27500字硕士毕业论文基于虚拟仪器的室内噪声研究

论文类型：硕士毕业论文

论文字数：27500字

论点：噪音,信号,识别

论文概述：

本文设计了基于虚拟仪器的室内噪音分析系统,利用该系统,本文进行了初步的室内声音传播实验,获得了近距离声波传送中频率和声强变化特点,并将设计系统和实验结论应用于具体设备的噪声源

论文正文：

1导言

噪音,通常是指令人产生烦躁和不安的声音,是一种特殊的声音信号。从物理学上讲,它由许多不同频率和声强的声波无规律杂乱组合。自19世纪80年代首次认识到噪音的危害至今,噪音逐步引起人们的重视。噪音分析和噪音源的识别技术也随之发展。噪音源识别技术是根据噪音信号的特点确定发出噪音的物体及噪音发出的具体位置,即找出噪音的来源。噪音源识别技术是一门交叉学科,它涉及了包括语言学、心理学、计算机技术、信号处理技术、数理统计、图像处理等在内的一系列学科。因此噪音源识别技术的发展与这些学科的发展是相辅相成的,随着信号处理和数理统计的不断发展,噪音源识别在未来的发展中将会全面改善人类的生活环境。
 1.1国内外现状人们对于噪音的认识可以追溯到19世纪,英国格拉斯哥的医生马斯?巴尔首先提出噪音对人的听力影响,自此之后噪音逐步引起了人们的重视,1960年,噪音被认定为是一种环境污染,到20世纪70年代,噪音污染被列为世界三大公害之一,与空气污染、水污染不同,噪音污染属于感觉公害。首先它没有污染物,即噪音在空气中传播时没有给周围环境留下任何的有害物质。噪音给人造成的烦恼不安只是当时的事,事过境迁,所以常常不受重视。但它影响人的休息、干扰人正常的工作及生活,使人的听力受损甚至引起一系列心理及生理上的疾病。随着当今社会工业化进程的不断发展,噪音污染正在逐渐成为影响人类正常生活和工作的主要因素。同时噪音控制技术也受到人们极大的关注。开始主要是通过利用材料的反射隔离声音的传播或者利用材料的多孔性和粘滞性衰减所通过的声能,该方法对于中高频噪音较为有效,但是对于低频噪音的效果确不是特别明显,该种去噪方法就是被动控制方法。直到Lord Rayleigh提出通过次级和初级声波的干涉作用来达到消声的目的,主动噪音控制方法的基本思想逐渐形成但并不成熟,19世纪30年代德国物理学家Pual Lueg 正式提出主动噪音控制这一概念,并初步阐释其原理_。反馈式主动噪音控制方法于1956年被提出,并基于此系统研制出了被称为“电子吸声器”的试验装置,70年代后基于自由场三维空间的JMC有源消声算法被提出,80年代三维封闭空间有源消声的研究拉开了序幕,90年代神经网络在ANC中起着非常重要的作用“9]。但随着信号处理技术的不断发展,我们能够从时域、频域等多方面了解分析噪音的特点,首先,从噪音信号的时域分析中,我们可以了解噪音的周期性、峰值、相关性以及其能量的分布等,其次,从信号的频域分析中,我们可以知道噪音信号的频率分布以及各频率的强度大小等,最后,近些年提出的时频分析法较全面的结合时域、频域两个方面了解了噪音信号的特点,通过对噪音信号的全面分析,为我们有针对性的降噪提供了依据,同时对于噪音控制方法的选择以及噪音源的识别与判断提供了方向。国内的主动噪音控制技术发展较晚,但发展速度相对较快,其中以南京大学声学所为代表,1985年该校的电子抗噪实验室获得了 “有源抗噪耳罩及受话器”的专利,该项专利不仅能对窄带噪音进行有效控制,还能对1/3倍频程和1倍频程的宽带噪音进行有效的控制。1995年前后清华大学以传递函数与频率特性函数为基础,釆用二阶模拟电路实现了前馈反馈的有源噪音控制器,该项结构获得了国际专利。此后,西北工业大学、北京工业大学等多个院校分别从多个方面对有源噪音控制进行了研究并促进了有源噪音控制的进一步发展。
