1.1系统前面板的设计
虚拟仪器的前面板设计是否合理对虚拟仪器的使用效果有着重要的影响，它直接面向使用者，使用者对其分布的合理程度也有着很高的要求。
1.2系统的程序框图设计
对各个的功能模块进行分割编写，采用模块式的编写方式逐个进行分割，然后将分割编写的模块整理集合以构成一个新的系统控制程序。程序模块主要包括三个模块，第一种是实时信号采集模块；第二种是信号处理分析模块；第三种是仿真信号模块。这三种模块对系统都有着很重要的影响，它们以不同的角色为系统提供服务，满足用户的需求，产生令用户满意的信号。另外，对这三种模块的编写整合构成新的程序框图。
1.2.1实时信号采集模块实时信号采集模式可以通过对信号的有效分析处理对所采集的数据进行系统的分析，并且实时信号采集模式可以根据用户所设置的声音格式从声卡中得到相关数据，然后对数据进行保存。这种模块在开始采集数据前要注意，参数的设置要根据实际的情况和参数设置好以后将信号选择的按钮调制实时信号档上。开始设置各个快捷按钮，如停止按钮、退出按钮、对信号的采集保存等按钮。
1.2.2信号处理分析模块设置完成应用信号处理分析模块一般是对数据进行时域分析以及频域分析。其中时域分析可分为对参数的测量、对谐波失真分析、最后是自相关分析。在对信号进行分析处理的过程中，如果单单只对信号进行频域分析，信号所具有的全部特征并不能完全的显示出来，也就是时域分析有时候不能完全满足对信号的分析，这就需要对信号进行频域分析，以更加全面完整的分析出信号所具有的全部性质。在LabVIEW中，如果要对信号进行频域分析，就要以FFT为分析的基础，才能进行具体分析。
1.2.3仿真信号模块的完成应用仿真信号模块的作用我们不可忽视，生活中并不是所有的信号都能用实际的仪器产生，当无法获得实际的信号时，可以用仿真信号作为任意频率的信号，也可以用仿真信号作为标准的信号源，对其产生的信号做信号的检测系统。这种仿真信号模块包含波形显示以及噪声的添加等功能。仿真信号可以产生一些日常生活中我们常见的信号，如正弦波、方波以及三角波等。并且用户可以很据自身的需要对信号的频率、幅值、以及采样频率进行调节，从而产生用户所需要的信号。
2研究应用
整流电路中应用虚拟声学采集分析系统研究采集系统的采集性能。在整流电路中应用虚拟采集分析系统时，应该注意采样的频率要保持20Hz~20kHz之间，如果想得到更加完整较好的波形，就可以将频率控制在100Hz~15kHz之间。在整流点路中要进行对正弦先好进行整流的过程中，可应用二极管半波整流电路对其进行整流。输出信号以后接入虚拟信号采集分析系统，可以得到一些波形。事实证明，虚拟仪器的信号采集分析系统的采集性能可以达到人们所需要的理想信号。实践证明，虚拟仪器信号采集分析系统已经被广泛的应用在噪声监测、信号分析以及实验教学当中。
3结语
1.2.2合适的混响时间人们对音质的主观评价“清晰”、“平衡”、“丰满”、“有力度”、“柔和”等术语与混响时间有密切的关系.混响时间的长短对音质的影响很大,混响时间长,音质“空”,含糊不清;混响时间短,音质“干”,单调枯燥;只有合适的混响时间,音质才能丰满、有力度.多媒体教室以语言声为主,混响时间的设计应主要考虑语言声的要求,因此要根据教室的容积,选择合适的混响时间(见表1),才能实现较高语言清晰度[3].表1语言类房间最佳混响时间与房间容积表容积/m350～6060～8585～127127～170170～245245～339339～424混响时间/s0.20.3～0.350.35～0.40.4～0.450.45～0.50.5～0.550.55～0.6
1.2.3避免声缺陷声缺陷主要是声波经由内表面反射后分布而干扰正常听闻的现象.多媒体教室的声缺陷主要包括回声、颤动回声以及声染色等,产生这些现象的主要原因是:一是房间的吸声量不够;二是房间大多是矩形房间,六个面互相平行,容易产生“简并”现象,形成声染色.对于多媒体教室而言,要避免上述声缺陷.
&nbs本论文由整理提供p;1.2.4声场分布均匀理想的多媒体教室室内声场应该充分扩散,分布均匀,而且有足够的声压级.室内声音的充分扩散,可以保证各个座位上的学本论文由整理提供生都应能听到响度相差不大的声音,也保证了室内空间各点的声压级相等,对多媒体教室而言,学生座位区的语言扩声声压级要达到70～75dB之间,音乐扩声声压级要达到80～85dB之间,背景音乐声压级要达到60～70dB之间,声场的不均匀度应控制在±4dB之内,使音质得以改善,声音变得柔和、具有亲近感和空间感.
1.2.5室内音质多媒体教室的声学设计其实就是室内音质的设计.而室内音质的最终评价是听众的主观感受,人们根据室内声学原理并借助经验,提出了混响时间、扩散程度、反射声、噪声级等若干与主观感受相对应的物理量或声学量.多媒体教室内的主要声信号为语音信号,对清晰度的要求很高.这主要取决于房间的混响时间、设备的功率等.
多媒体教室建设和改造中存在的主要声学现在大多数学校的多媒体教室是通过旧教室改造而成的,没有进行相应的声学处理,即使新建的多媒体教室也没有进行声学处理,而且面积和容积的差别很大,大的面积达到几千平米,小的才40～50m2,层高从3m左右到10m,平面形状矩形的占大多数.因此多媒体教室建设和改造中存在的主要声学问题有:一是建筑声学方面,选址不当,外界干扰较强;房间设计不科学,造成回声、颤动回声、声染色;装修吸声材料使用不妥,造成背景噪声较大、混响时间偏长;配电影响音频传输,出现干扰.二是扩声系统方面,设备档次低,交流噪音高;音响系统位置分布不合理,造成声场不均匀,产生啸叫;音响系统设备参数调在最不本论文由整理提供佳的位置等.使学生上课听不清,影响教学质量[4].
多媒体教室声学环境的优化设计针对上述多媒体教室声学环境存在的问题及声学环境的基本要求,多媒体教室的声学环境的设计主要从建筑声学和电声学两个方面进行.建筑声学设计由于每个房间都有本身的声学特性,做好建筑声学环境的处理对以后获得良好声音效果奠定比较坚实的基础.如果建筑声学环境处理不好则会出现混响过强、驻波、回声、声聚焦和共振等声第3期李兆义:多媒体教室的声学环境分析及设计69音缺陷.
