā)出高頻聲音而無法發(fā)出低頻聲音（即使給它輸入低頻信號(hào)也因抵消而發(fā)不出低音）。它只同時(shí)向前和向后發(fā)聲而不會(huì)向聆聽者的側(cè)面發(fā)聲，并且使聲音到達(dá)聆聽者前先充滿聽音室。
擺放時(shí)，左環(huán)繞與右環(huán)繞這兩聲道的音箱，其聲音的擴(kuò)散性應(yīng)重于方向性，這樣有利營(yíng)造濃郁的環(huán)繞氣氛。偶極型音箱擺放時(shí)，要著重考慮兩個(gè)因素：諧振（強(qiáng)迫振蕩頻率非常接近自由振蕩頻率系統(tǒng)中出現(xiàn)的振蕩現(xiàn)象）和自我衰削。抗諧振的最佳位是離頂棚（或地面）20%的室內(nèi)空間高度處（如室內(nèi)高度為2.5m，則最佳位置為上、下50cm處）。通常，家庭使用偶極型音箱的是絕少數(shù)。
直接輻射式環(huán)繞音箱，則跟前面提到的相差無異。布置方案很多，例如：固定在兩側(cè)墻壁上；或固定在后方墻壁上，使它們向外和向上張開呈倒八字形并朝向邊墻與天花板結(jié)合處。與用戶成100到120度的夾角，后置環(huán)繞應(yīng)盡量與前置音箱保持在一個(gè)平面上。這點(diǎn)要值得注意，環(huán)繞箱太高會(huì)感覺人聲從空中傳來，而太低對(duì)白又會(huì)被矮化。總之，要聽起來聲音從前方出來，聽來順耳自然。
尋找低音炮的最佳位置，我們可以接好它的喇叭線并反復(fù)播放一段具有強(qiáng)低音效果的音樂，再繞房間四周仔細(xì)去聽。聽時(shí)，要將耳朵貼于地面，大致處于超低音音箱高度的位置。然后，找出低音最平穩(wěn)、最深沉、最清晰的點(diǎn)，即為超低音音箱的最佳擺放位置。
7.1聲道
關(guān)鍵詞：室內(nèi)聲學(xué)、計(jì)算機(jī)模擬、RAYNOISE
中圖分類號(hào)： U467.1+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：
引言
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益發(fā)展，軟件模擬成為室內(nèi)聲學(xué)設(shè)計(jì)的主要分析手段之一。相對(duì)于傳統(tǒng)的計(jì)算方法和聲學(xué)模型，軟件模擬計(jì)算速度快、精度高、易于修改、成本小，具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。目前國(guó)際上比較著名的聲學(xué)軟件有比利時(shí)LMS公司開發(fā)的RAYNOISE，德國(guó)ADA公司的EASE以及丹麥技術(shù)大學(xué)的ORDENS等。本文以RAYNOISE軟件為例，討論了軟件模擬在室內(nèi)聲學(xué)分析中的具體應(yīng)用。
RAYNOISE軟件簡(jiǎn)介
RAYNOISE軟件是針對(duì)聲學(xué)開發(fā)的一種大型聲場(chǎng)模擬軟件系統(tǒng)，主要功能是對(duì)封閉空間、半封閉空間或開敞空間的各種聲學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行模擬。RAYNOISE軟件模擬主要以幾何聲學(xué)為理論基礎(chǔ)，模型采用圓錐束法（CBM）和三棱錐束法（TBM）作為聲場(chǎng)脈沖響應(yīng)的計(jì)算方法，這兩種方法綜合了傳統(tǒng)的虛聲源法（MISM）和聲線跟蹤法（RTM）的優(yōu)勢(shì)，能夠較準(zhǔn)確地模擬聲傳播的物理過程，包括鏡面反射、擴(kuò)散反射、墻面和空氣吸收、衍射和透射等現(xiàn)象，尤其在中高頻范圍，并且能夠模擬接收點(diǎn)的聽音效果，可以廣泛用于噪聲預(yù)測(cè)和控制、環(huán)境聲學(xué)、室內(nèi)聲學(xué)設(shè)計(jì)等多種領(lǐng)域。
室內(nèi)聲學(xué)模擬過程
RAYNOISE軟件模擬的主要過程包括建模、計(jì)算和后處理三部分。建模時(shí)需要輸入以下模型信息：1）三維空間模型；2）傳播介質(zhì)的特性；3）各圍合面的聲學(xué)特性（如吸聲系數(shù)、散射系數(shù)等）；4）聲源特性及位置；5）接收點(diǎn)的位置；6）座位接收面的位置。
在計(jì)算過程中，影響計(jì)算結(jié)果的主要參數(shù)包括聲線數(shù)量、反射方法、反射階次、截止時(shí)間、動(dòng)態(tài)范圍等。其中，聲線數(shù)和反射階次是兩個(gè)重要的影響因素，通常需要通過試算確定取值，當(dāng)計(jì)算結(jié)果趨于穩(wěn)定時(shí)，表示為最佳取值。計(jì)算結(jié)果經(jīng)過后處理可以生成圖形或動(dòng)畫。
室內(nèi)聲學(xué)模擬分析實(shí)例
本文用RAYNOISE軟件對(duì)某多功能廳進(jìn)行了室內(nèi)聲學(xué)模擬分析。如圖4.1和4.2所示，多功能廳位于某三層建筑的第二、三層，主要用于會(huì)議和小型演出，廳內(nèi)容積約1.5萬m³，可容納800人，平面呈矩形，長(zhǎng)度約33m，寬度約25m。舞臺(tái)位于矩形的西側(cè)短邊，南側(cè)為玻璃幕墻，北側(cè)及東側(cè)為柱子，直接與二、三層走廊相通。多功能廳內(nèi)無吊頂，屋頂沿短邊方向傾斜，南側(cè)高約15m，北側(cè)高約13m，采用高度800mm的井字梁。
圖4.1 多功能廳平面圖
由于項(xiàng)目中的多功能廳原本是一個(gè)用于集會(huì)和展示的大堂，后期改為具有會(huì)議和演出功能的多功能廳。因此，多功能廳的‘先天’條件很差：總體積較大，與走廊連通，內(nèi)表面形狀復(fù)雜，而且可利用的吸聲面積較小，這些問題都可能對(duì)廳內(nèi)的音質(zhì)產(chǎn)生不利影響。
為了控制多功能廳的音質(zhì)效果，多功能廳的兩側(cè)墻和后墻的梁、柱、三層欄桿全部采用木絲板吸聲構(gòu)造，并適當(dāng)加寬梁、柱的寬度；屋頂井字梁的梁格內(nèi)填木絲板；舞臺(tái)墻面采用穿孔金屬板（內(nèi)填玻璃棉）；化妝間、側(cè)臺(tái)、走廊設(shè)礦棉吸聲吊頂。
本次模擬為獨(dú)唱者使用時(shí)的情況，聲源為點(diǎn)聲源，位于舞臺(tái)中心，距地面1.5m高，接收面位于觀眾席區(qū)，距地面1.2m。圖4.3~4.5為500Hz時(shí)多功能廳的聲場(chǎng)分布SPL、混響時(shí)間RT60、清晰度D50的分布圖。
圖4.3 聲壓級(jí)SPL分布圖（500Hz）
圖4.4 混響時(shí)間RT60分布圖（500Hz）
圖4.5 清晰度D50分布圖（500Hz）
從模擬結(jié)果可知，多功能廳中頻滿場(chǎng)混響時(shí)間為1.4s；聲場(chǎng)不均勻度約為7dB；清晰度D50＞40%；各項(xiàng)聲學(xué)指標(biāo)數(shù)值比較合理，聲學(xué)性能良好，因此按照現(xiàn)有的聲學(xué)設(shè)計(jì)可以滿足多功能廳的使用要求。
結(jié)論
與傳統(tǒng)的方法相比，計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)不僅效率高，而且結(jié)果更加詳細(xì)，為聲學(xué)設(shè)計(jì)的定量化提供了有效的手段。通過RAYNOSIE軟件模擬分析，直觀的獲得了室內(nèi)聲學(xué)設(shè)計(jì)所需的多種指標(biāo)，從而在早期設(shè)計(jì)方案階段就開始為設(shè)計(jì)者提供指導(dǎo)，對(duì)合理分析、優(yōu)化室內(nèi)聲學(xué)設(shè)計(jì)方案起到巨大的作用。
參考文獻(xiàn)：
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(一)頂棚頂棚的設(shè)計(jì)要注意吸聲效果的實(shí)施，在裝修時(shí)注意隔聲、吸聲材料的運(yùn)用，另外還要注意室內(nèi)燈光架、燈光固定件的防震處理。使演播室的頂棚技能和好的吸收室內(nèi)的雜音，又能隔絕室外的雜音，保證演播質(zhì)量。
(二)墻體墻面設(shè)計(jì)演播室的墻體墻面設(shè)計(jì)是聲學(xué)裝修的一個(gè)重要組成部分，再設(shè)計(jì)裝修時(shí)墻體要使用具有良好吸音作用的材料，比如加氣混凝土或者在雙墻中間填堵吸聲棉，提高吸音效果；墻體的厚度與結(jié)構(gòu)要根據(jù)具體的用房環(huán)境來決定；另外墻體的材料要選擇使用清潔、衛(wèi)生、環(huán)保、美觀而且即防火又耐用的材料。
(三)門窗設(shè)計(jì)要點(diǎn)演播室的門窗也應(yīng)該具有一定的隔音作用，門的隔聲量主要取決于它的質(zhì)量、剛性以及氣密性，所以門的材質(zhì)一般選用質(zhì)量較大的材料，因?yàn)橘|(zhì)量大的材料隔音量也比較大。大師這種門比較笨重，現(xiàn)在播音室門的設(shè)計(jì)一般采用輕質(zhì)材料制作，在三層13mm厚的木板中夾兩層11mm厚的玻璃棉，兩面再各加一層五合板和一層櫸木飾面板，門框及門的邊緣敷上毛氈對(duì)門縫進(jìn)行密封，也能起到很好的隔音效果。播音室的窗可以設(shè)計(jì)也可以不設(shè)計(jì)，如果設(shè)計(jì)，主要考慮玻璃的材質(zhì)，一般會(huì)選用較厚的玻璃，能提高隔音效果。
(四)地面的設(shè)計(jì)播音室室內(nèi)地面的設(shè)計(jì)除了要有一定的吸聲作用外，還要考慮美觀、清潔等方面的因素。一般采用干式浮筑地面、木地板或者鋪吸聲地毯等，有利于降低室內(nèi)的頻混響時(shí)間。
(五)其它設(shè)施設(shè)備設(shè)計(jì)演播室重點(diǎn)設(shè)備是空調(diào)，因?yàn)槿绻照{(diào)排風(fēng)扇的安裝不當(dāng)，演播室內(nèi)其他所有的部分的隔聲、吸聲作用做的再好也是無濟(jì)于事的。所以要注重演播室內(nèi)空調(diào)的裝修設(shè)計(jì)，一般選擇中央空調(diào)時(shí)，需注意送風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，風(fēng)口需要做消聲處理，但是龐大的風(fēng)管系統(tǒng)，會(huì)給溫度調(diào)節(jié)和控制帶來很大的困難，而且整個(gè)系統(tǒng)不停地運(yùn)轉(zhuǎn)，會(huì)造成很大的浪費(fèi)，運(yùn)行成本很高。為了減少這些問題，可以采用令熱泵送風(fēng)系統(tǒng)的中央空調(diào)，這種運(yùn)行方式可以調(diào)節(jié)空調(diào)運(yùn)行時(shí)間，使用比較靈活。如果要最大限度的減弱空調(diào)的噪音，就要選購(gòu)質(zhì)量比較好的低噪音空調(diào)，將空調(diào)的內(nèi)機(jī)安裝與室外，然后再用短風(fēng)管接入室內(nèi)，最后對(duì)進(jìn)、回風(fēng)口做消聲處理。
二、其他設(shè)計(jì)技巧
(一)聲場(chǎng)均勻度控制從室內(nèi)聲學(xué)來看，如果反射聲波擴(kuò)散良好，為了取得良好的聲場(chǎng)擴(kuò)散，在設(shè)計(jì)室內(nèi)吸聲墻體時(shí)，需要把中高頻的犧牲結(jié)構(gòu)與中低頻的犧牲結(jié)構(gòu)區(qū)分交錯(cuò)布置，同時(shí)再設(shè)計(jì)一系列的形狀不規(guī)則的鋁制板擴(kuò)散板，提高整個(gè)室內(nèi)的聲場(chǎng)均勻度。
(二)聲學(xué)缺陷的預(yù)防演播室房間的設(shè)計(jì)要注意避免“聲染色”問題的出現(xiàn)，如果出現(xiàn)“聲染色”現(xiàn)象，室內(nèi)一些地方的的頻率可能會(huì)加強(qiáng)會(huì)減弱，導(dǎo)致聲音失真，這是聲學(xué)設(shè)計(jì)的一大缺陷，必須采用一些措施避免這些缺陷。一種方式是可以再播音室的各個(gè)角落做45度的切角，切腳墻面墻面要經(jīng)過強(qiáng)吸音處理，以便消除聲染色現(xiàn)象；另一種方式是在原來播音室吸音墻的基礎(chǔ)之上大部分強(qiáng)做成強(qiáng)吸聲墻，特別是墻角與天花板的夾角處，可以采用多層強(qiáng)吸音材質(zhì)，提高吸音效果。一般情況下，播音室會(huì)選擇第二種方法消除聲染色，因?yàn)榈谝环N方式在室內(nèi)做聲學(xué)切角占用室內(nèi)空間，會(huì)影響本來就不大的室內(nèi)空間。而第二種方法不僅節(jié)省空間，而且不會(huì)使聲音出現(xiàn)任何失音的情況。
