The Challenge:
與韓國鐵路研究所一起開發一套測試測量係統，實現KTX-Sancheon高速列車上的噪聲源的可視化
，從而進一步降低環境噪聲。

The Solution:
使用NI LabVIEW軟件和一套144通道的相控麥克風陣列來開發移動聲源波束成形係統。

由Korail運營的高速列車KTX-Sancheon於2010年開始投入使用
，它是完全由韓國自身的技術完成建設的。由於列車最高運行時速高達300km/h（186mph）
，對環境噪聲的影響相當顯著，這些噪聲包含滾動噪聲（例如推進係統或機械噪聲）
，車(che)輪(lun)與(yu)鐵(tie)軌(gui)接(jie)觸(chu)的(de)機(ji)械(xie)噪(zao)聲(sheng)
，以(yi)及(ji)列(lie)車(che)運(yun)行(xing)時(shi)車(che)體(ti)周(zhou)圍(wei)空(kong)氣(qi)流(liu)動(dong)形(xing)成(cheng)的(de)氣(qi)流(liu)噪(zao)聲(sheng)等(deng)。為(wei)了(le)全(quan)麵(mian)減(jian)小(xiao)這(zhe)些(xie)噪(zao)聲(sheng)，我(wo)們(men)已(yi)經(jing)采(cai)取(qu)了(le)相(xiang)關(guan)的(de)措(cuo)施(shi)來(lai)定(ding)位(wei)所(suo)有(you)明(ming)顯(xian)的(de)噪(zao)聲(sheng)源(yuan)。

韓國鐵路研究所與SM儀器有限公司(National InstrumentsI Alliance Partner Network成員，專門從事聲音與振動相關測試應用)一起在LabVIEW環(huan)境(jing)中(zhong)使(shi)用(yong)相(xiang)控(kong)麥(mai)克(ke)風(feng)陣(zhen)列(lie)開(kai)發(fa)了(le)移(yi)動(dong)聲(sheng)源(yuan)波(bo)束(shu)成(cheng)形(xing)係(xi)統(tong)，並(bing)使(shi)用(yong)該(gai)係(xi)統(tong)來(lai)實(shi)現(xian)正(zheng)常(chang)運(yun)行(xing)的(de)整(zheng)列(lie)火(huo)車(che)上(shang)的(de)噪(zao)聲(sheng)源(yuan)的(de)可(ke)視(shi)化(hua)。該(gai)測(ce)試(shi)主(zhu)要(yao)是(shi)為(wei)了(le)對(dui)兩(liang)種(zhong)不(bu)同(tong)型(xing)號(hao)的(de)列(lie)車(che)噪(zao)聲(sheng)進(jin)行(xing)對(dui)比(bi)：一種是KTX-1
，由TGV Réseau型演化而來
，2004年起投入使用；另一種是新型的KTX-Sancheon(KTX-II)，這是由韓國開發研製的商用高速列車。

圖 1. 韓國高速列車

波bo束shu成cheng形xing是shi使shi用yong聲sheng學xue陣zhen列lie來lai映ying射she噪zao聲sheng源yuan的de方fang法fa。它ta通tong過guo檢jian測ce傳chuan到dao麥mai克ke風feng陣zhen列lie的de聲sheng音yin的de時shi間jian延yan遲chi來lai辨bian別bie聲sheng音yin到dao底di是shi從cong哪na個ge方fang向xiang發fa出chu的de。如ru果guo噪zao聲sheng目mu標biao是shi移yi動dong的de，那na麼me測ce試shi的de複fu雜za度du會hui更geng大da

，因yin為wei對dui象xiang會hui移yi動dong經jing過guo麥mai克ke風feng陣zhen列lie（例如在通過測試中）
，多(duo)普(pu)勒(le)效(xiao)應(ying)將(jiang)會(hui)導(dao)致(zhi)聲(sheng)音(yin)的(de)頻(pin)率(lv)失(shi)真(zhen)，這(zhe)是(shi)傳(chuan)統(tong)的(de)實(shi)時(shi)波(bo)束(shu)成(cheng)形(xing)方(fang)法(fa)的(de)關(guan)鍵(jian)缺(que)點(dian)。為(wei)了(le)彌(mi)補(bu)這(zhe)一(yi)點(dian)


