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关于举办大中华彩票海洋信息技术创新研究院暨声学研究所第十五届公众科学日的通知
2019/05/10 | 作者:科技发展部 | 【 【打印】【關閉】

  一、活動地點

  聲學所園區內,地址:北京市海澱區北四環西路21

  二、活動時間

  201951809:00~16:00

  三、活動形式

  科普劇表演、科普動漫展映、科普講座、聲學知識現場測試、實驗室參觀、趣味互動實驗、研究生招生咨詢等。

  四、主要活動內容

  1. 不同形式科普作品展示

  (1)科普劇表演、科普動漫展映、科普講座(時間:9:30~11:00 地點:聲學所DSP四層多功能報告廳)

  聲學無處不在,人類各個領域的發展都離不開聲學知識。通過部分科普作品的展示,向大家介紹不一樣的“聲音”。科普動漫展映《白鱀豚躲貓貓》《傾聽地震的隱秘腳步聲》《丈量大海》《沙粒舞曲》,科普劇表演《聲音長什麽樣?——沙粒舞曲》,科普講解《鐵路醫生出診記》,聲學專家向您介紹《無處不在的聲學》。

  (2)科普視頻串燒(時間:11:00~16:00 地點:聲學所DSP四層多功能報告廳)

  上九天攬月靠神舟,下五洋捉鼈看蛟龍。人類探索的腳步從未停歇。然而,深海環境高壓、無光、暗流湧動,人類如何應對?答案就是載人潛水器,它可以搭載科學家和工程技術人員,考察神奇的海底世界。“SELF格致论道”科学讲坛——蛟龙號副总设计师携小蛟龙向您报到,见识水下7000米的独门武功;“我是科学家——从海底开始了解这个世界”,“蛟龙”號主任设计师将与你分享人类探索海洋的震撼与奇妙,一起了解神秘的海底世界;科普视频“中国科普博览——中国蛟龙怎样炼成千里传音” 揭秘身处7000多米的海底,“蛟龙”號怎么与地面保持联系。

  

  圖1 “蛟龙”號载人潜水器

  2.展示成果介紹及互動體驗(全天)

  (1)指向性揚聲器

  指向性揚聲器又稱爲“聲學手電筒”,如同手電筒能夠産生一個光束一樣,能産生一列有指向性的聲束。它的工作原理是利用空氣的非線性原理使超聲波傳送可聽聲。如同汽車運載貨物一樣,超聲波搭載著可聽聲按照一定的方向進行傳播,所以只有在傳播路徑上才能聽到。由于超聲具有很窄的波束,傳播時有很強的指向性,使得可聽聲也具有很強的方向性。本成果可廣泛應用于博物館、展覽館、商業中心等公共場所實現對特定方向的個性化廣播;也可應用于ATM提款機、掌上電腦等個人電子産品實現個人化、私密性聲場和虛擬聲場重放。

  

  圖2 指向性揚聲器介紹

  (2)超聲導盲儀

  超声波导盲仪是大中华彩票声学研究所利用超声回波定位原理开发的科技助残设备。超声导盲仪通过发射超声波,接收障碍物反射的回波,经过处理后,将障碍物的距离信息转化为声音信息,以可听声的形式反馈给使用者,达到“以听代视”的效果。该设备的特点是:探测距离远,分辨率高,盲人可利用系统感知障碍物的方向、形状、距离和材质等信息;操作简单,而且可以和普通盲杖相连配合使用,辅助盲人出行。

  

  圖3 超聲導盲儀實物及使用示意圖

  (3iSurround音效增強技術

  iSurround是针对消费电子类产品开发的一系列音效增強技術的总称,包括耳机/揚聲器均衡、虛擬重低音、立體聲增強、音頻圖示均衡器、自動音量控制、人工混響、動態範圍壓縮等技術。

  iSurround音效軟件是專門爲個人電腦打造的Windows平台音效增強套件。它是利用兩只揚聲器或一副立體聲耳機來制造出逼真的環繞立體聲體驗,營造真實自然的空間聲場,改善聆聽感受。iSurround的主要功能包括對白增強、聲場擴展、環境音效、聲像位置調整、動態範圍控制、低音增強和語譜分析等等。針對不同的播放設備(耳機、筆記本揚聲器、外置揚聲器)和不同的音源類型(音樂、語言、電影)進行了個性化的性能優化和音效配置,一般用戶只要對這兩個選項進行簡單的配置就可以使用,有經驗的用戶可以進行更加個性化的設置。

