برنامج محاكاة المجال الصوتي الكبير RAYNOISE من بلجيكا

مقدمة في برنامج الصوتيات الهندسية راينويس: راينويس هو نظام برمجيات محاكاة مجال الصوت على نطاق واسع تم تطويره بواسطة شركة التصميم الصوتي البلجيكية LMS. وظيفته الرئيسية هي محاكاة سلوكيات صوتية مختلفة للأماكن المغلقة، والأماكن المفتوحة، والأماكن شبه المغلقة. يمكنه محاكاة العملية الفيزيائية لانتشار الصوت بدقة، بما في ذلك: الانعكاس المرآتي، الانعكاس المنتشر، امتصاص الجدران والهواء، الانكسار والنقل، ويمكن في النهاية إعادة إنشاء تأثير الاستماع لموقع الاستقبال. يمكن استخدام النظام على نطاق واسع في تصميم جودة الصوت في القاعات، وتوقع الضوضاء الصناعية والسيطرة عليها، وتصميم معدات التسجيل، وتصميم أنظمة الصوت في الأماكن العامة مثل المطارات، والمترو، والمحطات، وتقدير الضوضاء في الطرق، والسكك الحديدية، والملاعب.
المبادئ الأساسية لنظام راينويس:
يمكن اعتبار نظام RAYNOISE بشكل أساسي كنظام تجسيد جودة الصوت (للحصول على تفاصيل حول "التجسيد الصوتي"، انظر المرجع [1]). يعتمد بشكل رئيسي على الصوتيات الهندسية. تفترض الصوتيات الهندسية أن الموجات الصوتية في بيئة صوتية تنتشر في شكل أشعة صوتية. بعد الاصطدام بوسيط أو واجهة (مثل جدار)، ستفقد جزءًا من طاقة الشعاع الصوتي. بهذه الطريقة، يختلف نمط تراكم الطاقة للموجة الصوتية في مواقع مختلفة في المجال الصوتي. إذا اعتُبرت البيئة الصوتية كنظام خطي، فيمكن الحصول على التأثير الصوتي في أي موقع في البيئة الصوتية من خلال خصائص مصدر الصوت فقط بمعرفة استجابة النبضة للنظام. لذلك، فإن الحصول على استجابة النبضة هو المفتاح للنظام بأكمله. في الماضي، كانت الطريقة التناظرية تُستخدم في الغالب، أي أنه تم الحصول على استجابة النبضة باستخدام نموذج مصغر. منذ أواخر الثمانينيات، ومع التطور السريع لتكنولوجيا الكمبيوتر، أصبحت التكنولوجيا الرقمية تدريجياً هي السائدة. جوهر التكنولوجيا الرقمية هو استخدام أجهزة الكمبيوتر متعددة الوسائط لبناء نماذج وبرمجة لحساب استجابات النبض. هذه التكنولوجيا بسيطة وسريعة، ولها خصائص تحسين الدقة بشكل مستمر، وهي غير قابلة للمقارنة مع التكنولوجيا التناظرية. هناك طريقتان معروفتان لحساب استجابات النبض: طريقة مصدر الصورة المرآة (MISM) وطريقة تتبع الأشعة (RTM). لكلتا الطريقتين مزاياها وعيوبها [1]. لاحقًا، تم تطوير بعض الطرق التي تجمع بينهما، مثل طريقة الشعاع المخروطي (CBM) وطريقة الشعاع الثلاثي (TBM) [1]. يستخدم RAYNOISE مزيجًا من هاتين الطريقتين كتكنولوجيا أساسية لحساب استجابة النبضة للمجال الصوتي [2].

