地聲波的案例
地聲波與次聲波在泥石流監測預警中的應用
由于泥石流發生過程中都會形成地聲波和次聲波，為此可以通過采集地聲或次聲信號，并結合其它傳感器信息對泥石流災害進行預警。目前，大多的應用方案中只采用了其中一種信號的采集，缺乏對地聲和次聲組合使用進行評估。為此，對已發生的泥石流災害案例中采集到的地聲波和次聲波進行特征差異分析，討論了組合使用的可行性。
一、引言
由于山區的社會經濟快速發展，山洪泥石流等地質災害對生命和財產構成的危害日益嚴重。自汶川大地震以來，我國迎來了一個地震活躍期，造成西南地區山區地質結構松動，極易誘發泥石流等災害。泥石流監測預警作為一項重要的非工程減災措施,是防災減災的有效途徑之一。
泥石流發生過程中存在石塊碰撞，水流與河道的摩擦，會造成地表振動，這種振動沿地表傳播，稱之為“地聲”。此外，還會發出通過空氣傳播的低于20Hz的低頻聲音，稱之為“次聲”。地聲波和次聲波在傳播方式、信號特征方面都有所不同，各有優缺點[1,2]。
泥石流監測預警方法主要有泥位法、聲學法、視頻監視法等。泥位法能同時對泥石流的發生和規模進行警報。聲學法通過捕捉地聲波或次聲波來判識并警報。其中，地聲法對傳感器的埋設要求很高；次聲法能獲得足夠長的警報提前量，是目前國內外泥石流警報采取的主要方式之一。視頻監視的最大優勢是能實時掌握災害發展的圖像信息，但設備易受損。
然而，目前泥石流監測中次聲法通過設定閾值來進行預警，這種方法無疑會降低預警的準確度。為了提升準確性，本文分析了泥石流地聲波與次聲波的特性差異，討論了采用組合預警的方法，以此為建立泥石流地聲和次聲聯合監測系統提供參考。
二、泥石流中地聲波與次聲波的特征
2.1地聲波
泥石流地聲頻率主要介于10Hz至30Hz之間。其它地面運動也會產生地聲，但頻率特性不同。
展開 超聲波傳感器精確地識別和跟蹤焊縫的位置 提高焊接質量和效率
這種傳感器能夠精確地識別和跟蹤焊縫的位置，從而提高焊接質量和效率。下面工采網小編和大家了解一下超聲波傳感器在焊接中的應用。
超聲波焊接是利用高頻振動波傳遞來感知兩個需焊接的物體表面焊縫的位置，在加壓的情況下，使兩個物體表面相互摩擦而形成分子層之間的熔合。超聲波測距傳感器模塊 - HG-C40U特別適用于厚壁材料和難以直接觀察的焊縫。超聲波傳感器能夠穿透材料表面，檢測到焊縫的準確位置，為焊接作業提供有力的支持。
超聲波測距傳感器模塊 - HG-C40U是一款尺寸為50x22x25(mm)、Φ16傳感器的模塊，可測量到障礙物的距離為3.5m (at 5V)、5m (at 12V)，分辨率在5mm以內。另一方面HG-C40U 還具備兩個輸入電壓：5V 和 12V。出廠默認設為 12V。如果用戶想要更改，可以短接（焊接）JP1 變為 5V。
距離 1 測量
將物體放置在距離 HG-C40U 約 100mm 處 (用尺或其他測量裝置測量，盡量接近該距離)
打開 HGC40U 監控器 1.11.0923-01 程序在 ‘Calibration’標簽下的‘Distance 1’ 方框①中輸入精確距離 (100mm)點擊② ‘Get’ 按鈕。確認 ③ 顯示數據
距離 2 測量
將物體放置在距離 HG-C40U 約 300mm 處 (盡可能接近此距離)
在‘Calibration’標簽下的④ ‘Distance 2’方框中輸入精確距離(300mm)點擊 ⑤ ‘Get’ 按鈕確認 ⑥ 顯示數據
展開 47.6米！國內建筑最寬鋼連廊提升就位
不僅如此，這些依附于建筑生長的綠色植物，還能有效地吸附聲波和塵霾，大大降低城市噪音污染，提高周邊空氣質量，成為名副其實的城市“空中綠肺”。