  

  圖4 iSurround軟件界面圖

  iSurround利用了先进的数字信號处理技术和心理声学原理。针对笔记本扬声器动态范围较小的现状,iSuuround采用了自适应音量控制技术,在保证输出信號不饱和情况下使得输出音量提升最多20分貝。iSurround的对白增强和声场扩展技术利用了基于模型的声场分离技术和人耳听觉感知曲线,能有效的改善音乐或电影中声音沉闷浑浊、声场太窄或太寬的问题。针对小尺寸扬声器无法发出低频声信號的问题,iSurround采用了专利的虚拟重低音技术,利用重构基频信號的各次谐波来使人耳感知到低频的存在。

  (4)參觀半消聲室、混響室

  半消聲室始建于1988年,主要聲學參數:自由場半徑爲4m,截止頻率爲80Hz,本底噪聲平均值爲17.0dBA,淨空爲14.8m×8.8m×7.2m。半消聲室可用于傳聲器的校准、電聲儀器設備的測試、語言和聽覺聲學測試、研究,各種聲源的聲學特性的測定,比如聲功率、頻譜、指向性等,以及開展其它須避免反射聲或外來噪聲幹擾的研究工作。

  

  圖5 半消聲室

  大混響室始建于1964年,2003年進行翻修,長××高=8.4m×7.03m×7.2m =426m3,混響時間由混響時間由125Hz15.9秒逐漸光滑地下降到4KHz3.8秒,本底噪聲平均值爲15.5dBA。大混響室可用于材料的吸聲系數、空氣中的聲吸收、各種聲源的聲功率和頻譜、以及揚聲器的效率等聲學測量和産生人工混響等。

  

  圖6 混響室

  (5)有源消聲技術

  主動消聲技術利用聲波幹涉相消的原理,在處理低頻噪聲時具有體積小、壓力損失小的優點。中科院聲學所自主研發的主被動複合消聲技術綜合了主動消聲和被動消聲的優點,可以有限體積達到較理想的全頻帶消聲效果,是控制低頻噪聲的新技術,推廣應用後可解決房間、艙室等環境的低頻噪聲突出問題。本展覽主要展示通風管路主被動複合消聲器及其控制效果。首先簡要介紹通風管路主被動複合消聲器原理,然後通過開關演示主動消聲效果。

  

  圖7 主被動複合消聲器實物圖

  (6)室內強聲驅散裝置

  該産品一般安裝于室內,吊頂安裝,外觀與普通揚聲器相同。通過使用高靈敏度的換能器單元,該裝置可以在正前方一米處産生超過125dB的高聲壓輸出,對聽覺系統産生巨大壓迫感,迫使對象采取保護措施,終極危險和侵犯行爲。可以廣泛應用于銀行、監獄、安防要地等場所。

  

  圖8 主被動複合消聲器實物圖

  (7)聲相儀

  聲相儀,又名聲學照相機,是利用傳聲器陣列測量一定範圍內的聲場分布的專用設備,可用于測量物體發出的聲音的位置和聲音輻射的狀態,並運用雲圖方式顯示出直觀的圖像,即聲成像測量。聲成像(acoustic imaging)是基于传声器阵列测量技术,通过测量一定空间内的声波到达各传声器的信號相位差异,依据相控阵原理确定声源的位置,测量声源的幅值,并以图像的方式显示声源在空间的分布,即取得空间声场分布云图——声像图,其中以图像的颜色和亮度代表声音的强弱。将声像图与视频图像融合,形成了可直观分析被测物噪声状态图。这种利用声学、电子学和信息处理等技术,将声音变换成人眼可见的图像的技术可以帮助人们直观地认识声场、声波、声源,便捷地了解机器设备产生噪声的部位和原因,物体(机器设备)的声像反映了其所处的状态。

