一、声学可视化的发展史

声学可视化技术的发展，是人类不断探索 “看见声音” 的过程，历经数百年的技术积淀，才形成如今的成熟体系。

声学研究的起源可追溯至古希腊，毕达哥拉斯彼时已开展弦振动和乐音相关研究，但直到 1787 年，首个平板振动可视化技术问世。Ernst Chladni提出了将细沙撒在振动平板上以呈现模态线的方法。他用小提琴弓激发平板振动，再将细沙撒于其上，细沙会沿节线聚集，形成了如今所称的克拉尼图形。这一成果甚至吸引拿破仑悬赏求解其数学原理，最终 Sophie Germain 推导出描述平板振动四阶方程斩获了该奖项。

19 世纪，声学仪器迎来爆发式发展：Charles Wheatstone 发明万花筒琴、Helmholtz 发明振动显微镜，August Kundt 则首次提出驻波可视化方法，能够测量不同气体中的声速，Rudolph Koenig 的测压火焰装置更是实现了声学信号的可视化分析。

光学技术的融入让声学可视化实现质的飞跃，August Toepler 发明的纹影方法在19世纪彻底改变了声音可视化，催生出多项斩获诺贝尔奖的研究成果，还助力了超音速波的发现。这一技术为人类深入理解声波、推动声学领域的科学进步奠定了坚实基础。其后续的阴影法、全息干涉测量技术，以及 20 世纪 60 年代 Winston Kock 的扫描声学显示技术、Hans Jenny 提出的声流学，不断丰富着声学可视化的手段。

直至20世纪70年代，多通道麦克风阵列首次被应用于声源定位。1974 年Billingsley发明第一个 “声学望远镜”，1999 年商用声学相机正式面市，声学可视化技术迈入工程化应用阶段，成为工业降噪、声源定位的核心工具。

二、声学照相机的实用解析

声学照相机利用波束形成技术生成实时噪声分布图，革新了噪声定位方式。但该技术受环境因素影响较大，对低频声音的分辨率不足，因此使用时需谨慎操作，并结合实际场景考虑替代方案。

●核心工作原理

声学照相机利用麦克风阵列（即传感器）从多个位置采集声学信号，通过采用先进的波束形成技术引导“虚拟麦克风”瞄准不同的区域，定向放大目标声源、过滤背景噪声，快速创建高精度噪声图，这些噪声分布图会将声强和噪声源位置以可视化形式呈现，通常还会叠加在视频画面上，提升辨识度，帮助工作人员精准定位噪声源，成为机械故障诊断、环境噪声监测等场景的高效工具。此外，噪声分布图的快速生成能支持实时分析和决策，大幅提升噪声问题排查的效率。

●理想应用场景

多数声学照相机的设计基于经典理论框架，核心适用于自由场环境下的远场点声源定位。适用于分散声源远离阵列的室外测量、声波波长远小于阵列尺寸的中高频段测量、低指向性的稳态或瞬态噪声源定位，在户外场地、消声测试室等贴合自由场假设的环境中表现最佳。

●核心局限性：

1）环境与测量距离限制：在近场测量或室内环境中，声波反射易形成 “虚假声源”，干扰检测结果；

2）低频声音解析能力弱：低频声波波长与阵列尺寸相比过大，无法精准定位；

3）技术局限性：阵列孔径尺寸决定其角分辨率（孔径越大，分辨率越高，但便携性越差），传声器空间间距限制检测频率上限，小型化则需牺牲指向性和降噪能力。

4）复杂声源量化困难：对大区域分布、高指向性的复杂声源，难以实现精准量化，主瓣过宽、旁瓣过强还会掩盖弱声源。

●替代与补充方案

针对声学照相机的短板，近场声全息技术（NAH）适用于阵列靠近噪声源的场景，能同时捕捉倏逝波和传播声波，实现声场的精准重建与量化。直接声映射技术则突破频率限制，尤其适合低频噪声问题，通过近场直接测量实现超高空间分辨率，还能在现场实现声功率的精准表征，是近场稳态条件下的优质替代方案。