2.1.1控制噪声,提高教室的声信噪比在多媒体教室运用扩声系统进行教学时,往往扩声系统会影响隔壁班级的正常上课秩序,会出现啸叫声,室外本论文由整理提供噪音等问题困扰着广大的师生[5].
这就要求多媒体教室的噪声标准必须达到相应的国家规范要求,但是多媒体教室又有其特殊性,控制噪声可以采取以下方式进行:
(1)远离噪声源在总体规划设计中让多媒体教室使远离马路、市场、运动场等噪声源,即避开强环境噪声源.对多媒体教室干扰声场(外界传入室内的噪声声场)大小的计算可以采用下面的公式来进行:Lp=Lp0-101g1τ-101gAF+6.式中Lp为室外噪声声压级,F为透声墙立面的面积,A=Sa-为室内总吸声量,τ为声能透射率,对于多媒体教室而言,噪声来源除了墙壁之外,更多的是从窗户、门等进入的,声能透射率可取平均值:τ=ΣFτiiiF,计算出的干扰声场的声压级应小于38dB.
(2)振动干扰预防如果上述办法有困难,可以实行被动式处理,即增加墙壁隔声量;安装消声窗;让多媒体教室置于教学大楼的顶层或同层本论文由整理提供中靠近楼体边缘的位置;使用时间和出现噪声的高峰期错开;同时禁止学生在教室内大声喧哗、吵闹;学生椅子采用航空椅,布面为亚麻布,防止学生之间语言的相互干扰;选用设备的本地噪声要足够低等.
2.1.2选择合适的房间尺寸及三维结构,提高房间的声扩散性能多媒体教室房间尺寸及三维结构选择的目的是让房间的固有频率分布均匀,防止声染色及语言或音乐的失真.若房间为矩形,其长、宽、高分别为,Lx,Ly,Lz则房间的简正振动频率为[1]:fn=c2(nxLx)2+(nyLy)2+(nzLz)2.式中,nx,ny,nz是不同时为0的任意自然数,c为空气中的声速.由此式可以看出,随着nx,ny,nz取数的越多,简正方式的数也就越多,简正频率也有无穷多个,若房间的比例不当,会出现“简并”现象,将导致声场中某些频率的成分得以加强,出现声染色,音质将大大下降.因此对于多媒体教室而言,房间的长、宽、高的比例选择非常重要,最佳的房间形状是传统的长方形,长、宽、高的比例尽量避免1∶1、1∶2的简单比例关系,通常选取人们所谓的“聆听空间黄金比例”,即满足1.618∶1∶0.618或2∶32∶1,也可以选用其他比例方法,但三遍之比应取无理数,绝不可取整数倍.为保证较多的简正方式,既要考虑良好的房间尺寸比例,又要得到较大的房间容积.通常多媒体教室的最本论文由整理提供小容积应遵循:Vmin≥4λ3max.式中Vmin为房间最起码容积;λmax为下限频率对应的波长.由于现在本论文由整理提供
的教室大多为矩形,一般都有平行墙面,为了避免产生驻波现象,应在平行墙面上布置扩散体,有利于声场均匀.如果室内有凹弧形墙面,一定要采用扩散体来发散声能,防止声聚焦.对于面积较大的多媒体教室,除了改善房间的结构(如可以采用矩形切角、扇形、正方形对角线配置以及多边形等)外,还可以在顶棚悬挂反射板(前次反射声相对直达声的延时时间如果大于50ms),这样既可以得到较多的侧向前次反射声,还可以加强听众区域的反射声功率[6].
2.1.3选择合适的吸声材料,使房间的混响时间达到最佳合理使用和布置各种吸声材料是获得理想混响、声扩散、消除声缺陷的重要条件.对于人耳来说,能够听到的频率范围大约为20～20000Hz之间,一般人的讲话声主要能量分布在100～5000Hz之间,对于以传递语言信息为主的多媒体教室,声音评价主要为语言的清晰度兼顾丰满度,要想满足此条件,多媒体教室内的混响时间可定为T60=0.4～0.7s.混响时间的长短与房间容积、房间表面积、装修后的吸声系数等许多不定因素有关,在吸声材料的选用和布局上应对室内的混响时间进行综合估算,具体的计算公式采用著名的赛宾公式进行工程估算:T60=0.161VSα.式中V为室容积;S为声室的内界面总面积;α为声室内界面平均吸声系数,α=ΣSiαi/ΣSi,Si为各种不同材料的面积,αi为室内表面各种不同材料的吸声系数,通过查阅常用材料的吸声系数便可知道,多媒体教室的吸声处理包括墙面、顶面和门窗等.要设计一个理想的混响时间,吸声材料的选择一定要与房间的容积和室内总表面积、教室内各种器材、设备(如:银幕、电视监视器、学生课桌、音箱、照明灯具、空调设备)等方面综合考虑,同时还要符合人们的美学观点.
因此在室内装饰装修上可采用木质龙骨吊顶,墙体做复合吸声结构,挂上柔软的布窗帘等方法,当然也要根据实际情况控制吸音和反射的合适比例;避免房间内凹面或弧型面反射的形成,防止出现声聚焦问题,使局部声音过强而产生反馈出现啸叫现象;对容易产生共振的物体进行加固处理,避免出现声音共振现象[7].当然运用混响时间公式计算出的结果只是一个参考值,与实际情况相比都会出现偏差,因此,要想让多媒体教室的混响时间达到最佳,必本论文由整理提供需要经过反复设计、评价、修改,才能达到理想的声环境.电声学设计建筑声学设计为多媒体教室音质的改善创造了很好的条件,但多媒体教室扩声系统如果没有合理的整体设计和正确连接,也难以达到理想的听音效果.
2.2.1多媒体教室的扩声系统设计多媒体教室扩声系统设计时要根据财力情况进行合理的安排,如果财力许可,设备的选型应采用专业品牌,系统性能要基本一致,避免设备档次配置不齐,有的偏高,有的偏底.多媒体教室的扩声系统主要由传声器、功率放大器、调音台、扬声器四大块组成.
(1)传声器:传声器是多媒体教室实现声音输入到语音处理系统的设备,它的质量优劣、选用的合适与否、使用的方法都直接或间接地影响教师把语音清晰的传递给学习者.常见的有动圈式和电容式两大系列.在多媒体教室的教学中一般选用灵敏度高、动态范围宽、频响平直、瞬态响应好、音质柔和方向性强的电容式传声器,使声音能够清晰、亮丽、细腻的重现,但由于电容式传声器具有灵敏度高和耐声压性小的特性,在摆放位置上要注意和音箱和其它音源的位置关系,以及根据音源大小、传声器和音源的距离,消除噪音,得到纯净的语音信号.