(三)切斷固體傳聲的措施從物理學(xué)上來說，聲音在股體內(nèi)傳播的衰減程度不強(qiáng)，而要想切斷演播室墻體、門窗、空調(diào)等的固體傳聲，要在施工環(huán)節(jié)就加強(qiáng)控制，做好施工縫內(nèi)落灰、落磚管理，積極改進(jìn)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造。如果施工縫間有雜物存在，容易形成剛性連接，減弱消音效果。施工過程中可以在非播音室的墻根處預(yù)留清掃口，這樣可以做到一邊施工一邊清掃，施工完畢后再堵住清掃口，這樣就避免了縫隙雜物。另外安裝空調(diào)時(shí)需要挖掘管道，，這些管道穿進(jìn)大小播音室時(shí)，需要做柔性連接，風(fēng)管與墻體的連接處用瀝青、干硬性砂漿塞實(shí)，以此來達(dá)到消音的效果。
(四)聲學(xué)裝修施工現(xiàn)在的演播室墻體一般采用超細(xì)玻璃棉寬頻犧牲構(gòu)造，而頂棚一般采用腔內(nèi)填棉的方式來控制混響時(shí)間，以免發(fā)生聲學(xué)聚焦或者長(zhǎng)延時(shí)反射聲現(xiàn)象，破壞使內(nèi)消音效果。所以在裝修時(shí)對(duì)演播室的非聲學(xué)墻體的普通見白作法用彈涂法來代替，這種方法能夠很好的降低長(zhǎng)延時(shí)反射聲現(xiàn)象的出現(xiàn)。
三、結(jié)語(yǔ)
關(guān)鍵詞：廳堂建筑；聲學(xué)；設(shè)計(jì)
作為聽音場(chǎng)所。廳堂建筑的聽音質(zhì)量是第一重要的，因此必須認(rèn)真做好建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)，確保其音質(zhì)。只有明確建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)和手段，才能保證廳堂建筑具有良好的音質(zhì)。
一、建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)
一般而言，建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)主要包括噪聲控制和音質(zhì)設(shè)計(jì)兩大部分。
(一)噪聲控制
通常音樂廳、劇場(chǎng)等廳堂都要求很低的室內(nèi)背景噪聲，因此，這些廳堂的選址很重要，應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離戶外的噪聲與振動(dòng)源。另外，還要進(jìn)行場(chǎng)地環(huán)境噪聲與振動(dòng)調(diào)查、測(cè)量與仿真預(yù)測(cè)，目的是為進(jìn)行廳堂建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔聲設(shè)計(jì)提供依據(jù)。保證廳堂建成后能達(dá)到預(yù)定的室內(nèi)噪聲標(biāo)準(zhǔn)。此外，建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)的另一個(gè)重要任務(wù)就是進(jìn)行室內(nèi)音質(zhì)設(shè)計(jì)。
(二)音質(zhì)設(shè)計(jì)
音質(zhì)設(shè)計(jì)通常包括下述工作內(nèi)容：
1.確定廳堂體型及體量。
2.確定音質(zhì)設(shè)計(jì)指標(biāo)及其優(yōu)選值。根據(jù)廳堂的使用功能選擇混響時(shí)間、明晰度、強(qiáng)度指數(shù)、側(cè)向能量因子、雙耳互相關(guān)系數(shù)等音質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)，并確定各指標(biāo)的優(yōu)選值，是音質(zhì)設(shè)計(jì)的重要任務(wù)。
3.對(duì)樂池、樂臺(tái)、包廂、樓座及廳堂各界面進(jìn)行聲學(xué)設(shè)計(jì)。
4.計(jì)算廳堂音質(zhì)參量。當(dāng)廳堂的平、剖面及樓座、包廂、樂池、樂臺(tái)等設(shè)計(jì)方案擬定以后，就可開始計(jì)算廳堂音質(zhì)參量。
5.進(jìn)行聲學(xué)構(gòu)造設(shè)計(jì)。廳堂音質(zhì)除了受前述建筑因素影響之外，還與室內(nèi)裝修材料與構(gòu)造密切相關(guān)。聲學(xué)裝修構(gòu)造設(shè)計(jì)通常包括各界面材料的選擇和繪制構(gòu)造設(shè)計(jì)圖，需詳細(xì)規(guī)定材料的面密度、表觀密度、厚度、穿孔率、孔徑、孔距、背后空氣層厚度以及龍骨的間距等技術(shù)參數(shù)。
6.聲場(chǎng)計(jì)算機(jī)仿真。對(duì)廳堂建筑進(jìn)行仔細(xì)的聲場(chǎng)分析和音質(zhì)參量計(jì)算，有賴于聲場(chǎng)三維計(jì)算機(jī)仿真。
7.縮尺模型試驗(yàn)。對(duì)于重要的廳堂，除了計(jì)算機(jī)仿真外，通常還須建立一定縮尺比的廳堂模型，進(jìn)行縮尺模型聲學(xué)試驗(yàn)。
8.可聽化主觀評(píng)價(jià)。可聽化技術(shù)是通過仿真計(jì)算。或者通過模型試驗(yàn)測(cè)量獲得雙耳脈沖響應(yīng)，將之與在消聲室中錄制的音樂或語(yǔ)言“干信號(hào)”卷積，輸出已加入廳堂影響的聲音信號(hào)，供受試者預(yù)先聆聽建成后的廳堂音質(zhì)效果。這是近年發(fā)展起來的建筑聲學(xué)領(lǐng)域一項(xiàng)高新技術(shù)。
9.建筑聲學(xué)測(cè)量。建筑聲學(xué)測(cè)量包括噪聲與振動(dòng)測(cè)量，圍護(hù)構(gòu)造隔聲測(cè)量，重要材料與構(gòu)造的吸聲量測(cè)量以及廳堂音質(zhì)參量的測(cè)量等。
10.對(duì)電聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供咨詢意見。對(duì)于需要安裝電聲系統(tǒng)的廳堂，建筑聲學(xué)專家尚需與音響工程師配合，對(duì)電聲系統(tǒng)的設(shè)備選型、設(shè)計(jì)與安裝提供咨詢意見。
11.組織主觀評(píng)價(jià)。對(duì)于重要廳堂，在工程落成后，組織專門的演出和主觀評(píng)價(jià)，來檢驗(yàn)建成后廳堂的音質(zhì)效果，是建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)最后一個(gè)重要環(huán)節(jié)。
二、聲學(xué)設(shè)計(jì)的手段
準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)房間的音質(zhì)效果一直是建筑聲學(xué)研究者追求的理想。廳堂音質(zhì)模型測(cè)定是建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)的重要手段。隨著軟件技術(shù)的發(fā)展，使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行聲場(chǎng)的模擬研究成為現(xiàn)實(shí)。近年來，使用基于有限元理論的方法模擬聲音的高階波動(dòng)特性，在低頻模擬上獲得了一些進(jìn)展。
廳堂中短延時(shí)反射聲的分布，是決定音質(zhì)的重要因素。在縮尺模型中，用電火花作為脈沖聲源測(cè)得的短延時(shí)反射聲分布，與實(shí)際大廳的短延時(shí)反射聲分布有良好的對(duì)應(yīng)，對(duì)在設(shè)計(jì)階段確定廳堂的大小、體型等有重要參考意義。混響時(shí)間是公認(rèn)的一個(gè)可定量的音質(zhì)參數(shù)，通過模型試驗(yàn)可以預(yù)測(cè)所要興建廳堂的混響時(shí)間。聲場(chǎng)不均勻度也是一個(gè)重要的音質(zhì)參數(shù)。
模型試驗(yàn)的測(cè)量系統(tǒng)、測(cè)量方法和結(jié)果的表達(dá)與實(shí)際廳堂相同，但需要根據(jù)廳堂模型的縮尺比s，在混響時(shí)間測(cè)量和聲場(chǎng)不均勻度測(cè)量時(shí)對(duì)測(cè)量頻率作相應(yīng)改變。不同頻率的聲波，在空氣介質(zhì)中傳播，特別是高頻聲波，它的由空氣吸收引起的衰減在不同溫、濕度條件下差別很大，對(duì)混響時(shí)間測(cè)量結(jié)果，需采取對(duì)空氣吸收的影響作相應(yīng)的修正，且有足夠的精度。
對(duì)于短延時(shí)反射聲分布測(cè)量，廳堂音質(zhì)模型的縮尺比s一般采用1／5或1／10，也有采用1／20的，但因受試驗(yàn)設(shè)備和頻率過高的限制，精度受到一定影響。對(duì)混響時(shí)間的測(cè)量，縮尺比s為1／20時(shí)只能對(duì)應(yīng)實(shí)際廳堂1000Hz或2 000Hz以下的頻率。推薦縮尺比s不小于1／10，對(duì)混響時(shí)間和聲場(chǎng)不均勻度的測(cè)量可擴(kuò)展至實(shí)際廳堂中的4000Hz。短延時(shí)反射聲分布測(cè)量的精度也較高。
模型的內(nèi)表面形狀，有些起伏尺寸比較小，對(duì)聲波的反射和擴(kuò)散沒有多大影響，在制作模型時(shí)可適當(dāng)簡(jiǎn)化。但必須保留等于或大于實(shí)際廳堂中聲波為2000Hz的波長(zhǎng)的起伏，不能省略。因?yàn)檫@些部分會(huì)對(duì)聲場(chǎng)的不均勻度有較大影響。要使廳堂音質(zhì)模型的內(nèi)表面各個(gè)部分，包括觀眾席的吸聲系數(shù)在所測(cè)量的頻率范圍內(nèi)與相對(duì)應(yīng)的實(shí)際廳堂內(nèi)表面各部分及觀眾席的吸聲系數(shù)完全相符，實(shí)際上有很大難度，因此允許有±10％的誤差。
為了避免在模型中的背景噪聲過高導(dǎo)至動(dòng)態(tài)范圍達(dá)不到要求而影響精度，廳堂音質(zhì)模型的外殼必須有足夠的隔聲量。舞臺(tái)空間大小、形狀及吸聲狀況，對(duì)觀眾廳的短延時(shí)反射聲分布、混響時(shí)間及聲壓級(jí)分布有很大影響。在模型試驗(yàn)時(shí)，這部分宜包括在內(nèi)。舞臺(tái)空間部分的吸聲狀況也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的模擬。
奧運(yùn)建筑大型綜合體育館建筑設(shè)計(jì)特點(diǎn)
奧運(yùn)體育建筑大型綜合體育館在建筑上主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
(1)容納觀眾數(shù)量多，根據(jù)《體育建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》(JGJ31－2003)，特大型體育館的定義為容量大于1萬座，而本文介紹的兩個(gè)體育館的容量均在1.8萬，比上述規(guī)定高出近1倍。
(2)體積巨大：在上述規(guī)范中，混響時(shí)間指標(biāo)根據(jù)體育館的體積分為三檔，大于80000m3，400003－80000m3，小于40000m3，而國(guó)家體育館的容積為510900m3，北京奧林匹克籃球館的容積347400m3，比規(guī)范中最高檔的體積高4－6倍。
(3)采用桁架的形式早期的體育館，如首都體育館，多在屋頂結(jié)構(gòu)下設(shè)置裝修吊頂，而在北京亞運(yùn)會(huì)時(shí)代建造的體育館基本上就取消了裝修吊頂，屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式多采用網(wǎng)架，而此次為北京奧運(yùn)會(huì)建造的體育館屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式采用了桁架，而且由于跨度很大，屋頂系統(tǒng)的承載力有限。