中國建設銀行成都生產基地項目位于成都市高新區，總建筑面積約為21.1萬平方米，地上4-8層，地下2層，建成后將成為中國建設銀行布局西部地區、服務全行的業務運行樞紐、業務研發基地和后援支持保障中心。
項目效果圖
作者：汪緒普 崔雨彤 陸丹
耳朵的親密接觸——聲場與聲音的萬縷關系
擴散場內，空間各點的聲強強度幾乎相等，從每個方向到達某一點聲能流的概率相同，并且各個方向到達的聲波相位是無規則的。如果想避免直達聲的影響，那么測量的傳聲器與聲源的距離應該大于擴散場距離。
混響場有兩種含義：一種是指擴散場；另一種是指聲源在室內穩定地輻射聲波時，室內聲場中離聲源某個距離外混響聲比較均勻的區域。具有擴散場的實驗室就是混響室，它的吸聲很小，混響時間很長，室內聲波經過多次反射形成聲能分布均勻的房間。在混響場中，不同位置的聲壓級幾乎是恒定的。
混響室由堅硬的墻、天花板和地板構成，這些表面具有強反射性，并且墻面不平行，常采用不規則形狀房間或邊長成調和級數比的矩形房間，如圖所示。混響室的混響時間的上限在高頻取決于空氣的聲吸收，在低頻取決于壁面的聲吸收。通常，在混響室內低頻段時，對寬帶噪聲的頻響表現出來一些峰值為房間的聲模態；在高頻段，各個模態開始疊加，聲模態反而不明顯了。為了保證房間在低頻更均衡，經常使用低頻吸聲單元和旋轉的擴散器，如下圖中天花板上吊掛的裝置。
在混響室可以測量聲功率、材料的吸聲系數、聲音的傳遞損失等。一間混響室作為聲源室，一間消音室作為接收室，即可用來測量墻壁、門窗或汽車前圍板等結構的隔聲特性。
展開 
一起35kV開關柜局部放電故障分析及處理
35kVⅡ母PT開關柜前上部（母線倉部位）超聲波值達到28dB，暫態地電壓相對值最大為44dB，根據國網公司帶電測試技術規范標準（Q/GDW 11060-2013《交流金屬封閉開關設備暫態地電壓局部放電帶電測試技術現場應用導則》及《變電設備帶電檢測工作指導意見》運檢一【2014】108號文件，超聲波數值≤8dB 時為正常，>8dB且≤15dB為異常，超聲波數值>15dB為缺陷；暫態地電壓相對值≤20dB為正常，>20dB為異常，在30dB為嚴重，因此判斷此開關柜存在局部放電缺陷。
原因分析
經過與超聲波及暫態地電壓局部放電檢測數據的對比驗證，發現兩種方法判斷的放電位置基本吻合，都存在于35kVⅡ母PT開關柜前部，通過平分面法對該缺陷進行定位，結合缺陷部位局部放電特征的分析，定位結果顯示該缺陷可能位于35kVⅡ母PT開關柜上部母線倉母線排A相支柱絕緣子附近，由于開關柜內視線受阻，未能確認具體放電部位，為此，對存在缺陷的開關柜運行環境及周邊環境進行了進一步觀察分析，發現以下特點：
1、因北方春季氣候特點，110kV該變電站位于山頂上，與同類變電站相比海拔較高，晝夜溫差大，開關室電纜溝內也有潮氣上升，開關柜內潮氣不易散去，且5月10日發生大范圍降雨，造成柜內絕緣介質受潮，致使絕緣介質絕緣性能下降。
展開 現代聲學與CAE工程仿真
基于統計能量分析的聲學軟件
統計能量分析方法是從能量的角度來分析復雜結構在外載荷作用下的響應
可以成功預測耦合結構元件和聲學容積的噪聲和振級, 也能很好地解決聲場與結構間的耦合問題
對于受高頻、寬頻帶隨機激勵的復雜結構動力響應及其噪聲輻射問題, 用統計能量法更為有效
4. 基于聲線和聲錐模型的聲學軟件
聲線法是基于幾何聲學的方法 , 當聲波的頻率較高, 即聲波的波長小于房間中的反射面時, 可以用幾何光學中反射面的概念把聲的傳播看成是沿聲線傳播的聲能, 此過程中忽略聲的波動性能
聲線模型的使用條件是反射面尺寸遠大于聲波的波長, 而同時反射面的粗糙度遠小于波長
幾何聲學使用聲線或聲錐跟蹤的方法計算聲的傳播過程, 可用于封閉、半封閉或完全開放的空間