(2)调音台:调音台实际上是一个音频信号混合控制台,它可以对多路不同阻抗、不同电平的输入声源信号进行放大及处理,按照不同的音量对信号进行混合、重新分配或编组,产生一路或多路输出.因此,调音台的主要作用是对音频信号进行放大、音色修饰、抑制噪声、控制音量和信号混合.对多媒体教室的音源而言,主要是教师的讲解声和CD、DVD、VCD等高电平音源,用调音台要控制好输入电平,在保证声音信号清晰度的基础上,尽量满足丰满度要求.这就要求对高电平音源要按下定值衰减键PAD,降低输入电平,才能保证信号电平不超过输入电平的动态范围,使声音不失真.一般情况下不可用增益旋钮GAIN来调节改变音量,它会使信号信噪比下降.
(3)功率放大器:是把调音台、信号处理器等前端设备送来的比较弱的信号进行不失真的放大,并输出一定的功率,推动扬声器发出优美而洪亮的声音.而多媒体教室以语音的清晰度、可懂度为主,因此功率放大器作为系统的核心要有足够的功率输出,以本论文由整理提供保证室内的平均语言声压级达到70～80dB,有较宽而平直的频率响应范围,建议将功率放大器的输出功率与扬声器的额定功率配比定在1.5倍左右,这样能保证获得足够的力量感.
(4)音箱:音箱的作用是把音频电信号转换为声音信号,它对重放的声音效果起着决定性的作用,音箱技术配置、位置摆放等直接影响声音的还原效果.对多媒体教室而言要求声场均匀,做到“近听不吵,远听不小”,保证各区域内听到的响度基本一致.选择音箱时,除要考虑音箱的功率符合多媒体教室的声场要求外,还要考虑音箱的另外两个重要特性,即频响特性和指向特性.
2.2.2多媒体教室扩声系统的正确匹配在扩声系统的布置中,音箱布局的好坏直接影响整个扩声系统的效果,是电声系统设计的重要步骤,音箱要根据多媒体教室的大小和形状来选择数量和摆放方式.一般来说,用一对音箱把它安装在教室前墙的两侧的上方,音箱轴线对准学生座位的主要听音区域,就能得到理想的直达声;对于比较大的多媒体教室,如有两层,这时用一对音箱可能不满足室内声学要求,应再增加一对音箱,这两对音箱应位于同一垂直平面上,且让上面一对音箱的主轴线对准上层听众,下面一对音箱的主轴线对准下层听众,同时在摆放音箱本论文由论文由整理提供
tp:///">整理提供时,音箱的主轴线不宜交叉,或交叉角度不宜过大;如果是改建的多媒体教室,长、宽、高比例不一定很理想,对于过长,而宽度较小的教室,宜采用分散式布局,可将音箱线性均匀排列于房间顶部,使在房间前后的听众第3期李兆义:多媒体教室的声学环境分析及设计71均能听到较强的直达声,但要注意直达声须同时到达听众,因此对较前的音箱需加延时器,这样一来就会增加成本;对较宽的教室,宜采用两侧布局的分散式布局方式,原理与顶部布局完全一样;如果多媒体教室较大,则采用混合布局方式.不管采用哪种布局方式,音箱并非越多越好.音箱布局应以多媒体教室的音质要求为原则,切忌铺张浪费,同时音箱的布局还应避免声反馈,如果音箱的布局不合理,容易形成声反馈,影响教学效果,严重时还会损坏电声设备[7].
扩声系统的正确连接还要注意阻抗匹配、电平匹配、功率匹配等问题[8].多媒体教室声学改造完成后,听音评价受到人的主观因素的影响较大,只要室内混响时间和扩声系统达到了设计标准,声音传递平坦、混响适度、畸变小、瞬态好,使教学的声音信息准确无误地传递给每一位受教育者,也就基本上达到了多媒体教室的声学设计要求.
参考文献:
[1]曹揆申.教育电声系统[M].北京:高等教育出版社,1996.
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[4]李耀麟,陈健本论文由整理提供祥.多媒体教室扩声系统优化的研究[J].井冈山学院学报,2008,29(10):43245.
[5]宁伟.多媒体综合教室视听环境建设的优化[J].中国现代教育装备,2008,66(8):59260.
关键词建筑物理；教学内容；教学改革；教学新思路
{中图分类号}TU11-4
一、 引言
建筑物理是建筑环境科学的基本组成部分，也是支撑建筑学专业的理论课程。建筑物理是培养高级建筑设计人才不可缺少的专业基础课程，建筑设计人员必须掌握一定的建筑物理知识，否则就不可能圆满的解决建筑中有关声、光、热的设计技术问题，也不可能保证建筑的设计质量。但是，就目前高校的本课程教学来看，学生对本门课程兴趣小，认识不到重要性，教学过程中感觉此课程内容无聊、繁杂，无实际应用价值，公式生硬等问题，由此造成缺课率高，及格率低，教学效果差等后果。
怎样调动学生的学习积极性，让学生认识到此课程的重要性，引导学生结合感兴趣的设计课程自主、自发学习呢？改革传统教学方法，结合实际探索新思路，新方法成为教授这门课程的教师的首要问题。本文通过在建筑物理课程教学中的实践，结合市场应用人才的需要提出新教学思路，以期对本门课程教学的可持续性发展提供一定的理论支持。
二、 课程内容及特点
建筑物理是建筑学专业课程中的必修课，体现了建筑设计学科的技术科学属性。建筑物理课程内容包含三大部分：建筑热工学，建筑声学和建筑光学。三大部分的每一部分都与建筑规划、设计甚至施工管理密切相关。特别是集成设计方法和建筑的全寿命周期研究成为主流后，更体现了建筑物理等一系列建筑技术知识的重要性。建筑热工学主要关于建筑传热、保温与节能、围护结构的传湿与防潮、建筑防热及建筑日照。根据国家的节能政策要求，设计院的建筑施工图里必须包含建筑节能设计，并且符合国家节能标准规范的要求（国家颁布了一系列相关节能标准及规范），否则第三方审图不通过。所以，建筑热工的重要性已经体现出来了。建筑声学主要包括声学基本原理，材料和结构的声学特性，室内音质设计和噪声控制内容。国家也颁布了《民用建筑隔声设计规范》，《体育馆声学设计及测量规程》，《厅堂混响时间测量规范》，《驻波管法吸声系数声阻抗率测量规范》。对声学的教学，大部分高校只停留在理论教授的阶段；对声学的设计，声学要求严格的建筑大部分聘请国外专家设计，而国内普通的建筑很少进行声学的设计和研究，所以，学生能接触到的设计实际案例很少。建筑光学主要包括光学基本原理，自然采光和建筑照明。国家正式颁布的标准有《建筑采光设计标准》和《建筑照明设计标准》。目前只有建筑热工的节能设计国家实施了图纸审核强制性政策，而对建筑声学和光学的设计审核并没有普遍控制，只是对特殊性建筑进行了控制。
总之，建筑物理知识对提高设计质量，促进建筑工业现代化就有很重大的意义。因此，在专业的教育中，必须加强建筑物理的教学工作；在设计工作中，必须充分应用建筑物理技术。
三、 教学新思路、新方法
（一） 理论与课程大作业结合的教学新方法
建筑物理内容比较清晰、明确，跟建筑学专业学习过程中的大作业可以紧密联系，提高理论应用能力。
1. 以建筑热工为主导的设计作业
