專利名稱：一種可辨別噪聲來(lái)源方向的環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)裝置和方法，特別是一種可辨別噪聲來(lái)源方向的環(huán)境噪 聲監(jiān)測(cè)裝置和方法。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)的持續(xù)發(fā)展和城市人口的增加，環(huán)境噪聲對(duì)人類 生活的影響日益嚴(yán)重，噪聲污染已成為人類當(dāng)前必須面對(duì)的一個(gè)重要環(huán)境問(wèn)題，是影響人 類社會(huì)環(huán)境的一大公害。近年來(lái)廣大研究者從環(huán)境噪聲的管理、治理、控制、規(guī)劃等不同角 度對(duì)其進(jìn)行廣泛的研究。環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)是人們了解環(huán)境噪聲現(xiàn)狀、進(jìn)行環(huán)境噪聲實(shí)驗(yàn)?zāi)M 及環(huán)境噪聲預(yù)測(cè)研究的基礎(chǔ)，也是環(huán)保部門(mén)進(jìn)行環(huán)境噪聲執(zhí)法、治理的重要科學(xué)根據(jù)。國(guó)內(nèi)外著名聲學(xué)儀器公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)了不同型號(hào)的環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)裝置，如丹麥B&K 公司的B&K3639系列、挪威Norsonic公司的Nor-1501型、美國(guó)Larson David公司的870B 型、北京聲望公司的NMT1000型、杭州愛(ài)華公司的AWA6218S/J型環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。從功能模塊的構(gòu)成上來(lái)分，目前的環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成如圖1，按照主要功能的 不同，可以分為環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)終端和控制中心。其中環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)終端包括噪聲測(cè)量前端、 前置放大、信號(hào)調(diào)理、A/D采集與信號(hào)處理、數(shù)據(jù)傳輸和噪聲值現(xiàn)場(chǎng)顯示等功能模塊，主要完 成環(huán)境噪聲值現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。環(huán)境噪聲檢測(cè)系統(tǒng)的控制中心主要包括噪聲地圖繪制、結(jié)果統(tǒng)計(jì) 分析、測(cè)量結(jié)果存儲(chǔ)于報(bào)告生成等模塊，控制中心主要是接收單個(gè)/多個(gè)環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)終 端傳輸過(guò)來(lái)的噪聲數(shù)據(jù)，并對(duì)多個(gè)噪聲監(jiān)測(cè)終端的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行綜合分析與利用。實(shí)際使用時(shí)，把環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)終端放置在選定的噪聲測(cè)量點(diǎn)上進(jìn)行環(huán)境噪聲測(cè) 量，如機(jī)場(chǎng)、道路、居民小區(qū)或其它公共區(qū)域。噪聲測(cè)量終端得測(cè)量到的噪聲數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù) 傳輸模塊(如利用先進(jìn)的GPRS/CDMA等公眾數(shù)據(jù)網(wǎng))，及時(shí)把監(jiān)測(cè)點(diǎn)噪聲信息傳遞到環(huán)境噪 聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的控制中心，便于進(jìn)行環(huán)境噪聲管理。有時(shí)為更全面了解某區(qū)域范圍上的噪聲 分布，也可用多個(gè)環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)終分布在經(jīng)過(guò)優(yōu)化選擇的環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)點(diǎn)上進(jìn)行噪聲的同 步監(jiān)測(cè)，形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化的城市區(qū)域環(huán)境噪聲監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)利用地理信息系統(tǒng)，用噪聲地 圖的形式直觀地顯示出被監(jiān)測(cè)區(qū)域噪聲值的大小分布。