طراحی آکوستیک به کمک کامپیوتر - معرفی نرم افزار آکوستیک هندسی RAYNOISE

RAYNOISE یک سیستم نرم افزاری شبیه سازی میدان صدا در مقیاس بزرگ است که توسط LMS، یک شرکت طراحی آکوستیک بلژیکی توسعه یافته است. عملکرد اصلی آن شبیه سازی رفتارهای مختلف آکوستیک فضاهای بسته یا باز و فضاهای نیمه بسته است. این می تواند به طور دقیق فرآیند فیزیکی انتشار صدا را شبیه سازی کند، از جمله: بازتاب چشمی، بازتاب پراکنده، جذب دیوار و هوا، پراش و انتقال، و در نهایت می تواند اثر شنیداری موقعیت گیرنده را بازسازی کند. این سیستم می تواند به طور گسترده ای در طراحی کیفیت صدای سالن، پیش بینی و کنترل نویز صنعتی، طراحی تجهیزات ضبط، طراحی سیستم صوتی در مکان های عمومی مانند فرودگاه ها، مترو و ایستگاه ها و تخمین سر و صدا در جاده ها، راه آهن و استادیوم ها استفاده شود.

برای توصیف محیط آکوستیک، SYSNOISE از پیشرفته ترین روش های عددی استفاده می کند. آنها بر اساس روش های المان مرزی مستقیم و غیرمستقیم یا معادلات آکوستیک عناصر محدود آکوستیک / عناصر بی نهایت هستند. خود ساختار با یک مدل المان محدود ساختاری بیان می شود که می تواند از تمام عناصر محدود ساختاری اصلی و ابزارهای تولید مش وارد شود. تمام ماژول های تجزیه و تحلیل به طور کامل در محیط اصلی یکپارچه شده اند و از چند مدل و گرافیک سه بعدی پشتیبانی می کنند.
SYSNOSISE دارای عملکردهای قدرتمند یکپارچه قبل و بعد از پردازش، با ابزارهای بررسی و تصحیح مش است. پس پردازش می تواند تصاویر رنگی، میدان های برداری، ساختارهای تغییر شکل یافته و همچنین نمودارهای XY، نمودارهای میله ای و نمودارهای مختصات قطبی را ترسیم کند و همچنین شامل نمایش انیمیشن و پخش صدا است.
اصول اساسی سیستم RAYNOISE

سیستم RAYNOISE اساسا می تواند به عنوان یک سیستم شنوایی با کیفیت صدا در نظر گرفته شود (برای جزئیات بیشتر در مورد "شنیدن"، به مرجع [1] مراجعه کنید). این عمدتا بر اساس آکوستیک هندسی است. آکوستیک هندسی فرض می کند که امواج صوتی در یک محیط صوتی به صورت خطوط صوتی در همه جهات منتشر می شوند. پس از برخورد خطوط صدا با محیط یا رابط (مانند دیوار)، بخشی از انرژی از بین می رود. به این ترتیب روش تجمع انرژی امواج صوتی در موقعیت های مختلف میدان صدا نیز متفاوت است. اگر یک محیط آکوستیک به عنوان یک سیستم خطی در نظر گرفته شود، تنها پاسخ ضربه ای سیستم باید شناخته شود تا اثر آکوستیک را در هر موقعیتی در محیط آکوستیک از ویژگی های منبع صدا به دست آورد. بنابراین ، به دست آوردن پاسخ ضربه ای کلید کل سیستم است. در گذشته بیشتر از روش های شبیه سازی یعنی استفاده از مدل های مقیاس شده برای به دست آوردن پاسخ های ضربه ای استفاده می شد. از اواخر دهه 1980، با توسعه سریع فناوری کامپیوتر، فناوری دیجیتال به تدریج غالب شده است. هسته اصلی فناوری دیجیتال استفاده از رایانه های چندرسانه ای برای مدل سازی و برنامه ریزی برای محاسبه پاسخ های ضربه ای است. این فناوری ساده، سریع است و به طور مداوم دقت را بهبود بخشیده است که با فناوری آنالوگ بی نظیر است. دو روش شناخته شده برای محاسبه پاسخ ضربه ای وجود دارد: روش منبع تصویر آینه ای (MISM) و روش ردیابی پرتو (RTM). هر دو روش مزایا و معایب خاص خود را دارند [1]. بعدها، برخی از روش هایی که آنها را با هم ترکیب می کنند، مانند روش پرتو مخروطی (CBM) و روش پرتو مثلثی (TBM) پدیدار شدند [1]. RAYNOISE از این دو روش به عنوان فناوری اصلی خود برای محاسبه پاسخ ضربه میدان صدا استفاده می کند [2].