(4)輕質(zhì)屋面：屋面均采用輕質(zhì)金屬屋面材料。
(5)連通空間形式：以前的體育館的比賽大廳多為單獨(dú)的封閉空間，與休息廳分隔，而近期建造的體育館多采用連通空間形式，即將比賽大廳與休息大廳連通為一個(gè)空間。
(6)用途多樣：奧運(yùn)會(huì)的體育館不僅要考慮奧運(yùn)會(huì)其間的體育比賽，還要考慮賽后的使用，包括文藝演出和大型集會(huì)等用途。
國(guó)家體育館聲學(xué)設(shè)計(jì)
1.概況及特點(diǎn)
國(guó)家體育館位于奧林匹克公園中心區(qū)的南部，與“鳥巢”、“水立方”毗鄰而居，是奧林匹克中心區(qū)標(biāo)志性建筑之一。體育館屋頂曲面近似扇形，如行云流水般飄逸又富于動(dòng)感，四周豎立的鋼骨架與大面積晶瑩剔透的玻璃幕墻相映襯，猶如一把張開的中國(guó)扇，彰顯出中國(guó)文化的內(nèi)涵這是奧林匹克中心區(qū)三大體育建筑中唯一的完全由我國(guó)自己設(shè)計(jì)的體育建筑。
國(guó)家體育館平面呈矩形，觀眾席長(zhǎng)約140m，寬約110m比賽場(chǎng)地長(zhǎng)約74m，寬約43m，屋頂為單向波浪弧形，比賽場(chǎng)距屋頂最高處的高度約為40m。比賽大廳與觀眾休息大廳連為一體，有效容積(包括觀眾休息大廳)為510900m3，容納約1.8萬名觀眾(賽時(shí))，每座容積為28.4m3。
2.聲學(xué)設(shè)計(jì)指標(biāo)的確定
根據(jù)《體育建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》(JGJ31－2003)，大干80000m3的體育館特級(jí)和甲級(jí)的混響時(shí)間指標(biāo)(滿場(chǎng) 中頻)為1.7s，由于本體育館的體積遠(yuǎn)大于80000m3，而混響時(shí)間是與體積成正比的，所以，要使該體育館達(dá)到這個(gè)指標(biāo)是非常困難的，也是不現(xiàn)實(shí)的。對(duì)于體育館來說，由于不存在使用自然聲的可能性，所以建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)的主要目的就是保證體育館內(nèi)電聲系統(tǒng)能夠達(dá)到良好的效果，而隨著電聲技術(shù)的發(fā)展和電聲設(shè)備的更新，電聲系統(tǒng)對(duì)建聲條件的要求也有所降低。根據(jù)《體育建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》，上述混響時(shí)間指標(biāo)可以有0.15s的變動(dòng)范圍，所以我們制定了如下建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)指標(biāo)，
(1)混響時(shí)間(80％滿場(chǎng)，s)；
中頻(500Hz)：1.85s；
頻率特性：低頻(125Hz)提升1.2倍(相對(duì)于中頻)，高頻為0.9倍。
(2)噪聲限值(dBA)：
背景噪聲應(yīng)低于35dBA，噪聲評(píng)價(jià)曲線NR－30：
空調(diào)運(yùn)行并達(dá)到使用工況時(shí)，低于40dBA，噪聲評(píng)價(jià)曲線NR－35。
(3)無音質(zhì)缺陷：
大廳內(nèi)不得出現(xiàn)明顯的音質(zhì)缺陷(回聲、顫動(dòng)回聲和聲聚焦等)。
3.聲學(xué)設(shè)計(jì)措施
(1)建聲設(shè)計(jì)的主要問題
從聲學(xué)角度，國(guó)家體育館主要存在以下問題：比賽大廳內(nèi)的屋頂呈凹弧形，容易產(chǎn)生聲聚焦和回聲等聲學(xué)缺陷比賽大廳和休息大廳連為一體，一方面增大了容積，從而增大控制混響時(shí)間的難度，另一方面易產(chǎn)生耦合效應(yīng)；比賽大廳四周無墻面，而與之連通的休息廳的護(hù)結(jié)構(gòu)是大面積的玻璃，可以用來布置吸聲材料的面積十分有限
(2)屋面系統(tǒng)的聲學(xué)設(shè)計(jì)
由于該體育館的墻面很少，所以可以進(jìn)行吸聲處理的重要部位就是屋頂。由于屋頂呈凹弧形，所以在進(jìn)行吸聲處理時(shí)除了要考慮增加吸聲量，控制混響時(shí)間外，還必須考慮消除可能出現(xiàn)的聲聚焦和聲反射等聲學(xué)缺陷。為此我們選擇了如下措施：
在屋架內(nèi)懸吊垂片式吸聲體：由于本體育館體積巨大，體積超過50萬m3，每座容積高達(dá)到了28m3／座，而可供布置吸聲材料的界面又相對(duì)較少，總內(nèi)表面積約96000m3僅靠在體育館本身的界面上布置吸聲材料不能滿足控制混響時(shí)間的要求，必須增加相當(dāng)大數(shù)量的吸聲量，而最有效的方法就是懸掛空間吸聲體。
空間吸聲體由于各表面都暴露在聲場(chǎng)中，所以吸聲效率最高。吸聲體的形式和材料除了必須滿足聲學(xué)要求外，還必須滿足建筑裝修風(fēng)格和結(jié)構(gòu)承載的要求。
形式的選擇 國(guó)家體育館外形象一把展開的折扇，顯示了濃郁的中國(guó)特色，而在內(nèi)部裝修時(shí)，神似折扇關(guān)閉時(shí)扇骨形式的垂片，就成為一個(gè)不斷重復(fù)的主題，如休息廳的吊頂墻面的百葉等。為了使聲學(xué)設(shè)計(jì)不破壞體育館總體的建筑風(fēng)格，使聲學(xué)構(gòu)件統(tǒng)一于裝修的主題之下，經(jīng)過與建筑師協(xié)商，在體育館中采用了垂片式空間吸聲體，將休息廳垂片式的吊頂延伸到比賽大廳內(nèi)，強(qiáng)化了建筑風(fēng)格。吸聲體呈矩形，高度為500mm，厚度為100mm，片間距為400mm，懸吊在桁架下弦上面的位置，從圖中可見垂片式空間吸聲體實(shí)際效果。
材料的選擇 由于國(guó)家體育館跨度很大，屋頂系統(tǒng)的承載能力有限，所以空間吸聲體采用了無骨架空間吸聲體，其芯材為用阻燃環(huán)保纖維織物氈進(jìn)行封閉處理的80K離心玻璃板，面材為阻燃吸聲布，板的邊框是通過固化工藝將玻璃棉板的周邊固化形成的，板和框?yàn)橐惑w。該吸聲體由于沒有金屬或木制的龍骨，所以重量很輕。另外，其吸聲
性能良好，而且由于飾面材料與芯材復(fù)合良好，不易脫離；另外，由于該產(chǎn)品的芯材用環(huán)保阻燃織物氈進(jìn)行了封閉處理，所以不會(huì)出現(xiàn)玻璃棉纖維逸散的情況，環(huán)保性能良好，安裝比較簡(jiǎn)便。
屋面板下進(jìn)行纖維噴涂處理：但由于體育館的屋面為凹弧形，容易產(chǎn)生回聲和聲聚焦的聲學(xué)缺陷，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，垂片式空間吸聲體由于在兩片之間有一定的距離，有時(shí)可能遮擋不住來自屋頂?shù)姆瓷渎暎圆荒芡耆暼毕荨榱私鉀Q這個(gè)問題，我們?cè)谖菝姘逑聦幼隽?5mm厚纖維噴涂。纖維噴涂技術(shù)是將經(jīng)過預(yù)先特殊工藝處理的無機(jī)超細(xì)纖維、纖維素、抗火化合物以及粘接劑等原料，通過專用配套的噴涂設(shè)備混合，在施工現(xiàn)場(chǎng)噴涂于混凝土、鋼板、石膏板等各種基體表面上，形成具有一定厚度噴涂層。纖維噴涂材料除具有一定的吸聲能力外，還具有保溫、絕熱等功能，在以鋼板作為基體時(shí)，還具有較好的阻尼作用，可以較明顯的提高其隔聲性能。
所以采用此措施除了可以改變屋面的吸聲性能，消除聲聚焦和回聲等聲學(xué)缺陷外，還可以提高輕屋面的防雨噪聲性能，提高輕屋面的空氣隔聲性能，并具有一定保溫作用。
(3)其他部位聲學(xué)設(shè)計(jì)措施
由于頂部的空間吸聲體和纖維噴涂的吸聲頻率主要在中高頻，而低頻的吸聲能力稍弱，為了控制體育館的低頻混響時(shí)間，我們?cè)隗w育館護(hù)墻上部?jī)?nèi)側(cè)百葉內(nèi)設(shè)置了穿孔FC板低頻共振吸聲構(gòu)造，具體構(gòu)造是在金屬百葉后安裝6mm厚穿孔FC板，孔徑5mm，孔距25mm，板后貼一層無紡吸聲紙，板后空腔400mm，共振頻率為125Hz。
在觀眾席三層贊助商包廂外墻面，除玻璃窗外其他部分采用木質(zhì)吸聲板吸聲構(gòu)造，具體構(gòu)造為：18mm厚木質(zhì)吸聲板，28／4M，穿孔率7.5％，板后貼無紡吸聲紙，板后空腔150mm，空腔內(nèi)填50mm厚40K離心玻璃棉板。
比賽場(chǎng)地周圍有固定墻面的部分，采用木質(zhì)吸聲板吸聲構(gòu)造，具體構(gòu)造同上。
主席臺(tái)和貴賓包廂采用吸聲量較大的全軟包座椅，普通觀眾席采用硬椅。
(4)休息廳的聲學(xué)處理
由于比賽大廳和休息廳是連通的，所以如果休息廳內(nèi)的混響時(shí)間過長(zhǎng)，可能會(huì)與比賽大廳產(chǎn)生聲耦合效應(yīng)，出現(xiàn)聲學(xué)缺陷，影響語(yǔ)言的清晰度，所以必須在休息廳內(nèi)也進(jìn)行一定的聲學(xué)處理。結(jié)合休息廳的裝修設(shè)計(jì)，在休息廳采取了以下聲學(xué)處理措施。
觀眾休息廳內(nèi)坐席下斜板吊頂內(nèi)采用玻璃棉吸聲構(gòu)造具體構(gòu)造為：50mm厚40K玻璃棉板外包玻璃絲布，放于斜板吊頂上。
觀眾休息廳內(nèi)16m板下垂片吊頂內(nèi)采用玻璃棉吸聲構(gòu)造，具體構(gòu)造為雙層輕鋼龍骨，50mm厚40K離心玻璃棉板外包黑色玻璃絲布，與樓板之間留50mm的空腔，下罩鋼板網(wǎng)刷防銹漆。
籃球館聲學(xué)設(shè)計(jì)
1.概況及特點(diǎn)
北京奧林匹克籃球館是五棵松文化體育中心重要的組成部分，比鄰北京奧運(yùn)會(huì)棒球比賽的場(chǎng)地。作為2008年奧運(yùn)會(huì)籃球預(yù)賽和決賽用館，該場(chǎng)館是一座設(shè)計(jì)先進(jìn)，功能齊全的現(xiàn)代化綜合體育館，總占地面積16.8萬m2，總建筑面積6.3萬m2，可以容納觀眾1.8萬人。
北京奧林匹克籃球館平面呈方形，觀眾席邊長(zhǎng)為110m比賽場(chǎng)地活動(dòng)座椅收起時(shí)長(zhǎng)約65m，寬約52m，籃球比賽時(shí)長(zhǎng)約38m，寬約25m，屋頂為平面，比賽場(chǎng)距屋頂最高處約為35m。比賽大廳與觀眾休息大廳連為一體，有效容積(包括觀眾休息大廳)為347400m3，容納約1.8萬名觀眾(賽時(shí))，每座容積為19.2m3／座。
2.聲學(xué)設(shè)計(jì)指標(biāo)的確定
雖然該體育館稱為籃球館，但其用途除在奧運(yùn)會(huì)之間進(jìn)行籃球比賽外，在賽后還會(huì)進(jìn)行其他各種大型比賽，并且要求可以進(jìn)行大型文藝節(jié)目和群眾集會(huì)，所以屬于綜合體育館對(duì)建筑聲學(xué)條件有較高的要求，為此，制定如下聲學(xué)設(shè)計(jì)指標(biāo)：
(1)混響時(shí)間(80％滿場(chǎng)，s)，
中頻(500Hz)：1.85s；
頻率特性：低頻(125Hz)提升1.2倍(相對(duì)于中頻)，高頻為0.9倍。
(2)噪聲限值(dBA)，
背景噪聲應(yīng)低于35dBA，噪聲評(píng)價(jià)曲線NR－30；
空調(diào)運(yùn)行并達(dá)到使用工況時(shí)，低于40dBA，噪聲評(píng)價(jià)曲線NR－35。
(3)無音質(zhì)缺陷：大廳內(nèi)不得出現(xiàn)明顯的音質(zhì)缺陷(回聲、顫動(dòng)回聲和聲聚焦等。
3.聲學(xué)設(shè)計(jì)措施
(1)建聲設(shè)計(jì)的主要問題
北京奧林匹克體育館雖然也可以容納1.8萬名觀眾，屬于特大型體育館，但從聲學(xué)角度，與國(guó)家體育館相比有如下的優(yōu)勢(shì)：
體育館的體積小與國(guó)家體育館，每座容積為19.2m3／座，混響時(shí)間的控制相對(duì)較容易：體育館的屋頂形式為平頂，不易產(chǎn)生聲聚焦等聲學(xué)缺陷；體育館的座椅為軟椅(國(guó)家體育館的座椅為硬椅)，為大廳提供了較大的吸聲量。
