1虛擬聲學信號采集分析系統設計研究

1.1系統前面板的設計

虛擬儀器的前面板設計是否合理對虛擬儀器的使用效果有著重要的影響，它直接面向使用者，使用者對其分布的合理程度也有著很高的要求。

1.2系統的程序框圖設計

對各個的功能模塊進行分割編寫，采用模塊式的編寫方式逐個進行分割，然后將分割編寫的模塊整理集合以構成一個新的系統控制程序。程序模塊主要包括三個模塊，第一種是實時信號采集模塊；第二種是信號處理分析模塊；第三種是仿真信號模塊。這三種模塊對系統都有著很重要的影響，它們以不同的角色為系統提供服務，滿足用戶的需求，產生令用戶滿意的信號。另外，對這三種模塊的編寫整合構成新的程序框圖。

1.2.1實時信號采集模塊實時信號采集模式可以通過對信號的有效分析處理對所采集的數據進行系統的分析，并且實時信號采集模式可以根據用戶所設置的聲音格式從聲卡中得到相關數據，然后對數據進行保存。這種模塊在開始采集數據前要注意，參數的設置要根據實際的情況和參數設置好以后將信號選擇的按鈕調制實時信號檔上。開始設置各個快捷按鈕，如停止按鈕、退出按鈕、對信號的采集保存等按鈕。

1.2.2信號處理分析模塊設置完成應用信號處理分析模塊一般是對數據進行時域分析以及頻域分析。其中時域分析可分為對參數的測量、對諧波失真分析、最后是自相關分析。在對信號進行分析處理的過程中，如果單單只對信號進行頻域分析，信號所具有的全部特征并不能完全的顯示出來，也就是時域分析有時候不能完全滿足對信號的分析，這就需要對信號進行頻域分析，以更加全面完整的分析出信號所具有的全部性質。在LabVIEW中，如果要對信號進行頻域分析，就要以FFT為分析的基礎，才能進行具體分析。

關鍵詞：劇院類項目；建筑聲學；項目管理；設計管理

引言

設計管理這一概念最早由英國設計師邁克爾•法瑞（MichaelFarry）于1966年提出。他強調：“設計管理旨在界定設計問題，尋找合適設計師，盡可能地使設計師在既定的預算內及時解決設計問題。”設計管理的目的在于使設計更好地為項目戰略目標服務。與工業生產相比，設計在工程項目上扮演著更重要的角色。設計進度制約著項目總進度計劃，大部分后期施工問題都能在設計階段得到解決。更關鍵的是，占比總造價5%的設計費用往往決定著75%的項目費用。目前，我國大型公共建筑項目多采用項目管理制度。作為項目管理的重要一環，設計管理需要管理人員運用自身專業知識，對設計工作進行合理預判和預控，進而把控項目設計的整體走向。其中，劇院類項目最具特點：第一，劇院類項目外立面建筑類型多樣，對幕墻和結構專業要求較高；第二，劇院類項目舞臺和觀眾廳區域內部結構復雜，功能空間聯系緊密，對建筑聲學和專業舞臺工藝要求也較高；第三，劇院的復雜空間對各設計專業的交叉配合提出了難題。據此，筆者對設計管理在前期劇場設計過程中應注意的問題進行分析，以期在把控項目設計質量方面提供一些借鑒。