与设计教学教师沟通以《民用建筑节能设计标准》、《民用建筑热工设计规范》为依据，布置公共建筑的设计作业。设计过程中，设计指导教师和建筑物理教学教师联合指导学生的设计作业，做到设计、技术的良好结合，提高大作业的设计水平。以目前已出版的《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》和《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》为准则，布置住宅建筑的设计作业，同样，设计、技术教师共同指导学生的方案设计，达到教学的理想效果。
2. 以建筑声学为目的的设计作业
普通建筑的设计对声学要求不高，结合建筑声学理论知识的学习，布置能够充分应用其理论的设计作业，例如：音乐厅、报告厅、演播室等。并结合相关的声学设计成功案例，让学生能够理论联系实际，更深刻的理解声学的原理和应用。
3.以建筑光学为主题的设计作业
以光为主题，结合某些建筑对自然采光、建筑照明要求侧重点不同的特点，布置相关设计作业。或者以建筑光学为设计理念进行年级内的设计比赛或参加国内大学生建筑设计比赛，提高学生学习的积极性，从而更好的提高教学的效果。
4. 体现建筑技术的毕业综合设计
经过阶段理论学习和设计训练，在毕业设计中，体现建筑节能、建筑技术的理念，追求三者的和谐结合，更深远的影响学生的设计思想。
（二） 理论与实际设计结合的教学新方法
这方面的思路主要体现建筑热工的设计，因为国家目前规定，建筑设计施工图中必须包含建筑节能的设计，并单独提出建筑节能设计说明，体现了节能方面的重要性。结合这一点，在建筑热工学习过程中，以学生寝室或组为单位，以设计院施工图审查为标准，共同完成某建筑的节能设计，并作为最后成绩评定的依据之一，提高学生的实践应用能力。
（三） 理论、试验、研究结合的教学新方法
建筑物理的声、光、热知识，除了设计应用外，更多的应用于研究中，结合这一思路，辅助简单仪器设备，做些相关的试验、研究，以试验报告的方式体现教学理念。并且，相关的试验应以自己的设计作业为案例进行，避免设计和试验的分家，达不到理想的教学效果。
四、 结语
结合传统的教学方法，体现教学新思路，理论指导设计，设计结合试验，试验总结研究。让学生的实践能力得到提高，让教师的教学得到提升，达到双赢的局面。
参考文献：
[1]刘加平.建筑物理[M].中国建筑工业出版社
[2]GB50176-93民用建筑热工设计规范.[S].
[3]JGJ26-95民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）.[S].
[4]莫雷.教育心理学[M].教育科学出版社
关键词：潜艇；机械噪声；控制技术
当前的国际环境处于风云变幻的发展状态，全球一体化既增强了国家之间的交往，缩短了地域之间的距离，同时也造成了大量的国际摩擦。在运用和平外交手段解决国际问题的同时，必须增强国防力量尤其是制海权和制空权，从而有效保证我国的和领土权益。潜艇是海军的主战力量，由于具有高度的隐蔽性和突发攻击能力，使其在多项军事行动中具有显著的优势，成为现代国防必须加快建设的重点领域，而解决潜艇机械噪声问题则是提升潜艇整体性能的强有力保障。
1.潜艇噪声产生因素分析
从潜艇自身结构以及运行环境来看，导致潜艇噪声的因素有以下三个方面：第一是潜艇主体机械振动产生的噪声，这也是潜艇噪声的最主要来源，具体内容包括机械设备和管路系统通过基座与非支撑构件激励潜艇振动向水中辐射的噪声以及潜艇舱室内空气振动引发的噪声并向水中投射因此的次生噪声，此外冷却水管中的流体脉象同样能够向水中辐射噪声；第二是潜艇螺旋桨运转时各部分构件造成的噪声，主要有旋转噪声、尾涡噪声、湍流噪声、空气噪声，当螺旋桨旋转时会产生很大的脉动压力，其中大部分压力通过轴承系统对潜艇舱体形成激励进而产生噪声；第三是潜艇自身与水流之间相互作用产生的噪声，根据流体力学以及声学理论，当水流经过潜艇舱体表面尤其是突出体、附件以及空腔时更容易发出噪声。
综合来看，潜艇噪声是引发潜艇机械噪声的主要因素，这种因素能够对处于低速巡航状态的潜艇造成极为不利的影响，因此要实现潜艇安静化运行首先就要解决潜艇机械噪声问题。虽然引发潜艇机械噪声的途径和噪声的形式比较多样，但是从声源理论、声音传播理论以及声接受理论可以知道，控制潜艇机械噪声的原理与工业噪声控制原理具有一致性，也即是从控制声源和声传播途径入手，具体措施包括开发和运用低噪声设施，隔绝振动，减小振动，改进振动以及激励力传播材料等。
2.潜艇机械噪声控制技术
潜艇机械噪声控制系统包含两个方面，第一是声源控制，第二是噪声传播途径控制，基于这两方面的考虑，本文从潜艇设备的选用、布置、安装、基座设计、结构阻尼、振动隔离、弹性阻尼以及消声瓦屏蔽等方面进行全面的论述。
降噪设备的选用是控制潜艇机械噪声的基础措施，选用的设备振动系数和噪声量级越低，就越能够实现潜艇的安静化运行。对于设备降噪效果产生重要影响的因素为激励力特性的表征参数，在计算这一参数时，要设定严格的计算方法和测试环境，比较常用的方法有互易原理以等效力方法，
在选择完成合适的降噪设备之后要进行设备布置和弹性安装，为了降低直接激励，应该将设备安装到舱室隔壁，在条件允许的情况下还可以将设备与甲板相连，并注意在设备布置过程中尽量减少对耐压壳体的压力，可以使用切向受力方式完成安装，这种安装方式能够有效增强机械噪声在传递过程中的耗损，从而降低了水中投射。此外还应注意要统一安装动力机械设备，这样可以有效简化声学处理流程。
基座的壳体的振动控制在很大程度上决定了设备的降噪效果，因此要坚持以下三个原则：第一是避免或者尽量降低基座的振动与机械设备激励产生共振；第二是在保证机械运行和动力设备安装的前提下，要充分加厚基座板面；第三是在设置基座传递函数值时要保持在合适的范围。在基座和客体振动控制中要明确设备、基座、水中振动和噪声的定量关系，从而确定潜艇运行噪声的目标值以及激励特征，这一过程通常要靠对支撑结构的声学设计量的推算来完成。
3.发展潜艇机械噪声控制技术的几点建议
从目前的研究成果和理论建设来看，我国的潜艇机械噪声控制技术存在很多有待完善的地方，尤其是要加强潜艇噪声传播理论和基础试验的研究力度，并重点发展以下几个方面：第一是建立和完善潜艇机械噪声的评价体系，并通过基础理论建设逐步完善评估方法的确立，从而增强潜艇机械噪声控制技术设计开发的目的性，拓宽设计和优化空间；第二是加强对于潜艇模型的研究，严格根据实体潜艇设计出能够客观评估降噪效果的多维化潜艇模型，并通过计算机技术对降噪效果进行预测，减小开发设计的盲目性；第三是完善跟踪设施的开发，并提升信息反馈技术和计算能力；第四是结合现代制造工艺，大力开发降噪材料，将新型元器件与潜艇进行有机的结合。
4.结论：
我国的潜艇声隐身技术发展相对较晚，其基础理论建设以及实验研究仍具有很多薄弱环节，因此强化潜艇性能实现潜艇安静化的战略目标必须做好全局性的规划，协调发展理论层面、技术层面、材料科学层面等方面的研究，力争建设一套具有高性能和现代科学技术支持的潜艇机械噪声控制体系。