تطبيق نظام RAYNOISE:

يمكن استخدام RAYNOISE على نطاق واسع في مجالات التنبؤ بالضوضاء الصناعية والتحكم فيها، والبيئة الصوتية، والصوتيات المعمارية، وتصميم الأنظمة الحقيقية المحاكية، ولكن النية الأصلية للمصمم كانت لا تزال الصوتيات الغرفية، أي أنه كان يستخدم بشكل أساسي لمحاكاة جودة الصوت في القاعات عبر الكمبيوتر. لتصميم جودة الصوت في القاعة، يتطلب الأمر أولاً إنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد للقاعة بدقة وسرعة، لأنه مرتبط مباشرة بدقة المحاكاة الحاسوبية. يوفر نظام RAYNOISE واجهة تفاعلية صديقة للمستخدم لنمذجة الكمبيوتر. يمكن للمستخدمين إدخال نماذج ثلاثية الأبعاد تم إنشاؤها بواسطة AutoCAD أو HYPERMESH مباشرة، أو يمكنهم اختيار نماذج من مكتبة نماذج النظام وإكمال تعريف النموذج. تشمل الخطوات الرئيسية للنمذجة: (1) بدء RAYNOISE؛ (2) اختيار النموذج؛ (3) إدخال الأبعاد الهندسية؛ (4) تعريف المواد وخصائص كل سطح (بما في ذلك معامل امتصاص الصوت، إلخ)؛ (5) تعريف خصائص مصدر الصوت؛ (6) تعريف مجال الاستقبال؛ (7) تعليمات أو تعريفات أخرى، مثل عدد خطوط الصوت المدروسة، وعدد مستويات الانعكاس، إلخ. يمكن للمستخدم استخدام الفأرة لعرض خصائص النموذج المحدد وهياكله الداخلية من زوايا مختلفة على الشاشة (مميزة بالألوان). ثم يمكنك بدء الحساب. من خلال معالجة نتائج الحساب، يمكنك الحصول على معلمات صوتية مثل مستوى ضغط الصوت، مستوى الصوت A، مخطط الصدى، ودالة استجابة التردد لنقطة معينة في مجال الاستقبال المعني. إذا كنت لا تزال ترغب في معرفة تأثير الاستماع لهذه النقطة، يمكنك أولاً تحويل استجابة النبض إلى دالة نقل ثنائية الأذن ودمجها مع الإشارة الجافة المسجلة مسبقًا في غرفة الصوتيات، بحيث يمكنك سماع تأثير الاستماع لهذه النقطة من خلال أذنيك.

أصل تقنية "تقليل الضوضاء المحلي"

في الوقت الحاضر، تعتبر تلوث الضوضاء شائعًا في مواقع الصناعة في حقول النفط والغاز. في الصين، تمتلك السيطرة على الضوضاء الظروف الفنية والوسائل للتحول من الحماية السلبية إلى الحماية النشطة، ويمكن أن تبدأ في إجراء المعالجة المناسبة لمواقع الضوضاء العالية بشكل مستهدف. في السنوات الأخيرة، بدأت شركة الصين الوطنية للنفط في زيادة الاستثمار في معالجة مخاطر الضوضاء، وقامت بعض حقول النفط والغاز بتنفيذ مشاريع معالجة الضوضاء على نطاق واسع في مواقع الإنتاج.

في حالة محدودية الاستثمار في معالجة الضوضاء، يمكن استخدام تكنولوجيا الكمبيوتر المتقدمة لتحقيق "تقليل الضوضاء المحلي" في المناطق المحلية، مما يضمن أن تكون مسارات الدوريات الثابتة للعمال أثناء العمل أقل من 85 ديسيبل (A). هذه هي تقنية "تقليل الضوضاء المحلي" في معالجة الضوضاء في صناعة النفط والغاز.

تقنية "تقليل الضوضاء المحلي" وبرنامج محاكاة المجال الصوتي نظام RAYNOISE

عادةً، من أجل التحكم في الضوضاء في مصانع حقول النفط والغاز ذات الضوضاء المفرطة، تفضل معظم الشركات الصوتية تغطية الجدران والأسقف الداخلية بامتصاصات صوتية من هياكل ومواد متنوعة، ثم إجراء معالجة معقولة لعزل الصوت وتقليل الاهتزاز على المعدات التي تصدر ضوضاء عالية. طالما تم استخدام الهيكل والمواد المناسبة لخصائص مجال الصوت وجودة الصوت، وأخذ عوامل مثل التهوية، وتبديد الحرارة، والفحص والصيانة للمعدات في الاعتبار، فإن خطة التصميم المذكورة أعلاه ستحقق عمومًا تأثيرات جيدة في تقليل الضوضاء. لا شك أن هذا يتطلب دعم استثماري كافٍ. إذا كانت استثمارات وحدة البناء في مشاريع التحكم في الضوضاء محدودة أو إذا كانت ترغب في استخدام استثمار محدود للتحكم في المزيد من الأماكن ذات الضوضاء المفرطة، فإن هناك حاجة إلى تقنية جديدة كدعم. يجب أن يُعزى النضج النهائي لتقنية "تقليل الضوضاء المحلية" إلى تطبيق "برنامج محاكاة مجال الصوت RAYNOISE".

