Software de simulación de acústica de cine CARA

1. Conceptos básicos de la habitación (nuevo asistente de diseño de habitaciones)

"New Room Design" le permite configurar fácilmente una nueva habitación. Hay cuatro opciones: plantilla de plano de la habitación, dimensiones, materiales de la pared y configuración de los altavoces.

En primer lugar, tienes que seleccionar una plantilla de plano de habitación, que puede ser un simple rectángulo u otra forma, como una forma de L.

En la segunda página, debe definir las dimensiones básicas de la habitación. Pulse F10 para introducir unidades no métricas, como pies. Si desea hacer un techo inclinado, introduzca las dimensiones máximas de la habitación.

Nota: La altura de la sala no se puede cambiar después de cerrar el asistente.

En la tercera página, seleccione los materiales básicos. Los materiales del suelo, las paredes y el techo determinan las propiedades acústicas (coeficiente de absorción acústica).

"Nivel de puntos de la cuadrícula" define la altura del nivel de la cuadrícula, que se recomienda que esté al ras del oído que escucha. El valor predeterminado de 100 cm supone que el oyente está sentado en el sofá.

En la última página, seleccione la configuración de los altavoces. Puede elegir configuraciones de sonido envolvente, como estéreo y cuadrafónico.

CARA 2.1 PLUS incluye 10 configuraciones de sonido envolvente digital para satisfacer las necesidades de desarrollo futuras.

2. Modificar el plano de la habitación
Si su tipo de habitación no está disponible en la plantilla de habitación, puede seleccionar la plantilla más cercana y modificar el plan. Seleccione Plano de planta en el menú Dibujar.
Seleccione un punto de vértice o haga clic en el borde interior del muro para insertar un punto de vértice.
Utilice las líneas auxiliares de "Directrices" para medir con precisión el plano de su habitación.
Haga clic en los marcadores circundantes para agregar y eliminar líneas auxiliares. En el menú Ver, puede encontrar más herramientas para facilitar el diseño de la habitación.
Son los siguientes:
'Ajustar a la planta' Adaptarse a la estructura de la planta
'Ajustar a puntos de objeto' Adaptarse a puntos de objeto
'Usar líneas guía' Adaptarse a líneas auxiliares
'Usar cuadrícula' Adaptarse a la cuadrícula

3. Inserta muebles
Seleccione Cargar grupo en el menú Editar para seleccionar muebles de la base de datos de muebles de CARA para incluirlos en el diseño de su habitación. Además, también puedes personalizar los muebles. Los muebles se componen de varios objetos 3D y se guardarán en la base de datos y se pueden utilizar en otros diseños de habitaciones.
En el diseño de la habitación, los objetos 3D (muebles) se pueden distorsionar y mover a voluntad. Los objetos 3D no solo se utilizan para simular muebles, sino que también se pueden utilizar para muchas más aplicaciones, como paredes interiores, marcos de puertas, alféizares de ventanas, viguetas, techos inclinados, terrazas, etc. Sin embargo, hay que tener en cuenta que el tiempo de cálculo para la optimización automática de la posición, por ejemplo, aumenta con el número de superficies reflectantes o absorbentes en la habitación. Por lo tanto, no es necesario considerar todos los muebles. Los muebles colocados cerca de los altavoces o del oyente tienen el mayor impacto en la coloración del sonido. Además, los muebles grandes tienen un mayor impacto que los pequeños.
Además, la nueva función CARA 2.1 PLUS 'Acoustic Ambiance' evalúa las propiedades acústicas de su habitación y sugiere algunas mejoras.
Por lo tanto, hay 2 sugerencias para el diseño de la habitación:
Crea un nuevo diseño detallado de la habitación, asegurándote de incluir todos los muebles y superficies de materiales. La información detallada se encuentra en el análisis de Acoustic Ambiance.
Crea un nuevo diseño de habitación minimalista con solo los muebles principales. El cálculo determina el campo sonoro y la optimización de los altavoces y la posición de escucha, que lleva menos tiempo pero es menos precisa.

4. Superficies de los materiales
Los materiales para las paredes de la habitación y los objetos 3D se pueden seleccionar de la base de datos de materiales. El coeficiente de absorción acústica del material afecta al tiempo de reverberación y, por tanto, a la evaluación del entorno acústico.
También puede definir áreas rectangulares específicas (superficies de material) dentro de la pared para simular puertas, ventanas, cortinas, alfombras. Por lo general, sus coeficientes de absorción acústica son diferentes a los de las superficies de pared respectivas.
Las superficies de los materiales y las paredes son bidimensionales y no aumentan el tiempo de cálculo, pero los objetos 3D son tridimensionales, como los muebles, y aumentarán significativamente el tiempo de cálculo porque los objetos 3D agregan superficies de absorción de sonido y reflexión en la habitación.
Utilice guías para determinar con precisión las dimensiones de las superficies de los materiales.