此方法假設空間每個具有確定功率的聲源可向各個方向或具有一定指向性地向外輻射聲音
從每個聲源發出的聲線或聲錐在每個接觸的壁面上發生鏡面反射, 其損失的聲能量由每個表面的吸聲特性決定
通過每個聲接收點的聲接收情況, 可以求出該點處隨頻率變化的穩態聲壓級
展開 現代聲學與CAE工程仿真
基于統計能量分析的聲學軟件
統計能量分析方法是從能量的角度來分析復雜結構在外載荷作用下的響應
可以成功預測耦合結構元件和聲學容積的噪聲和振級, 也能很好地解決聲場與結構間的耦合問題
對于受高頻、寬頻帶隨機激勵的復雜結構動力響應及其噪聲輻射問題, 用統計能量法更為有效
4. 基于聲線和聲錐模型的聲學軟件
聲線法是基于幾何聲學的方法 , 當聲波的頻率較高, 即聲波的波長小于房間中的反射面時, 可以用幾何光學中反射面的概念把聲的傳播看成是沿聲線傳播的聲能, 此過程中忽略聲的波動性能
聲線模型的使用條件是反射面尺寸遠大于聲波的波長, 而同時反射面的粗糙度遠小于波長
幾何聲學使用聲線或聲錐跟蹤的方法計算聲的傳播過程, 可用于封閉、半封閉或完全開放的空間
此方法假設空間每個具有確定功率的聲源可向各個方向或具有一定指向性地向外輻射聲音
聲源之間可以相關也可以不相關
從每個聲源發出的聲線或聲錐在每個接觸的壁面上發生鏡面反射, 其損失的聲能量由每個表面的吸聲特性決定
通過每個聲接收點的聲接收情況, 可以求出該點處隨頻率變化的穩態聲壓級
其他方法
能量有限元法，Energy Finite Element Method
能量邊界元法，Energy Boundary Element Method
雜交方法，Hybrid Method (FEA+SEA)
展開 淺析滾動軸承振動與噪聲的相關性
在自由聲場中，聲波可以將聲源的輻射特性向各個方向不受阻礙或干擾地傳播。但自由聲場很難實現，一般只能獲得滿足一定測量誤差要求的近似的自由聲場，如消聲室中的聲場。消聲室能有效地吸收入射聲波，反射聲波對聲場的影響基本上可以忽略不計，所以在一定的頻率范圍內，消聲室中的聲場基本上可以認為是自由聲場。測量軸承噪聲的方法是在消聲室內，采用A計權網絡聲壓級（A計權聲級適用于模擬人耳對55dB以下低強度噪聲的頻率特性，并對低頻成分的衰減程度很大），背景噪聲要求一般應低于15dB（A）甚至12dB（A）。測量時，軸承噪聲與背景噪聲的差值最好應在10dB（A）以上，最低必須保證在4dB（A）以上，否則就很難準確測出軸承噪聲。
結語
振動與噪聲從本質上說，是一個事情的兩個方面，具有高度相關性；但從表現形式來看，由于是兩種物理現象，又各有其顯著相異性。軸承的振動與噪聲也不例外，但同時還有其特殊性。對于軸承振動的控制，其目的主要是控制噪聲。
參考文獻
[1]楊曉蔚.滾動軸承振動與噪聲的相關性解析[J].軸承，2011.
來源：《中國新技術新產品》
展開 VKI 高壓渦輪葉片湍流隱式大渦模擬
這些紋影分布清晰地顯示了聲波、激波，尾跡結構和后緣附近的轉棙區。注意到粗網格上的p2模擬具有比細網格上的p1模擬更高的分辨率，表明p細化在解決非定常流動特征方面比網格細化更有效。也可以看出在粗網上轉棙區還沒有在p2和p3模擬之間完全收斂。粗網格上的p1模擬具有很早的轉棙位置，而細網格上的p1模擬具有很晚的轉棙位置，p2和p3模擬預測到的轉棙位置介于p1粗網格模擬和p2細網格模擬之間。
圖2 不同多項式次數和網格密度下紋影分布對比圖
圖3顯示了粗網格上不同階次計解結果的時間平均值。隨著多項式次數的增加，收斂性增強。p2模擬和p3模擬結果接近，但p1計算預測的轉棙位置較早，而p2計算預測的轉棙位置較晚。