1劇場聲學設計

我國現行劇場設計規范要求：劇場設計應包括建筑聲學設計，建筑聲學設計應參與建筑、裝飾裝修、音響系統設計全過程；擴聲系統應與建筑聲學密切配合，整體設計以建筑聲學為主。就劇院項目而言，建筑聲學設計是整體設計的關鍵環節，建筑聲學的優劣能直觀地被觀眾耳朵感知，直接影響劇院后期的使用效果。一般人很難理解建筑聲學。簡單來說，建筑聲學包括噪聲處理和室內聲學兩個部分。當一個入射聲波碰到反射面時，其能量會被分解為3個部分，即被界面材料吸收轉化成熱能消耗、反射聲波、傳到界面外的透射聲波。其中，前兩項屬于室內聲學，如何處理透射聲波屬于噪聲處理。好的劇院聲學設計應做好隔聲和吸聲處理，如樂器一般精準，將聲音完美呈現給觀眾。為了保證劇院內外的安靜程度，劇院外圍墻體可采用雙層20cm厚鋼筋混凝土墻夾吸音棉來提供可靠的隔聲值，一般也會考慮再加設一條伸縮縫，以減少透射聲對外界的影響。一般來說，較好的劇院能將建筑內部可允許背景噪聲級（LP）控制在28dB左右。劇院室內聲學初步設計的第一步是確定劇院的形狀。不同形狀的劇院如同不同形狀的樂器，具有不同形狀的共鳴腔和不一樣的反聲結構。一般來說，在確保視線不受影響的前提下，劇院的形狀應滿足以下設計要求：廳內聲場分布均勻，具有較高的聲音清晰度，提供不同使用功能的混響時間。傳統的鞋盒形音樂廳憑借其兩側的窄側墻，能更好地將反射聲波傳遞到觀眾的左右耳中，介于人的雙耳效應，形成聽覺上的立體感和空間感，但傳統鞋盒形音樂廳造型規整，不受現代建筑師青睞；扇形音樂廳能容納更多的觀眾，但后區較大，偏遠座位較多，需要加設反聲處理裝置（如反聲天花板）；馬蹄形劇場可提供良好的視線與視距，但要進行大量的聲學處理（如聲學矮墻），并且其結構復雜，給施工帶來較大的難度。確定劇場形狀和體型后，也基本確定了劇場的體積。劇院體積是影響混響時間的重要因素之一。不同類型的表演對混響時間的要求不一樣。混響時間短，具有較高的聲音清晰度，一般適合于音樂劇和歌舞劇；混響時間長，能體現音樂的豐滿度，一般適合于交響樂。目前，大部分劇院屬于多功能劇院，需要滿足交響樂、古典歌劇、芭蕾舞劇、中式戲劇以及會議等多用途要求。為了滿足不同功能的需求，多數劇院會設置混響時間調控裝置。常見的調控裝置有可移動的天花板和舞臺反聲罩。例如，法國蒙彼利埃文化中心通過上下移動500mm厚的耐火木質天花板來改變觀眾廳的體積大小，以此改變混響時間，同時還會配備指向性的音響布置，以確保聲音在使用會議功能時達到良好的清晰度和飽滿度。我國北京保利大劇院、東莞大劇院、武漢大劇院也設置了可調的混響裝飾。此外，劇院室內聲學的指標還受到其他設計因素的影響，如裝飾材質的選擇、劇場周邊機房隔振的處理、音響的排布等。一般來說，劇院裝飾設計在裝飾材料選擇時會優先考慮材料的面密度對隔聲的影響。材料越重（面密度越大），則隔聲效果越好。近幾年來，我國多數劇院會使用玻璃纖維增強石膏板（GRG）作為樓座、臺口和側墻的反聲墻材料，而非以往的密度板。GRG的優點是可塑性強、聲波反射性能好、在同厚度情況下面密度大。與GRG相比，密度板需要增加更多的板層數量才能達到面密度的要求，無疑增大了現場的施工難度。

2舞臺工藝設計

劇場舞臺內部空間安裝了大量舞臺工藝設備，涉及舞臺機械、舞臺燈光、舞臺音響，布局復雜、技術性強，給建筑及結構設計提出了難題。尤其是舞臺機械設備，因設備種類繁多、加工安裝周期長、調試控制復雜，對建筑設計的空間合理布局提出了很高的要求。舞臺區域從內到外，最重要的是對建筑空間的把控。對內而言，保證演出上下場門通道暢通是舞臺建筑設計的基本要求。為此，筆者提出如下建議：將服務后期演員及樂隊的舞臺通道設計成環形回廊，做好后臺區域和觀眾區域的隔離；樂池演奏區域高度必須滿足樂隊快速切換場的要求；舞臺基坑設計時必須留足高度，給設備安裝預留足夠空間，同時兼顧基坑防水。對外而言，保證足夠道具進出劇院和舞臺的通道是設計時必須考慮的因素之一。一般建議如下：劇院進貨通道高度應超過4.2m，大型道具車輛不能直接進出，留好足夠空間的卸貨平臺以便道具卸貨，卸貨口能并行停靠兩臺卸貨車；側舞臺區域留足道具進出入口，高度、寬度最好超過4m。劇院卸貨和側舞臺道具的出入門必須做好相應的隔聲處理。舞臺設備用房的設計必須兼顧舞臺工藝要求。舞臺設備機房的定位原則如下：就近安裝，靠近舞臺，以減少管線的布置長度；臺上臺下分開布置，且都預留約100m2的空間，具體空間大小應依據設備數量和功能進行調整。控制室和機房的設計應考慮靜電地板和排風散熱空間，建議房間凈高不低于3.1m。同時，后舞臺設備層應預留設備檢修平臺，以保證主舞臺區域設備層具備充足的設備安裝、接線、維修空間。在關注舞臺機械設計的同時，還要兼顧與舞臺燈光、舞臺音響和建筑專業設計的配合。例如：耳光室、燈光控制室、面光橋、音響橋的合理設置，音響的暗敷與裝飾設計的相互配合，控制室的窗戶開關，等等，都影響著后期劇院的整體實用性，因而都需要在初期設計時加以重點考慮。