5. Selección de materiales
Los materiales para las paredes de la habitación y las superficies de los objetos 3D se seleccionan de la base de datos de materiales. El coeficiente de absorción acústica especificado en los datos del material se muestra en el cuadro de diálogo mediante un gráfico de respuesta en frecuencia.
'Descripción' contiene una descripción del material seleccionado.
Las áreas coloreadas muestran la textura del material, que se utiliza en la vista 3D y en la vista 2D del suelo, el techo y las paredes.
'Grupos de materiales' indica en qué grupo se agrupa el material.

6. Entorno acústico
El entorno acústico de una habitación se refleja principalmente por el tiempo de reverberación, o el tiempo que tarda la intensidad del campo acústico (densidad de energía) en decaer en 60 dB después de que se detiene la fuente de sonido. Este tiempo está estrechamente relacionado con el tamaño de la habitación y la absorción de las ondas sonoras por las paredes y los muebles de la habitación. Una fuerte absorción significa un largo tiempo de reverberación, una absorción débil significa un largo tiempo de reverberación.

Tiempo de reverberación prolongado: habitaciones con mucho eco
Los tiempos de reverberación prolongados se producen en habitaciones grandes y vacías, como las iglesias, y en habitaciones con reflejos fuertes, como los baños con azulejos. Muchas personas describen el ambiente de estas habitaciones como "en vivo" o "resonante". En estas habitaciones, la inteligibilidad del habla es baja, las voces son estridentes y las palmas pueden causar ecos de aleteo. Estos ecos pueden ser más perceptibles en diferentes partes de la habitación.
Tiempo de reverberación corto: habitaciones estrechas o aburridas
Los tiempos de reverberación cortos se producen en habitaciones con mucha amortiguación del sonido. Esto hace que la habitación parezca más pequeña de lo que realmente es. Esto puede hacer que la mayoría de las personas perciban el ambiente de una habitación como "estrecho" o "aburrido". Las bibliotecas son un ejemplo de ello. La gente juzga el tamaño de una habitación en función del tiempo de reverberación.
El tiempo de reverberación puede causar coloración
Una habitación típica absorbe las frecuencias altas más que las bajas, lo que hace que el tiempo de reverberación de las frecuencias bajas sea mucho más largo que el de las frecuencias medias o altas. La línea roja delgada en el cuadro de diálogo es un ejemplo de una habitación que se siente ideal. La línea verde muestra los límites superior e inferior del tiempo de reverberación ideal en el espectro de frecuencias. Cuando el tiempo de reverberación se desvía de este rango, las personas perciben el sonido como antinatural o con una coloración fuerte.
CARA puede ayudarle a mejorar el ambiente de su habitación
CARA le ayudará a determinar cuánto se desvía el tiempo de reverberación del rango ideal de frecuencia. Estos cálculos tienen en cuenta la estructura de la habitación, así como el mobiliario y los materiales utilizados. Estos cálculos son independientes del sistema de altavoces.
Después del cálculo, CARA describe el entorno acústico de la sala y sugiere mejoras. Por lo general, esto significa agregar o quitar muebles, o cambiar el material de la superficie de la habitación.
7. Altavoces y posición de escucha
El último paso en el diseño de la sala es determinar la posición de escucha y seleccionar los altavoces de la biblioteca de altavoces y colocarlos en la posición real. Si coloca primero la posición de escucha, la orientación de los altavoces principales se ajustará automáticamente.

Ajuste el área de posicionamiento (rectángulo) alrededor de los altavoces, así como el área de posicionamiento de la posición de absorción de sonido. La 'Región de posicionamiento' se puede redimensionar mediante un cuadro rectangular. Puede especificar una forma especial de área de posicionamiento, como en forma de L o dos áreas rectangulares separadas. Cuando se aprende la optimización automática de la posición, los altavoces y la posición de escucha se pueden mover dentro de estas áreas para encontrar la mejor posición.
Al hacer clic con el botón derecho en el altavoz o en la posición de escucha, se puede ajustar la distancia y la altura vertical del área de posicionamiento desde el suelo. Una vez finalizado el diseño, puede hacer clic en CARACALC en la barra de herramientas del módulo CARACAD para iniciar el cálculo acústico de la sala.
8. 3D vista de la sala 3D

En el módulo 'Vista 3D' puedes recorrer la sala virtual que has diseñado y comprobar tu diseño.
Esto es muy útil en muchos casos, donde es difícil imaginar el efecto 3D basado en el plano de planta. Especialmente si ha diseñado una estructura de habitación compleja con techos inclinados, ventanas abuhardilladas, etc.
1. Optimización posicional