参考文献：
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关键词：噪声污染控制；项目式教学；教学方法改革；工程实践能力；人才培养模式
中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）14-0008-03
项目式教学作为一种新型的教育模式越来越受到人们的关注。[1，2]项目教学法是指将传统学科体系中的知识内容转化为若干个教学项目，理论与项目结合，围绕项目组织和展开的教学行动，是一种“行为引导式”的教学形式，也是一种通过组织学生参与项目设计、实施来完成教学任务的过程。[3]其目的是使学生在参与项目完成的过程中，将理论知识与实践能力有机地结合起来，提高学生解决实际问题的能力。
噪声污染控制工程是环境工程专业水、气、声、渣四大专业课程之一，课程主要介绍噪声污染及控制的基本概念、原理和工程设计。通过本课程的学习，使学生在掌握环境噪声及控制技术的有关理论、方法及本领域内的最新发展的基础上，能进行噪声控制构件的设计及工程治理方案的设计。本门课程传统的教学方法是以教师为中心，强调知识的传授，把学生当做知识灌输的对象，然而在这种教学方法的实践过程中发现学生积极性不高，主动性不强，听课效率低，对知识的运用能力不高。而项目式教学是一种新型的教育方法，符合构建主义学习理论，强调以学生为中心，使学生由被动接受者、知识的灌输对象转变为信息加工的主体，使教师由知识的传授者、灌输者转变为学生主动学习的帮助者、促进者。[4]将这种教育模式引入噪声污染控制工程课程中，能为培养环境工程高级工程技术人才提供很大的帮助。
一、目前课程教学现状及存在的主要问题
“噪声污染控制工程”要求学生掌握环境噪声学的基础理论知识及其控制技术的理论和方法。目前课程主要是在声学基本知识基础上，逐个介绍各种噪声控制的方法和设备。授课的主要内容和授课顺序如下：
第一部分：理论基础课。
第二部分：噪声控制技术。
按目前的授课内容和顺序，是从理论教学开始，逐渐深入，然后再拓展到工程应用，最后是工程实例，学生虽也能循序渐进地逐个学习，但是由于课程前半个学期是以理论性较强的声学基础为主，不易提起学生的学习兴趣，使学生的学习缺乏探究性和解决实际问题的需要性，课堂气氛比较松垮。理论基础课和工程技术课程的联系不够密切，学生在前半个学期基本以理论课为主，课程内容相对较枯燥，授课难度增加，听课理解力的要求也增加。而后半学期以工程技术为主，学生碰到实际问题，虽能提出解决问题的方法，但又不能很好地和前面的理论知识结合。
二、教学方法改革理念及思路
噪声控制工程作为环境工程专业水、气、声、渣四大专业课程之一，最终是为了学生通过本课程的学习，掌握噪声控制技术及有关理论，而掌握噪声污染控制工程设计是本课程的主要目的之一。
为了提高学生课堂学习兴趣，变被动的灌输式学习为主动的探索性学习，为了能使学生带着实际工程问题去学习，使学生通过本课程的学习能熟练地设计噪声污染工程治理方案，且能将理论和实际密切地联系起来，笔者对本课程进行了教学方法改革，应用项目式教学方法为主，启发式和研讨式教学方法为辅进行教学，基本思路为：
1.课程的开始就提出一个典型的、学生较感兴趣的、又较综合性的噪声治理工程，从该工程出发，引出各种噪声治理技术、国家相关声环境标准和噪声排放标准，再引伸至一些相关的声学理论。
2.然后出一个工程实例的题目，让学生试着自己设计一个工程治理的方案，并说明设计的依据，要求学生每人准备一分PPT演讲稿，上讲台讲解自己的设计方案。这样，学生就会本着解决问题的出发点，去学习，去思索。学生在做这个设计的过程中，会进一步逐个去了解各个噪声控制技术，为了说明设计依据，会进一步去理解声学理论基础。
3.最后教师在学生设计的基础上再详细讲解各种控制技术的优势和缺陷，各种控制技术的特性和原理，各种控制技术的使用注意点等等，再举出若干典型行业的噪声污染控制实例，巩固学生的理论知识和工程技术设计能力。
4.本课程学生的最后总评成绩综合学生的设计方案作业、期末考试及课堂平时情况等三方面的成绩。
三、教学方法改革具体实践方案
本教学方法的改革，旨在通过项目式教学，使学生具有噪声污染控制工程设计的能力，掌握相关的声学理论，并且能将理论和实际密切联系；使学生提高课堂学习兴趣，变被动的灌输式学习为主动的探索性学习。具体的方案如下：
第一步：
第二步：
第三步：
在本方案中，基本遵循了由工程实例到理论知识的讲解，再由学生出发，通过对工程方案的设计，加深对知识在实践上的理解，然后再回到理论知识讲解这样一个教学过程。在此过程中，教学始终围绕项目而展开，项目需要什么，学生就学什么，项目要做什么，学生就做什么。采用这种项目式教学突破了传统教学方法的局限，相比于传统的课堂教学，项目教学主要具有以下几方面的优点：①从学生获取知识方面来说，学生由原来的被动灌输转换成主动探取，增强了学生对知识学习的目的性与实用性，在完成设计的过程中，能学到更多的知识。②从教师教学方面来说，授课方式由灌输变为引导。一方面，能让学生主动去寻找工程案例并从中得到学习，激发了学生主动学习的欲望；另一方面，教师作为保证项目教学成功的关键因素，[5]对其有更高的要求，教师需要做好一位引导者。③从知识体系的传授上来讲，知识技能的传授由原来的按部就班转变为多点开花，而学生在完成项目的同时又能将基本的知识整合，增加了学生对理论的记忆。④项目教学有着与众不同的教育方式，有利于学生实践能力、专业能力，以及创新能力的培养，有利于环境工程创新人才的培养。项目式教学打破了传统课堂教学中学生学习知识的思维定势，学生遇到问题后需要更加主动地思考，自己来解决项目设计、实施中遇到各种问题，而不是被动的听教师讲解，有利于积极活跃的思维模式的培养。
四、项目式教学总结
在噪声污染控制工程课程的教学过程中，应注意解决以下几个问题：（1）采用项目式教学是不能急于求成，应注意与其他方法如问题式教学、启发式教学和研讨式教学的组合应用，循序渐进的推进项目式教学的开展。（2）在学生选取自己设计的方案时，教师应把握好难度与实用价值，这样才能激发学生学习的热情与积极性，增加学生完成方案后的成就感。（3）项目式教学在知识和能力上对教师提出了更高的要求，要求教师对课程有一个系统的思路，明了学生的学习进程，根据学生特点设计出全面平衡的教学方案，使学生积极参与到课程的学习中来。
五、结束语
通过课程教学方法的改革，改被动的灌输性教学为主动的探索性的项目式教学，极大地提高了学生的学习积极性和参与性，提高了课堂互动气氛，大大提高了学生的工程实践能力，实实在在具有噪声污染控制工程设计的能力，同时灵活地掌握相关的理论，并且能将理论和实际密切联系，为工程类的学生的学习和工作打下了良好的基础。
参考文献：
[1]黄蔚艳.项目式作业在高等教学中的应用研究[J].创新与创业教育，2011，2（2）：59-62.