目前環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)都存在一個(gè)不足每個(gè)噪聲監(jiān)測(cè)終端僅采用單個(gè)傳聲器來(lái) 進(jìn)行噪聲測(cè)量，只能提供該測(cè)點(diǎn)處的噪聲值大小，無(wú)法提供監(jiān)測(cè)點(diǎn)噪聲的來(lái)源方向信息。事實(shí)上，獲得環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)點(diǎn)處噪聲的大小和來(lái)源方向?qū)τ诃h(huán)境噪聲仲裁、治理 等具有重要的意義。例如，在一個(gè)周邊環(huán)境同時(shí)存在多個(gè)噪聲源的測(cè)量點(diǎn)(如住宅小區(qū))， 環(huán)境噪聲管理者不僅需要了解噪聲監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的噪聲值大小，更需要了解究竟是其周邊的哪 個(gè)聲源產(chǎn)生的噪聲對(duì)該噪聲監(jiān)測(cè)點(diǎn)噪聲影響最大，也即需要了解噪聲監(jiān)測(cè)點(diǎn)處噪聲來(lái)源方 向信息，以便進(jìn)行環(huán)境噪聲仲裁和噪聲治理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)裝置和方法中不能提供噪聲來(lái)源方向缺點(diǎn)，提供一種可辨別噪聲來(lái)源方向的環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)裝置和方法，以期同時(shí)獲得測(cè)量點(diǎn)處噪聲的大小和 來(lái)源方向，便于對(duì)噪聲源準(zhǔn)確定位，為環(huán)境噪聲的仲裁和治理提供依據(jù)。本發(fā)明為解決技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案本發(fā)明可辨別噪聲來(lái)源方向的環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)裝置，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是以四個(gè)性能參數(shù) 一致傳聲器，即傳聲器A、傳聲器B、傳聲器C和傳聲器D構(gòu)成環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的噪聲測(cè)量 前端；所述四個(gè)傳聲器按正六面體的形式布置在正六面體的相鄰的四個(gè)頂點(diǎn)上，其中以傳 聲器A為原點(diǎn)，從傳聲器A到傳聲器B、傳聲器C、傳聲器D的距離均為正六面體的邊長(zhǎng)d，以 傳聲器A與傳聲器B的連線為X軸、傳聲器A與傳聲器C的連線為Y軸、傳聲器A與傳聲器 D的連線為Z軸構(gòu)成直角坐標(biāo)系。本發(fā)明可辨別噪聲來(lái)源方向的環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于所述正六面 體的邊長(zhǎng)d的取值為10mm-40mm。本發(fā)明可辨別噪聲來(lái)源方向的環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)裝置的監(jiān)測(cè)方法的特點(diǎn)是用算術(shù)平均的方法對(duì)傳聲器A、傳聲器B、傳聲器C、傳聲器D所測(cè)得的噪聲信號(hào)進(jìn) 行加權(quán)平均，得到噪聲監(jiān)測(cè)點(diǎn)處噪聲值的大小；由傳聲器A和傳聲器B測(cè)量到的噪聲信號(hào)計(jì)算獲得監(jiān)測(cè)點(diǎn)處沿坐標(biāo)軸χ方向的聲 強(qiáng)分量Ix ；由傳聲器A和傳聲器C測(cè)量到的噪聲信號(hào)計(jì)算獲得監(jiān)測(cè)點(diǎn)處沿坐標(biāo)軸y方向的 聲強(qiáng)分量Iy ；由傳聲器A和傳聲器D測(cè)量到的噪聲信號(hào)計(jì)算獲得監(jiān)測(cè)點(diǎn)處沿坐標(biāo)軸ζ方向 的聲強(qiáng)分量Iz ；依據(jù)所述聲強(qiáng)分量Ιχ、聲強(qiáng)分量Iy和聲強(qiáng)分量Iz來(lái)確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)處噪聲的 來(lái)源方向。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在1、本發(fā)明給出的環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)裝置和方法不僅可以測(cè)量出監(jiān)測(cè)點(diǎn)環(huán)境噪聲的大 小，而且可以同時(shí)辨別出環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)的噪聲源方向，把環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)點(diǎn)的噪聲大小與噪聲 來(lái)源方向?qū)崟r(shí)的相互關(guān)聯(lián)，用一個(gè)環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)點(diǎn)的環(huán)境噪聲值大小測(cè)量和 噪聲來(lái)源方向的判別，極大地?cái)U(kuò)展了環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)內(nèi)容和功能，便于環(huán)境噪聲仲裁和治理。