Antes de ejecutar la optimización posicional, debe llamar a la configuración de parámetros desde el menú Opciones. Por ejemplo, ajuste el Orden de reflexión máximo a 4 o 5.
Además, puede utilizar algunas restricciones de simetría para la optimización posicional. Estos involucran la configuración de los altavoces principales. Puede requerir que los dos altavoces estén espaciados simétricamente desde las paredes frontales o laterales, lo que puede seleccionar en el menú Opciones / Rangos variacionales.
Durante el proceso de optimización, las posiciones de los altavoces y la posición de escucha en la ventana principal cambiarán después de que se complete cada optimización. Al mismo tiempo, si la curva de respuesta en frecuencia SPL se muestra con anticipación (menú Resultados / Optimización posicional), también se actualizará.
El Calculation Tracer muestra el proceso de optimización paso a paso.
También puede interrumpir el cálculo en cualquier momento seleccionando Pausa en el menú Cálculos. Se guardan los resultados de optimización actuales.
De vez en cuando, es necesario reiniciar la optimización, por ejemplo, después de ajustar la posición inicial, el área de ubicación y el número máximo de reflexiones.

2. Auralización
Con la tarjeta de sonido y los auriculares, puede realizar pruebas de escucha en una sala virtual, por ejemplo, comparar las diferencias entre altavoces en diferentes posiciones.
Respuesta transitoria de la sala

El cálculo de la auralización comienza desde el menú Cálculo y muestra los resultados en 'Respuesta transitoria de la sala' (TRR). TRR permite a CARA determinar la influencia de la coloración del sonido de la habitación en la reproducción musical.
Los cálculos de auralización utilizan un tamaño de paso de frecuencia fijo, 0,1 ... 2,5 Hz. El número total de puntos base de frecuencia es de hasta 500.000. Por el contrario, los cálculos CARA, como los cálculos especiales y los cálculos de campo sonoro, utilizan un tamaño de paso de frecuencia fijo y tienen puntos granulares más grandes en 118 puntos base de frecuencia (escala logarítmica).
El TRR se puede visualizar y guardar para realizar cálculos posteriores. A través del menú Resultados/Auralización: RIA.
Auralización, prueba de escucha:

La prueba de audición compara la música original con la música reproducida por los altavoces de la habitación. Para establecer la reproducción musical de los altavoces, la señal musical original debe mezclarse con la respuesta transitoria de la sala. Tanto la señal musical original como la señal reproducida se guardan en el disco duro mediante archivos de sonido. A continuación, la prueba de comprensión auditiva se lleva a cabo utilizando ETS Multi Media Player.
El clip de señal musical original es necesario para la prueba de escucha. Elige el clip que más te guste o que creas que es bueno. El clip musical debe proporcionar un espectro muy amplio (graves, frecuencias medias y altas) y estar relativamente equilibrado a lo largo del clip musical. Por ejemplo: Jazz, POP o rock.
El CD-ROM CARA contiene una variedad de muestras de música.
También puede utilizar ETS Multi Media Player para comparar la reproducción de varios altavoces. Compare diferentes variaciones de la misma habitación con la muestra de música original, como diferentes posiciones de altavoces. Guarde el archivo de sonido procesado y, a continuación, compárelo en el reproductor.
Notas adicionales:
La respuesta transitoria de la sala (TRR) es el cambio en el nivel de presión sonora en la posición de escucha a lo largo del tiempo. Desde el altavoz se emite un solo pulso de Dirac (o delta), que mide el sonido original en la posición de escucha y el sonido se refleja una y varias veces desde las paredes, el techo, el suelo y los muebles.
El ancho de banda requerido para un verdadero pulso Dirac no es adecuado para los altavoces. CARA tiene en cuenta la conversión electroacústica seleccionando el tipo de altavoz en el cálculo.
El cálculo TRR de CARA se basa en la transformación inversa de Fourier de la respuesta de frecuencia de la presión sonora descompuesta en la posición de escucha.
El cuadro de diálogo TRR muestra las amplitudes de presión sonora positivas y negativas, y los resultados de los cuadrados de estas amplitudes se muestran en el cuadro de diálogo Reverberación y se pueden comparar con la versión de alta resolución en el cálculo especial.

3. Cálculo del campo sonoro

Además de la optimización automática de la posición, el cálculo del campo sonoro es la función más utilizada e importante en CARA.
Primero, llame al parámetro desde el menú Opciones, como ajustar el orden de reflexión máximo a 4-5, para el siguiente paso del cálculo del campo sonoro. Si no te importa dedicar más tiempo de cálculo, puedes aumentar este valor.
"Cálculos de campo sonoro" determina todos los datos sobre la acústica de la sala, con 1.000-3.000 puntos de cuadrícula espaciados uniformemente a la altura del oído del oyente. Estos se refieren a la respuesta de frecuencia de la presión sonora, la posición, la claridad del habla y también la correlación temporal de las ondas sonoras en la habitación.
Los resultados de los cálculos del campo sonoro se basan en la posición actual de los altavoces.
A partir de estos resultados, se puede encontrar la mejor posición de escucha teniendo en cuenta la coloración (linealidad de la respuesta en frecuencia), la posición (imagen sonora) y la claridad del habla.

