近年來(lái)，隨著人類(lèi)對(duì)環(huán)境噪聲的重視，世界各發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛制定了民航機(jī)起飛和降落時(shí)的噪聲標(biāo)準(zhǔn)。由于其優(yōu)良的噪聲指標(biāo)，九十年代中期推出的波音777成了許多遠(yuǎn)程航線的首選。雖然1995年進(jìn)入國(guó)際航空市場(chǎng)的波音777已經(jīng)達(dá)到了所有設(shè)計(jì)目標(biāo)，但是不久人們發(fā)現(xiàn)，在起飛和降落期間它時(shí)常會(huì)發(fā)出類(lèi)似口哨的嘯叫，嘯叫的頻率很快被測(cè)定為2000赫茲左右，然而波音公司的工程師卻一直無(wú)法確定嘯叫來(lái)自何處？飛行中除了巨大的發(fā)動(dòng)機(jī)以外，飛機(jī)上其他各種部件的振動(dòng)以及機(jī)身和空氣的摩擦都會(huì)產(chǎn)生噪聲，要將如此復(fù)雜的噪聲源從一個(gè)高速飛行的物體中一一分解出來(lái)，困難是可想而知的。波音公司的工程師無(wú)奈地將這種嘯叫稱(chēng)作“神秘的兩千周”(“2000-hertz mystery tone”)。

圖1. 波音777主機(jī)翼的前沿有一排小孔。在寒冷的環(huán)境里，穿過(guò)小孔的氣流將被加熱，然后在機(jī)翼內(nèi)循環(huán)以防止潮氣在機(jī)翼上結(jié)冰（摘自“Commercial Aviation and the Environment”，Boeing，2005）

六年后2001年秋天，波音的研究人員把廣泛應(yīng)用于無(wú)線通訊的智能天線的原理推廣到音頻，用數(shù)百個(gè)麥克風(fēng)在機(jī)場(chǎng)的跑道上布設(shè)了直徑達(dá)150英尺的螺旋形的麥克風(fēng)陣列來(lái)記錄飛越上空的波音777發(fā)出的噪聲。反復(fù)試驗(yàn)的結(jié)果表明2000赫茲的嘯叫來(lái)自?xún)梢淼那把亍２ㄒ?77主機(jī)翼的前沿有一排小孔（見(jiàn)圖1），在寒冷的環(huán)境里，穿過(guò)小孔的氣流將被加熱，然后在機(jī)翼內(nèi)循環(huán)以防止潮氣在機(jī)翼上結(jié)冰。根據(jù)麥克風(fēng)陣列檢測(cè)的結(jié)果和對(duì)機(jī)翼結(jié)構(gòu)的分析，波音的研究人員懷疑神秘嘯叫的“罪魁禍?zhǔn)住笔悄莾膳判】住．?dāng)迎面而來(lái)的氣流穿過(guò)形狀和排列整齊的小孔時(shí)，猶如人們吹笛子一樣，氣流和機(jī)翼產(chǎn)生了2000赫茲的共振。為了證實(shí)這個(gè)猜測(cè)，聲學(xué)專(zhuān)家斯多克（Rob Stoker）說(shuō)服了波音公司有關(guān)部門(mén)，用膠帶將一個(gè)機(jī)翼前沿的小孔全部封上，然后再比較兩個(gè)機(jī)翼前沿的噪聲強(qiáng)度。

圖2. 一側(cè)機(jī)翼前沿的小孔封上后2000赫茲的嘯叫幾乎完全消失了（摘自“Sound camera' silences a mystery”, Boeing Frontiers, March 2004, Volume 02, Issue 10）

圖2顯示的是一側(cè)小孔封上后的測(cè)試結(jié)果。如斯多克預(yù)測(cè)，一側(cè)機(jī)翼前沿的小孔封上后2000赫茲的嘯叫完全消失了。波音的工程師終于解開(kāi)了困擾他們多年的迷！根據(jù)麥克風(fēng)陣列檢測(cè)的結(jié)果，波音的設(shè)計(jì)師重新設(shè)計(jì)了機(jī)翼前沿防凍小孔的形狀和排列。改進(jìn)后的波音777-300ER系列徹底消除了那“神秘的兩千周”的嘯叫。

圖3. 成功后激動(dòng)的波音聲學(xué)專(zhuān)家斯多克先生

麥克風(fēng)陣列在波音飛機(jī)上成功應(yīng)用的故事很快被流傳到歐洲的空客和世界其他的飛機(jī)制造公司。如今，麥克風(fēng)陣列不僅被用來(lái)研究飛機(jī)、汽車(chē)上的噪聲源，而且還被用在潛水艇、建筑和家電等行業(yè)的噪聲研究中。

以下本文將簡(jiǎn)單介紹麥克風(fēng)陣列的原理、應(yīng)用實(shí)例以及應(yīng)用中常見(jiàn)的一些問(wèn)題。為了讓非專(zhuān)業(yè)的讀者能夠盡可能全面地了解這個(gè)新興的技術(shù)，本文將盡量避免使用專(zhuān)業(yè)詞匯和數(shù)學(xué)公式，于是有些假設(shè)可能會(huì)顯得過(guò)于理想，有些解釋可能會(huì)顯得過(guò)于簡(jiǎn)單。

檢測(cè)原理：圖4是波音公司測(cè)試的示意圖。圓圈內(nèi)的黑點(diǎn)代表麥克風(fēng)。紅線代表聲波從聲源s(t) 到麥克風(fēng)的傳遞路徑。由于聲源和各個(gè)麥克風(fēng)間的距離不相等，每個(gè)麥克風(fēng)接收到的聲波有不同的時(shí)延ti（在頻率域稱(chēng)作相位差），數(shù)學(xué)上可以大致描述成xi(t) = s(t-ti)+Ni(t) , 這里xi(t) 和 Ni(t)分別代表第i個(gè)麥克風(fēng)接收到的信號(hào)和均值為零的干擾。因?yàn)辂溈孙L(fēng)陣列的結(jié)構(gòu)和聲音的傳播速度是已知的，于是對(duì)空間每個(gè)位置上的聲源，我們都可以用中學(xué)的三角和幾何知識(shí)解出一組對(duì)應(yīng)的時(shí)延 {ti }。假如對(duì)每個(gè)麥克風(fēng)接收到的信號(hào)xi(t)分別補(bǔ)償ti（也就是xi(t+ti)），將來(lái)自聲源的聲波對(duì)齊，然后把所有M個(gè)補(bǔ)償后的信號(hào)xi(t+ti)相加，最后，得到干擾趨于零的（因?yàn)楦蓴_ Ni(t)的均值為零）增強(qiáng)了的聲波Ms(t)。

圖4. 波音公司測(cè)試示意圖