但與國(guó)家體育館相同，本體育館也存在比賽大廳四周無墻面，而與之連通的休息廳的護(hù)結(jié)構(gòu)是大面積的玻璃，可以用來布置吸聲材料的面積十分有限等問題。
(2)屋面系統(tǒng)的聲學(xué)設(shè)計(jì)
由于該體育館建筑設(shè)計(jì)師為了保證整體的風(fēng)格 不希望采用空間吸聲體，為了盡量滿足建筑風(fēng)格的要求我們進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算。根據(jù)該體育館每座容積相對(duì)較小而且所有座椅均為軟椅的特點(diǎn)，我們?cè)诼晫W(xué)設(shè)計(jì)時(shí)就沒有采用空間吸聲體。而采取了以下吸聲措施：
由于其他可以布置吸聲材料的界面十分有限，所以體育館頂部就成為最重要的吸聲部位。我們將整個(gè)頂部都設(shè)計(jì)成寬頻強(qiáng)吸聲構(gòu)造。另外由于屋面為輕質(zhì)金屬屋面，所以增強(qiáng)其隔聲性能也可解決問題。為此，在桁架上弦與屋面之間設(shè)置隔聲和吸聲雙重功能的構(gòu)造：一方面提高輕屋面的隔聲性能，另一方面起到保溫和吸聲作用，因此它是集吸聲、保溫、隔聲三項(xiàng)功能的復(fù)合結(jié)構(gòu)其中緊貼輕質(zhì)屋面板下的50mm厚80K玻璃棉板和9mm厚PC板(高強(qiáng)纖維水泥板)組成隔聲層，可以有效地提高屋面的隔聲量，同時(shí)也具有良好的保溫性能，對(duì)建筑的節(jié)能也具有重要的作用，在下面的空腔、100mm厚40K玻璃棉板、無紡吸聲紙和穿孔鋁板組成了高效寬頻吸聲層，除控制混響時(shí)間外，還可以有效的消除可能產(chǎn)生的回聲等聲學(xué)缺陷。總面積約15100m2。
(3)比賽大廳內(nèi)其他部位的吸聲處理
在其他部位，還進(jìn)行了如下吸聲處理，在觀眾席三層貴賓包廂以下墻面，采用木制吸聲板吸聲構(gòu)造，該構(gòu)造表面為有一定透空率的木飾面復(fù)合板材，具有良好的裝飾性，同時(shí)便于清潔，而且具有較高的防火等級(jí)，對(duì)低頻有較好的吸聲效果。
觀眾席采用有一定吸聲量的局部軟包座椅
玻璃幕墻在與比賽大廳相通的部位(從比賽大廳可以看到的部位)采用吸聲遮光百葉。
(4)休息廳的聲學(xué)處理
吊頂：在樓板下粘貼一層吸聲材料(如100mm厚玻璃
棉板)，然后在下層結(jié)合裝修設(shè)計(jì)設(shè)置透聲的吊頂。
觀眾休息廳內(nèi)部分墻面采用了木絲吸聲板吸聲構(gòu)造。
北京奧林匹克籃球館按美國(guó)NBA的規(guī)格要求進(jìn)行了裝修，并安裝了世界最先進(jìn)的全彩高清LED顯示系統(tǒng)，包括吊掛在比賽大廳中間的一個(gè)凈高9.042m，最大直徑約為11m的“漏斗屏”，以及位于觀眾席攔板處的兩圈條形LED屏營(yíng)造了非常熱烈的氣氛。竣工后舉行了多次大型文藝演出，如周杰倫、周華健演唱會(huì)等，各方面反映效果很好。
結(jié)論
經(jīng)過這兩個(gè)為奧運(yùn)會(huì)新建的最大的綜合體育館的建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)踐，并通過體育館竣工后的測(cè)量結(jié)果和使用效果的綜合比較作者有如下經(jīng)驗(yàn)。
1.聲學(xué)設(shè)計(jì)與建筑和裝修設(shè)計(jì)的結(jié)合
每個(gè)建筑都有其獨(dú)特的建筑風(fēng)格和主題，而建筑中的各專業(yè)設(shè)計(jì)均應(yīng)在服從總體風(fēng)格的前提下各自發(fā)揮，聲學(xué)設(shè)計(jì)也不例外。所以聲學(xué)設(shè)計(jì)人員必須與建筑師和裝修設(shè)計(jì)師有良好的溝通，必須使自己的設(shè)計(jì)滿足總體建筑風(fēng)格的要求，在達(dá)到良好聲學(xué)效果的同時(shí)，起到美化環(huán)境，強(qiáng)化主題的作用。
2.混響時(shí)間設(shè)計(jì)指標(biāo)的制定
對(duì)于體育館來說，建筑設(shè)計(jì)的目的就是滿足電聲系統(tǒng)的要求 隨著現(xiàn)代電聲技術(shù)和器材的進(jìn)步，對(duì)混響時(shí)間的要求也有所放寬。另外由于現(xiàn)代特大型體育館，體積巨大，而可以布置吸聲材料的界面十分有限，所以將混響時(shí)間設(shè)計(jì)指標(biāo)定的過低，是不現(xiàn)實(shí)也是不必要的，而且需要大量的投資，對(duì)于體積大于30萬m3的特大型體育館，中頻滿場(chǎng)混響時(shí)間在1.9s－2.0s之間，就基本可以滿足現(xiàn)代擴(kuò)聲系統(tǒng)的各種要求。從北京奧林匹克籃球館的實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)和舉行文藝演出的實(shí)際效果可以證明上述結(jié)論。
3.空間吸聲體的使用
空間吸聲體是體育館中控制混響時(shí)間的常用措施，但是否使用也應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要來確定。另外空間吸聲體的選擇必須考慮體育館的總體風(fēng)格，結(jié)構(gòu)的承載等因素，應(yīng)在和建筑設(shè)計(jì)師和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師充分協(xié)商后確定。
4.綜合屋面系統(tǒng)的聲學(xué)設(shè)計(jì)
對(duì)于特大型綜合體育館，屋面系統(tǒng)是可以進(jìn)行吸聲處理的最大界面，是建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在進(jìn)行屋面系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除了控制混響時(shí)間外，還必須考慮聲學(xué)缺陷的消除和隔聲性能的增強(qiáng)。
DH：請(qǐng)為我們的讀者簡(jiǎn)單介紹一下你自己。
華劉勇：我本來是醫(yī)學(xué)、法律專業(yè)的，搞聲學(xué)算是半路出家。1994年，我從醫(yī)院院長(zhǎng)轉(zhuǎn)任裝潢公司經(jīng)理，業(yè)務(wù)主要涉及室內(nèi)設(shè)計(jì)、裝潢施工，這段經(jīng)歷為我提供了寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。2000年起，我開始接觸家庭影院聲學(xué)產(chǎn)品，其后一直從事高端聲學(xué)產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)，目前已申領(lǐng)了十多項(xiàng)國(guó)家專利，專利涵蓋了70多款聲學(xué)產(chǎn)品。在此期間對(duì)整體影院進(jìn)行了潛心的摸索、研究，總結(jié)出一整套設(shè)計(jì)、施工管理、施工流程方案，并編寫了很多整體影院的施工工藝。目前主要和一些做設(shè)備的公司合作，開展整體影院的設(shè)計(jì)、施工。本人的強(qiáng)項(xiàng)是影院的整體施工管理。我做人崇尚助人為樂、無私奉獻(xiàn)，經(jīng)常會(huì)對(duì)新入行的同仁熱情傳授技術(shù)，因此被業(yè)內(nèi)不少同行親切地稱一聲“師傅”。
DH：介紹一下目前中國(guó)聲學(xué)材料這塊市場(chǎng)的現(xiàn)狀。
華劉勇：家庭影音定制安裝產(chǎn)業(yè)在中國(guó)大陸的發(fā)展很快，從2008年開始到現(xiàn)在的短短五年間，無數(shù)定制安裝公司如雨后春筍般涌現(xiàn)。很多傳統(tǒng)零售型影音公司，正在向定制安裝公司轉(zhuǎn)型，聲學(xué)設(shè)計(jì)與聲學(xué)材料的使用是他們的突破口。就我看來，目前大多數(shù)家庭影院定制安裝公司還是非常重視這一塊的，都能明白在不經(jīng)過聲學(xué)處理的影音室里安裝任何品牌設(shè)備，設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)都不能發(fā)揮到極致，所以現(xiàn)在無論公司大小，在給客戶設(shè)計(jì)的方案中，多多少少都會(huì)使用聲學(xué)材料。目前市場(chǎng)上的聲學(xué)材料良莠不齊，標(biāo)準(zhǔn)也不統(tǒng)一，有的定制安裝公司甚至拿一些用于商業(yè)用途的聲學(xué)材料使用在客戶家里，導(dǎo)致不良的音質(zhì)效果。聲學(xué)材料的環(huán)保問題，知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)問題，還沒引起足夠的重視，一方面有人在粗制濫造，假冒偽劣，另一方面有人在盲目施用。
DH：本次HAA上，你所提供的聲學(xué)材料有什么特點(diǎn)
華劉勇：由于HAA總監(jiān)Gerry先生非常重視授課質(zhì)量，所以他要求課堂上所使用的聲學(xué)材料不僅要聲學(xué)效果出色，其外觀也必須非常考究，以免給上課的學(xué)員留下不好的印象。所以，本次為HAA level II培訓(xùn)所提供的聲學(xué)材料都是按美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)在工廠用手工定制生產(chǎn)的，采用了優(yōu)質(zhì)、環(huán)保玻璃纖維棉和木板型材、配件，無論是外觀還是聲學(xué)效果在課后都得到了美方講師和中文講師的肯定與好評(píng)。
DH：談下你對(duì)HAA的感受
華劉勇：HAA培訓(xùn)是全世界最頂級(jí)的小房間聲學(xué)培訓(xùn)，本次培訓(xùn)也是我們公司第三次贊助HAA培訓(xùn)，我們非常高興，同時(shí)也非常自豪能為推動(dòng)家庭影音聲學(xué)技術(shù)在中國(guó)的發(fā)展盡到自己一份綿薄之力。我自己也到課堂現(xiàn)場(chǎng)旁聽過，授課老師能把以前大家認(rèn)為很玄乎的聲學(xué)問題用科學(xué)、客觀的方式展示給學(xué)員，老師的授課淺顯易懂，學(xué)員們收獲很大，我覺得HAA的培訓(xùn)很了不起。在本人看來，小房間聲學(xué)設(shè)計(jì)類課程的普及將是未來幾年推動(dòng)行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)之一。
DH：你如何看定制安裝在中國(guó)的發(fā)展，你準(zhǔn)備做些什么？
華劉勇：我個(gè)人感覺，定制安裝產(chǎn)業(yè)在中國(guó)的發(fā)展前景廣闊，同行們都清楚定制安裝是大勢(shì)所趨。但是目前很多定制安裝公司各方面的水平還需要提升，不僅僅是技術(shù)，在公司管理，項(xiàng)目管理和市場(chǎng)推廣、宣傳方面都需要加強(qiáng)。我們公司會(huì)不遺余力地支持整個(gè)行業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步，會(huì)在今年開始提供更加定制化的產(chǎn)品與服務(wù)以滿足定制安裝公司愈來愈苛刻的設(shè)計(jì)要求。本人愿意和同仁們互相切磋、交流，共同把中國(guó)的定制安裝技術(shù)推向更新、更高、更強(qiáng)。
關(guān)鍵詞：動(dòng)車組；滾動(dòng)軸承；軸承故障；檢測(cè)機(jī)理；聲學(xué)診斷；狀態(tài)監(jiān)控
0引言