2、本發(fā)明給出的環(huán)境噪聲值大小計(jì)算方法中采用了四個(gè)傳聲器噪聲測(cè)量值的算 術(shù)平均方法，可以有效避免由于某個(gè)傳聲器靈敏度異常而導(dǎo)致的環(huán)境噪聲值測(cè)量誤差；3、本發(fā)明僅采用四個(gè)布置在假想正六面體相鄰4個(gè)頂點(diǎn)位置上的傳聲器，實(shí)現(xiàn)了 噪聲來(lái)源方向的近似判別，系統(tǒng)硬件構(gòu)成簡(jiǎn)單，計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單，概念清晰。


圖1為環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成示意圖；圖2為本發(fā)明4-傳聲器噪聲測(cè)量前端結(jié)構(gòu)示意圖；圖3本發(fā)明可辨別噪聲來(lái)源方向的環(huán)噪聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成示意圖。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖1，以四個(gè)性能參數(shù)一致傳聲器，即傳聲器A、傳聲器B、傳聲器C和傳聲器D 構(gòu)成環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的噪聲測(cè)量前端；四個(gè)傳聲器按正六面體的形式布置在正六面體的 相鄰的四個(gè)頂點(diǎn)上，其中以傳聲器A為原點(diǎn)，從傳聲器A到傳聲器B、傳聲器C、傳聲器D的 距離均為正六面體的邊長(zhǎng)d，邊長(zhǎng)d的取值為10mm-40mm，以傳聲器A與傳聲器B的連線為X軸、傳聲器A與傳聲器C的連線為Y軸、傳聲器A與傳聲器D的連線為Z軸構(gòu)成直角坐標(biāo)系。用算術(shù)平均的方法對(duì)噪聲測(cè)量前端的傳聲器A、傳聲器B、傳聲器C、傳聲器D所測(cè) 得的噪聲信號(hào)進(jìn)行加權(quán)平均，得到到噪聲監(jiān)測(cè)點(diǎn)處噪聲值的大??；噪聲是由各種不同頻率的簡(jiǎn)諧波共同構(gòu)成，它們都遵循波的傳播理論在空間中向 前傳播。聲強(qiáng)是可以表示聲波空間傳播方向的物理量。通過(guò)空間某點(diǎn)沿著直角坐標(biāo)系三個(gè) 坐標(biāo)軸(x，y，z)方向的聲強(qiáng)分量便可以唯一確定聲波的空間傳播方向。利用互譜聲強(qiáng)計(jì)算方法，由傳聲器A和傳聲器B測(cè)量到的噪聲信號(hào)可近似計(jì)算出 監(jiān)測(cè)點(diǎn)處沿坐標(biāo)軸X方向的聲強(qiáng)分量Ix ；由傳聲器A和傳聲器C測(cè)量到的噪聲信號(hào)可近似 計(jì)算出監(jiān)測(cè)點(diǎn)處沿坐標(biāo)軸y方向的聲強(qiáng)分量Iy ；由傳聲器A和傳聲器D測(cè)量到的噪聲信號(hào) 可近似計(jì)算出監(jiān)測(cè)點(diǎn)處沿坐標(biāo)軸ζ方向的聲強(qiáng)分量Iz ；依據(jù)所述Ix、Iy、Iz來(lái)確定監(jiān)測(cè)點(diǎn) 處噪聲的來(lái)源方向。本實(shí)施例中，具體實(shí)施按如下方式進(jìn)行1、噪聲監(jiān)測(cè)點(diǎn)處噪聲值Ptj的大小按照如下方法獲得a、利用傳聲器A、B、C、D測(cè)量到的時(shí)域聲壓信號(hào)分別為pA(t)、pB(t)、pc(t)、pD(t)；b、分別對(duì)上述四個(gè)時(shí)域聲壓信號(hào)進(jìn)行頻率、時(shí)間計(jì)權(quán)處理和信號(hào)有效值計(jì)算，得 到四個(gè)噪聲值:PA、PB、PC、PD;c、對(duì)噪聲值PA、PB、P。、Pd進(jìn)行算術(shù)平均，得到噪聲的平均值，即噪聲監(jiān)測(cè)點(diǎn)處噪聲 值的大小P0 ； P0 = ΡΛ+pB+pc+ PD2、噪聲監(jiān)測(cè)點(diǎn)處噪聲來(lái)源方向的辨別利用傳聲器A、傳聲器B、傳聲器C、傳聲器D所測(cè)量到的時(shí)域聲壓信號(hào)可以方便地 近似計(jì)算得到沿著直角坐標(biāo)系坐標(biāo)軸方向的聲強(qiáng)分量 χ、iy、Iz ；a、由傳聲器A和傳聲器B所測(cè)量到時(shí)域聲壓信號(hào)pA (t)、pB (t)計(jì)算得到沿著直角 坐標(biāo)系X軸方向的聲強(qiáng)IX:
2nf pd其中Ix——測(cè)量點(diǎn)處頻率c為的聲強(qiáng)值；Gab(Co)—傳聲器A、B所測(cè)量到時(shí)域聲壓信號(hào)？4(0禾PpB(t)的互功率譜函數(shù)，復(fù) 數(shù)；Im[]——求取復(fù)函數(shù)虛部的運(yùn)算；ρ —傳播聲波的媒介質(zhì)的密度，常數(shù)?？諝庵腥?. 293kg/m3 ；d——傳聲器A、B之間的距離，常數(shù)；f——測(cè)量聲波的頻率；b、由傳聲器A和傳聲器C所測(cè)量到時(shí)域聲壓信號(hào)pA (t)、pc (t)計(jì)算得到沿著直角 坐標(biāo)系X軸方向的聲強(qiáng)Iy
