CN106289511B - 建设施工宽带噪声的实时定向测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建设施工宽带噪声的实时定向测量装置，包括用于测量噪声时域信号的传声器线阵列、用于将所述传声器线阵列测得的噪声时域信号实时转化成频谱的预处理模块、用于实时滤除背景噪声并定向采集施工区域发出的噪声的空间滤波模块以及用于将采集到的高频噪声频谱和低频噪声频谱整合在一起以获得建设施工宽频噪声的频谱后处理模块。该装置能够实时测量施工场界处的施工作业噪声和背景噪声大小，实时、准确地掌握施工作业噪声的超标情况，满足施工噪声的自动监测、实时显示的监管需求。

Description

建设施工宽带噪声的实时定向测量装置

技术领域

本发明涉及一种噪声测量装置，特别是涉及一种建设施工宽带噪声的实时定向测量装置。

背景技术

我国许多城市正处于大规模建设期，工期长、大型设备多，噪声突发性、持续性强，许多工地邻近居民区，施工噪声引发的居民投诉日益增多，加强施工噪声的监管和治理迫在眉睫。

我国规定了施工场界处的环境噪声排放标准限值和测量方法。施工场界噪声具有多声源、频率范围宽的特性，既包括来自围墙内的机械噪声、手持工具击打声、施工人员喧哗声等施工作业噪声，还包括来自围墙外的交通噪声等其他背景噪声。

现有的环境噪声监测装置不具备噪声的实时定向测量功能，不能实时区分施工作业噪声和背景噪声，需要先测量施工场界处的总噪声，再停工测量背景噪声，最后通过计算得到施工作业噪声并判断其超标情况。这种测量方法在实际工程应用中存在以下两个弊端：

1、停工测量背景噪声会影响施工进程，因此不能作为日常的持续监测手段；

2、无法实时消除背景噪声，难以实时、准确掌握施工作业噪声的实际超标情况，因此不满足噪声自动监测、实时显示的监管需求，也不利于噪声治理责任的划分和治理措施的制定。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种能够在不影响施工的前提下实时消除背景噪声影响，准确地掌握施工作业噪声的大小以及超标情况，满足施工噪声的监管和治理需求的建设施工宽带噪声的实时定向测量装置。

为此，本发明的技术方案如下：

一种建设施工宽带噪声的实时定向测量装置，包括用于测量噪声时域信号的传声器线阵列、用于将所述传声器线阵列测得的噪声时域信号实时转化成频谱的预处理模块、用于实时滤除背景噪声并定向采集施工区域发出的噪声的空间滤波模块以及用于将采集到的高频噪声频谱和低频噪声频谱整合在一起以获得建设施工宽频噪声的频谱后处理模块。

所述传声器线阵列由尺寸和性能参数一致的第1-第3传声器间隔排列而成，所述第1-第3传声器的轴线垂直于地面布放，且布放高度一致，3个传声器中心的连线指向施工作业区域，且第1传声器最靠近施工作业区域。

所述预处理模块包括性能相同的第1-第3频谱分析器。

所述空间滤波模块包括第1和第2空间滤波器。

其中，所述第1空间滤波器由第1和第2加法器、第1减法器、第1和第2乘法器以及第1带通滤波器组成，所述第1乘法器安装在第1、第2加法器之间，所述第2乘法器安装在第1减法器和第2加法器之间，所述第2加法器与第1带通滤波器连接；所述第1频谱分析器的输出端与第1加法器1以及第1减法器2的“-”端相连；第2频谱分析器的输出端与第1加法器1和第1减法器2的“+”端相连，第1带通滤波器连接与所述后处理模块连接。

优选的是，所述第1乘法器的系数为W₁，W₁＝0.5；所述第2乘法器的系数为W₂，

其中，k为波数，i为虚数，L₁₂为第1传声器和第2传声器的轴线间距；所述第1带通滤波器的通带频率为800～6000Hz。

所述第2空间滤波器由第3、第4加法器、第2减法器、第3和第4乘法器以及第2带通滤波器组成，所述第3乘法器安装在第3、第4加法器之间，所述第4乘法器安装在第2减法器和第4加法器之间，第1频谱分析器的输出端与第3加法器以及第2减法器的“-”端相连；第3频谱分析器的输出端与第3加法器和第2减法器的“+”端相连；第2带通滤波器与所述后处理模块连接。