我國(guó)動(dòng)車組具有運(yùn)行速度高、連續(xù)高速運(yùn)行里程長(zhǎng)的特點(diǎn)，滾動(dòng)軸承承受的動(dòng)態(tài)載荷較大，容易出現(xiàn)軸承故障。當(dāng)前對(duì)動(dòng)車組和客車車輛滾動(dòng)軸承的檢測(cè)主要依靠車載軸溫報(bào)警裝置進(jìn)行在線監(jiān)控和定期進(jìn)行人工檢查。車載軸溫報(bào)警裝置主要監(jiān)控軸承晚期故障，一旦出現(xiàn)軸溫報(bào)警必須立即停車檢查，嚴(yán)重影響行車秩序，造成巨大社會(huì)影響[1]。定期人工檢查無法及時(shí)監(jiān)測(cè)軸承故障，而且受個(gè)人主觀因素影響，容易出現(xiàn)故障漏檢、漏判。迫切需要采用先進(jìn)技術(shù)及設(shè)備開展動(dòng)車組和客車車輛滾動(dòng)軸承早期故障檢測(cè)和診斷，有效預(yù)防滾動(dòng)軸承事故的發(fā)生。目前，國(guó)內(nèi)外在列車滾動(dòng)軸承故障軌邊聲學(xué)診斷領(lǐng)域做的比較成熟的有美國(guó)TTCI和澳大利亞TrackIQ公司，其研制開發(fā)的滾動(dòng)軸承故障軌邊聲學(xué)診斷系統(tǒng)在全世界均有70多套應(yīng)用。2003年開始，我國(guó)與TrackIQ等國(guó)外公司合作，引進(jìn)了滾動(dòng)軸承故障軌邊聲學(xué)診斷系統(tǒng)，為適應(yīng)我國(guó)的鐵路狀況，逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。試驗(yàn)過程中對(duì)TADS的硬件進(jìn)行了全面消化吸收，對(duì)軟件進(jìn)行聯(lián)合開發(fā)，對(duì)系統(tǒng)的組網(wǎng)方式進(jìn)行了改進(jìn)，取得了良好效果[2]。我國(guó)動(dòng)車領(lǐng)域運(yùn)用的LM滾動(dòng)軸承故障軌邊聲學(xué)診斷系統(tǒng)（即LM系統(tǒng)），通過引進(jìn)先進(jìn)的動(dòng)車組TADS系統(tǒng)并將其國(guó)產(chǎn)化，采用先進(jìn)的軌邊聲學(xué)指向跟蹤技術(shù)、聲音頻譜分析技術(shù)和計(jì)算機(jī)智能識(shí)別技術(shù)對(duì)動(dòng)車組和客車車輛滾動(dòng)軸承外、內(nèi)圈滾道和滾動(dòng)體裂紋、剝離、磨損及腐蝕等故障進(jìn)行早期診斷及分級(jí)報(bào)警，適用于各型CRH系列動(dòng)車組及客車車輛滾動(dòng)軸承故障的在線動(dòng)態(tài)檢測(cè)。
1滾動(dòng)軸承故障及檢測(cè)機(jī)理
1.1滾動(dòng)軸承故障
客車車輛滾動(dòng)軸承一般由外圈、內(nèi)圈、滾動(dòng)體和保持架四部分組成。
（1）內(nèi)圈與軸相配合并與軸一起旋轉(zhuǎn)。
（2）外圈作用是與軸承座相配合，起支撐作用，一般情況下內(nèi)圈隨軸旋轉(zhuǎn)，外圈不動(dòng)。
（3）滾動(dòng)體是滾動(dòng)軸承中的核心元件，借助于保持架均勻分布在內(nèi)圈和外圈之間，其形狀大小和數(shù)量直接影響滾動(dòng)軸承的使用性能和壽命，它使相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，我國(guó)動(dòng)車組滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)體形狀為圓柱形和圓錐形。滾動(dòng)軸承內(nèi)外圈上都有凹槽滾道，起著降低接觸應(yīng)力和限制滾動(dòng)體軸向移動(dòng)的作用。
（4）保持架使?jié)L動(dòng)體均勻分布并引導(dǎo)滾動(dòng)體旋轉(zhuǎn)起作用，如果沒有保持架，相鄰滾動(dòng)體將直接接觸，發(fā)熱和磨損都會(huì)增大[3]。CRH2型動(dòng)車組滾動(dòng)軸承見圖1。由于滾動(dòng)軸承材料缺陷、加工或裝配不當(dāng)、不良、水分和異物侵入、腐蝕剝落及過載等原因都可能導(dǎo)致早期損壞。另外，即使在安裝、和使用維護(hù)都正常的情況下，經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)，軸承也會(huì)出現(xiàn)疲勞剝落和磨損等現(xiàn)象，影響軸承正常工作。概括起來滾動(dòng)軸承的主要故障形式有：裂損、剝離、麻點(diǎn)、劃傷、凹痕和擦傷等（見圖2）[4]。
1.2滾動(dòng)軸承故障檢測(cè)機(jī)理
當(dāng)滾動(dòng)體和滾道接觸處有局部缺陷時(shí)，軸承在運(yùn)動(dòng)過程中就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)沖擊信號(hào)，缺陷在不同元件上接觸點(diǎn)經(jīng)過缺陷的頻率也不同，這個(gè)頻率就成為沖擊的間隔頻率或特征頻率。引起滾動(dòng)軸承振動(dòng)和噪聲的原因，除了外部激勵(lì)因素外，還有內(nèi)、外圈和滾動(dòng)體接觸面缺陷引起的振動(dòng)的特征頻率（見表1）。軸承在線軌邊聲學(xué)診斷系統(tǒng)主要采用聲音（噪聲）方法。
（1）軸承無故障或缺陷時(shí)，軸承在旋轉(zhuǎn)時(shí)表現(xiàn)出來的振動(dòng)主要由轉(zhuǎn)動(dòng)面的光潔度和波紋度引起的，因此運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)出的聲音應(yīng)該是正常聲音。
（2）軸承滾動(dòng)面出現(xiàn)缺陷時(shí)，滾動(dòng)體碾壓到缺陷部位，產(chǎn)生沖擊振動(dòng)，從而產(chǎn)生異常聲音。振動(dòng)作用時(shí)間短，時(shí)域能量不大，但頻率豐富且具有周期性。
（3）軸承不同部位由于轉(zhuǎn)速不同，所發(fā)出的異常聲音頻率也不同，計(jì)算機(jī)可以根據(jù)聲學(xué)頻率特征識(shí)別出發(fā)生故障的部位。故障越嚴(yán)重，異常聲音的振幅相應(yīng)越大，即異常聲音的振幅大小反映了故障的嚴(yán)重程度[5]。
2軌邊聲學(xué)診斷原理軌邊聲學(xué)探測(cè)
主要是要根據(jù)滾動(dòng)軸承運(yùn)行機(jī)理及軸承尺寸，準(zhǔn)確全面采集軸承任何部位發(fā)生故障、缺陷時(shí)所產(chǎn)生的振動(dòng)聲音。LM系統(tǒng)是利用聲學(xué)傳感器獲取運(yùn)行中的滾動(dòng)軸承發(fā)生的聲學(xué)信號(hào)。LM系統(tǒng)檢測(cè)原理如下：
（1）利用聲學(xué)傳感器陣列，采用現(xiàn)代聲學(xué)診斷技術(shù)，對(duì)高速運(yùn)行列車的車輛滾動(dòng)軸承故障信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)拾取、濾波、采集、處理。
（2）采用聲學(xué)傳感器陣列技術(shù)和多傳感器信號(hào)合成及定位技術(shù)保證系統(tǒng)對(duì)故障軸承診斷的可靠性和準(zhǔn)確性。
（3）利用故障軸承信號(hào)拾取技術(shù)、系統(tǒng)降噪技術(shù)及頻譜分析和小波形分析技術(shù)，使得系統(tǒng)對(duì)故障軸承缺陷程度具有極高的預(yù)報(bào)精度。
（4）與車號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)故障軸承車號(hào)和軸位的自動(dòng)定位。
（5）計(jì)算機(jī)根據(jù)不同軸承故障信號(hào)的頻率、能量、幅值和相關(guān)的車速、載荷等因素，判別出各種不同軸承故障類型和故障缺陷程度，實(shí)現(xiàn)對(duì)滾動(dòng)軸承早期故障進(jìn)行預(yù)警、防范，保證行車安全。列車報(bào)警頻譜圖見圖3，是列車在TADS上經(jīng)過6次采集檢測(cè)到的軸承有缺陷時(shí)的列車報(bào)警頻譜圖。橫坐標(biāo)代表報(bào)警次數(shù)，縱坐標(biāo)代表聲音強(qiáng)度。當(dāng)有缺陷時(shí)，軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)沖擊信號(hào)（綠色波形），隨著轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)的增加，聲音強(qiáng)度會(huì)逐漸降低。列車多次經(jīng)過時(shí)，由波形圖可知，聲音信號(hào)有規(guī)律的出現(xiàn)，且振動(dòng)頻次一致。由此可以判斷軸承發(fā)生故障。而當(dāng)無缺陷時(shí)，列車報(bào)警頻譜圖上不會(huì)出現(xiàn)如此有規(guī)律的報(bào)警信號(hào)。
3軌邊聲學(xué)診斷關(guān)鍵技術(shù)
3.1聲學(xué)傳感器陣列跟蹤式檢測(cè)技術(shù)
單獨(dú)聲學(xué)傳感器的有效區(qū)域僅為1.1m左右，若采用單獨(dú)聲學(xué)傳感器，在這么大的指向區(qū)域內(nèi)保持接收信號(hào)靈敏度的一致性是不可能的，難以對(duì)軸承故障進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。為此，LM系統(tǒng)采用單側(cè)16個(gè)傳感器陣列（見圖4），采用跟蹤式檢測(cè)方式，保證某一軸承在探測(cè)區(qū)內(nèi)傳感器接收的軸承振動(dòng)信號(hào)是連續(xù)的，保證檢測(cè)效果。
3.2聲學(xué)傳感器冗余設(shè)計(jì)技術(shù)
LM系統(tǒng)單側(cè)采用16個(gè)聲學(xué)傳感器陣列，其中2個(gè)為安全冗余設(shè)計(jì)，出現(xiàn)異常狀況時(shí)，剩余聲學(xué)傳感器同時(shí)工作即可保證滾動(dòng)軸承聲音信號(hào)采集的連續(xù)性。聲學(xué)傳感器冗余設(shè)計(jì)極大提高了系統(tǒng)工作的可靠性，有效保證了系統(tǒng)的檢測(cè)效果。
3.3動(dòng)車組和客車車輛自動(dòng)兼容檢測(cè)技術(shù)
在充分調(diào)研各型動(dòng)車組和客車車輛滾動(dòng)軸承的基礎(chǔ)上，準(zhǔn)確計(jì)算和模擬出各型動(dòng)車組和客車車輛軸承不同部位故障頻率，建立了各型動(dòng)車組和客車車輛軸承故障模型，并在后期數(shù)據(jù)處理上做了精確修正，使得LM系統(tǒng)完全滿足自動(dòng)兼容檢測(cè)各型動(dòng)車組和客車車輛滾動(dòng)軸承的需求，并在實(shí)際運(yùn)用中得到驗(yàn)證。
3.4聲學(xué)采集單元集成式設(shè)計(jì)技術(shù)
LM系統(tǒng)聲學(xué)傳感器主機(jī)柜和副機(jī)柜均采用集成化設(shè)計(jì)，將單側(cè)16個(gè)聲學(xué)傳感器集成在一個(gè)機(jī)柜內(nèi)，機(jī)柜內(nèi)創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)了一體成型的拋物線型反射腔（見圖5），聲學(xué)傳感器直接朝向拋物線型腔，減小了設(shè)備裝調(diào)難度，保證了傳感器間的安裝精度，最大限度采集了軸承運(yùn)轉(zhuǎn)聲音，保證了數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性。
3.5標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)處理技術(shù)
LM系統(tǒng)在疑似故障報(bào)警頻譜圖上采用了標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)處理技術(shù)（見圖6），將軸承元件故障頻率轉(zhuǎn)變成無量綱形式呈現(xiàn)，最終結(jié)果與車速等無關(guān)，只與軸承本身參數(shù)有關(guān)，缺陷判別比較直觀，大大減輕了數(shù)據(jù)分析人員的工作量，有效減少了漏判和誤判。
4軌邊聲學(xué)診斷系統(tǒng)組成