برنامج محاكاة مجال الصوت RAYNOISE، وظيفته الرئيسية هي محاكاة سلوكيات صوتية متنوعة في المساحات المغلقة، والمساحات المفتوحة، والمساحات شبه المغلقة، ويمكنه محاكاة العملية الفيزيائية لانتشار الصوت بدقة. يشمل ذلك: الانعكاس المرآتي، الانعكاس المنتشر، امتصاص الجدران والهواء، الانكسار والنقل، ويمكن في النهاية إعادة إنشاء تأثير الاستماع في موقع الاستقبال. يمكن استخدام النظام على نطاق واسع في محاكاة ضوضاء المصانع الصناعية، وتوقع وتحليل الضوضاء في الكبائن، والقطارات، وكبائن السيارات؛ تصميم أنظمة الصوت في الأماكن العامة مثل المطارات، والمترو، والمحطات، وتوقع وتحليل ضوضاء المرور في الطرق، والسكك الحديدية، والأنفاق. على سبيل المثال، يستخدم مسرح داتشينغ نظام RAYNOISE لتصميم تحسين الصوت، وبعض نتائج المحاكاة كما يلي.
طريقة محاكاة تصميم هندسة تقليل الضوضاء هي:
أولاً، قم بإدخال هيكل المبنى في نمذجة الكمبيوتر وفقًا لنسبة الحجم الفعلية، ثم قم بإدخال موقع توزيع مصدر الضوضاء وقيمة الضوضاء في الكمبيوتر، وسيعكس نظام RAYNOISE بيئة المجال الصوتي في هيكل المبنى (معروضًا بطيف لوني).
قم بإدخال تدابير صوتية متنوعة ومقدار تقليل الضوضاء الخاصة بها في نمذجة الكمبيوتر، وسيعكس نظام RAYNOISE التغيرات في بيئة المجال الصوتي في هيكل المبنى (محددًا بتغيرات اللون).
وفقًا لمنطقة حماية العمال المحددة من قبل الطرف A، قم بضبط موقع وتركيب تدابير الصوت عدة مرات وفقًا للحسابات الصوتية والخبرة الهندسية، واختر الحل الأكثر فعالية من حيث التكلفة الذي يمكن أن يجعل البيئة الصوتية لمنطقة الحماية تتوافق مع المعايير من عدة نتائج محاكاة.

يمكن لنظام RAYNOISE محاكاة توزيع مجال الصوت ومعلمات جودة الصوت بدقة عالية وفقًا للقيم المقاسة للضوضاء الفعلية، ومحاكاة حلول مختلفة، والتنبؤ واختبار تأثير تقليل الضوضاء، واكتشاف الروابط الضعيفة في التصميم، وتحسين التصميم. قبل ذلك، لم يكن من الممكن تحقيق تقنية "تقليل الضوضاء المحلي" في التحكم في الضوضاء فقط من خلال الحسابات الصوتية والخبرة الهندسية. من خلال تطبيق نظام RAYNOISE، لا يتم فقط تحقيق مفهوم تقنية "تقليل الضوضاء المحلي"، ولكن يمكن أيضًا إكمال أنواع مختلفة من التصاميم الصوتية بدقة.

