一種可辨別噪聲來源方向的環境噪聲監測裝置和方法

2023-05-03 17:55:46 7

專利名稱：一種可辨別噪聲來源方向的環境噪聲監測裝置和方法
技術領域：
本發明涉及環境噪聲監測裝置和方法，特別是一種可辨別噪聲來源方向的環境噪 聲監測裝置和方法。
背景技術：
隨著工業生產、交通運輸等行業的持續發展和城市人口的增加，環境噪聲對人類 生活的影響日益嚴重，噪聲汙染已成為人類當前必須面對的一個重要環境問題，是影響人 類社會環境的一大公害。近年來廣大研究者從環境噪聲的管理、治理、控制、規劃等不同角 度對其進行廣泛的研究。環境噪聲監測是人們了解環境噪聲現狀、進行環境噪聲實驗模擬 及環境噪聲預測研究的基礎，也是環保部門進行環境噪聲執法、治理的重要科學根據。國內外著名聲學儀器公司已經開發了不同型號的環境噪聲監測裝置，如丹麥B&K 公司的B&K3639系列、挪威Norsonic公司的Nor-1501型、美國Larson David公司的870B 型、北京聲望公司的NMT1000型、杭州愛華公司的AWA6218S/J型環境噪聲監測系統。從功能模塊的構成上來分，目前的環境噪聲監測系統構成如圖1，按照主要功能的 不同，可以分為環境噪聲監測終端和控制中心。其中環境噪聲監測終端包括噪聲測量前端、 前置放大、信號調理、A/D採集與信號處理、數據傳輸和噪聲值現場顯示等功能模塊，主要完 成環境噪聲值現場監測。環境噪聲檢測系統的控制中心主要包括噪聲地圖繪製、結果統計 分析、測量結果存儲於報告生成等模塊，控制中心主要是接收單個/多個環境噪聲監測終 端傳輸過來的噪聲數據，並對多個噪聲監測終端的測試結果進行綜合分析與利用。實際使用時，把環境噪聲監測終端放置在選定的噪聲測量點上進行環境噪聲測 量，如機場、道路、居民小區或其它公共區域。噪聲測量終端得測量到的噪聲數據通過數據 傳輸模塊(如利用先進的GPRS/CDMA等公眾數據網)，及時把監測點噪聲信息傳遞到環境噪 聲監測系統的控制中心，便於進行環境噪聲管理。有時為更全面了解某區域範圍上的噪聲 分布，也可用多個環境噪聲監測終分布在經過優化選擇的環境噪聲監測點上進行噪聲的同 步監測，形成一個網絡化的城市區域環境噪聲監控系統，同時利用地理信息系統，用噪聲地 圖的形式直觀地顯示出被監測區域噪聲值的大小分布。目前環境噪聲監測系統都存在一個不足每個噪聲監測終端僅採用單個傳聲器來 進行噪聲測量，只能提供該測點處的噪聲值大小，無法提供監測點噪聲的來源方向信息。事實上，獲得環境噪聲監測點處噪聲的大小和來源方向對於環境噪聲仲裁、治理 等具有重要的意義。例如，在一個周邊環境同時存在多個噪聲源的測量點(如住宅小區)， 環境噪聲管理者不僅需要了解噪聲監測點處的噪聲值大小，更需要了解究竟是其周邊的哪 個聲源產生的噪聲對該噪聲監測點噪聲影響最大，也即需要了解噪聲監測點處噪聲來源方 向信息，以便進行環境噪聲仲裁和噪聲治理。

發明內容
本發明針對現有環境噪聲監測裝置和方法中不能提供噪聲來源方向缺點，提供一種可辨別噪聲來源方向的環境噪聲監測裝置和方法，以期同時獲得測量點處噪聲的大小和 來源方向，便於對噪聲源準確定位，為環境噪聲的仲裁和治理提供依據。本發明為解決技術問題採用如下技術方案本發明可辨別噪聲來源方向的環境噪聲監測裝置，其結構特點是以四個性能參數 一致傳聲器，即傳聲器A、傳聲器B、傳聲器C和傳聲器D構成環境噪聲監測系統的噪聲測量 前端；所述四個傳聲器按正六面體的形式布置在正六面體的相鄰的四個頂點上，其中以傳 聲器A為原點，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軸構成直角坐標系。