圖3 粗網格上p=1,2,3時的載荷和熱傳遞時間平均值計算結果
圖4顯示了不同階次的計算結果在后緣附近兩個位置處的壓力功率譜密度。隨著階次增加，頻譜范圍更廣并趨近Kolmogorov的-5/3法律。
圖4 監控點壓力功率譜密度
圖5顯示了細網格上當前模擬數據、實驗數據和另一個采用商業軟件的模擬數據之間的對比。所有求解器計算的等熵馬赫數與實驗數據吻合良好，而p3高階模擬與實驗數據最接近。
展開 整車風噪，三板斧就夠了嗎？
相信大家對于整車外流場一定不陌生：氣流流過車身外部的時候，會產生很強的湍流脈動和流動分離；湍流中的壓力脈動會直接作用于車身外表面的任何一個地方，而空間中復雜的流場結構也必然會伴隨著聲波的產生。湍流+聲波的強強組合幾乎可以從整車表面的任何一個地方鉆到車里，當然，鉆進去的比例則非常依賴于當地部件對于壓力脈動的阻礙能力，比如車門肯定比玻璃的隔聲能力更強。所以通常情況下，外部的風噪主要通過車窗玻璃、底盤、密封條或一些特殊部件傳入車內；當然如果我們把車窗打開的話，還可能會在某些工況下產生風振。
01 上車身風噪
當高速流體流過上車身，尤其是在落水槽、A柱和后視鏡附近產生的渦流和聲壓，很容易通過風擋和側窗玻璃傳入到乘員艙。這部分的噪聲源通常都是寬頻的噪聲，而人耳恰好對中高頻的聲音更加敏感——這體現在當我們計算語言清晰度時，中高頻的占比更為重要。所以來自玻璃面板的噪聲源往往會對語音清晰度有比較大的影響。而剛才提到的三板斧主要就是針對透過車窗玻璃的風噪而言的。下圖展示了某主機廠使用PowerFLOW進行風噪對標的結果，實驗和仿真的結果在中高頻的區域吻合很好。
頻譜上面有一個非常有趣的現象，就是3000Hz左右經常會出現第二個波峰，這是由于車窗玻璃在入射聲波激發下會產生受迫的彎曲波，當受迫彎曲波的傳播速度等于玻璃固有的自由彎曲波的傳播速度時，車窗玻璃就會“順從”地跟隨入射聲波彎曲，使入射聲能量更加容易透射到乘員艙內。對于一個5mm厚的單層玻璃，當聲波水平入射的時候，臨界吻合頻率約為2300Hz，當聲波入射角從水平方向逐漸增大的時候，吻合頻率也會逐漸增大。由于流場中的聲波是雜亂無章的，各種入射角度都有，所以在頻譜上呈現的就是一個吻合頻率的范圍，我們經常稱之為吻合頻率帶。進行三板斧優化時，吻合頻率帶的聲壓級是需要重點關注的內容。
展開 基于comsol的曲面換能器激發表面波仿真 ￥1870
聲表面波是英國物理學家瑞利（Rayleigh）在19世紀80 年代研究地震波的過程中偶爾發現的一種能量集中于地表面傳播的聲波。</p><p><br></p><p> 我們采用一個曲面換能器對金屬表面聚焦，激發向前傳播的表面波，并完成對裂紋的反射和散射。</p><p><br></p><p> 在裂紋附近設置一個探針，探測的波形如下 。<br></p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202009/2ea0381f0aa84397a85d4200b2a7130b.png" style="width: 340px; height: 193px;" width="340" height="193" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/202009/2ea0381f0aa84397a85d4200b2a7130b.png?image_process=/format,webp" data-pc-src="https://img.jishulink.com/upload/202009/2ea0381f0aa84397a85d4200b2a7130b.png?