 1.2研究的目的及意义声源是产生噪音的源头,想要有效地控制噪音,声源的识别与定位就显得至关重要。随着噪音控制的发展,噪音源的识别与定位方法也取得了很好的发展,由最初車纯的主观判断和对机械设备的拆分运行,到利用信号处理技术,再到现在基于可视化技术的识别与定位方法,该技术的发展经历了从易到难,从主观到客观,从粗略到精确的过程,但在这个过程中,为了能够准确的识别噪音源,每一种新方法的计算都更加复杂,甚至对测量设备的精度要求也越来越高,但现有的噪音识别与定位技术主要着眼于车辆噪音源的识别和定位技术,对室内噪音的关注却很少,而与之产生鲜明对比的是室内噪音对人们在生活学方面的影响却越来越大,为了解决这一问题,本文提出了基于虚拟仪器的室内噪苦分系统。该系统考虑了室内声场、噪音信号的特性,结合了虚拟仪器的特点,为室内噪音信号的分析和控制提供了一个新的解决方法;另外,本文中利用该系统完成了-+组加油机的噪声源识别,验证了该系统的实用性,同时也说明该系统的使用不仅简化了传统的测试设备,降低了测试成木,而显著提高了测试效率,同时也为噪咅控制提供了一个努力的方向>
 1.3虚拟仪器技术虚拟仪器的核心是在最少的硬件支持下,利用软件开发完成传统仪器的数据采集、存储、分析、显示等功能。虚拟仪器区别于其他传统仪器最大的特点就是软件就是仪器,仪器就是软件,因此虚拟仪器具有很大的灵活性,为设计者提供了一个充分发挥自己的设计才能及想象力的空间,设计者可以根据自己的需求,设计具有个人特色的仪器系统。
 2噪音理论基础
 本章主要介绍噪音信号和声场的基础知识,其中包括噪音信号的特征、评价量和控制方法;声场的分类和室内声场的特点及其评价指标,为本文中的系统设计提供理论基础。
 2.1噪音信号基础知识噪音,是一种特殊的声音信号,由于它在我们日常生活中的影响很大,在生理学上来讲,噪音就是把不需要的声音统称为噪音;从物理学上来说,噪音是由许多不同频率和声强的声波无规律杂乱组合而成。
 3基于虚拟仪器的室内噪音分析系统的设计.........133.1概述..............143.2系统总体设计............143.2.1系统硬件............153.2.2系统软件功能............173.3信号采集模块............193.3.1信号采集............193.3.2信号调理............223.4信号存储模块...........243.5信号分析模块............253.6系统测试............343.6.1实验方案............343.6.2系统测试............354噪音源识别应用............384.1引言............384.2噪音源识别方法简述............384.2.1传统方法............384.2.2基于信号处理技术的分析方法............404.2.3基于可视化技术的噪声源识别............404.3基于设计系统的噪音源识别应用............414.3.1背景说明............414.3.2测试方法............424.3.3数据分析............45
 结论
 本文设计了基于虚拟仪器的室内噪音分析系统,论文所做的工作如下:1.了解噪音信号、室内声场的基础知识及其特性,结合虚拟仪器的特点,完成系统的软硬件设计,该系统包括信号的采集和调理、信号存储以及信号分析三部分。前两部分主要是利用LABVIEW的图形化编程优势完成了多路信号的同步采集、实时存储,信号分析模块则充分利用了 MATLAB强大的信号处理功能与LABVIEW的图形化界面的优势混合编程,实现了信号分析模块的多种分析方法;2.对设计完成的系统进行功能及准确性的测试;分别釆集单频信号、双频信号及多频信号测试釆集存储模块的正确性,利用仿真信号测试信号分析模块的正确性;3.利用该系统,本文进行了初步的室内声音传播实验,获得了近距离声波传送中频率和声强变化特点,并将设计系统和实验结论应用于具体设备的噪声源识别问题。
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