  

  圖9 聲相儀檢測汽車

  (8)合成孔徑聲納模型

  合成孔径声纳是对水下目标成像技术的重大突破。其基本原理是采用小孔径基阵移动形成虚拟大孔径,然后通过信號处理方法得到高分辨率的水下图像。合成孔径声纳的主要优点有两点,一是可以采用小尺度的声纳基阵获得高分辨率的目标图像,二是可工作在低频段,具备探查掩埋目标的能力。合成孔径声纳的这两项优点对水下高分辨率声学成像具有革命性意义。合成孔径声纳应用范围广阔,可用于海底地貌测绘、海底地质勘探、海底光缆电缆查找定位、沉船沉物打捞等。

  

  圖10 合成孔徑聲納實物圖及檢測結果圖

  (9)全流量留存系統

  全流量留存系統是一款網絡數據分析系統,能實現10Gbps吞吐网络流量的线速采集和持续存储,对所采集的数据包进行识别和分析,实时统计流量与带寬,并能对网络活动进行监控和审计,支持从TB級數據中檢索單條數據流並提供秒級下載,提供企業級網絡安全保障,幫助網絡管理人員快速准確地定位各種網絡問題,可應用于電信運營商、有線運營商、金融等重點行業,爲網絡安全運營和運維的提供基礎設施和數據支撐。

  

  圖11 全流量留存系統

  (10)新型5G網絡技術SEANET

  面向萬物互聯新時代網絡需求,以兼容IP設施爲前提,采用標識與地址分離的信息中心網絡(ICN)技術,將現場服務(onSite)、彈性交付(Elastic)、自治框架(Autonomous)的特性賦能網絡,構建以數據爲中心的新型5G網絡技術体系SEANET。相關工作已獲國際同行認可並處于領先地位,自201711月起,牽頭在國際電信聯盟(ITU)成功立項5項國際標准,並已獲批准三項。

  圖12 新型5G網絡技術体系SEANET理論圖

  (11)超聲乳化——油和水能混在一起嗎?

  誰都知道油和水不能混在一起,但是如果施加大功率的超聲,油和水就混在一起,放置很久都分不開,這種方法叫超聲乳化。在醫藥行業、化妝品行業中,現已廣泛應用超聲制造各種乳劑型産品。汽油、煤油可以添加少量水經超聲乳化後形成乳漿狀液,在燃燒過程中有節約能源、降低汙染的效果。把油(煤)和水經超聲乳化後形成的油煤漿(水煤漿)在燃燒時可以節油,加上乳化後,煤粉不易沈澱,運輸和使用很方便。這是由于強超聲産生空化氣泡,氣泡潰滅時把液體和固體分散爲小的液滴和顆粒,這些液滴和顆粒會懸浮在其他液體中,形成乳狀液體,從外表上看,仿佛溶解在一起。

  (12)超聲清洗

  超聲清洗是指利用超聲波去除液體中樣品表面汙垢的過程。其主要利用的是超聲波在液體中的發生空化時産生的微射流、沖擊波等強聲效應剝離樣品表面的汙垢,達到清洗的目的。目前超聲清洗技術已經是一項成熟的技術,在實驗室、醫院等場合已經普遍使用。超聲清洗機已經成爲生活電器之一,用來清潔眼鏡、首飾等日常用品。

  (13)超聲霧化

  空氣太幹燥往往會引發各種呼吸道疾病,所以在北方幹燥的冬季常常需要給空氣加濕。目前市面上銷售的超聲加濕器就是利用超聲把水“打碎”形成水霧。這種水霧的液滴細小,直徑只有幾微米,因此可以長時間漂浮在空中而不下落。由于超聲加濕沒有加熱過程,所以不會影響室內溫度,並且使用安全。