Microflown 的声学测量技术与解决方案已在汽车、工业压缩机等领域落地验证，以下经典案例展现了技术的实际应用价值。

●现代电动汽车内饰声学性能优化

汽车座舱的振动声学特性，是影响车辆驾乘体验和品质感知的关键因素。多数车企在 NVH（噪声、振动与声振粗糙度）领域的核心目标为：在严格控制车身重量和研发成本的前提下，提升座舱声学性能。传统的实验测试技术存在明显局限性，尤其是整车级别的声学测试几乎无法实现，只能对各子系统进行独立评估。

针对电动汽车内饰 NVH 优化需求，采用Microflown 公司的3D 声强测量 + 声学传递函数的创新方法，突破传统整车测试的局限性。

通过半消声室底盘测功机测试（80/100KPH 工况），结合 Scan&Paint 3D技术完成整车内饰全三维扫描，以 15mm 空间分辨率采集超 16000 个数据点，同时通过体积速度源实现宽频段的声学传递函数互易测量。最终精准定位关键噪声辐射区域：后备箱为低频主要声源，C 柱、B 柱及后排车窗主导中频噪声，并完成车身各面板的噪声贡献排名，据此实施声学处理，在满足轻量化和成本要求的前提下，大幅提升车内声学体验，将传统测试流程从数周缩短至数天。

●Lontra LP2 压缩机低频降噪优化

LP2 压缩机作为正排量设备，低频噪声突出（甚至低于 50Hz），且需在常规工厂环境下完成原位测量。采用Microflown 公司Scan&Paint 3D技术，对压缩机外壳及内部进行全方位扫描，通过 16 组扫描轨迹、3mm 超高空间分辨率，精准定位噪声源。

基于检测结果，针对性优化核心部件：修改出口消声器管盖消除异响，为入口消声器安装防振支架减少低频振动传递。优化后成效显著：总声功率从 119.5 dB 降至 116.8 dB，A 计权声功率从 96.9 dB 降至 92.6 dB，设备后部 A 计权声功率更是从 93.5 dB 大幅降至 87.4 dB，同时解决了门缝密封不良导致的高频噪声泄漏问题。

●从实测到仿真，提升声学预测精准度

除了成熟的工程应用，Microflown 还在声学技术研发上持续突破，实现实验测试与数值仿真的深度融合，并精准挖掘声学材料的核心特性，为降噪设计提供更科学的依据。

以一台空气压缩机为对象开展案例分析。首先通过 Scan&Paint 3D 系统对压缩机的声强分布进行扫描，以 10 毫米的网格分辨率完成了 3000 余个测试点的数据采集，形成了能细致反映压缩机声学性能的数据集；随后将该数据集导入 Actran 软件，生成有限元 “包裹式” 网格模型，大幅简化仿真流程。

Actran 软件能够利用 Scan&Paint 3D 在数分钟内采集到的数千个虚拟测试点数据开展仿真，相比传统测试方法具备显著优势。

在建立压缩机声学基准模型后，研究团队通过为压缩机增设声学处理部件，探索了多种噪声抑制方案。其中效果最显著的方案为：在压力罐端盖上铺设 10 毫米厚的泡沫层，并叠加 4 毫米厚的重型橡胶层，该处理对辐射功率谱中 2000 赫兹附近的显著噪声峰值实现了有效抑制；在噪声 “热点区域”铺设 20 毫米厚的泡沫层 + 4 毫米厚的重型橡胶层。

经优化，压缩机的总声功率级实现了 2 分贝的降低，其中 700-1300 赫兹频段的降噪效果尤为明显。

●声学材料研究：揭开多层材料的 “膜效应”

针对多层声学材料的吸声特性，对比混响室法、阻抗管法、基于PU 现场测试法三种方法，发现铝层的 “膜效应” 对低频吸声至关重要。

作为Microflown在中国的长期合作伙伴，朗德科技将持续关注并引进此类前沿声学测试技术，与本土客户需求相结合，为客户提供定制化声学优化服务。

朗德科技凭借丰富的项目应用经验，致力于为用户提供全面的噪声与振动解决方案，涵盖声学环境的设计与建设、声学测试设备的销售与技术服务、测试数据管理到声学振动项目咨询等一站式解决方案。

朗德科技愿意与您携手，共同创造“听声知悦”的环境！