使用LabVIEW實(shí)現KTX高速列車(chē)的噪聲源的可視化

　　由Korail運營(yíng)的高速列車(chē)KTX-Sancheon于2010年開(kāi)始投入使用，它是完全由韓國自身的技術(shù)完成建設的。由于列車(chē)最高運行時(shí)速高達300km/h(186mph)，對環(huán)境噪聲的影響相當顯著(zhù)，這些噪聲包含滾動(dòng)噪聲(例如推進(jìn)系統或機械噪聲)，車(chē)輪與鐵軌接觸的機械噪聲，以及列車(chē)運行時(shí)車(chē)體周?chē)諝饬鲃?dòng)形成的氣流噪聲等。為了全面減小這些噪聲，我們已經(jīng)采取了相關(guān)的措施來(lái)定位所有明顯的噪聲源。

　　韓國鐵路研究所與SM儀器有限公司(National InstrumentsI Alliance Partner Network成員，專(zhuān)門(mén)從事聲音與振動(dòng)相關(guān)測試應用)一起在LabVIEW環(huán)境中使用相控麥克風(fēng)陣列開(kāi)發(fā)了移動(dòng)聲源波束成形系統，并使用該系統來(lái)實(shí)現正常運行的整列火車(chē)上的噪聲源的可視化。該測試主要是為了對兩種不同型號的列車(chē)噪聲進(jìn)行對比：一種是KTX-1，由TGV Réseau型演化而來(lái)，2004年起投入使用;另一種是新型的KTX-Sancheon(KTX-II)，這是由韓國開(kāi)發(fā)研制的商用高速列車(chē)?！　?/p>

 

　　波束成形是使用聲學(xué)陣列來(lái)映射噪聲源的方法。它通過(guò)檢測傳到麥克風(fēng)陣列的聲音的時(shí)間延遲來(lái)辨別聲音到底是從哪個(gè)方向發(fā)出的。如果噪聲目標是移動(dòng)的，那么測試的復雜度會(huì )更大，因為對象會(huì )移動(dòng)經(jīng)過(guò)麥克風(fēng)陣列(例如在通過(guò)測試中)，多普勒效應將會(huì )導致聲音的頻率失真，這是傳統的實(shí)時(shí)波束成形方法的關(guān)鍵缺點(diǎn)。為了彌補這一點(diǎn)，我們不斷調整軟件的時(shí)間延遲以使其可以匹配移動(dòng)聲源。這種方法可以自動(dòng)地消除多普勒效應。雖然它需要更多的處理時(shí)間，但我們可以將移動(dòng)波束的功率取平均。我們使用可觸發(fā)的傳感器來(lái)明確每一個(gè)點(diǎn)上移動(dòng)噪聲源的確切位置。在我們的軟件中，我們假設聲源有著(zhù)固定的速度?！　?/p>

 

　　硬件配置和標準的波束成形應用中的基本一致。一個(gè)附加功能就是移動(dòng)聲源波束成形需要觸發(fā)傳感器，我們使用了兩個(gè)光電傳感器來(lái)進(jìn)行位置觸發(fā)并計算列車(chē)速度。

　　為了進(jìn)行高速列車(chē)的測試，我們設計一套144通道的麥克風(fēng)陣列來(lái)提高聲音圖像的分辨率。我們使用了NI PXI-4496動(dòng)態(tài)信號采集模塊來(lái)采集測量信號并使用一種特殊的光電傳感器來(lái)輔助ICP/IEPE麥克風(fēng)，觸發(fā)列車(chē)位置。在Korail推出高速列車(chē)服務(wù)之后不久，我們在2006實(shí)施了KTX的早期測試，使用了一個(gè)48通道的麥克風(fēng)陣列，成功地在297公里/小時(shí)的高速KTX列車(chē)上捕捉到了噪聲源?！　?/p>