摘要：滾動軸承是走行裝置中的一個關鍵零部件，在列車運行過程中承受的動態載荷較大，容易出現軸承故障，對車輛運行產生重大影響。結合滾動軸承故障及故障檢測機理，介紹動車組滾動軸承軌邊聲學檢測技術、檢測系統及在我國的應用情況。

關鍵詞：動車組；滾動軸承；軸承故障；檢測機理；聲學診斷；狀態監控

0引言

我國動車組具有運行速度高、連續高速運行里程長的特點，滾動軸承承受的動態載荷較大，容易出現軸承故障。當前對動車組和客車車輛滾動軸承的檢測主要依靠車載軸溫報警裝置進行在線監控和定期進行人工檢查。車載軸溫報警裝置主要監控軸承晚期故障，一旦出現軸溫報警必須立即停車檢查，嚴重影響行車秩序，造成巨大社會影響[1]。定期人工檢查無法及時監測軸承故障，而且受個人主觀因素影響，容易出現故障漏檢、漏判。迫切需要采用先進技術及設備開展動車組和客車車輛滾動軸承早期故障檢測和診斷，有效預防滾動軸承事故的發生。目前，國內外在列車滾動軸承故障軌邊聲學診斷領域做的比較成熟的有美國TTCI和澳大利亞TrackIQ公司，其研制開發的滾動軸承故障軌邊聲學診斷系統在全世界均有70多套應用。2003年開始，我國與TrackIQ等國外公司合作，引進了滾動軸承故障軌邊聲學診斷系統，為適應我國的鐵路狀況，逐步實現國產化。試驗過程中對TADS的硬件進行了全面消化吸收，對軟件進行聯合開發，對系統的組網方式進行了改進，取得了良好效果[2]。我國動車領域運用的LM滾動軸承故障軌邊聲學診斷系統（即LM系統），通過引進先進的動車組TADS系統并將其國產化，采用先進的軌邊聲學指向跟蹤技術、聲音頻譜分析技術和計算機智能識別技術對動車組和客車車輛滾動軸承外、內圈滾道和滾動體裂紋、剝離、磨損及腐蝕等故障進行早期診斷及分級報警，適用于各型CRH系列動車組及客車車輛滾動軸承故障的在線動態檢測。

1滾動軸承故障及檢測機理

1.1滾動軸承故障

客車車輛滾動軸承一般由外圈、內圈、滾動體和保持架四部分組成。

摘要：為解決傳統石油工程中測井結果與實際油藏深度相差較大、影響石油開采精度和效率的問題，開展聲學測井技術在石油工程中的應用研究。確定聲源信號，在此基礎上構建聲波測井傳輸網絡模型，基于聲學測井技術的數據聯合反演井內油藏。通過對比實驗證明，設計方法與傳統方法相比，得到的測井結果精度更高、更滿足石油開采需要，為其提供精準的測量技術和數據支撐。

關鍵詞：聲學測井技術；石油工程；測井結果；開采效率

聲學測井技術是利用不同巖石及流體之間對聲波傳播的速度不同這一特點形成的一種測井方法。當前聲學測井技術在礦產資源開發、建筑工程等相關領域均有著十分廣泛的應用[1]。技術的快速發展，使得聲學測井技術當中越來越多的信息技術和信息理論得到了實踐和應用。聲學測井技術在下到井下時，能夠對不同地層結構之間產生的多種不同波進行精準的測量，以此更有助于對巖層的實際密度、數據參數等多種數據進行采集，從而更好地對地層中的元素、特性等進行了解。當前石油工程中仍然采用傳統的測井方法，由于井內結構逐漸復雜，并且條件十分惡劣，使得傳統測井方法在實際應用過程中出現了測量誤差大、測量過程易受周圍條件因素影響、需要依靠人工操作內容較多等問題，對于石油工程的開展而言十分不利[2]。基于此，本文將結合聲學測井技術在各個領域中的應用優勢開展其在石油工程中的應用研究。

