聲學測量案例：火箭發(fā)射音爆信號實測案例分享

音爆是物體在空氣中的運動速度突破音速（也叫聲速，即在1個標準大氣壓和15℃的條件下約為340m/秒）時，會產(chǎn)生沖擊波并伴生巨大的爆破音。音爆這種聲學現(xiàn)象，會形成巨大的能量，產(chǎn)生類似爆炸時所形成的爆破聲。

一、音爆原理

當物體運動速度接近音速時，會有一股強大的阻力，使物體產(chǎn)生強烈的振蕩，導(dǎo)致速度迅速衰減。這一現(xiàn)象被俗稱為音障(Sound Barrier)。在突破音障時，由于物體本身對空氣的壓縮無法迅速傳播，逐漸在物體的迎風面積累而終形成激波面，在激波面上聲學能量高度集中。這些能量聲波傳到人們耳朵里時，人們會聽到短暫而極其強烈的爆炸聲，稱為音爆(Sonic Boom)。

二、實測案例分享

火箭在發(fā)射時，產(chǎn)生的爆炸聲波就是一種音爆。使用SKC采集系統(tǒng)可采集到火箭發(fā)射產(chǎn)生的音爆聲波。

SKC采集系統(tǒng)連接示意圖

①硬件配置：測量傳聲器                                         ②硬件配置：數(shù)據(jù)采集器

三、測試流程

①硬件布置

1) 測點選擇：按測試要求和現(xiàn)場條件，在火箭飛行航跡下方，共計部署7個測試點，間隔約30~40公里。

2) 硬件設(shè)置：數(shù)據(jù)采集器設(shè)置為數(shù)據(jù)自動分包存儲，實現(xiàn)無人值守的測試功能。

3) 連接儀器：將傳聲器、采集器、電腦按照要求連接。

4) 傳聲器校準：校準傳聲器，安裝風球，布放在測點位置。

現(xiàn)場布點圖

②軟件介紹

SoundExpress_VA聲學測試系統(tǒng)，是一款多通道動態(tài)信號采集設(shè)備，支持電壓和 IEPE 輸入。可配置應(yīng)變調(diào)理器，以接入應(yīng)變信號輸入（1/4 橋、半橋或全橋）。支持多臺之間聯(lián)組網(wǎng)測試。每個測點有一個 BNC 輸入端子，設(shè)置為電壓輸入時可以直接接入電壓信號。儀器每個通道采用獨立 16/24bits ADC，具有較高的信噪比，保證每個通道同步采集，多臺儀器組網(wǎng)時也能保證所有通道的同步性。

③測試開始

1) 打開SKC SoundExpress聲學測試軟件，設(shè)置相關(guān)參數(shù)。

2) 單擊連接采集器。

3) 開始采集（看到正在保存數(shù)據(jù)…表示操作成功）

4) 信號清零

5) 自動刻度

④測試結(jié)果（以采集到完整的N形波圖為標準）

清晰完整的“N”型波極大方便了相關(guān)科研人員做各類研究和分析。

⑤測試視頻

四、SKC音爆模擬平臺可回放“N”形波

前不久，SKC成功搭建一套可用于實驗室環(huán)境中的音爆模擬平臺，用于研究音爆響度以及人們對音爆的可接受性評估。

音爆仿真平臺揚聲器陣列及采集處理放大系統(tǒng)

SKC音爆模擬平臺可將采集到的“N”形波轉(zhuǎn)化為聲信號進行回放。在實驗室中使用SKC模擬平臺，在計算機控制條件下產(chǎn)生廣泛的聲波特征，用于研究人類對音爆的主觀反應(yīng)。

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