3. حالات التطبيق
تستخدم غرفة المضخات في حقل لياوخه النفطي نظام RAYNOISE لتصميم تقليل الضوضاء.
في الظروف العادية، يعمل فقط مضخة سطحية واحدة ومضخة مياه نظيفة واحدة، لذا نحتاج فقط إلى تنفيذ تصميم تقليل الضوضاء وفقًا لظروف تشغيل مضخة واحدة. بعد الكشف والتحليل في الموقع، استخدمنا نظام RAYNOISE لتحليل طيف الضوضاء والمحاكاة الحاسوبية، معتمدين بشكل رئيسي على تصميم تقليل الضوضاء الذي يجمع بين تركيب ماصات الصوت في غرفة المضخة وتركيب حواجز عزل الصوت حول المعدات. يتم استخدام المخططات الأربعة التالية للتحليل المقارن.
آفاق تقنية "تقليل الضوضاء المحلية" "تحقيق الصحة عندما يكون الموظفون بصحة جيدة" هو مفهوم إداري معترف به عمومًا من قبل مديري السلامة وحماية البيئة اليوم. مع التطور الذكي في التحكم في الضوضاء وإدارتها، ستدخل إدارة الضوضاء في مواقع الصناعة النفطية والغازية (مثل غرف المضخات، غرف الغلايات أو غرف التدفئة، غرف المراوح، غرف المحركات، غرف الضواغط، غرف المولدات، ورش أنابيب النفط، مواقع الحفر وغرف الواجبات الداعمة، إلخ) مرحلة جديدة من التطور تحت تأثير تقنية "تقليل الضوضاء المحلية".
التحكم في الضوضاء الصناعية
• تحديد مستوى ضغط الصوت للضوضاء الناتجة عن الآلات والمعدات في المصنع
• حساب الضوضاء المنبعثة من الآلات والمعدات إلى الغرف المجاورة أو خارج المصنع
• تقييم حلول التحكم في الضوضاء المختلفة، مثل الوسائد الماصة للصوت، تخطيط الآلات والمعدات، تصميم المصنع، إلخ، لتقليل قوة الصوت المنبعثة
تطبيقات الصوتيات البيئية
• تقييم تأثير الضوضاء من الطرق السريعة، المصانع، إلخ.
• تصميم حواجز وعوائق عزل صوتي محسّنة (الموقع، الطول، الارتفاع، المادة، إلخ.)
تطبيقات الصوتيات الداخلية
• تقييم زمن الصدى
• تقييم وتحسين وضوح الكلام في المباني العامة (محطات المترو، محطات المطارات، إلخ.) المباني، مراكز التسوق الكبيرة، إلخ.)
• اختيار المكان المثالي لوضع مكبرات الصوت
• وضع معقول لأنظمة إخفاء الضوضاء (مثل المكتبات)
• تقليل استهلاك المواد الممتصة للصوت المكلفة لتقليل التكاليف
• بحث حول وضوح الكلام والخصوصية في المناطق المفتوحة (البنوك، غرف التصميم المفتوح، إلخ.)
• تصميم الصوتيات لقاعة الحفلات (الوضوح، الوصول، زمن الصدى، إلخ.)
• تصميم ووضع الشاشات المشتتة
• مقارنة الحلول الصوتية لتخطيطات الغرف المختلفة
مخطط هيكلي لكل وحدة مكونة
يتم شرح كل وحدة واحدة تلو الأخرى وفقًا للجوانب الأربعة التالية:
نظرة عامة على الوظائف الرئيسية
واجهة المستخدم الرسومية
• واجهة رسومية تعتمد على OSF/Motif أو MS-Windows
• قوائم منسدلة بديهية
• شريط أدوات مع اختصارات القوائم
• أشرطة أدوات قابلة للتخصيص
• مساعدة عبر الإنترنت
واجهات الهندسة
• تنسيق DXF، بما في ذلك معلومات الطبقة
• يدعم معظم تنسيقات ملفات هندسة CAE
بيانات الإدخال
• دعم إدخال الهندسة لتعريف المجموعات وترقيم السمات
• اختيار النقاط، اختيار الصندوق، اختيار حر
• نماذج هندسية مغلقة و/أو مفتوحة