[2]陈桢，范华锋.项目教学在高职数据库教学中的探索与实践[J].中国电力教育，2010，（27）：76-77.
[3]江晖.项目式教学法探索与实践[J].大众科技，2010，（8）：178.
关键词：数字信号处理；MATLAB仿真；教学改革
作者简介：李磊（1981-），男，河南南阳人，郑州大学物理工程学院，讲师；杨洁（1983-），女，河南商丘人，郑州大学物理工程学院，讲师。（河南 郑州 450001）
基金项目：本文系2012年度教育部大学生创新创业训练计划课题（项目编号：1210459084）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）23-0056-02
“数字信号处理”课程是电子信息、通信工程、自动化工程及相近专业必修的专业课，在电气工程、测控技术、计算机技术等领域得到了广泛应用。[1]当前国家越来越重视大学生的创新意识和实践能力的培养。通过实施教育部大学生创新创业训练计划和卓越工程师计划，促进高等学校转变教育思想观念，改革人才培养模式，强化创新创业能力训练，增强高校学生的创新能力和在创新基础上的工程实践能力，培养适应创新型国家建设需要的高水平创新人才。为了提高学生的创新意识和应用知识解决实际问题的工程实践能力，需要调整“数字信号处理”课程的教学内容，引入新的教学手段和教学方法来提高学生学习的积极性，这是专业基础课教师所面临的重要课题。笔者介绍了一种针对本科生教学的分层教学模式，突破单一的理论灌输的教学弊端，显著提高学生们学以致用的能力，并运用实例介绍了这种分层教学模式。
一、“数字信号处理”课程教学现状
数字信号处理是一门理论性很强的课程，内容抽象，公式繁多，课程内容涉及很多数学推导与计算。目前，传统的教学模式主要存在以下问题：[2，3]
1.教学内容过度重视理论推导，不注重理论和实践相结合
国内大学的很多任课老师往往注重讲授公式性质、定理的由来，注重理论的严谨与正确性，这势必大大占据有限的授课时间。这种教学思路使课程陷于数学推导和计算，而使学生感到枯燥乏味，抓不住重点，教学效果大打折扣。
2.课程实验内容单一，与工程实践还有距离
课程实验内容一般都以MATLAB软件作为仿真平台，对课程中的时域离散信号、系统的时频域理论和数字滤波器设计理论进行仿真实验。诚然，MATLAB仿真软件作为信号处理的实验手段，具有信息量大、形象直观的特点，在很大程度上补充了单一的理论教学模式。但是仿真手段毕竟是理论的数学编程，还是脱离了工程应用的实际背景。仿真不能完全取代本课程的实验和实践内容。算法仿真内容过于形式化、过于简单，只能作为工程实践的前期阶段设计内容。
二、分层教学法原则与内容
传统的数字信号处理课程大多只讨论算法的理论及其推导，较少涉及工程实现方法及相应的软硬件技术。大学的教学应是理论教学、实践教学和科学研究为一体的，实践教学作为理论和科学研究的桥梁，是现有理论的源头，也是未来科研开拓的基础。理论课程应实现教学形式的多样化，包括多种实验、课程设计、科技竞赛和创新活动等。数字信号处理课程可以分为理论学习，算法仿真，数字信号处理工程应用平台实验，课题为导向的数字信号处理课程工程实践拓展训练四个层次。[4]
1.第1层：理论学习
广义来说，数字信号处理是研究用数字方法对信号进行分析、变换、滤波、检测、调制、解调以及快速算法的一门技术学科。目前本科生只是学习经典的数字信号处理理论，主要包括有关数字滤波技术、离散变换快速算法和谱分析方法。因为教学时间有限，现代信号处理或者数字图像处理的内容只能根据项目需求有针对性进行学习和研究。教师可以鼓励学生去搜索相关文献，查找资料，激发他们的自学热情和能力。
2.第2层：算法仿真
算法仿真往往是电子信息工程实施以前必经的重要阶段。MATLAB语言具有强大的科学计算和可视化功能。它作为数字信号处理的有力助手，成为教学的重要部分。其以矩阵运算为基础，具有丰富的数值计算功能，强大的绘图功能，更重要的是具有完备的数字信号处理函数工具箱。比如FIR滤波器的设计，包含三种方法：程序设计法、FDATool设计法和SPTool设计法。其中FDATool（Filter Design & Analysis Tool）是MATLAB信号处理工具箱专用的滤波器设计分析工具，操作简单、灵活，可以采用多种方法设计FIR和IIR滤波器。在MATLAB命令窗口输入FDATool后回车就会弹出FDATool界面。SPTool是MATLAB信号处理工具箱中自带的交互式图形用户界面工具，它包含了信号处理工具箱中的大部分函数，可以方便快捷地对信号、滤波器及频谱进行分析、设计和浏览。学生可以采用MATLAB进行电子工程中算法的前期仿真，然后将MATLAB程序转换成C语言移植到硬件平台上。
3.第3层：数字信号处理工程应用平台实验