优选的是，所述第3乘法器的系数为W₃，W₃＝0.5，所述第4乘法器的系数为W₄，

k为波数，i虚数，L₁₃为第1传声器和第3传声器的轴线间距；所述第2带通滤波器的通带频率为50～800Hz。

优选的是，所述后处理模块将第1空间滤波器输出的高频噪声频谱和第2空间滤波器输出的低频噪声频谱整合在一起，获得建设施工50～6000Hz宽频噪声的频谱。

优选的是，第1传声器和第2传声器的轴线间距为2cm，第1传声器和第3传声器的轴线间距为10cm。

优选的是，所述第1-第3传声器的安装高度为建设工地围墙以上0.5m，可避免围墙和场地内杂物的遮挡。

本发明的建设施工宽带噪声的实时定向测量装置安装于建设施工场界噪声测量位置，是针对建设施工噪声多声源、宽频特性的专用监测装置。该装置将建设施工噪声测量点的测量值大小与噪声方向相关联，经过仿真模型计算得到装置对不同方向声波的接受响应幅度，分析得出传声器中心连线为轴、顶角为80°的圆锥体所覆盖的施工作业区域噪声的接收响应衰减小于1dB，而对施工场界外的背景噪声接收响应衰减达到6～30dB，有效工作频率50～6000Hz，能够实时定向测量施工作业区域发出的宽频噪声、消除背景噪声影响，解决了现有环境噪声监测装置无法实时消除背景噪声的问题，能够实时、准确地掌握施工作业噪声的大小和超标情况，满足施工噪声的自动监测、实时显示的监管需求，有助于划分噪声治理责任和进一步开展治理工作。

附图说明

图1是本发明的建设施工宽带噪声的实时定向测量装置的系统组成示意图；

图2是本发明的传声器线阵列的布放方式示意图。

图中：

1、第1加法器 2、第1减法器

3、第1乘法器 4、第2乘法器

5、第2加法器 6、第1带通滤波器

7、第3加法器 8、第2减法器

9、第3乘法器 10、第4乘法器

11、第4加法器 12、第2带通滤波器

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明改变了以往建设施工噪声测量装置只有一个无指向性的传声器、需要停工测量背景噪声的方式，将施工噪声的测量装置设计成包含带指向性的传声器线阵列，具有实时、定向测量施工作业噪声，区分背景噪声的功能。

参见图1和图2，本发明的建设施工宽带噪声的实时定向测量装置包括：用于测量噪声时域信号的传声器线阵列；用于将所述传声器线阵列测得的噪声时域信号实时转化成频谱的预处理模块；用于实时滤除背景噪声并定向采集施工区域发出的噪声的空间滤波模块；以及用于将采集到的高频噪声频谱和低频噪声频谱整合在一起以获得建设施工宽频噪声的频谱后处理模块。传声器线阵列、预处理模块、空间滤波模块和后处理模块。

具体地说，所述传声器线阵列由3个尺寸和性能参数一致的传声器，即第1-第3传声器按顺序排列而成。推荐的安装高度为建设工地围墙以上0.5m，可避免围墙和场地内杂物的遮挡。传声器线阵列中3个传声器的轴线垂直于地面布放，布放高度一致，传声器1和传声器2的轴线间距为L₁₂，传声器1和传声器3的轴线间距为L₁₃。3个传声器中心的连线指向施工作业区域，传声器1最靠近施工作业区域，从而保证测量装置的最大响应方向与实际噪声源所在区域一致。在本发明的一个实施例中，L₁₂＝2cm，L₁₃＝10cm。

预处理模块包括3台性能一致的频谱分析器，即第1-第3频谱分析器。第1-第3传声器所采集的噪声信号，分别进入第1-第3频谱分析器。通过预处理模块将线阵列测得的噪声时域信号实时转化成频谱。

空间滤波模块包括两台空间滤波器，即第1和第2空间滤波器，可实时滤除背景噪声，定向采集施工区域发出的噪声。

第1空间滤波器由第1和第2加法器1和5、第1减法器2、第1和第2乘法器3和4以及第1带通滤波器6组成。所述第1乘法器3安装在第1、第2加法器1、5之间，所述第2乘法器4安装在第1减法器2和第2加法器5之间，所述第2加法器5与第1带通滤波器6连接；所述第1频谱分析器的输出端与第1加法器1以及第1减法器2的“-”端相连；第2频谱分析器的输出端与第1加法器1和第1减法器2的“+”端相连，第1带通滤波器6连接与所述后处理模块连接。

第1带通滤波器5的通带频率为800～6000Hz。第1乘法器3的系数为W₁，W1＝0.5；第2乘法器4的系数为W2，

其中：k为波数，i为虚数。

第2空间滤波器由第3、第4加法器7和11、第2减法器8、第3和第4乘法器9和10以及第2带通滤波器12组成。第3乘法器9安装在第3、第4加法器7和11之间，所述第4乘法器10安装在第2减法器8和第4加法器11之间，第1频谱分析器的输出端与第3加法器9以及第2减法器8的“-”端相连；第3频谱分析器的输出端与第3加法器9和第2减法器8的“+”端相连；第2带通滤波器12与所述后处理模块连接。

第3乘法器9的系数为W₃，W₃＝0.5，所述第4乘法器的系数为W₄，

其中k为波数，i为虚数，L₁₃为第1传声器和第3传声器的轴线间距；所述第2带通滤波器10的通带频率为50～800Hz。

第1空间滤波器的输出端和第2空间滤波器的输出端接入后处理模块，通过后处理模块将采集到的800～6000Hz高频噪声频谱和50～800Hz低频噪声频谱整合在一起，获得建设施工50～6000Hz宽频噪声的频谱。