LM系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)單元、數(shù)據(jù)處理單元和遠(yuǎn)程控制單元組成。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)單元主要實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)軸承聲音信號(hào)的采集、車號(hào)信息采集、測(cè)速及計(jì)軸計(jì)輛等功能；數(shù)據(jù)處理單元主要實(shí)現(xiàn)聲音信號(hào)處理、故障模式識(shí)別及車號(hào)識(shí)別等功能；遠(yuǎn)程控制單元主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程分析、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控等功能，設(shè)備日常數(shù)據(jù)分析及監(jiān)控等工作在遠(yuǎn)程調(diào)度室即可正常進(jìn)行。檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸流程示意見圖7。
（1）現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)單元。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)單元安裝在軌道兩側(cè)，主要部件包括：開機(jī)傳感器、聲學(xué)采集單元、測(cè)速傳感器、輔助測(cè)速傳感器和圖像車號(hào)識(shí)別裝置。
（2）數(shù)據(jù)處理單元。數(shù)據(jù)處理單元包括：不間斷電源箱、保護(hù)門控制箱、遠(yuǎn)程電源控制箱、信號(hào)調(diào)理前置機(jī)、信號(hào)采集處理計(jì)算機(jī)、集線器、HDSL調(diào)制解調(diào)器、車號(hào)識(shí)別設(shè)備主機(jī)等。數(shù)據(jù)處理單元在主計(jì)算機(jī)軟件統(tǒng)一調(diào)度下，完成聲音信號(hào)采集、故障軸承模式識(shí)別、計(jì)軸計(jì)輛、車號(hào)識(shí)別、數(shù)據(jù)上傳、自檢和遠(yuǎn)程維護(hù)等工作。
（3）遠(yuǎn)程控制單元。遠(yuǎn)程控制單元獨(dú)立于設(shè)備檢測(cè)控制現(xiàn)場(chǎng)，通過光纖與數(shù)據(jù)處理單元進(jìn)行通信連接，主要由控制主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等組成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程分析、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控等功能。
5系統(tǒng)運(yùn)用
動(dòng)車組TADS設(shè)備已在武漢、南昌和上海鐵路局現(xiàn)場(chǎng)配置應(yīng)用，運(yùn)用至今能自動(dòng)檢測(cè)各型動(dòng)車組軸承故障，運(yùn)行穩(wěn)定，檢測(cè)情況良好。截至2015年6月，動(dòng)車組TADS設(shè)備共檢測(cè)動(dòng)車組列車80000余列次，報(bào)警動(dòng)車組軸承故障40例，其中19例經(jīng)分解確認(rèn)存在剝離故障，21例落輪返廠處理（落輪后人工轉(zhuǎn)動(dòng)軸承能聽到明顯異音），有效防止了因軸承故障引起的行車事故。
參考文獻(xiàn)
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2月16日，從羅馬傳出一個(gè)消息：由英國(guó)著名建筑師佛斯特爵士領(lǐng)導(dǎo)的評(píng)審團(tuán)宣布，福克沙司和徐亞英等人提出的方案獲得羅馬會(huì)議宮國(guó)際設(shè)計(jì)競(jìng)賽的第一名。
按照福克沙司和徐亞英等人提出的方案，這座由玻璃和金屬建成的會(huì)議宮首層大廳空無一柱，堪稱“懸浮建筑”。法國(guó)《建筑學(xué)導(dǎo)報(bào)》刊出了這座會(huì)議宮的相關(guān)文字資料和圖片，標(biāo)題是《浮起來的會(huì)議廳》。1995年6月20日，法國(guó)建筑科學(xué)院在向徐亞英頒發(fā)“銀質(zhì)獎(jiǎng)?wù)?rdquo;時(shí)作出這樣的評(píng)價(jià)：“徐亞英是當(dāng)前國(guó)際建筑聲學(xué)界最有名望的專家之一。”“銀質(zhì)獎(jiǎng)?wù)?rdquo;是建筑聲學(xué)家的最高獎(jiǎng)項(xiàng)。
融合技術(shù)與藝術(shù)的魔術(shù)師徐亞英說，建筑聲學(xué)主要包括建筑、物理和音樂三方耗資13億法郎的巴黎音樂城是當(dāng)今世界最大的音樂建筑群，設(shè)計(jì)師是國(guó)際最高建筑獎(jiǎng)普利茨科獎(jiǎng)得主、法國(guó)人波桑帕克。按照城市規(guī)劃的需要，音樂城的外殼呈橢圓形，稍有建筑常識(shí)的人都知道，橢圓形建筑很容易造成聲聚焦效果。因此，波桑帕克的橢圓形大頂方案一出，立即招徠種種批評(píng)，大有被封殺的危險(xiǎn)。
波桑帕克知道徐亞英善於化難為易，便來征求他的意見，得到的日答是法國(guó)式的幽默：“為什么不？”徐亞英認(rèn)為，凡事都要具體分析。橢圓空間固然會(huì)產(chǎn)生聲聚焦效果。但是，交響樂隊(duì)的位置總會(huì)有一個(gè)高度，只要把音樂廳的下面部分處理成一個(gè)鞋盒子形，上面部分可以是加了工的橢圓形，看似無法協(xié)調(diào)的矛盾總是可以化解的
徐亞英和波桑帕克反覆研究，決定把巴黎音樂城設(shè)計(jì)成上方橢圓形下方鞋盒形的建筑。徐亞英還在天花板上采用“平方剩余系列”擴(kuò)散體，破除聲聚焦和顫動(dòng)日聲。他把四分之一的天花板改成活動(dòng)式，墻上亦裝設(shè)大幕布。這樣，包括韓德爾、巴哈以及布列茲等不同風(fēng)格的音樂演出，因天花板和大幕布的不同位置，便有不同的聲學(xué)效果。
將有限的精力集中發(fā)揮
我問他：“法國(guó)有26000名建筑工程師，為什么在聲學(xué)方面沒有的高手？而你從中國(guó)來到法國(guó)，短短幾年就已經(jīng)在建筑聲學(xué)界成績(jī)可觀，秘訣何在？”
徐亞英的回答看似平常，沒有驚人之處。
他說：“做人不可以沒有雄心壯志，但又不可以什么都要，只能把自己有限的精力集中在一個(gè)著力點(diǎn)上選擇這個(gè)看力點(diǎn)則是一輩子的事，最好能把自己的興趣、愛好與專業(yè)結(jié)合起來，這樣就會(huì)不知疲倦地奮斗下去。”
徐亞英說：“我很幸運(yùn)，能把我的著力點(diǎn)選在建筑聲學(xué)這一行，令我四十多年從未真正舍棄它。不論當(dāng)年下放在江西鄱陽(yáng)湖農(nóng)場(chǎng)勞動(dòng)，還是今天在歐洲的豪華酒店抽雪茄，只要一聽到交響樂的幾聲合弦，或是幾句西皮二黃，還是蘇州評(píng)彈，我的整個(gè)神經(jīng)部會(huì)繃起來，馬—想到演奏廳，想到天花板和隔音板，想到各種建筑材料，想到樂隊(duì)的位置，想到用不用擴(kuò)音器：我就會(huì)浮想聯(lián)翩，怎樣使音質(zhì)更清澈、更渾厚。”
談到徐亞英在國(guó)際上的成就，大家都離不開他和建筑大師貝聿銘的合作，他倆都是蘇州人，都在巴黎相識(shí)。當(dāng)時(shí)，徐亞英正在蓬皮杜中心的音樂研究所作磬學(xué)研究，貝聿銘則因達(dá)拉斯音樂廳的聲學(xué)設(shè)計(jì)而與美國(guó)聲學(xué)顧問約翰遜爭(zhēng)執(zhí)不下，很想聽聽你亞英的意見。在徐亞英對(duì)達(dá)拉斯音樂廳的分析與判斷中，貝聿銘慧眼識(shí)英雄！終於在巴黎羅浮宮的擴(kuò)建工程中請(qǐng)徐亞英擔(dān)任聲學(xué)顧問。
貝聿銘力排眾議，在羅浮宮上加蓋玻璃金字塔的工程已在現(xiàn)代建筑史上留下輝煌的一頁(yè)。作為聲學(xué)顧問！徐亞英亦功不可沒。金字塔的構(gòu)想出自貝聿銘的大手筆，而金字塔下的中央廉堂要設(shè)立大支柱、螺旋樓梯和懸挑平臺(tái)則是采納了徐亞英的建議，化解了回聲之害不應(yīng)給自己的腦袋設(shè)限制
1986年，徐亞英承接了把梅茨軍火庫(kù)改建為可容納1500人的大音樂廳的工程，與之合作的設(shè)計(jì)師是被譽(yù)為新古典主義大師的西班牙人伯菲爾。徐亞英利用他在中國(guó)時(shí)就提出的“雙耳效應(yīng)”理論，努力造成側(cè)向擴(kuò)散空
轉(zhuǎn)貼于
間聲效！消除了顫動(dòng)回聲，場(chǎng)內(nèi)1500個(gè)不同位置的觀眾均能得到渾厚明澈的樂音。當(dāng)今最有影響的指揮家、大提琴大師羅斯托波維奇在新建成的梅茨音樂廳舉行獨(dú)奏音樂會(huì)之後，稱之為“歐洲最好的音樂廳之一”。《梅茨日?qǐng)?bào)》把徐亞英贊揚(yáng)為"聲學(xué)大師"，認(rèn)為他最為靈敏地搭起了“聲音七巧板”。徐亞英愛說：“變化是絕對(duì)、永恒的，唯有在動(dòng)中追求暫時(shí)的平衡人們不應(yīng)給自己的腦袋設(shè)限制，自己束縛了創(chuàng)造性。”
【關(guān)鍵詞】劇場(chǎng)；建筑聲學(xué)；問題
中圖分類號(hào)：TU112文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
一、前言
經(jīng)濟(jì)的發(fā)展促進(jìn)了科學(xué)的進(jìn)步，也使建筑聲學(xué)得到了廣泛的應(yīng)用，與其是在音樂廳及劇場(chǎng)的建設(shè)中，吸音及混響的應(yīng)用及處理，使其演出效果達(dá)到了理想的狀態(tài)。
二、劇場(chǎng)建設(shè)的前期準(zhǔn)備
1、重視劇場(chǎng)的功能定位
劇場(chǎng)建設(shè)方必須重視、合理確定劇場(chǎng)的功能定位，不宜過分追求多功能要求。具體來說：劇場(chǎng)屬功能性建筑，其使用功能應(yīng)科學(xué)合理確定；多功能劇場(chǎng)應(yīng)確定主次功能，不宜并列全能高標(biāo)準(zhǔn)；要根據(jù)實(shí)際需要、技術(shù)可行、投資經(jīng)濟(jì)合理三原則平衡確定。對(duì)于劇場(chǎng)的功能定位，有以下建議：
（一）歌劇院。以歌劇、音樂劇為主，可兼用于戲劇、芭蕾和音樂會(huì)（設(shè)舞臺(tái)音樂罩）演出。
（二）劇場(chǎng)。以戲劇為主，可兼用會(huì)議。
（三）專業(yè)音樂廳。僅用于交響音樂會(huì)等各類音樂演出，不宜兼其他功能。
（四）大型會(huì)堂。以大型會(huì)議為主，可兼綜藝演出。
（五）中小會(huì)議廳。以會(huì)議為主，可兼電影放映。
（六）大型體育館。以體育比賽為主，可兼大型綜藝演出等。
2、選擇好的建聲設(shè)計(jì)單位和設(shè)計(jì)師
要注意選擇好劇場(chǎng)建聲專業(yè)的設(shè)計(jì)單位和設(shè)計(jì)師，要正確對(duì)待中方與外方的設(shè)計(jì)單位和設(shè)計(jì)師（包括建筑設(shè)計(jì)和建聲設(shè)計(jì)）。清華大學(xué)建筑學(xué)院的燕翔老師曾將聲學(xué)設(shè)計(jì)單位、工程業(yè)主單位、施工單位比作為醫(yī)、患、藥三個(gè)方面，這個(gè)比喻還是比較形象的。一名患者患病了，一定要找好的醫(yī)生，吃好的藥，才能將病治好；在劇場(chǎng)建設(shè)中這個(gè)道理同樣適用。現(xiàn)在建聲設(shè)計(jì)市場(chǎng)上存在這種情況，有的是正規(guī)的專業(yè)單位，有的則是設(shè)備廠商和材料供應(yīng)商兼做建聲設(shè)計(jì)，這就要求業(yè)主單位做出正確的判斷和選擇，一定要選擇正規(guī)的專業(yè)單位進(jìn)行聲學(xué)設(shè)計(jì)，才能保證好的聲學(xué)效果。
三、主聲源的變化、各墻面與聲源的關(guān)系的處理
如前所述，我國(guó)近代建設(shè)的劇場(chǎng)與西方的歌劇院有著很大差別。西方的歌劇院觀眾席為立體式，樓層多、包廂多，底層觀眾席并不多，僅占總數(shù)的1/3～1/4，有的更少。觀眾離聲源近，一般都靠自然聲。而我國(guó)的劇場(chǎng)大多為扁平式，一般僅二層，底層的觀眾席占絕大多數(shù)。場(chǎng)地較長(zhǎng)，前后排之間的距離大多超過 30m，觀眾與演員之間的距離變化大。為防止回聲，后墻通常都做吸聲處理，導(dǎo)致后排的聲能嚴(yán)重不足，必須借助于電擴(kuò)聲。在正常情況下，主揚(yáng)聲器應(yīng)安放在臺(tái)口的上方。此時(shí)，聲源已不在舞臺(tái)面，各反射面應(yīng)該如何處理？