  (14)超聲工業無損探傷

  超聲波探傷法是工業無損檢測(不破壞材料)的一種方法,就廣義而言,不僅可以對金屬或非金屬材料的缺陷(內部的和表面的)進行探測,還可對材料的厚度(如鍋爐壁厚)、強度(如混凝土及塑料強度)和高度(如液面高度)等參量進行檢測。之所以能夠探傷,主要是利用了超聲波的傳播能量大、方向性好及在不同介質的界面上具有反射特性。超聲波探傷具有靈敏度高、穿透力強、效率高、成本低、對人體無害的優點。

  (15)汽車萬裏行的保障-齒輪焊縫超聲探傷機

  齒輪焊縫超聲探傷機一套數字化半自動探傷設備。該設備用于對汽車齒輪焊縫進行超聲探傷。它可發現齒輪焊縫中不小于Φ0.5平底孔當量的各種缺陷,自動計算出未焊好長度在焊縫總長中所占的百分比,以及檢測範圍內的焊接深度,並予以顯示。除裝卸料外,全部操作過程在計算機的控制下實現了自動化。

  

  圖13 超聲探傷機

  (16)看得見的超聲——動態光彈成像系統

  系统的结构示意图如下图所示,动态光弹成像系统完全搭建在光学平台之上,增加了实验系统的抗振动干扰能力。光学系统部分,由激光器发射平行的单色绿光。平行光依次通过起偏器、实验样品和检偏器,并被会聚透镜汇集变成平行光,并由图像采集模块接收。最后,图像采集模块将采集到的图像数据送入计算机进行后续处理。光路中的起偏器和检偏器是一对偏振方向相互垂直的偏振片,当高电压信號激励换能器向下辐射超声波时,通过样品的平行光的偏振方向会因固体的暂时双折射效应而发生改变,从而拍摄到明亮的超声波波前。虚线所示部分为一对圆偏振片,它们的快轴(慢轴)相互正交,且与起偏器和检偏器的偏振轴均成45°角,使得光彈圖像中的光強分布僅與樣品的內應力大小有關,與應力方向無關。此外,同步延時電路控制激光和超聲之間的相對延時,通過改變超聲波在樣品中的傳播距離,從而令觀察者看到在固體中傳播、散射的聲場圖像。

  

  圖14 動態光彈系統結構示意圖

  (17)超聲相控陣無損探傷系統試塊演示

  (18)超聲手術刀系統演示

  (19)虛擬現實(Virtual RealityVR)中的全景聲體驗互動

  借助VR眼鏡設備,向用戶展示全景聲。區別于立體聲和環繞聲,全景聲是對聲音在整個空間全方位的展現, 其可以擁有很好的臨場感,能夠更好地引導用戶體驗VR內容。演示系統模擬了多個場景下的全景聲重放,包括公園、遊樂場等場景,通過VR視頻與音頻算法的結合,給用戶帶來身臨其境般的視聽融合體驗。在體驗中,用戶可以在行走時自由轉動頭部,視野中的影像和耳機中的聲場會根據陀螺儀給出的頭部旋轉和位置等信息,隨時加入聲源並實時渲染,讓用戶能夠辨別出聲音的方向、強弱與距離,充分感受到真實的沈浸感,實現交互特性。

  

  圖15 虛擬現實動畫圖

  (20)《水下message》模型展示+PPT

  參觀者可進行水下通信機互傳信息的互動體驗活動,科普志願者進行基本原理講授

  (21)微型讲座:科普片《动物界的声音侠:信號发现目标》播放及讲解

  五、活動簽到接待處:聲學所DSP大樓門口

  歡迎社會各界、大中小學校組團參加。

  團隊參觀敬請預約;個人參觀無需預約。因爲園區內施工,停車受限,倡導綠色出行,謝謝您的支持與配合。

  联系人:科技发展部 周城光 钟茜 82547602 zhongxi@mail.ioa.ac.cn

  附  件:團隊預約單

  科技發展部

  201955

 
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