数字信号处理算法需要借助特有的硬件平台实现工程应用，采用的编程语言一般是C语言。目前数字信号处理系统的硬件实现方式一般有三种：（1）利用通用可编程DSP芯片进行开发的方式。由于是采用基于C语言进行编程，算法实现过程简单，但资源受到限制，并行度差。（2）采用专用集成电路ASIC方式进行开发。虽然效率高，但开发流程长，成本高，开发出来的系统不能更改。（3）采用FPGA芯片进行开发。可以提供高效率和高质量的数字系统。在实际硬件平台选型中，使学生能够对单片机、ARM、DSP、FPGA的应用领域加以区分，从而更加深刻认识到DSP和FPGA实现数字信号处理的巨大优势。
4.第4层：课题为导向的“数字信号处理”课程工程实践拓展训练
课题为导向的教学模式是提高学生实践能力的新型教学模式。它以大学生创新实验项目为平台，以基于案例为教学模式，以科学研究的方式组织和引导学生获取和运用知识，培养学生创新性思维和分析解决问题的能力。这种方式克服了教学和实验中单纯模仿的弊端，发挥学生的主观能动性，拓展学生的眼界，引导学生解决开放性问题，促使学生不断提出新问题、发现新问题和解决新问题。
以上这四个层次并不是单一的顺序递进关系，而是不断交互的关系。比如工程实际问题的解决过程往往促使学生回归理论学习层次去深入研究，反过来能够更好地去解决工程实践中遇到的技术难题。算法仿真采用的MATLAB语言需要转换成数字信号处理工程应用平台实验使用的C语言进行移植，这也需要第二层和第三层内容的不断交互。
三、教学实例
为了实现对学生实践能力的综合培养、潜力开发和工程创新精神的激励，学校积极为学生们搭建工程实验平台，为学生参加“全国电子设计竞赛”、全国挑战杯、大学生创新实验计划项目等活动奠定基础。下面基于教育部大学生创新实验课题“基于麦克风阵列声源定位的动态视频跟踪系统”来例证“数字信号处理”课程的分层教学模式。[5]
首先，学生们经过调研确定项目需求，选取合适的算法模型进行研究。基于课题驱动的教学模式促使学生从需求这个工程项目源头进行考虑。经过广泛的调研，学生们发现在日常生活中，常规的摄像头监控系统的摄像头安装是固定的，监控方位是静态的，只能监控有限的方位区间。这样的监控系统监控方位区间狭窄，难免存在很大的监控盲区，无法很好地实现监控功能。由人类的耳朵和眼睛协调工作的仿生原理得到启发，人类的耳朵相当于一个二元声音传感器阵列，捕捉到声源信息，通过大脑判断，得到声源的方位信息。然后驱动我们的脖子扭转到声源方向，我们的眼睛就可以实时看到声源目标，做出视觉的判断。为此，学生们用微型麦克风阵列来代替人耳，用一个步进电机来代替脖子，用摄像头代替眼睛，用DSP处理器来代替人脑实现信号的运算处理和控制功能，从而实现一个基于麦克风阵列声源定位的动态视频跟踪系统，如图1所示。这样，该视频监控系统通过麦克风阵列进行多传感器联合信号处理，可以首先根据声源的声音有无来判断是否启动监控，再通过声源的方位可以驱动步进电机，自动转动摄像头跟踪实时运动的目标，实现无盲区、全角度实时自动监控。
算法模型的确定促使学生广泛阅读文献，最终找到了阵列信号处理理论作为麦克风阵列数学建模的理论基础。通过MATLAB仿真分别分析了仿真的宽带音频信号和实验采集的音频信号，验证理论模型和实验结果能够很好地匹配。该本科生研发团队把宽频声音信号的特点和传统的远场声源方位估计算法相结合，依据到达时间差的声源定位原理，提出了一种频域波束形成算法，系统框图如图2所示。系统上电后，多路麦克风分别接收音频信号，并进行采样缓存，送入DSP处理器中进行端点检测，如当前信号为噪声或无用信号，则丢掉已采集的信号帧数据；如检测到有用信号，则对其进行频域波束形成和进一步处理，最后采用基于能量值的谱搜索算法计算出声源的方位，从而控制步进电机驱动摄像头转向声源所在方位，使声源出现在摄像头视野范围内。该课题针对当前智能视频监控存在的监控盲区的问题，提出并实现了一种基于麦克风阵列的宽频声源定位系统。通过采用频域波束形成和基于能量值的谱搜索算法，实现了二维空间声源的快速准确定位。经验证该系统在室内及室外对各种声源的实时响应表现良好，在现代视频监控中具有一定的工程实用意义。通过该课题学生们申请了实用新型专利和发明专利各一项，学术期刊论文2篇，了解了电子信息工程设计的步骤和培养了科学研究的基本素养。
四、结语
按照上述的分层次递进教学模式，使学生按照基础理论实验、仿真实验和DSP工程实现理论和实践的交互学习。这一体系从简单到复杂，从理论到实践，循序渐进，逐步提高。经过工程实践的训练，激发了学生们学习“数字信号处理”课程的热情，巩固了课本上的知识，拓展了工程实践的视野。同时，大大提高了学生们独立解决问题的能力和工程实践创新能力。学生在专利申请和论文撰写的训练中，实践了科学研究的方法，为将来的科学研究奠定基础。通过上述的教学实践，取得了良好的教学效果，得到了广大师生的认可。
参考文献：
[1]程佩青.数字信号处理教程[M].北京：清华大学出版社，2007.
[2]王典.数字信号处理课程分类和分层教学模式探索[J].实验技术与管理，2013，（2）：31-32.
[3]魏强，等.课题驱动式教学在《数字信号处理》课程中的探索与实践[J].教育教学论坛，2012，（20）：212-213.