1993 年國(guó)家大劇院籌備辦和清華大學(xué)建筑系共同對(duì)十多個(gè)劇場(chǎng)做了測(cè)試，通過數(shù)據(jù)分析，尋找在劇場(chǎng)中聲壓級(jí)的實(shí)際分布情況。當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)是在舞臺(tái)上設(shè)置一個(gè)12面體作為聲源，得到的觀眾廳聲壓級(jí)的分布情況與賽賓公式基本相符。但由于舞臺(tái)空間和挑臺(tái)的影響也帶來了一些差異，在電擴(kuò)聲為主的情況下，聲源將是舞臺(tái)口上方的揚(yáng)聲器，那將會(huì)得到怎樣的結(jié)果？目前在許多設(shè)計(jì)中，天棚的反射面仍以舞臺(tái)的聲源為主來設(shè)計(jì)，這些情況應(yīng)該做些研究和探討。
四、關(guān)于降噪
1、空調(diào)機(jī)房、風(fēng)機(jī)房等應(yīng)遠(yuǎn)離觀眾廳上述設(shè)備房如確需與觀眾廳隔墻設(shè)置時(shí),應(yīng)增加該部分墻體的隔聲措施,并在空調(diào)機(jī)房、風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)部做吸聲降噪處理,以及為機(jī)器做良好的隔振減振措施。個(gè)別有一定噪聲的空調(diào)通風(fēng)設(shè)備、設(shè)施如需安置(或吊裝)在放映機(jī)房或辦公、大堂等區(qū)域時(shí),除應(yīng)有良好的減振措施外,還應(yīng)為上述設(shè)施制作隔聲罩,但絕對(duì)不允許安裝在觀眾廳空間范圍內(nèi)。
2、通風(fēng)管道的降噪措施
空調(diào)通風(fēng)管道、消防排煙管道等不能串廳布設(shè)；要控制管道和進(jìn)、出口的風(fēng)速不能過高；通風(fēng)主管道應(yīng)增加多節(jié)必要的消聲設(shè)施,以衰減借助通風(fēng)管道傳入觀眾廳的主機(jī)噪聲。觀眾廳內(nèi)部,建議使用高分子材料的空調(diào)通風(fēng)管道。
3、其它管道的噪聲控制
像雨水管、落水管等經(jīng)常有水流流動(dòng)的管道,應(yīng)盡量避免在觀眾廳內(nèi)部空間布設(shè)。如果房屋結(jié)構(gòu)中已布設(shè)了雨水管、落水管等,而且無法移動(dòng),就要求將上述水管(尤其立管部分)做旋流處理以及必要的隔聲處理。
4、要注意處理好樓板撞擊噪聲
如果觀眾廳樓板上方是營(yíng)業(yè)用的舞廳、歌城等能發(fā)出很強(qiáng)撞擊噪聲的場(chǎng)所,要考慮增加一定的減振隔聲措施。除在樓板敷貼減振材料以及吊頂增加吸聲材料以外,必要時(shí)還可增加彈簧隔聲吊頂?shù)取５槍?duì)非常強(qiáng)烈的撞擊噪聲,還要考慮到圍護(hù)隔墻的固體噪聲傳遞影響。因?yàn)闆]有任何隔振措施的磚混結(jié)構(gòu),其撞擊聲的理論值衰減量只有0、02~0、20dB/m。
5、注意孔洞與隙縫產(chǎn)生的透聲
由于聲波的衍射作用,圍護(hù)結(jié)構(gòu)的空洞和隙縫對(duì)隔聲效果影響很大。有數(shù)據(jù)表明,孔洞面積占整片圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積1%時(shí),結(jié)構(gòu)隔聲量不會(huì)超過20dB。而且孔洞與隙縫的面積越大,透聲頻率越低。所以,施工中要特別注意觀眾廳分隔墻的孔洞與隙縫的封堵問題。
五、劇場(chǎng)建筑聲學(xué)中應(yīng)注意的問題
白瑞耐克教授認(rèn)為:一個(gè)音樂廳的聲學(xué)特性取決于音樂廳的室內(nèi)容積、內(nèi)部體形、室內(nèi)表面材料的密度、座椅的類型和材料、地毯及觀眾席的面積。劇場(chǎng)的聲學(xué)特性也是如此，為實(shí)現(xiàn)劇場(chǎng)的基本功能要求,下述幾個(gè)問題必須注意:
劇場(chǎng)的內(nèi)部平面形狀或稱體形,是劇場(chǎng)設(shè)計(jì)首先遇到的一個(gè)基本問題,也是決定音劇場(chǎng)聲學(xué)效果的一個(gè)重大問題。體形選擇得當(dāng),事半功倍。體形選擇不當(dāng),劇場(chǎng)就有先天缺陷,很難彌補(bǔ)。音樂廳的內(nèi)部平面形狀,有長(zhǎng)方形、扇形、六角形、圓形、橢圓形、多邊形、梯田山谷形、馬蹄形等。在這幾種體形中,有些形狀是不宜用于劇場(chǎng)的建設(shè),如扇形。從現(xiàn)在已建成的音樂廳來看,至今沒有發(fā)現(xiàn)扇形音樂廳的聲學(xué)性能是令人滿意的。此外如橢圓形、圓形,在音樂廳聲學(xué)設(shè)計(jì)上,也忌諱采用這種形式。從聲學(xué)性能上來說,體形最佳的是長(zhǎng)方形。
根據(jù)混響時(shí)間的賽賓公式,混響時(shí)間與二個(gè)因素相關(guān):室內(nèi)容積和室內(nèi)總吸聲系數(shù)。據(jù)世界上8個(gè)最佳的音樂廳統(tǒng)計(jì):平均座位數(shù)為1950個(gè),平均室內(nèi)容積為17,400立方米,平均滿座混響時(shí)間為1.9秒。À照此計(jì)算,平均每座的室內(nèi)容積為8.923立方米。因此,每座室內(nèi)容積取8-10立方米是合適的。這個(gè)指標(biāo),目前修建的音樂廳,多數(shù)是可以達(dá)到的。
現(xiàn)在修建劇場(chǎng)中,最易發(fā)生問題的是室內(nèi)墻面材料,天花板材料的使用,即白瑞耐克教授所說的室內(nèi)表面材料的密度。為什么他用“密度”這個(gè)詞呢?因?yàn)閷?duì)室內(nèi)表面材料來說,關(guān)鍵是它的吸聲系數(shù)。通常,密度越小的材料越吸聲,吸聲系數(shù)越大；而密度越大的材料越不吸聲,吸聲系數(shù)較小。現(xiàn)在許多人認(rèn)為劇場(chǎng)的內(nèi)裝修材料應(yīng)該用木材,甚至認(rèn)為,木材用得越多,聲音越好。這種說法,至今沒有找到充分的理論依據(jù)。與此相反的是,最好的劇場(chǎng),維也納金色大廳墻和天花板都是鋼絲網(wǎng)泥灰,僅舞臺(tái)四周是用中等厚木板；波士頓交響樂大廳則除舞臺(tái)罩是2厘米厚的木板外,墻和天花板均為鋼絲網(wǎng)泥灰；阿姆斯特丹音樂廳則全部墻和天花板均用鋼絲網(wǎng)泥灰。bk現(xiàn)在的許多木質(zhì)內(nèi)裝修,主要是用背后做龍骨,上面裝木工裝飾板的做法。這種背后有空隙的薄木板,是一種低頻吸聲器,是許多現(xiàn)代劇場(chǎng)混響時(shí)間偏短,特別是缺乏低頻反射的重要原因。
六、結(jié)束語(yǔ)
總之，在劇場(chǎng)的建設(shè)中，建筑聲學(xué)的應(yīng)用使其效果達(dá)到了最佳的效果。在設(shè)計(jì)及其整體規(guī)劃時(shí)，就應(yīng)對(duì)其聲學(xué)效果進(jìn)行規(guī)劃，保證其建成后的聲學(xué)效果達(dá)到最佳。
參考文獻(xiàn)：
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聲波是聲音的傳播形式。物體振動(dòng)在空氣中或在其他介質(zhì)中的傳播叫做聲波。聲波借助各種介質(zhì)可以向四面八方傳播。聲波是一種縱波，它是彈性介質(zhì)中傳播著的壓力振動(dòng)。但是在固體中傳播時(shí)，它也可以同時(shí)有縱波和橫波。
聲波可以理解為介質(zhì)在偏離平衡態(tài)時(shí)的小擾動(dòng)的傳播。在這個(gè)傳播過程中只有能量的傳遞，而不會(huì)發(fā)生質(zhì)量的傳遞。如果擾動(dòng)量比較小，那么聲波的傳遞過程滿足經(jīng)典的波動(dòng)方程，是線性波。如果擾動(dòng)很大，那么聲波的傳遞就不再滿足線性的聲波方程，會(huì)出現(xiàn)波的色散和激波。在本課題中，我們的研究對(duì)象是小擾動(dòng)的傳播，即滿足經(jīng)典波動(dòng)方程的線性波。
2 聲學(xué)傳感器
聲學(xué)傳感器是一個(gè)可以接收聲波并且能夠把聲信號(hào)轉(zhuǎn)換成電測(cè)儀器能夠識(shí)別的電信號(hào)的裝置，從而使得不易被測(cè)量的聲學(xué)量能夠很容易被測(cè)出，也使得聲波被人們更為廣泛的研究和利用。
聲學(xué)傳感器的原理就是聲電轉(zhuǎn)換，即把不易測(cè)量的聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成為容易被電測(cè)儀器測(cè)出的電信號(hào)。目前應(yīng)用最多的聲學(xué)傳感器主要有動(dòng)圈式、壓電陶瓷式和電容式三大類，其他類型的，如果細(xì)分的話，也都屬于這三大類之中。下面一節(jié)中，會(huì)具體介紹這三種聲學(xué)傳感器的原理，在此不再贅述。
3 聲學(xué)傳感器的前置放大電路
聲學(xué)傳感器的前置放大電路，是一種專門為聲學(xué)傳感器的輸出信號(hào)而設(shè)計(jì)的放大設(shè)備。通常，人們習(xí)慣將聲學(xué)傳感器的前置放大電路直接簡(jiǎn)稱為“前置放大器”，專門用來處理電平較低、音質(zhì)比較脆弱的聲學(xué)傳感器的輸出信號(hào)。
由于聲學(xué)傳感器可以分為動(dòng)圈式、壓電陶瓷式、電容式等多種不同類型，且其輸出的信號(hào)在電平和阻抗水平上也有很大的差別，因此，前置放大器在設(shè)計(jì)上也有很多種不同的造型和尺寸。我們?cè)谶x擇前置放大器時(shí)，除了要鑒別音質(zhì)水平之外，還應(yīng)該特別注意其在多種不同的應(yīng)用條件下對(duì)信號(hào)一致性的保持能力。
市場(chǎng)上可以見到的前置放大器有很多，它們大致可以分為兩類，一類是電子管前置放大器，另一類是晶體管前置放大器。由于數(shù)字音頻信號(hào)是離散的信號(hào)，與連續(xù)的模擬音頻信號(hào)相比，聲音聽起來有一些硬，電子管的特性就是可以呈現(xiàn)出溫暖的音色，所以近年來選用電子管前置放大器的用戶逐漸多起來，電子管前置放大器會(huì)使原來聽起來比較生硬的數(shù)字聲音變得溫暖許多。當(dāng)然，電子管前置放大器呈現(xiàn)的溫暖音色特性不一定適合對(duì)所有聲音的加工，要根據(jù)聲音特點(diǎn)的不同或者個(gè)人的喜好來選擇是否用電子管前置放大器。
4 三種聲學(xué)傳感器的原理
4.1 動(dòng)圈式聲學(xué)傳感器的原理
電磁感應(yīng)現(xiàn)象：閉合電路中的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，在電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，我們把這種現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)現(xiàn)象，產(chǎn)生的電流就叫做感應(yīng)電流。
動(dòng)圈式聲學(xué)傳感器就是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象制成的。如圖1所示，當(dāng)聲波使最右邊的膜片振動(dòng)時(shí)，連接在膜片上面的線圈會(huì)隨著膜片一起振動(dòng)，而音圈的振動(dòng)又是發(fā)生在永久磁鐵的磁場(chǎng)里，其中就產(chǎn)生了感應(yīng)電流，也就把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成了電信號(hào)。其中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的大小和方向都在變化，變化的頻率由聲波振動(dòng)的頻率決定，變化的振幅由聲波的振幅決定。
4.2 壓電陶瓷式聲學(xué)傳感器的原理