Si las posiciones de los altavoces son fijas, esto puede reemplazar a la 'Optimización posicional'.

4. Cálculo de parámetros
Este cuadro de diálogo le permite editar los parámetros de cálculo. Si no está seguro de si sus ajustes son apropiados, haga clic en 'Estándar' para usar los valores predeterminados, que son adecuados para la mayoría de las situaciones.

El orden máximo de reflexión está relacionado con la precisión del cálculo, pero también afecta a los tiempos de cálculo 'Tiempos de cálculo'.
Si su habitación contiene muchos polígonos, el tiempo de cálculo aumentará significativamente. En tales casos, puede reducir el 'Orden de reflexión máximo' o eliminar algunos polígonos (por ejemplo, eliminar algunos muebles).
La habilitación de impedancias de pared complejas aumentará la precisión y el tiempo de cálculo. La impedancia de pared predeterminada es real.
Los tiempos de cálculo prolongados conducen a una mayor precisión de cálculo, esta es una regla básica.
Los parámetros de auralización Longitud máxima y Frecuencia de muestreo definen el cálculo de la respuesta transitoria de la sala. La TRR es la base de la auralización (prueba de escucha). TRR contiene toda la información sobre el impacto de la acústica de la sala en la reproducción de música en la sala.

Tiempos de cálculo El cuadro de diálogo "Calcular tiempos" muestra el número de polígonos de habitación visibles y el total de polígonos de habitación. El número de polígonos depende del diseño real de la sala y es determinado por el módulo CARACALC antes de comenzar el primer cálculo acústico de la sala. Las ondas sonoras solo pueden reflejarse (y absorberse parcialmente) en las paredes visibles (poliedros).
Además, el presupuesto para el tiempo de cálculo requerido también depende del número máximo de reflexiones 'Orden de reflexión máxima'.
El tiempo de cálculo involucra solo un altavoz y una posición de escucha. El tiempo total de cálculo es un múltiplo del número de altavoces y las posiciones de escucha.
El tiempo de cálculo para habitaciones rectangulares (sin muebles) es muy corto (hasta 1000 veces), ya que todas las ondas sonoras reflejadas se pueden determinar y rastrear antes del cálculo acústico real.

5. Rastreador de cálculo

El seguidor muestra información sobre el estado actual del cálculo acústico. La barra de progreso muestra el tiempo dedicado a un altavoz y una posición de escucha.
Durante el cálculo del campo sonoro, el número de posiciones de escucha 'Posiciones de escucha' muestra el número que aún no se ha calculado. El cálculo se puede detener en cualquier momento, pero los resultados del cálculo se eliminarán.
Durante la optimización automática de la posición, se muestra el número de ensayos 'Ensayos', el número de optimizaciones 'Optima', la desviación de inicio 'Desviación de inicio', la desviación óptima de la mejor posición actual 'Desviación óptima' y la desviación actual 'Desviación actual'.
La optimización de la posición también se puede detener en cualquier momento, en cuyo caso la posición optimizada actual y los resultados acústicos correspondientes se pueden guardar en el disco duro.

6. Comparación: CARA y medición real

La figura anterior muestra la comparación de la respuesta de frecuencia de presión sonora calculada por CARA (rojo) y los resultados de medición reales (verde).
Tamaño de la sala de escucha (L/W/H) 8,06/5,87/2,62 m. Hay un absorbente de sonido de goma espuma en la esquina delantera. Al frente hay una estantería de 60 cm de profundidad con puertas. También hay una estantería de unos 8 metros cuadrados en la pared izquierda.
El altavoz de prueba bidireccional se coloca en un soporte de 90 cm de altura, a 3 metros del micrófono, a 1,6 metros de la pared frontal y a 1,8 metros de la pared izquierda.
La respuesta en frecuencia se calcula utilizando un número máximo de reflexiones de 12.
La comparación muestra que los cálculos de CARA coinciden muy bien con las mediciones reales. No sabemos si otro software de simulación acústica puede igualar tan bien. Es posible que la mayoría de los otros software no consideren la fase como parte de la amplitud de presión sonora compleja. Además, es posible que el modelo de altavoz no sea muy preciso.
Por ejemplo, CARA simula la radiación sonora del altavoz utilizando 4000 respuestas de frecuencia complejas (1000 direcciones alrededor del altavoz, 4 distancias diferentes) de 5 a 40.960 Hz (intervalo de 1/9 de octava).