1基于聲學測井技術的石油工程設計

1.1確定聲源信號

為實現對石油工程中測井的精度，本文在測量過程中采用機———電類比的方法，建立以聲源換能裝置和接收裝置為主體的等效電路，并以此進一步推導出電———聲沖擊響應效果和聲———電沖擊響應效果。根據其不同的響應效果，構建電驅動信號與聲源輻射的聲信號之間的關系，并將被接收換能裝置轉換為電信號之間的對應關系。利用沖擊響應中的卷積充當聲源輻射的聲信號指標，以此將傳統測井方法中的聲源函數替換，從而實現在測井過程中得到更加真實的響應效果[3]。在利用聲學測井技術時，其產生的音頻信號是一種非穩定性的信號，因此在傳播的過程中會夾雜著較多的干擾噪聲。針對這一問題，利用陣列音頻增強技術，針對產生的音頻信號具有的時空特性去除其中含有的噪聲音頻信號，并以此實現對聲源的定位，確定目標聲源信號。由于干擾噪聲與測量設備產生的音頻信號是相互獨立的，并且具有一定的非高斯性。因此，根據這一特點，本文采用獨立分量的方法對音頻信號當中含有的噪聲進行過濾。圖1為分離音頻信號中干擾噪聲流程示意圖。由圖1所示，當輸入的音頻信號S（a）當中包含了A個相互之間獨立存在的聲源信號，在經過混合矩陣T的處理后，即可獲得一個混合信號X（a），再通過獨立分量分析的方法，將混合信號中屬于測量設備發出的音頻信號與其他噪聲信號進行分離。最后，將于S（a）無限接近的音頻信號Y（a）輸出，此時得到的音頻信號Y（a）即為通過聲學測井技術測量得到的聲源信號。

1.2構建聲波測井傳輸網絡模型

摘要：為解決傳統石油工程中測井結果與實際油藏深度相差較大、影響石油開采精度和效率的問題，開展聲學測井技術在石油工程中的應用研究。確定聲源信號，在此基礎上構建聲波測井傳輸網絡模型，基于聲學測井技術的數據聯合反演井內油藏。通過對比實驗證明，設計方法與傳統方法相比，得到的測井結果精度更高、更滿足石油開采需要，為其提供精準的測量技術和數據支撐。

關鍵詞：聲學測井技術；石油工程；測井結果；開采效率

聲學測井技術是利用不同巖石及流體之間對聲波傳播的速度不同這一特點形成的一種測井方法。當前聲學測井技術在礦產資源開發、建筑工程等相關領域均有著十分廣泛的應用[1]。技術的快速發展，使得聲學測井技術當中越來越多的信息技術和信息理論得到了實踐和應用。聲學測井技術在下到井下時，能夠對不同地層結構之間產生的多種不同波進行精準的測量，以此更有助于對巖層的實際密度、數據參數等多種數據進行采集，從而更好地對地層中的元素、特性等進行了解。當前石油工程中仍然采用傳統的測井方法，由于井內結構逐漸復雜，并且條件十分惡劣，使得傳統測井方法在實際應用過程中出現了測量誤差大、測量過程易受周圍條件因素影響、需要依靠人工操作內容較多等問題，對于石油工程的開展而言十分不利[2]。基于此，本文將結合聲學測井技術在各個領域中的應用優勢開展其在石油工程中的應用研究。

1基于聲學測井技術的石油工程設計

1.1確定聲源信號

為實現對石油工程中測井的精度，本文在測量過程中采用機———電類比的方法，建立以聲源換能裝置和接收裝置為主體的等效電路，并以此進一步推導出電———聲沖擊響應效果和聲———電沖擊響應效果。根據其不同的響應效果，構建電驅動信號與聲源輻射的聲信號之間的關系，并將被接收換能裝置轉換為電信號之間的對應關系。利用沖擊響應中的卷積充當聲源輻射的聲信號指標，以此將傳統測井方法中的聲源函數替換，從而實現在測井過程中得到更加真實的響應效果[3]。在利用聲學測井技術時，其產生的音頻信號是一種非穩定性的信號，因此在傳播的過程中會夾雜著較多的干擾噪聲。針對這一問題，利用陣列音頻增強技術，針對產生的音頻信號具有的時空特性去除其中含有的噪聲音頻信號，并以此實現對聲源的定位，確定目標聲源信號。由于干擾噪聲與測量設備產生的音頻信號是相互獨立的，并且具有一定的非高斯性。因此，根據這一特點，本文采用獨立分量的方法對音頻信號當中含有的噪聲進行過濾。圖1為分離音頻信號中干擾噪聲流程示意圖。由圖1所示，當輸入的音頻信號S（a）當中包含了A個相互之間獨立存在的聲源信號，在經過混合矩陣T的處理后，即可獲得一個混合信號X（a），再通過獨立分量分析的方法，將混合信號中屬于測量設備發出的音頻信號與其他噪聲信號進行分離。最后，將于S（a）無限接近的音頻信號Y（a）輸出，此時得到的音頻信號Y（a）即為通過聲學測井技術測量得到的聲源信號。

1.2構建聲波測井傳輸網絡模型