壓電效應(yīng)是指一些電解質(zhì)在受到某一個(gè)方向的外力作用發(fā)生形變時(shí)，由于內(nèi)部電荷有極化現(xiàn)象，會(huì)在其表面產(chǎn)生出電荷的現(xiàn)象。
由于有壓電效應(yīng)，壓電陶瓷能夠直接將非電量轉(zhuǎn)換為電量，同時(shí)，壓電陶瓷的壓電常數(shù)可以通過調(diào)整配方組成或者改變陶瓷片組合的方式而得到大幅度的提高，從而可有效的提高它的靈敏度。
壓電陶瓷式聲學(xué)傳感器就是利用壓電陶瓷片的壓電效應(yīng)，把應(yīng)力轉(zhuǎn)換為電壓輸出的裝置，如圖2所示。壓電陶瓷片是其中關(guān)鍵的部件，從信號(hào)變換角度看，這里壓電陶瓷片相當(dāng)于一個(gè)電荷發(fā)生器。
壓電陶瓷式聲學(xué)傳感器是由把外力傳遞給壓電陶瓷的力學(xué)系統(tǒng)、壓電陶瓷片以及將電荷傳遞給測(cè)量?jī)x表的測(cè)量電路三個(gè)部分組成。其中，力學(xué)系統(tǒng)是用來安裝和固定壓電陶瓷的支架部分，由該部分直接和外界接觸，當(dāng)受到外力的作用時(shí)，支架和壓電陶瓷一起發(fā)生形變。壓電陶瓷由形變產(chǎn)生電荷輸出，然后測(cè)量線路會(huì)把電荷變換為電壓輸出。
壓電陶瓷式聲學(xué)傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、質(zhì)量輕、功耗小、壽命長(zhǎng)，尤其是它具有很好的動(dòng)態(tài)特性，因此非常適合有很寬頻帶的周期性作用力以及高速變化的沖擊力。
4.3 電容式聲學(xué)傳感器的原理
電容式聲學(xué)傳感器是將被測(cè)的非電學(xué)量的變化轉(zhuǎn)換為電容量變化的傳感器。
電容式傳感器是把被測(cè)量的機(jī)械量，例如位移、壓力等轉(zhuǎn)化為電容量變化的傳感器。它的敏感部分是具有可變參數(shù)的電容器。其最常用的形式是由兩個(gè)平行的電極組成、極板間以空氣為介質(zhì)的電容器。若忽略電容器的邊緣效應(yīng)，平板電容器的電容為εS/d，式中的ε是極間介質(zhì)的介電常數(shù)，S是兩個(gè)極板互相覆蓋的有效面積，d是兩個(gè)極板之間的距離。d、S、ε三個(gè)參數(shù)中任意一個(gè)發(fā)生變化都會(huì)引起電容量的變化。因此電容式傳感器可以分為極距變化型、介質(zhì)變化型和面積變化型三類。其中，極距變化型電容式傳感器通常用于測(cè)量微小的線位移或者由于力、壓力、振動(dòng)等引起的極距變化。介質(zhì)變化型一般用于物位測(cè)量和各種介質(zhì)的溫度、密度、濕度的測(cè)量。面積變化型電容式傳感器常用于測(cè)定角位移或者比較大的線位移。
關(guān)鍵詞： 管線探測(cè)； 參量陣淺剖儀； 信號(hào)預(yù)處理方法； 差頻轉(zhuǎn)換效率
中圖分類號(hào)： TN911.7?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2015）09?0047?04
Abstract： Nonlinear principle of acoustic wave propagation is applied to the nonlinear acoustic parametric array， and the high directivity low frequency sound wave is obtained by a small size transducer. Low frequency sound wave is great significance for shallow stratum information detection. A parametric array sub?bottom profiler is designed with Berktay nonlinear self?demodulation parametric array principle， and the signal preprocessing method is studied to improve the disadvantage of low parametric array difference frequency conversion efficiency. The Matlab simulation experiments prove that the performance of difference frequency conversion is improved by the signal preprocessing method.
Keywords： pipeline detection； parametric array sub?bottom profiler； signal preprocessing method； difference frequency conversion efficiency
0 引 言
伴隨我國(guó)對(duì)海洋資源的日漸渴求，海洋工程建設(shè)與日俱增，用于資源輸送的掩埋管線的架設(shè)與維護(hù)依賴于對(duì)海底淺地層信息的探測(cè)。基于線性聲學(xué)原理的傳統(tǒng)地質(zhì)探測(cè)，聲納采用較低的工作頻率，一方面減少海水對(duì)聲波的吸收；另一方面使低頻聲波穿透海底沉積層，并達(dá)到一定的深度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)淺地層信息的探測(cè)。但是線性低頻聲納的波束較寬，徑向分辨率很低，非常容易受到海面回波的干擾，且因?yàn)閷挷ㄊ斐傻膫?cè)向回波與正向回波時(shí)延相差很大，使得界面混響大幅度降低了設(shè)備的軸向分辨率，而如果采用高指向性低頻波束，換能器的尺寸會(huì)十分龐大，工程應(yīng)用十分不便。
非線性聲學(xué)參量陣?yán)寐暡▊鞑サ姆蔷€性原理，能在小換能器尺寸下得到高指向性的低頻聲波（即差頻波），并且具有低旁瓣，相對(duì)帶寬展寬的特點(diǎn)，非常適合于海底沉積層結(jié)構(gòu)和淺地層掩埋管線的探測(cè)。鑒于非線性聲學(xué)參量陣的優(yōu)點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)了一款用于海底淺地層掩埋管線探測(cè)的參量陣淺剖儀。雖然聲學(xué)參量陣具有諸多優(yōu)點(diǎn)，卻是以犧牲發(fā)射功率為代價(jià)，以很低的差頻轉(zhuǎn)換效率得到高指向性低頻聲波，所以，本文通過研究發(fā)射信號(hào)的預(yù)處理方法來提高參量陣的差頻轉(zhuǎn)換效率。
1 非線性聲學(xué)參量陣原理
1.1 非線性聲學(xué)參量陣
在介質(zhì)中，由換能器發(fā)射兩個(gè)頻率較為接近的共軸高頻聲波，分別為和（假定），稱為原頻（Primary Frequency）。在原頻波共同覆蓋的區(qū)域，由于聲波之間的非線性作用，產(chǎn)生了差頻為的低頻聲波（Difference Frequency），對(duì)于共軸的高頻原頻波，差頻波如同一個(gè)沿原頻波軸向連續(xù)分布的虛源線陣，其陣長(zhǎng)決定于介質(zhì)對(duì)原頻波和差頻波的吸收。
1.2 Berktay寬帶自解調(diào)參量陣
Westervelt提出的線源參量陣?yán)碚撌强紤]兩個(gè)單獨(dú)的高頻原頻波產(chǎn)生的差頻信號(hào)，Berktay在其基礎(chǔ)上對(duì)寬帶信號(hào)作為原頻波的情況進(jìn)行研究，提出寬帶自解調(diào)參量陣，即使用幅度調(diào)制的原頻波來產(chǎn)生差頻信號(hào)。
實(shí)際的參量陣聲納制作不會(huì)采用Westervelt線源雙頻參量陣發(fā)射兩個(gè)雙頻信號(hào)，本文利用Berktay寬帶自解調(diào)參量陣?yán)碚摚O(shè)計(jì)一款參量陣淺剖儀。從式（6）結(jié)論可知，合適的包絡(luò)信號(hào)對(duì)獲得的差頻聲壓大小有顯著影響。
2 參量陣淺剖儀的設(shè)計(jì)
本文設(shè)計(jì)的參量陣淺剖儀由干端和濕端兩部分組成。濕端由嵌入式信號(hào)處理機(jī)（DSP）、原頻發(fā)射機(jī)、原頻接收機(jī)、差頻接收機(jī)及收發(fā)合置換能器組成。干端由顯示控制計(jì)算機(jī)和48 V直流穩(wěn)壓電源組成。干端、濕端通過以太網(wǎng)通信，由水密電纜相連。
系統(tǒng)初始化后，由計(jì)算機(jī)控制嵌入式信號(hào)處理機(jī)產(chǎn)生調(diào)制原頻波信號(hào)，經(jīng)過驅(qū)動(dòng)后直接驅(qū)動(dòng)功率放大器，再由輸出變壓器輸出至匹配電路，為保證差頻信號(hào)有足夠的帶寬，匹配電路具有寬帶特性及在帶寬內(nèi)平坦響應(yīng)，通過收發(fā)合置換能器輻射原頻波。
原頻通道既具有測(cè)深功能，又是差頻通道TVG補(bǔ)償?shù)囊粋€(gè)重要起始時(shí)間點(diǎn)，通道最大增益為80 dB；具有TVG控制。差頻接收通道采取無源低通濾波，對(duì)原頻的衰減需大于80 dB。差頻通道的無源濾波是為了充分濾除原頻信號(hào)，避免原頻信號(hào)在接收機(jī)中由于電路的非線性而產(chǎn)生差頻信號(hào)而引起的干擾；通道最大增益為110 dB，具有TVG控制。
信號(hào)處理機(jī)以TMS320F28335為核心，負(fù)責(zé)發(fā)射信號(hào)形成、原頻信號(hào)處理及差頻信號(hào)處理，將處理結(jié)果通過以太網(wǎng)發(fā)送至干端的顯示控制計(jì)算機(jī)，原頻信號(hào)采用帶通采樣，差頻信號(hào)通過直接采樣的方法，采樣頻率為100 kHz。一路原頻A/D輸入，只需要檢波處理；一路差頻A/D輸入，進(jìn)行脈沖壓縮處理；兩路D/A輸出，分別給原頻和差頻TVG控制，差頻的TVG控制由原頻檢測(cè)信號(hào)控制。
濕端電源由干端直流供電，直流電源的電壓為48 V，供電電流最大為2 A。濕端所需的各種電壓采用DC/DC變換產(chǎn)生，發(fā)射機(jī)直接由48 V供電。發(fā)射機(jī)發(fā)射時(shí)的瞬時(shí)能量由儲(chǔ)能電容供給。
利用單邊帶調(diào)幅調(diào)制原頻波自解調(diào)到的差頻波比雙邊帶調(diào)制節(jié)約了帶寬，顯著節(jié)省了功率，不存在諧波失真，提高了轉(zhuǎn)換效率，與平方根法相比工程容易實(shí)現(xiàn)。
4 信號(hào)預(yù)處理仿真實(shí)驗(yàn)
通過分析三種方法自解調(diào)產(chǎn)生的差頻聲壓可知：
（1） 平方根法以最低的調(diào)制信號(hào)強(qiáng)度產(chǎn)生了與其他兩種方法同數(shù)量級(jí)的差頻聲壓強(qiáng)度，但是平方根法工程物理實(shí)現(xiàn)困難。
（2） 從圖4與圖6的對(duì)比，可知同數(shù)量級(jí)的調(diào)制信號(hào)強(qiáng)度，雙邊帶調(diào)制法產(chǎn)生的差頻聲壓是單邊帶調(diào)制法的100倍，但從式（9）可以看出，雙邊帶調(diào)制法得到的差頻聲壓與包含在差頻中的二次諧波聲壓存在1500的關(guān)系，所以單邊帶調(diào)制法產(chǎn)生的差頻波強(qiáng)度約為雙邊帶 調(diào)制法的5倍。
綜上所述，可以通過單邊帶調(diào)制法提高參量陣淺剖儀的差頻轉(zhuǎn)換效率，節(jié)約功率和帶寬。
5 結(jié) 語(yǔ)
非線性聲學(xué)參量陣?yán)寐暡▊鞑サ姆蔷€性原理，能在小換能器尺寸下得到高指向性的低頻聲波，本文利用Berktay寬帶自解調(diào)參量陣原理設(shè)計(jì)了一款參量陣淺地層剖面儀，針對(duì)參量陣淺剖儀差頻轉(zhuǎn)換效率較低的缺點(diǎn)，提出了通過信號(hào)預(yù)處理方法提高差頻轉(zhuǎn)換效率，節(jié)約功率和帶寬，對(duì)改善淺剖儀性能具有指導(dǎo)意義，參量陣淺剖儀輕便實(shí)用，具有重要的工程意義。
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