• امتصاص الهواء وفقًا لنموذج هاريس
• دعم خصائص المواد 1/3 أوكتاف أو جدول التردد
• يدعم معامل الامتصاص، معامل التشتت، معامل النقل
• يتضمن قاعدة بيانات المواد
• مصادر الصوت النقاطية، الخطية، اللوحية (مرفقة بجوانب المضلع)
• يدعم إدخال مخطط توجيه مصدر الصوت، جداول الإحداثيات القطبية الأفقية والرأسية
• يدعم مصادر الصوت المتماسكة/غير المتماسكة
• نقاط المجال: نقطة، خط، سطح، دائرة، أسطوانة، كرة، سداسي الأوجه
تحليل وتحليل وحل
•محرك بحث مصدر افتراضي فعال (طريقة الشعاع المخروطي وطريقة الشعاع المثلثي)
•انعكاس منتشر متعدد الأوامر بناءً على طريقة تتبع شعاع الصوت
•تصحيح ذيل مستمر
•حيود مصدر الصوت والمصدر الافتراضي
•تحليل نطاق ضيق لمصدر الصوت المتماسك
•طريقة مصدر الصوت اللوحي لمحاكاة النقل
•معلمات حساب قابلة للتعديل، مثل عدد أشعة الصوت، عدد الانعكاسات، نافذة الوقت، إلخ.
•حساب إحصائي سريع لزمن الصدى باستخدام المسار الحر المتوسط
•حساب متزامن للرسم البياني القياسي، دالة استجابة التردد، الإيكوغراف، إلخ.
•سلسلة غنية من النتائج الصوتية: SPL (مستوى ضغط الصوت)، STI (وضوح الكلام)، RT60 (زمن الصدى 60 مللي ثانية)، إلخ.
المعالج اللاحق
•تمثيل بصري لمواد النموذج والنتائج الصوتية
•نتائج رسومية: خريطة سحابية، خط كونتور، مجال تشوه، إلخ.
•نتائج دالة استجابة التردد: مخطط منحنى XY مع خيارات متنوعة (ديسيبل موزون، تحويل FFT، إلخ)
•نتائج الإيكوغراف، التي يمكن أن ترسم مخططات مسار شعاع الصوت على نماذج هندسية
التسمع
•استجابة النبض ثنائية الأذن
•إخراج التداخل الطوري للإشارة الجافة المسجلة في غرفة صامتة: WAV، AU، AIFF وصيغ أخرى
ملاحظات أخرى حول هذا البرنامج:
RAYNOISE هو نظام برمجيات لمحاكاة مجالات الصوت على نطاق واسع تم تطويره بواسطة LMS، وهي شركة بلجيكية متخصصة في تصميم الصوتيات. الوظيفة الرئيسية له هي محاكاة سلوكيات صوتية متنوعة في المساحات المغلقة والمفتوحة وشبه المغلقة. يمكنه محاكاة العملية الفيزيائية لانتشار الصوت بدقة، بما في ذلك: الانعكاس المرآتي، الانعكاس المنتشر، امتصاص الجدران والهواء، الانكسار والنقل، ويمكن في النهاية إعادة إنشاء تأثير الاستماع في موقع الاستقبال. يمكن استخدام النظام على نطاق واسع في تصميم جودة الصوت في القاعات، وتوقع الضوضاء الصناعية والسيطرة عليها، وتصميم معدات التسجيل، وتصميم أنظمة الصوت في الأماكن العامة مثل المطارات، والمترو، والمحطات، وتقدير الضوضاء في الطرق، والسكك الحديدية، والملاعب.
المبدأ الأساسي لنظام RAYNOISE
يمكن اعتبار نظام RAYNOISE في الواقع كنظام تجسيد جودة الصوت (للحصول على تفاصيل حول "التجسيد الصوتي"، انظر المرجع [1]). يعتمد بشكل أساسي على الصوتيات الهندسية. تفترض الصوتيات الهندسية أن الموجات الصوتية في بيئة صوتية تنتشر في شكل أشعة صوتية. بعد الاصطدام بوسيط أو واجهة (مثل الجدار)، ستفقد جزءًا من طاقة الشعاع الصوتي. بهذه الطريقة، يختلف نمط تراكم الطاقة للموجة الصوتية في مواقع مختلفة في المجال الصوتي. إذا اعتُبرت