经过仿真模型计算，本发明对噪声的接收指向性图案呈心型，其噪声定向测量范围是传声器中心连线为轴、顶角为80°的圆锥体所覆盖的区域，该区域内施工作业区域噪声的接收响应衰减小于1dB，而对施工场界外的背景噪声接收响应衰减达到6～30dB，具有明显的方向性差异，能够区分施工作业噪声和背景噪声，在测量时实时消除背景噪声影响，且有效工作频率50～6000Hz，涵盖了施工作业噪声的频率范围。当施工作业主要噪声源所在的区域超出1套装置所有覆盖的定向测量范围时，可采用多套装置同时进行噪声测量，扩大测量覆盖面积，防止遗漏重要声源。

该实时定向测量装置的使用方法如下：

使用时，将传声器线阵列安装在建设工地围墙以上0.5m，第1传声器指向待测量的施工机械密集区，将预处理模块、空间滤波模块与后处理模安装在施工现场为测量提供的房间内，做好防潮处理。根据图1所示连接方式采用数据线将传声器线阵列与预处理模块相连、预处理模块与空间滤波模块相连、空间滤波模块与后处理模块相连，并为预处理模块、空间滤波模块和后处理模块提供电源，装置将自动进行以下操作：

由第1-第3传声器采集噪声时程信号，通过数据线输入对应的第1-第3频谱分析器；

频谱分析器将实时处理得到的频谱数据输入空间滤波模块；

空间滤波模块自动实时对每个频谱点的数据完成加法、减法、乘法和带通滤波运算，并将结果数据传输至后处理模块；

后处理模块自动实时完成低频噪声和高频噪声频谱的整合运算。

以上为建设施工宽带噪声的实时定向测量装置的安装和运行全过程。

该装置不具备数据存储或显示功能，将后处理模块与其他数据存储装备相连后可以保存数据，将后处理模块与其他显示设备连接后可以实时显示数据。

Claims (6)

1.一种建设施工宽带噪声的实时定向测量装置，其特征在于：包括用于测量噪声时域信号的传声器线阵列、用于将所述传声器线阵列测得的噪声时域信号实时转化成频谱的预处理模块、用于实时滤除背景噪声并定向采集施工区域发出的噪声的空间滤波模块以及用于将采集到的高频噪声频谱和低频噪声频谱整合在一起以获得建设施工宽频噪声的频谱后处理模块；其中，

所述预处理模块包括性能一致的第1-第3频谱分析器；

所述空间滤波模块包括第1和第2空间滤波器；所述第1空间滤波器由第1和第2加法器(1、5)、第1减法器(2)、第1和第2乘法器(3、4)以及第1带通滤波器(6)组成，所述第1乘法器(3)安装在第1、第2加法器(1、5)之间，所述第2乘法器(4)安装在第1减法器(2)和第2加法器(5)之间，所述第2加法器(5)与第1带通滤波器(6)连接；所述第1频谱分析器的输出端与第1加法器1以及第1减法器2的“-”端相连；第2频谱分析器的输出端与第1加法器1和第1减法器2的“+”端相连，第1带通滤波器(6)连接与所述后处理模块连接；

所述第2空间滤波器由第3、第4加法器(7、11)、第2减法器(8)、第3和第4乘法器(9、10)以及第2带通滤波器(12)组成，所述第3乘法器(9)安装在第3、第4加法器(7、11)之间，所述第4乘法器(10)安装在第2减法器(8)和第4加法器(11)之间，第1频谱分析器的输出端与第3加法器9以及第2减法器8的“-”端相连；第3频谱分析器的输出端与第3加法器(9)和第2减法器(8)的“+”端相连；第2带通滤波器(12)与所述后处理模块连接。

2.根据权利要求1所述的实时定向测量装置，其特征在于：所述第1乘法器(3)的系数为W₁，W₁＝0.5；所述第2乘法器的系数为W₂，

其中，k为波数，i为虚数，L₁₂为第1传声器和第2传声器的轴线间距；所述第1带通滤波器(5)的通带频率为800～6000Hz。

3.根据权利要求1所述的实时定向测量装置，其特征在于：所述第3乘法器(9)的系数为W₃，W₃＝0.5，所述第4乘法器的系数为W₄，

k为波数，i为虚数；L₁₃为第1传声器和第3传声器的轴线间距；所述第2带通滤波器(10)的通带频率为50～800Hz。

4.根据权利要求1所述的实时定向测量装置，其特征在于：所述传声器线阵列由尺寸和性能参数一致的第1-第3传声器间隔排列而成，所述第1-第3传声器的轴线垂直于地面布放，且布放高度一致，3个传声器中心的连线指向施工作业区域，且第1传声器最靠近施工作业区域。

5.根据权利要求4所述的实时定向测量装置，其特征在于：所述第1传声器和第2传声器的轴线间距为2cm，第1传声器和第3传声器的轴线间距为10cm；所述第1-第3传声器的安装高度为建设工地围墙以上0.5m。

6.根据权利要求1所述的实时定向测量装置，其特征在于：所述后处理模块将第1空间滤波器输出的高频噪声频谱和第2空间滤波器输出的低频噪声频谱整合在一起，获得建设施工50～6000Hz宽频噪声的频谱。

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