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聲學(xué)照相機(jī)(聲相儀)的指標(biāo)定義

聲學(xué)照相機(jī),又名聲相(像)儀,是利用傳聲器陣列測量一定范圍內(nèi)的聲場分布的專用設(shè)備,可用于測量物體發(fā)出的聲音的位置和聲音輻射的狀態(tài),并用云圖方式顯示出直觀的圖像,即聲成像測量。

1. 本底噪聲
是指發(fā)生在測量或記錄中與信號存在與否無關(guān)的一切干擾聲音信號,在此主要由畸變引起的本底噪聲、電路熱噪聲和量程過大造成的量化誤差引起的噪聲。
2. 動態(tài)范圍
由單個(gè)傳聲器本身特性決定。是指聲相儀工作時(shí)能夠接收到的最小信號和在無非線性失真情況下最大聲壓之間的范圍,以dB表示。
3. 頻率范圍(上限頻率、下限頻率)
聲相儀上限頻率由陣列的陣元的最小間距決定,定義為在攝像頭視角范圍內(nèi)不出現(xiàn)聲源虛像的最高頻率,其理論值是最小半波長應(yīng)大于最小陣元間距;
聲相儀下限頻率由陣列的分辨能力決定,定義為當(dāng)兩個(gè)聲源位置處于攝像頭視角邊緣,聲相儀所能夠分辨出兩個(gè)聲源的最低頻率,其理論值是最大半波長應(yīng)小于陣列孔徑。
4. 主瓣寬度(°)
主瓣寬度是表示波束圖中主瓣尖銳程度的參數(shù)。通常用波束圖中的半功率點(diǎn)或主瓣的零點(diǎn)之間的對應(yīng)的角度量度。3dB指向角指在以聲相儀的指向性函數(shù)β(θ,φ)從最大值降低3dB(幅值降低一半)所對應(yīng)的方位角和仰角(θ1,φ1)范圍。對于具有對稱性能的陣列通常以(±θ1,±φ1)表示。也可以用6dB指向角或者12dB指向角來表示。
5. 聲相儀的角分辨率(°)
聲相儀角分辨率是以波束主瓣寬度來量度,通常定義為主瓣的兩個(gè)零點(diǎn)之間的角度范圍,或主瓣半功率點(diǎn)之間的角度范圍。小的主瓣寬度給出更好的角度分辨率。
6. 旁瓣抑制(-dB)
由于主瓣以外的第一個(gè)旁瓣是所有旁瓣中幅度響應(yīng)最大的一個(gè),因此用第一個(gè)旁瓣的相對于主瓣的高低差來定義其旁瓣級。旁瓣級決定了聲相儀對觀測方向以外方向上到干擾達(dá)信號的抑制能力。
7.陣列增益(dB)
聲相儀增益定義為傳聲器陣列輸出信噪比與陣元輸出信噪比之比,對于m元平面陣列或者線陣列,假設(shè)噪聲是完全不相關(guān)時(shí),陣列增益為:
8. 信號增強(qiáng)
陣列對正前方向聲波測量輸出的放大量,即相對于個(gè)傳聲器測量的信號增益,以dB表示。對于m元平面陣列或者線陣列:
Gain=20lgm
9. 指向性函數(shù)β(θ,φ)
在以聲相儀的等效中心為球心的大球面上,不同方位(θ,φ)處的聲壓幅值p(θ,φ)與最大響應(yīng)方向上的聲壓幅值p(θ0,φ0)之比稱為聲相儀的指向性函數(shù)β(θ,φ) 。
10. 聲像與視頻偏離度(°)
指陣上視頻圖像與陣列計(jì)算所得出的聲像圖重疊時(shí)的偏差,通常以°為單位。陣列需要用一下標(biāo)準(zhǔn)源來校驗(yàn),該準(zhǔn)源為一個(gè)無限小聲源,且聲音強(qiáng)度足夠大,可以發(fā)出單頻(如1kHz)正弦聲音和較高亮度的光,聲音的頻率最好可以在一定范圍(如100Hz-10kHz)內(nèi)調(diào)節(jié)。
11.響應(yīng)速度(秒/幀)
聲相儀取得一幀聲像圖所需要的時(shí)間,反映聲相儀的信號處理速度,一般為秒級,能讓人眼感覺圖像連續(xù)變化的速度是40ms。
12. 最大探測距離(m)
指聲相儀能夠取得清晰聲像的最遠(yuǎn)距離,與聲源的強(qiáng)度和信噪比有關(guān)。
13. 最小探測距離(m)
指聲相儀能夠分辨聲源的最小距離,與陣列的結(jié)構(gòu)有關(guān)。
14. 視場虛像率(dB)
指視場內(nèi)出現(xiàn)的最大虛像相對于主聲源的衰減量。
15. 全景虛像率(dB)
指不涉及視頻圖像,由陣列聲成像所涉及的最大范圍內(nèi)的虛像,相對于主聲源的衰減量,如球形陣的最大范圍是全方向。

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