本發明可辨別噪聲來源方向的環境噪聲監測裝置的結構特點也在於所述正六面 體的邊長d的取值為10mm-40mm。本發明可辨別噪聲來源方向的環境噪聲監測裝置的監測方法的特點是用算術平均的方法對傳聲器A、傳聲器B、傳聲器C、傳聲器D所測得的噪聲信號進 行加權平均，得到噪聲監測點處噪聲值的大小；由傳聲器A和傳聲器B測量到的噪聲信號計算獲得監測點處沿坐標軸χ方向的聲 強分量Ix ；由傳聲器A和傳聲器C測量到的噪聲信號計算獲得監測點處沿坐標軸y方向的 聲強分量Iy ；由傳聲器A和傳聲器D測量到的噪聲信號計算獲得監測點處沿坐標軸ζ方向 的聲強分量Iz ；依據所述聲強分量Ιχ、聲強分量Iy和聲強分量Iz來確定監測點處噪聲的 來源方向。與已有技術相比，本發明有益效果體現在1、本發明給出的環境噪聲監測裝置和方法不僅可以測量出監測點環境噪聲的大 小，而且可以同時辨別出環境監測點的噪聲源方向，把環境噪聲監測點的噪聲大小與噪聲 來源方向實時的相互關聯，用一個環境噪聲監測點實現了監測點的環境噪聲值大小測量和 噪聲來源方向的判別，極大地擴展了環境噪聲監測內容和功能，便於環境噪聲仲裁和治理。2、本發明給出的環境噪聲值大小計算方法中採用了四個傳聲器噪聲測量值的算 術平均方法，可以有效避免由於某個傳聲器靈敏度異常而導致的環境噪聲值測量誤差；3、本發明僅採用四個布置在假想正六面體相鄰4個頂點位置上的傳聲器，實現了 噪聲來源方向的近似判別，系統硬體構成簡單，計算過程簡單，概念清晰。


圖1為環境噪聲監測系統構成示意圖；圖2為本發明4-傳聲器噪聲測量前端結構示意圖；圖3本發明可辨別噪聲來源方向的環噪聲監測系統構成示意圖。
具體實施例方式參見圖1，以四個性能參數一致傳聲器，即傳聲器A、傳聲器B、傳聲器C和傳聲器D 構成環境噪聲監測系統的噪聲測量前端；四個傳聲器按正六面體的形式布置在正六面體的 相鄰的四個頂點上，其中以傳聲器A為原點，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d，邊長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軸構成直角坐標系。用算術平均的方法對噪聲測量前端的傳聲器A、傳聲器B、傳聲器C、傳聲器D所測 得的噪聲信號進行加權平均，得到到噪聲監測點處噪聲值的大小；噪聲是由各種不同頻率的簡諧波共同構成，它們都遵循波的傳播理論在空間中向 前傳播。聲強是可以表示聲波空間傳播方向的物理量。通過空間某點沿著直角坐標系三個 坐標軸(x，y，z)方向的聲強分量便可以唯一確定聲波的空間傳播方向。利用互譜聲強計算方法，由傳聲器A和傳聲器B測量到的噪聲信號可近似計算出 監測點處沿坐標軸X方向的聲強分量Ix ；由傳聲器A和傳聲器C測量到的噪聲信號可近似 計算出監測點處沿坐標軸y方向的聲強分量Iy ；由傳聲器A和傳聲器D測量到的噪聲信號 可近似計算出監測點處沿坐標軸ζ方向的聲強分量Iz ；依據所述Ix、Iy、Iz來確定監測點 處噪聲的來源方向。本實施例中，具體實施按如下方式進行1、噪聲監測點處噪聲值Ptj的大小按照如下方法獲得a、利用傳聲器A、B、C、D測量到的時域聲壓信號分別為pA(t)、pB(t)、pc(t)、pD(t)；b、分別對上述四個時域聲壓信號進行頻率、時間計權處理和信號有效值計算，得 到四個噪聲值:PA、PB、PC、PD;c、對噪聲值PA、PB、P。、Pd進行算術平均，得到噪聲的平均值，即噪聲監測點處噪聲 值的大小P0 ； P0 = ΡΛ+pB+pc+ PD2、噪聲監測點處噪聲來源方向的辨別利用傳聲器A、傳聲器B、傳聲器C、傳聲器D所測量到的時域聲壓信號可以方便地 近似計算得到沿著直角坐標系坐標軸方向的聲強分量 χ、iy、Iz ；a、由傳聲器A和傳聲器B所測量到時域聲壓信號pA (t)、pB (t)計算得到沿著直角 坐標系X軸方向的聲強IX:
2nf pd其中Ix——測量點處頻率c為的聲強值；Gab(Co)—傳聲器A、B所測量到時域聲壓信號？4(0禾PpB(t)的互功率譜函數，復 數；Im[]——求取複函數虛部的運算；ρ —傳播聲波的媒介質的密度，常數。空氣中取1. 293kg/m3 ；d——傳聲器A、B之間的距離，常數；f——測量聲波的頻率；b、由傳聲器A和傳聲器C所測量到時域聲壓信號pA (t)、pc (t)計算得到沿著直角 坐標系X軸方向的聲強Iy
其中Gac (f)——傳聲器A、C所測量到時域聲壓信號pA (t)和p。(t)的互功率譜函數，復 數；C、由傳聲器A和傳聲器D所測量到時域聲壓信號pA (t)、pD (t)計算得到沿著直角 坐標系X軸方向的聲強Iz /Z=HM
2π/pd其中Gad (f)——傳聲器A、D所測量到時域聲壓信號？4(0和pD(t)的互功率譜函數，復 數；d、由大小和方向已知的聲強分量Ix、Iy、Iz可以唯一確定被測量噪聲的傳播方
向，用其與坐標軸的夾角α、β、Y可以表示，計算公式如下
Ixcosa = I2 2
ψχ +Iy +Iz
IycpsZg= I2 , f2
ψχ +Iy +Iz
Izcos y = -J=T==T=T
JIx +Iy +Iz
*ο
權利要求
一種可辨別噪聲來源方向的環境噪聲監測裝置，其特徵是以四個性能參數一致的傳聲器，即傳聲器A、傳聲器B、傳聲器C和傳聲器D構成環境噪聲監測系統的噪聲測量前端；所述四個傳聲器按正六面體的形式布置在正六面體的相鄰的四個頂點上，其中以傳聲器A為原點，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軸構成直角坐標系。
2.根據權利要求1所述的可辨別噪聲來源方向的環境噪聲監測裝置，其特徵是所述正 六面體的邊長d的取值為10mm-40mm。
3.—種權利要求1所述可辨別噪聲來源方向的環境噪聲監測裝置的監測方法，其特徵是用算術平均的方法對傳聲器A、傳聲器B、傳聲器C、傳聲器D所測得的噪聲信號進行加 權平均，得到噪聲監測點處噪聲值的大小；由傳聲器A和傳聲器B測量到的噪聲信號計算獲得監測點處沿坐標軸χ方向的聲強分 量Ix ；由傳聲器A和傳聲器C測量到的噪聲信號計算獲得監測點處沿坐標軸y方向的聲強 分量Iy ；由傳聲器A和傳聲器D測量到的噪聲信號計算獲得監測點處沿坐標軸ζ方向的聲 強分量Iz ；依據所述聲強分量Ιχ、聲強分量Iy和聲強分量Iz來確定監測點處噪聲的來源 方向。
全文摘要
本發明公開了一種可辨別噪聲來源方向的環境噪聲監測裝置和方法，其特徵是以四個性能參數一致的傳聲器，即傳聲器A、傳聲器B、傳聲器C和傳聲器D構成環境噪聲監測系統的噪聲測量前端；四個傳聲器按正六面體的形式布置在正六面體的相鄰的四個頂點上，其中以傳聲器A為原點，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軸構成直角坐標系。本發明可以在環境噪聲監測中將監測點的噪聲大小與噪聲來源方向相關聯，極大地擴展了環境噪聲監測內容和功能，便於環境噪聲仲裁和治理。
文檔編號G01S5/18GK101922964SQ20101018943
公開日2010年12月22日 申請日期2010年5月27日 優先權日2010年5月27日
發明者劉正士, 李志遠, 王勇, 陸益民, 陳品, 陳恩偉 申請人:合肥工業大學