البيئة الصوتية كنظام خطي، فيمكن الحصول على التأثير الصوتي في أي موقع في البيئة الصوتية من خلال خصائص مصدر الصوت فقط بمعرفة استجابة النبضة للنظام. لذلك، فإن الحصول على استجابة النبضة هو المفتاح للنظام بأكمله. في الماضي، كانت الطريقة التناظرية تُستخدم في الغالب، أي أنه تم الحصول على استجابة النبضة باستخدام نموذج مصغر. منذ أواخر الثمانينيات، ومع التطور السريع لتكنولوجيا الكمبيوتر، أصبحت التكنولوجيا الرقمية تدريجياً هي السائدة. جوهر التكنولوجيا الرقمية هو استخدام أجهزة الكمبيوتر متعددة الوسائط لبناء نماذج وبرمجة لحساب استجابات النبضة. هذه التكنولوجيا بسيطة وسريعة، ولها خصائص تحسين الدقة بشكل مستمر، وهي غير قابلة للمقارنة مع التكنولوجيا التناظرية. هناك طريقتان معروفتان لحساب استجابات النبضة: طريقة مصدر الصورة المرآة (MISM) وطريقة تتبع الأشعة (RTM). لكلتا الطريقتين مزاياها وعيوبها الخاصة [1]. لاحقًا، تم تطوير بعض الطرق التي تجمع بينهما، مثل طريقة الشعاع المخروطي (CBM) وطريقة الشعاع الثلاثي (TBM). يستخدم RAYNOISE هاتين الطريقتين معًا كتكنولوجيا أساسية لحساب استجابة النبضة في المجال الصوتي.
تطبيق نظام RAYNOISE
يمكن استخدام RAYNOISE على نطاق واسع في مجالات التنبؤ بالضوضاء الصناعية والتحكم فيها، والبيئة الصوتية، والصوتيات المعمارية، وتصميم الأنظمة الحقيقية المحاكاة، ولكن كانت النية الأصلية للمصمم لا تزال الصوتيات الغرفية، أي أنه كان يستخدم بشكل أساسي لمحاكاة جودة الصوت في القاعات عبر الكمبيوتر. لتصميم جودة الصوت في القاعة، يتطلب الأمر أولاً إنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد للقاعة بدقة وسرعة، لأنه مرتبط مباشرة بدقة المحاكاة الحاسوبية. يوفر نظام RAYNOISE واجهة تفاعلية صديقة للمستخدم لنمذجة الكمبيوتر. يمكن للمستخدمين إدخال نماذج ثلاثية الأبعاد تم إنشاؤها بواسطة AutoCAD أو HYPERMESH مباشرة، أو يمكنهم اختيار نماذج من مكتبة نماذج النظام وإكمال تعريف النموذج. تشمل الخطوات الرئيسية للنمذجة: (1) بدء RAYNOISE؛ (2) اختيار النموذج؛ (3) إدخال الأبعاد الهندسية؛ (4) تعريف المواد وخصائص كل سطح (بما في ذلك معامل امتصاص الصوت، إلخ)؛ (5) تعريف خصائص مصدر الصوت؛ (6) تعريف مجال الاستقبال؛ (7) تعليمات أو تعريفات أخرى، مثل عدد خطوط الصوت المدروسة، وعدد مستويات الانعكاس، إلخ. يمكن للمستخدم استخدام الفأرة لعرض خصائص النموذج المحدد وهياكله الداخلية من زوايا مختلفة على الشاشة (مميزة بالألوان). ثم يمكنك بدء الحساب. من خلال معالجة نتائج الحساب، يمكنك الحصول على معلمات صوتية مثل مستوى ضغط الصوت، مستوى الصوت A، مخطط الصدى، ودالة استجابة التردد لنقطة معينة في مجال الاستقبال المعني. إذا كنت لا تزال ترغب في معرفة تأثير الاستماع لهذه النقطة، يمكنك أولاً تحويل استجابة النبضة إلى دالة نقل ثنائية الأذن ودمجها مع الإشارة الجافة المسجلة مسبقًا في غرفة الصوتيات، بحيث يمكنك سماع تأثير الاستماع لهذه النقطة من خلال أذنيك.