其中Gac (f)——傳聲器A、C所測(cè)量到時(shí)域聲壓信號(hào)pA (t)和p。(t)的互功率譜函數(shù)，復(fù) 數(shù)；C、由傳聲器A和傳聲器D所測(cè)量到時(shí)域聲壓信號(hào)pA (t)、pD (t)計(jì)算得到沿著直角 坐標(biāo)系X軸方向的聲強(qiáng)Iz /Z=HM
2π/pd其中Gad (f)——傳聲器A、D所測(cè)量到時(shí)域聲壓信號(hào)？4(0和pD(t)的互功率譜函數(shù)，復(fù) 數(shù)；d、由大小和方向已知的聲強(qiáng)分量Ix、Iy、Iz可以唯一確定被測(cè)量噪聲的傳播方
向，用其與坐標(biāo)軸的夾角α、β、Y可以表示，計(jì)算公式如下
Ixcosa = I2 2
ψχ +Iy +Iz
IycpsZg= I2 , f2
ψχ +Iy +Iz
Izcos y = -J=T==T=T
JIx +Iy +Iz
*ο
權(quán)利要求
一種可辨別噪聲來(lái)源方向的環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)裝置，其特征是以四個(gè)性能參數(shù)一致的傳聲器，即傳聲器A、傳聲器B、傳聲器C和傳聲器D構(gòu)成環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的噪聲測(cè)量前端；所述四個(gè)傳聲器按正六面體的形式布置在正六面體的相鄰的四個(gè)頂點(diǎn)上，其中以傳聲器A為原點(diǎn)，從傳聲器A到傳聲器B、傳聲器C、傳聲器D的距離均為正六面體的邊長(zhǎng)d，以傳聲器A與傳聲器B的連線為X軸、傳聲器A與傳聲器C的連線為Y軸、傳聲器A與傳聲器D的連線為Z軸構(gòu)成直角坐標(biāo)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可辨別噪聲來(lái)源方向的環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)裝置，其特征是所述正 六面體的邊長(zhǎng)d的取值為10mm-40mm。
3.—種權(quán)利要求1所述可辨別噪聲來(lái)源方向的環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)裝置的監(jiān)測(cè)方法，其特征是用算術(shù)平均的方法對(duì)傳聲器A、傳聲器B、傳聲器C、傳聲器D所測(cè)得的噪聲信號(hào)進(jìn)行加 權(quán)平均，得到噪聲監(jiān)測(cè)點(diǎn)處噪聲值的大小；由傳聲器A和傳聲器B測(cè)量到的噪聲信號(hào)計(jì)算獲得監(jiān)測(cè)點(diǎn)處沿坐標(biāo)軸χ方向的聲強(qiáng)分 量Ix ；由傳聲器A和傳聲器C測(cè)量到的噪聲信號(hào)計(jì)算獲得監(jiān)測(cè)點(diǎn)處沿坐標(biāo)軸y方向的聲強(qiáng) 分量Iy ；由傳聲器A和傳聲器D測(cè)量到的噪聲信號(hào)計(jì)算獲得監(jiān)測(cè)點(diǎn)處沿坐標(biāo)軸ζ方向的聲 強(qiáng)分量Iz ；依據(jù)所述聲強(qiáng)分量Ιχ、聲強(qiáng)分量Iy和聲強(qiáng)分量Iz來(lái)確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)處噪聲的來(lái)源 方向。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種可辨別噪聲來(lái)源方向的環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)裝置和方法，其特征是以四個(gè)性能參數(shù)一致的傳聲器，即傳聲器A、傳聲器B、傳聲器C和傳聲器D構(gòu)成環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的噪聲測(cè)量前端；四個(gè)傳聲器按正六面體的形式布置在正六面體的相鄰的四個(gè)頂點(diǎn)上，其中以傳聲器A為原點(diǎn)，從傳聲器A到傳聲器B、傳聲器C、傳聲器D的距離均為正六面體的邊長(zhǎng)d，以傳聲器A與傳聲器B的連線為X軸、傳聲器A與傳聲器C的連線為Y軸、傳聲器A與傳聲器D的連線為Z軸構(gòu)成直角坐標(biāo)系。本發(fā)明可以在環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)中將監(jiān)測(cè)點(diǎn)的噪聲大小與噪聲來(lái)源方向相關(guān)聯(lián)，極大地?cái)U(kuò)展了環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)內(nèi)容和功能，便于環(huán)境噪聲仲裁和治理。
文檔編號(hào)G01S5/18GK101922964SQ20101018943
公開(kāi)日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月27日
發(fā)明者劉正士, 李志遠(yuǎn), 王勇, 陸益民, 陳品, 陳恩偉 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)