，我(wo)們(men)不(bu)斷(duan)調(tiao)整(zheng)軟(ruan)件(jian)的(de)時(shi)間(jian)延(yan)遲(chi)以(yi)使(shi)其(qi)可(ke)以(yi)匹(pi)配(pei)移(yi)動(dong)聲(sheng)源(yuan)。這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)可(ke)以(yi)自(zi)動(dong)地(di)消(xiao)除(chu)多(duo)普(pu)勒(le)效(xiao)應(ying)。雖(sui)然(ran)它(ta)需(xu)要(yao)更(geng)多(duo)的(de)處(chu)理(li)時(shi)間(jian)
，但(dan)我(wo)們(men)可(ke)以(yi)將(jiang)移(yi)動(dong)波(bo)束(shu)的(de)功(gong)率(lv)取(qu)平(ping)均(jun)。我(wo)們(men)使(shi)用(yong)可(ke)觸(chu)發(fa)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)來(lai)明(ming)確(que)每(mei)一(yi)個(ge)點(dian)上(shang)移(yi)動(dong)噪(zao)聲(sheng)源(yuan)的(de)確(que)切(qie)位(wei)置(zhi)。在(zai)我(wo)們(men)的(de)軟(ruan)件(jian)中(zhong)，我(wo)們(men)假(jia)設(she)聲(sheng)源(yuan)有(you)著(zhe)固(gu)定(ding)的(de)速(su)度(du)。

圖2. 基於LabVIEW開發的SeeSV230聲音照相機程序框圖

硬ying件jian配pei置zhi和he標biao準zhun的de波bo束shu成cheng形xing應ying用yong中zhong的de基ji本ben一yi致zhi。一yi個ge附fu加jia功gong能neng就jiu是shi移yi動dong聲sheng源yuan波bo束shu成cheng形xing需xu要yao觸chu發fa傳chuan感gan器qi，我wo們men使shi用yong了le兩liang個ge光guang電dian傳chuan感gan器qi來lai進jin行xing位wei置zhi觸chu發fa並bing計ji算suan列lie車che速su度du。

為了進行高速列車的測試，我們設計一套144通道的麥克風陣列來提高聲音圖像的分辨率。我們使用了NI PXI-4496動態信號采集模塊來采集測量信號並使用一種特殊的光電傳感器來輔助ICP/IEPE麥克風，觸發列車位置。在Korail推出高速列車服務之後不久，我們在2006實施了KTX的早期測試，使用了一個48通道的麥克風陣列
，成功地在297公裏/小時的高速KTX列車上捕捉到了噪聲源。

圖3. 測試硬件

麥克風陣列的性能受兩個參數的影響：(1) 波束功率的主瓣寬度，決定了圖像的分辨率 ；(2) zuidapangban
，juedingletuxiangdezhongyingchengxu。butongdezhenliemoshiyouzhebutongdexingnengzhibiao。womenbijiaolesizhongbutongdemoshi，luoxuanmoshibiaoxianchufeichangpinghengdejieguo。

對於144tongdaomaikefengzhenlie
，womenjiangsanzhongbutongdemoshironghezaiyiqi，yitigaoxingneng。meizhongbutongdemoshiyouzhexiangtongdexingzhuang，danzhijingchicunbutong。zhijingjiaoxiaodemoshizhuyaocelianggaopinlvfenliangdedizuidapangbandengji，erzhijingjiaodadezhuyaocelianggaofenbianlvdedipinlvfenliang。weilejianxiaofengzaochengdezaosheng
，womenweimaikefengtianjialedangfengboli。

圖4. 螺旋形麥克風陣列設計

圖5. 檢測到的不同頻率的噪聲

zaigaopinbufen
，chelunxingchengdezaoshengyuanxiangdangmingxian。zhelixianshilemeiyigechelundouyoubutongdezaoshengfudu。yinci
，gaijishujiyoukenengyongyijiancechelundegongzuozhuangtai，bianyuweihu。

Figure 6. 車輪噪聲源可視化

未(wei)來(lai)的(de)列(lie)車(che)需(xu)要(yao)進(jin)一(yi)步(bu)提(ti)速(su)，這(zhe)將(jiang)產(chan)生(sheng)更(geng)為(wei)嚴(yan)重(zhong)的(de)噪(zao)聲(sheng)
，尤(you)其(qi)是(shi)氣(qi)流(liu)形(xing)成(cheng)的(de)噪(zao)聲(sheng)。要(yao)研(yan)製(zhi)更(geng)安(an)靜(jing)的(de)列(lie)車(che)，首(shou)先(xian)需(xu)要(yao)深(shen)入(ru)地(di)了(le)解(jie)列(lie)車(che)的(de)噪(zao)聲(sheng)源(yuan)。因(yin)為(wei)LabVIEW可以實現噪聲源的位置和大小的可視化，所以我們可以借助它完成降噪測試。