聲望遠鏡
正文
一種指向性很強的聲接收系統。將聲望遠鏡對準某方向來的聲波,這方向的聲波在望遠鏡上的回響最大,而其他方向來的聲波則相對較小。藉助於聲望遠鏡，可以求得聲源的空間分布，能對一定範圍內的環境進行聲學分析，求出各個噪聲源的位置和強度，為防治噪聲污染提供科學依據。將電子計算機技術套用於聲望遠鏡，可實現聲望遠鏡的空間自動掃描，可對高速度運動聲源（如火車）進行分析，並可對所接收的聲信號進行頻譜分析，從而得出在不同頻段內聲源的空間分布。
聲望遠鏡按工作原理和結構，可分為聲透鏡、聲反射鏡和傳聲器陣聲望遠鏡等類型。
聲透鏡 由許多傾斜隔板組成長度不同的窄縫構成。聲波通過這些窄縫時經歷的路程長度比沒有這些隔板時長,因此產生了時間延遲現象。由於窄縫的長度不同,聲波通過每個窄縫時延遲的時間也不同。圖1所示的聲透鏡是使正對透鏡前面來的聲波通過各窄縫到達透鏡左邊F點的距離都相等；這樣聲通過各窄縫到達F點的時間也相等，因而在F點上聲得到加強。F點被稱為聲透鏡的焦點。 實際使用的聲透鏡是在它的焦點處放置傳聲器，用喇叭筒把傳聲器和隔板時延聲透鏡封閉起來，但敞開的ADB面仍接受迎面而來的聲波。為使聚焦效果良好,隔板之間的距離應該遠小於所接收聲波的波長。同時,ADB面的尺度也應比聲波波長大得多。這樣，才能使聲透鏡有很強的指向性。將聲透鏡安裝在鏇轉支架上，便可測量來自不同方向的聲波。
聲反射鏡 它的工作原理和光學上反射聚焦類似。如圖2，a中拋物面的反射鏡能把遠處來的平行光線聚到焦點上，同樣聲反射性能良好的拋物面，在其焦點處置傳聲器，然後轉動聲反射鏡，使其正對遠處各方向傳來的聲波，便能檢測各遠處的聲源。如果聲源不很遠，則利用光學上橢球反射面共軛焦點的原理，如圖2，b所示，在橢球反射面較近的焦點上放置傳聲器，而將橢球反射面對準另一較遠焦點上的聲源，這樣聲波到達反射面後，經過反射而聚焦於傳聲器。實際使用的橢球面聲反射鏡往往在焦點附近放置幾個傳聲器，以便同時接收幾個方向傳來的聲波。傳聲器可排成一列，垂直於橢球的長軸。每個傳聲器的輸出，對應於從某一方向傳來的聲波。在焦點下方的傳聲器接收從焦點上方的聲源傳來的聲波；距焦點遠的傳聲器相應地接收距另一焦點較遠的聲源的聲波。 和聲透鏡一樣，為了獲得良好的指向性，聲反射鏡的尺度應比所接收的聲波波長大很多。測量的聲源的距離取決於聲反射鏡的大小，聲反射鏡越大，能測的距離越遠。必須使聲反射鏡的結構具有很好的聲反射性能。
傳聲器陣聲望遠鏡 這種聲望遠鏡是由若干個傳聲器組成的陣列。如這些傳聲器排列在一條直線上，稱為線列陣。線列陣傳聲器是最基本的傳聲器陣聲望遠鏡。設聲源分布在直線XY上，則傳聲器線列陣的位置應和XY直線平行（圖3）。控制這些傳聲器的輸出信號，可以使聲望遠鏡聚焦在XY直線上的某一點，這點稱為聚焦點。傳聲器的控制方法是使每個傳聲器的輸出信號發生適當的時延，再將這些時延了的信號相加。傳聲器輸出的延遲時間取決於傳聲器和聚焦點的距離。傳聲器的延遲時間和聲波由聚焦點傳到該傳聲器的時間有關。這樣,對於在聚焦點上的聲源來說,所有傳聲器的輸出信號經過時延其相位相同，則相加後的信號最強。對於XY線上其他位置的聲源，由於各傳聲器輸出的相位不同，相加後將相互抵消而使信號減弱。如果聲源距傳聲器陣較近時，必須對每個傳聲器的輸出信號幅度按該傳聲器距聚焦點的距離成正比例地加權。 傳聲器陣聲望遠鏡的工作可以用模擬電路來完成。目前一般採用小型計算機或微處理機控制。先對傳聲器的輸出信號採樣，經模擬-數字轉換器後送到計算機,通過計算機自動更換聚焦點的位置,在XY 線上掃描，得出在XY線上的聲源強度分布。同時還可用快速傅立葉變換的方法計算出各點的聲頻譜。
用線列陣傳聲器的聲望遠鏡，每次只能對分布在一條線上的聲源進行分析。如果要同時分析幾個方向的聲源的分布情況，必須用幾個傳聲器線列陣或其他形式的傳聲器陣，如立方陣等。
傳聲器陣聲望遠鏡的另一種原理是：首先做聲望遠鏡中兩個傳聲器輸出信號的互相關函式。然後，利用時延做傅立葉變換得出頻譜。頻譜與兩個傳聲器之間的距離有關。用兩傳聲器的距離做傅立葉變換，就可以得到從不同方向傳來的不同頻帶聲波的強度關係。這些步驟都是通過計算機完成的。
參考書目
J.Billingsley，R.Kinns,The Acoustic Telescope,Journal of Sound and Vibration,Vol.48,No.4,1976.
M.Chiollaz,B.Escudie,Imagerie Spatiofrequentielle des Sources Sonores par des Methodes Interferometriques, Revue d'Accustique,1980.
