聲學(xué)研究小組特別制定了兩套實(shí)驗(yàn)方案用于識(shí)別風(fēng)扇噪聲的特征。第一種方案采用是步進(jìn)電機(jī)控制的半圓形測(cè)量支臂，如圖2所示。13個(gè)半英寸的IEPE麥克風(fēng)固定在測(cè)量支臂上，通過(guò)測(cè)量支臂轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)測(cè)量半球指向性。PXI-7344控制器驅(qū)動(dòng)一個(gè)Oriental Motor步進(jìn)電機(jī)的伺服器和電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)再與各種齒輪嚙合，以1/60度的精度轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量支臂。LabVIEW測(cè)量軟件界面截圖如圖3、圖4所示。

　　本測(cè)量程序的一個(gè)特點(diǎn)(見(jiàn)圖四右上角)是程序隨測(cè)量進(jìn)度可以對(duì)指定頻率繪制出增量指向性圖。對(duì)于箱裝風(fēng)扇，該支臂測(cè)量程序能夠獲得遠(yuǎn)場(chǎng)指向性與頻率和流量的關(guān)系。在主動(dòng)降低風(fēng)扇噪聲時(shí)進(jìn)行這些指向性測(cè)量工作還可以獲得整體噪聲降低的信息。

?

　　圖2. 圖片為楊百翰大學(xué)全消聲室內(nèi)半圓形測(cè)量支臂，60mm的軸流風(fēng)扇安裝在鋁制機(jī)箱頂面上，三腳架上安裝的設(shè)備是一個(gè)光速度計(jì)--用于測(cè)量風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)速度

?

　　圖3. 支臂測(cè)量程序截圖

?

　　圖4. 這張截圖反映了支臂測(cè)量程序的測(cè)量示意屏是如何顯示任意通道的功率譜和指定給定頻率的指向性圖

　　第二種方案是采用近場(chǎng)線性陣列，我們使用它來(lái)研究風(fēng)扇噪聲源附近噪聲的音調(diào)和穩(wěn)定性。線性陣列包括23個(gè)四分之一英寸的GRAS麥克風(fēng)，如圖5.所示間隔半英寸安裝布置。然后在機(jī)箱面上方手動(dòng)步進(jìn)陣列，步進(jìn)間隔為四分之一英寸或半英寸，從而繪制出二維聲壓場(chǎng)。由于風(fēng)扇正上方的麥克風(fēng)因空氣流動(dòng)產(chǎn)生了附加噪聲，因此二維壓力場(chǎng)繪圖時(shí)只采用氣流外部的麥克風(fēng)。圖5.中還可以看見(jiàn)四個(gè)小圓形揚(yáng)聲器，它們用于對(duì)聲場(chǎng)進(jìn)行主動(dòng)控制。主動(dòng)控制啟用時(shí)，線性陣列可用于測(cè)定近聲場(chǎng)中產(chǎn)生的變化。

?

　　圖5. 用于近場(chǎng)風(fēng)扇噪聲特征識(shí)別的線性陣列

　　這些實(shí)驗(yàn)方案帶來(lái)了一個(gè)新的問(wèn)題—麥克風(fēng)的標(biāo)定。高精度測(cè)量要求頻繁的校準(zhǔn)，對(duì)于高通道數(shù)應(yīng)用而言這十分耗時(shí)。為了簡(jiǎn)化這一過(guò)程，我們?yōu)镻XI系統(tǒng)開發(fā)了一套“靈活”的麥克風(fēng)標(biāo)定方法。在標(biāo)定過(guò)程中，只需一個(gè)研究人員首先啟動(dòng)控制室內(nèi)筆記本上的程序，然后帶著標(biāo)定器進(jìn)入隔音室。軟件同步從所有活躍通道快速采集數(shù)據(jù)并利用LabVIEW中的頻率/幅值檢測(cè)VI搜索數(shù)據(jù)獲得有效的標(biāo)定信號(hào)(250或1000Hz)。這個(gè)過(guò)程在程序循環(huán)內(nèi)不斷進(jìn)行直至檢測(cè)到一個(gè)麥克風(fēng)通道的有效標(biāo)定信號(hào)。一旦確定通道，研究人員可以使用NI信號(hào)和振動(dòng)工具包內(nèi)的SVL標(biāo)定麥克風(fēng)VI標(biāo)定該通道。

　　消聲室的一個(gè)LED確保研究人員獲知標(biāo)定狀態(tài)(見(jiàn)圖2. 中的紅白線纜)。LED由PXI-4461模塊的模擬輸出以LabVIEW中生成的12V方波直接驅(qū)動(dòng)。方波脈沖的頻率和持續(xù)時(shí)間告知研究人員標(biāo)定是否順利運(yùn)行。這一標(biāo)定過(guò)程十分有效，現(xiàn)在一個(gè)研究員可以用5分鐘左右的時(shí)間標(biāo)定完23個(gè)麥克風(fēng)。而楊百翰大學(xué)的其他數(shù)據(jù)采集平臺(tái)上標(biāo)定同樣數(shù)目的麥克風(fēng)通常需要兩個(gè)人且花費(fèi)時(shí)間更長(zhǎng)。LabVIEW程序使得頻繁標(biāo)定變得更加簡(jiǎn)單方便。

　　開發(fā)應(yīng)用程序

　　聲學(xué)研究小組使用PXI系統(tǒng)只花費(fèi)了幾個(gè)月時(shí)間就將風(fēng)扇噪聲特征識(shí)別系統(tǒng)開發(fā)完畢。然而，這些測(cè)量并不需要PXI-466x模塊的任何一項(xiàng)重要性能。本系統(tǒng)是用于火箭和噴氣式飛機(jī)的噪聲測(cè)量，這些應(yīng)用具有更高的性能要求。

　　火箭和噴氣式飛機(jī)噪聲的高幅值特征識(shí)別是現(xiàn)階段的研究難點(diǎn)。這些噪聲源的近場(chǎng)存在激波，激波上升時(shí)間快、含有重要的高頻成分，因而需要采用高帶寬的測(cè)量系統(tǒng)。此外，聲音信號(hào)幅值隨著頻率和發(fā)動(dòng)機(jī)工況不斷變動(dòng)，這要求測(cè)量系統(tǒng)擁有一個(gè)較大的動(dòng)態(tài)范圍。

　　利用PXI-446x模塊，基于PXI和筆記本電腦的系統(tǒng)提供了高度靈活的測(cè)量。另外，實(shí)時(shí)導(dǎo)出大量數(shù)據(jù)的能力使得陣列測(cè)量成為可能，因而在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行測(cè)試時(shí)能最大程度地發(fā)揮測(cè)量系統(tǒng)的潛能。

　　Latitude D820的檢測(cè)結(jié)果表明：它可以在所有34個(gè)通道以150kHz左右采樣率采樣時(shí)實(shí)時(shí)將單精度數(shù)據(jù)導(dǎo)入外部硬盤。如果使用內(nèi)部SATA硬盤，34個(gè)通道的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采樣頻率最大可以達(dá)到204.8kHz。我們的測(cè)量系統(tǒng)使用筆記本控制器、擁有寬動(dòng)態(tài)范圍和高帶寬、支持IEPE傳感器，針對(duì)便捷高精度場(chǎng)測(cè)量應(yīng)用本系統(tǒng)算得上是頂尖級(jí)別的系統(tǒng)，噴氣噪聲測(cè)量研究也證實(shí)了這一點(diǎn)。

?

　　圖6. F-16噴氣式飛機(jī)噪聲測(cè)量