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為何選擇傳聲器時忽略聲場會產生誤差？會有多大？能補救嗎？
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聲 場 的 類 型
如果聲波典型地從單一聲源發出后，在傳播過程中不會遇到周圍的反射物，或者在被全部吸收以后不會再有反射波進入傳聲器，這時會優先選擇用
自由場傳聲器。
如果在一個密閉的腔體，比如校準器里或者硬表面附近，比如手機附近，此時我們會優先選擇用
壓力場傳聲器。
而如果要在混響室中測聲功率，或者測某一材料的吸聲系數，這時候我們會優先選擇用
擴散場傳聲器。
誤 差 的 產 生
如果在選擇傳聲器時完全忽略聲場因素，可能會發生一些誤差。
這是一個1/4英寸傳聲器的例子，這個傳聲器本身是壓力場傳聲器，這意味著它的頻響是對壓力場進行了優化，在壓力場中，它的頻響是平直的，而把它放在自由場里使用的時候，由于未考慮傳聲器在聲場中引起的反射因素，所以在高頻的時候會有一些聲壓的增加。如果在隨機入射場，也就是擴散場中使用的時候，它的聲壓也會有所增加，這是誤差來源。
展開 手持便攜式聲學相機漢航NTS.LAB ACP系統介紹
當聲源的直徑遠遠小于其所輻射聲波的波長時即可近似視為點聲源，點聲源輻射產生的波為球面波，球面波的聲壓表達式考慮了聲波的傳播距離與幅值的關系。在近場條件下，使用更為精確的球面波模型能夠更準確地反映聲波傳播的實際情況。實際測量中，一般采用如圖4所示的條件進行遠近場模型轉換，近場球面波模型和遠場平面波模型的主要區別是聲波到達各傳聲器的時間差的計算方法不同，而波束形成的原理基本一致。
NTS.LAB聲學相機模塊的波束形成算法兼顧遠場和近場兩種測量情況，軟件可根據所設置的分析類型自動生成波束形成算法模型，實時高效計算出精確的聲源定位結果。
2.2聲全息算法原理
相比波束形成，聲全息在中低頻具有較好的定位分辨率，它通常在噪聲源近場進行測量，并借助聲場空間變換算法，反演出噪聲源表面和聲場中的聲壓、質點振速等聲學信息，從而形成直觀的聲學圖像；由于近場測量數據中包含了豐富的倏逝波成分，聲全息成像分辨率可達到所分析聲波波長的幾十分之一，從而可以準確地實現噪聲源位置定位和強度量化。自聲全息技術提出以來，國內外學者發展出了空間Fourier變換法、逆邊界元法、Helmholtz方程最小二乘（HELS）法、統計最優法、等效源法等多種聲全息算法。其中基于等效源法的聲全息適用于任意形狀聲源、原理簡明、算法高效，因此得到了廣泛研究和應用。
等效源法的主要思想是：振動體產生的聲場可以由置于該振動體內部的一系列等效源產生的聲場疊加代替，而這些等效源的源強可以通過匹配振動體表面的法向振速或者聲場中的全息面聲壓得到。
展開 案例分享 | 雅馬哈直升機螺旋槳的聲音設計
? 在Actran 中使用有限元方法分析聲波的傳播。
Actran 實時接收流固聯合仿真中計算出的數據，并同時執行聲學仿真。通過將 scFLOW 和 MSC Nastran 的流固聯合仿真與 Actran 仿真相結合，雅馬哈能夠分別避免在流體、結構和聲學領域重復設計周期。相反，通過使用流固耦合仿真，雅馬哈電機能夠在單個分析過程中全面分析主轉子的性能和噪聲，從而大大縮短了設計和開發的交付周期。
分析結果
性能驗證期間獲得的結果：
1. scFLOW 和 MSC Nastran 的聯合仿真
2. 使用 Actran 進行聲學模擬顯示以下內容：
聯合仿真表明，除了壓力分布和渦流產生外，葉片隨著主旋翼旋轉引起的氣流輕微上升和下降（圖3）。
圖 3 葉片變形和變形的可視化流體渦流
在 2.聲學仿真中，直觀地捕捉到了聲波干涉引起的聲場指向性和聲壓級水平（圖4）。聲學模擬的結果可以表示為觀測點聲壓級圖（圖5）和聲場指向性的2D或3D圖像。此外，工程師還可以聽到聲學仿真的結果。
展開 案例分享 | 雅馬哈直升機螺旋槳的聲音設計
? 在Actran 中使用有限元方法分析聲波的傳播。
Actran 實時接收流固聯合仿真中計算出的數據，并同時執行聲學仿真。通過將 scFLOW 和 MSC Nastran 的流固聯合仿真與 Actran 仿真相結合，雅馬哈能夠分別避免在流體、結構和聲學領域重復設計周期。相反，通過使用流固耦合仿真，雅馬哈電機能夠在單個分析過程中全面分析主轉子的性能和噪聲，從而大大縮短了設計和開發的交付周期。
分析結果
性能驗證期間獲得的結果：
1. scFLOW 和 MSC Nastran 的聯合仿真
2. 使用 Actran 進行聲學模擬顯示以下內容：
聯合仿真表明，除了壓力分布和渦流產生外，葉片隨著主旋翼旋轉引起的氣流輕微上升和下降（圖3）。
圖 3 葉片變形和變形的可視化流體渦流
在 2.聲學仿真中，直觀地捕捉到了聲波干涉引起的聲場指向性和聲壓級水平（圖4）。聲學模擬的結果可以表示為觀測點聲壓級圖（圖5）和聲場指向性的2D或3D圖像。此外，工程師還可以聽到聲學仿真的結果。
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