声音能看得见吗?
“开玩笑的吧。”如果被问到上述问题,想必大多数人都是这样的反应。
但如果你来到中科院声学所噪声震动重点实验室,就会发现原来声音真的可以“看”得见。如何“看”得见?这就要求助于该实验室研发的声相仪了。
声相仪携带有声音传感器和摄像头,传感器将声音信号传到信号处理器上形成图像,与摄像头拍摄的视频画面透明叠加起来,形成直观的声像图,即可定位声源,声音由此可“看”。
1 “万用”声相仪
在实验室一角,记者看到了这个神奇的产品。它整体看起来像一个旋转的“风火轮”,上面有很多大小相同的声音传感器。仔细数一数,竟然有64个。而在“风火轮”的中心,安有一个摄像头。
声学所副研究员滕鹏晓展示了声相仪如何锁定声音。他站在距离声相仪大概1米远的位置开始发声,屏幕上他的嘴边迅速出现圈状彩色图斑,声音的位置由此确定。“图像的不同颜色代表声音的强弱。”滕鹏晓说。
滕鹏晓介绍,声相仪的应用主要包括两个方面:一是查询故障,一是寻找噪声。
“当你觉得仪器有故障但无法确定位置时,就可以使用声相仪定位。”他介绍,声相仪还可以对大坝、核电站进行实时工况监测。
在各类新产品的研发中,声相仪还可用作测量仪器,检测产品是否处于最佳工作状态,从而及时完善装备工艺,提高其性能。“这可以极大降低企业研发成本,缩短研发周期。”声相仪总设计师、声学所研究员杨亦春说。其实,“风火轮”只是杨亦春小组所设计产品中的一个,这里的声相仪有直径35厘米呈齿轮状的,有直径75厘米像足球的,还有直径3.5米的八星阵声相仪……
2 技术远超国外
2010年,杨亦春首次在国内研制出声相仪,当时全球在该领域的研发者有6家。
声相仪的阵型直接影响声音位置判断的准确性及其工作的频率范围。与杨亦春小组研发的产品相比,国外的阵型多以圆环形和矩形为主,确定声源位置的准确率较低。在数据的处理速度和规模上,前者能达到25帧/秒,而国外目前只能做到2帧/秒。在成像质量上,前者可达42万像素,国外则普遍只有1万像素。
“速度快,成像又很清晰、无畸变,对噪声源的识别精度很高。”杨亦春说。
此外,在产品的集成性上,国外研发者只是在原有仪器需求的基础上新增声成像功能,并未将其作为独立的产品来设计;在处理数据时,每个传感器都要连接到电脑上,64个传感器意味着要接64根线,还需要数据采集仪。而杨亦春小组研发的产品高度集成,只需一根连接到电脑的USB线。
3 推广遭遇困难
声相仪在应用上具有普适性,未来用户会涉及各行各业,声相仪将走进每一条生产线。“以后,每个用户都能建立自己产品的声像数据库,当产品出现故障时,只要调取前面累积的声像,对比一下就可以知道问题出在哪。”杨亦春说。
与国际产品相比,杨亦春小组研发的声相仪既有价格优势,又有性能优势。但有一关,杨亦春等人怎么也过不去。杨亦春说,目前产品的销路还未有效打开,“产品卖的数量不多,知道的人太少,推广起来较慢”。
目前只有约30家企业购买了杨亦春的产品。滕鹏晓承认,这是让他们非常窘迫的地方,“我们的问题在于需要立即增强市场推广能力”。
杨亦春已经寻找了3年,目前正在和一家企业对接。“如果不能将产品推广出去,就没有后续资金作进一步开发研究,既有的技术领先地位也就无法维持。”他担心地说。 (据《中国科学报》)