如今，随着现代科学技术论文联盟的发展，计算机早已进入“寻常百姓家”，走进学校、走进课堂。那么，计算机辅助历史教学有何具体作用呢
一、多媒体计算机是历史教师得力的助手
历史学科的过去性和不可重复性，一直是教学中的难点，因此历史知识的形象化、具体化是学生获得理性认识的重要条件。传统教学一般利用课本插图、历史挂图或幻灯演示，但这些手段缺乏动感、不够直观和形象，而计算机辅助教学却可以克服这些局限性。首先，计算机可以替代以上各种手段，将多种素材有机地融为一体，具体表现为多媒体课件的运用。课堂上，教师只需轻点鼠标就可将预置的图文表画等资料展示在屏幕上，方便快捷，大大节约了教学时间，加大了课堂的容量。其次，计算机还具有强大的多媒体功能，集文字、表格、图像、声音、动画和视频为一体，教师可以根据教学需求，通过计算机演示形象生动的动画、色彩丰富的历史图片和声情并茂的有声画面等。总之，计算机的使用可以使抽象的问题形象化、静态的问题动态化，尤其在帮助教师解决一些难以用语言表述而学生又难以理解的问题上，发挥了巨大的优势。
二、计算机辅助历史教学可以极大提高学生的学习兴趣
在传统教学中，教师上课凭的就是“一根粉笔一张嘴”，是一种“单媒体”活动，而有关资料表明：众对通过听觉获取的知识能记忆15%，从视觉获取的知识能记忆25%，如果把听觉、视觉结合起来，能够记忆的内容就可高达65%。而计算机辅助教学恰恰在视听效果方面具有独特的优势，它以声光结合的手段给学生以强烈的刺激和心灵的震撼，引发学生的好奇心，调动学生全身的神经细胞，从而使学生在教师设计的“质疑——思考
转贴于论文联盟
分析——解疑”的各个环节都可以保持高度的兴奋，激起他们的学习兴趣、提高他们的学习效率。在我制作的《帝国主义瓜分中国的狂潮》课件中，各种资料的出现设计为不同的形式、不同的动画，并伴有不同的声响效果。当德国出现时，我配以震耳欲聋的炮声，使学生对这个抢先在中国强占租借地和划分“势力范围”的帝国主义的急先锋产生深刻的印象，而俄、法、英、日则同时出现，并配以急刹车的声音，以此来体现这四个国家继德国之后，一哄而上，纷纷在中国抢占地盘的情况。对于最形象的《时局图》，我在原图的基础上,沿着熊、肠、虎、蛙、日、鹰等物体的外圈各加画了一条封闭的曲线，其动画设计为闪烁；在声音效果上，前四个设计为激光，最后一个（鹰）设计为鹰的声音，以此来反论文联盟映美国因故来迟而急不可耐的心情。
三、计算机辅助教学是历史课堂实施素质教育的有效手段
一、前言
当今世界上，汽车的噪声和有害气体的排放已成为汽车污染环境的首要问题。由于对生存环境的关心，人们力求降低汽车的噪声，而发动机又是汽车最重要的噪声源。因此，汽车发动机的低噪音化研究是很必要的。近年来，随着计算机技术的飞速发展，在汽车产品开发方面，CAE技术已经大量应用。在零部件以及整车尚未制造出来时，使用C AE技术可以对它们的强度、可靠性以及各种特性进行计算分析，在计算机上进行“试验”。
模态分析技术是现代机械产品结构设计、分析的基础，是分析结构系统动态特性强有力的工具。计算模态分析可以预测产品的动态特性，为结构优化设计提供依据。模态分析是研究结构动力特性的一种方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。
二、模态分析基本理论
振动模态是弹性结构固有的、整体的特性，通过模态分析方法得到结构各阶模态的主要特性，就可能预知结构在此频段内，在外部或是内部各种振源作用下的实际振动响应，而且一旦通过模态分析知道模态参数并给予验证，就可以将这些参数用于设计过程，优化系统动态性能。
模态分析过程如果是由有限元计算的方法取得的，称为是数值模态分析。结构模态分析是结构动态设计的核心，其目的是利用模态变换矩阵将耦合的复杂自由度系统解耦为一系列单自由度系统振动的线性叠加，为结构系统的振动特性分析，振动故障诊断与预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。
1.结构动力学方程
对一个线性多自由度系统，其动力学平衡方程可表示为：
2.结构的自由振动
由此，求解一个多自由度系统的固有频率和振型的问题就归结为求方程组（5）的特征值和特征向量问题。
由于一般情况下，有限元分析中系统的模型较大，且不需要提取全部模态，所以多选用迭代法求解，常用的方法有子空间迭代法（Subspace Method）和兰索斯法（Block Lanczos Method）等。
子空间迭代法采用子空间迭代技术，它内部使用广义的Jacobi算法，由于该法采用完整的[ K]和[M]矩阵，因此精度很高。适用于提取大模型的少数阶模态（40阶以下），且内存有限时。
兰索斯法是用一组向量来实现兰索斯法递归的，这种方法和子空间迭代法一样精确，但速度更快。适用于提取大模型的多阶模态（40阶以上），但对内存要求高。
三、计算模态分析在发动机上的应用
计算模态分析的过程就是通过有限元软件自动求解一个多自由度系统的特征值和特征向量，通过有限元软件的后处理功能，将固有频率和振型数字化和动态显示。
目前，计算模态分析已经大量地应用在了发动机的开发过程中。其中一个主要功用就是分析结构的模态频率与发动机共振频率之间的关系。如果模态分析的结果显示：结构的第一阶模态频率低于发动机的共振频率，则结构必然会被发动机本身的激振力激励从而产生共振。如果连接处进行相应的减震措施或者共振零部件的阻尼较大，则对零部件的寿命影响较小，否则将会产生失效现象。
某发动机在进行台架试验过程中，出现水泵螺栓断裂现象，经过对水泵及其连接零部件进行的组合模态分析后发现，组合模态第一阶频率为237Hz，低于共振频率要求的240H z，导致连接螺栓断裂。然后分析模态阵型，发现第一阶模态阵型为水泵组件向外扩展，向外扩展的阵型本身就容易使连接螺栓内部产生较大的剪切应力。而由于模态频率处在共振范围之内，导致剪切应力变大，最终使螺栓断裂。通过在缸体与水泵之间增加一个连接支架，将整个组件的模态频率提高到了301H z，避开共振频率之后，螺栓断裂的情况就消失了。
计算模态分析的另一个主要功用就是分析结构的模态频率与发动机噪声频率之间的关系。
众所周知，发动机的噪声主要是燃烧噪声和机械噪声，而这两种噪声都是通过零部件的表面向外辐射的。而根据声学理论可以知道，噪声较大的位置必然集中在振动面积和振动速度同时很大的位置上。通过噪声测试之后的频谱分析可以确定噪声最大的频率范围，再通过声源定位确定辐射噪声最大的零件，通过模态分析，可以计算得到零部件在这个频率下的阵型，找到振动面积最大的位置，通过增加加强筋等手段，改变其频率或者减少振动面积，从而达到降低噪声的目的。
四、结语
本文从理论出发，阐述了计算模态分析在理论以及计算手段上已经趋于成熟的计算方法，同时简述了计算模态分析与发动机振动和噪声的相关性。本文同时确定了计算模态分析可以在发动机遇到振动和噪声的问题的时候成为一种可靠的解决手段。
参考文献
[1]方华.柴油机机体及油底壳低噪声结构的数值模拟研究.吉林大学博士学位论文，2003.
[2] 倪振华.振动力学.西安交通大学出版设，1990.
[3] 杨庆佛.内燃机噪声控制.山西人民出版设，1985.