نمودار اثر شبیه سازی کامپیوتری میدان صدای سالن Laiwu

کاربرد سیستم RAYNOISE
RAYNOISE را می توان به طور گسترده ای در پیش بینی و کنترل نویز صنعتی، آکوستیک محیطی، آکوستیک معماری و طراحی سیستم های واقعی شبیه سازی شده استفاده کرد، اما هدف اصلی طراح هنوز آکوستیک اتاق بود، یعنی عمدتا برای شبیه سازی کامپیوتری کیفیت صدای سالن استفاده می شود. برای طراحی کیفیت صدای یک سالن، اولین نیاز ایجاد دقیق و سریع یک مدل سه بعدی از سالن است، زیرا ارتباط مستقیمی با دقت شبیه سازی کامپیوتری دارد. سیستم RAYNOISE یک رابط تعاملی دوستانه برای مدل سازی کامپیوتری فراهم می کند. کاربران می توانند مستقیما مدل های سه بعدی تولید شده توسط اتوکد یا هایپرمش را وارد کنند یا مدل هایی را از کتابخانه مدل سیستم انتخاب کرده و تعریف مدل را تکمیل کنند. مراحل اصلی مدل سازی عبارتند از:
(1) RAYNOISE را شروع کنید.
(2) مدل را انتخاب کنید.
(3) ابعاد هندسی را وارد کنید.
(4) مواد و خواص هر سطح (از جمله ضریب جذب صدا و غیره) را تعریف کنید.
(5) ویژگی های منبع صدا را تعریف کنید.
(6) میدان دریافت کننده را تعریف کنید.
(7) دستورالعمل ها یا تعاریف دیگر، مانند تعداد خطوط صوتی در نظر گرفته شده، تعداد سطوح بازتاب و غیره.
کاربر می تواند از ماوس برای مشاهده ویژگی های مدل تعریف شده و ساختارهای داخلی آن از زوایای مختلف روی صفحه (متمایز با رنگ) استفاده کند. سپس می توان محاسبه را شروع کرد. با پردازش نتایج محاسبات می توان پارامترهای صوتی مانند سطح فشار صدا، سطح صدا، اکوگرام و عملکرد پاسخ پالس فرکانس را در نقطه خاصی از حوزه مورد نظر دریافت کرد. اگر می خواهید اثر شنیداری این نقطه را بدانید ، ابتدا می توانید پاسخ ضربه ای را به یک تابع انتقال دو گوش تبدیل کرده و از قبل آن را با سیگنال خشک ثبت شده در اتاق بی هوشی پیچش کنید ، تا بتوانید اثر شنیداری این نقطه را از طریق گوش خود بشنوید.

نمودار اثر شبیه سازی طراحی آکوستیک کامپیوتری تئاتر ملی

ویژگی های RAYNOISE

در مقایسه با سایر نرم افزارهای شبیه سازی میدان صدا که در 10 سال گذشته ظاهر شده اند، مانند Hypersignal-Acoustic3.4 و EASE2.0 Signalgic، RAYNOISE از نظر استفاده و عملکرد بالغ تر است. این یک سیستم شنوایی نسبتا کامل و مستقل را تشکیل داده است. Hypersignal-Acoustic3.4 فقط می تواند به عنوان یک رابط نرم افزاری و سخت افزاری برای سایر نرم افزارهای شنیداری عمل کند [3] ، یعنی فقط می تواند کار پیچش سیگنال خشک را با پاسخ ضربه ای از نرم افزارهای دیگر و شبیه سازی اثر شنیداری انجام دهد. EASE2.0 همچنین باید همراه با EARS (شبیه سازی اتاق شنیدن الکترونیکی) برای دستیابی به شنیدن استفاده شود.

نمودار اثر شبیه سازی کامپیوتری میدان صدای سالن کنسرت گروه نظامی

کاستی های RAYNOISE

با این حال، اگرچه سیستم RAYNOISE Revision 3.0 بر اساس نسخه های قبلی پیشرفت های زیادی داشته است و هم در دقت استفاده و هم در دقت محاسبات پیشرفت هایی داشته است، اما همیشه بر اساس آکوستیک هندسی است، بنابراین به ناچار توسط آکوستیک هندسی محدود خواهد شد. به عنوان مثال، اثر شبیه سازی آن در فضای فرکانس پایین یا مقیاس کوچک نسبتا ضعیف است که به ناچار دامنه کاربرد آن را تا حد زیادی کاهش می دهد. به عنوان مثال دیگر، فقط می تواند نتایج شبیه سازی منابع صوتی ساده (مانند منابع نقطه ای) را در یک نقطه معین ارائه دهد، اما برای جابجایی منابع صوتی، منابع صدای توزیع شده، منابع صوتی جهت دار و موقعیت های پیچیده تر ناتوان است

نمودار اثر شبیه سازی کامپیوتری میدان صدای تئاتر مرکز رادیو و تلویزیون نانجینگ

LMSSYSNOISE - نرم افزار تجزیه و تحلیل کوپلینگ لرزش آکوستیک SYSNOISE پیشرفته ترین نرم افزار تجزیه و تحلیل ارتعاشات صوتی موجود در بازار است ، اما نیازی به متخصص بودن کاربران ندارد.
SYSNOISE پیشگام در طراحی، تشخیص خطا و بهینه سازی میدان ارتعاشات صوتی جهانی با عملکردهای قدرتمند است. از پیش بینی میدان صدای حفره گرفته تا تجزیه و تحلیل میدان صوتی اطراف جسم، حتی می تواند پاسخ سازه را تحت تأثیر میدان صدا محاسبه کند، بنابراین به مهندسان کنترل نویز کمک می کند تا ویژگی های ارتعاش صوتی محصول را بهینه کنند. کاربران عالی SYSNOISE انواع پرسنل فنی در صنعت هستند، مانند: مهندسان تحقیق و توسعه انعطاف پذیری را دوست دارند، کاربران گاه به گاه به یک رابط گرافیکی آسان برای درک نیاز دارند و مهندسان طراحی برای کمک به تکمیل تجزیه و تحلیل به "جادوگران" آنلاین تکیه می کنند. تابش صوتی از منابع ارتعاشی میدان صدای تابشی روی سطح و هر نقطه از جسم را از نتایج اندازه گیری ارتعاش یا نتایج محاسبه المان محدود محاسبه می کند. به عنوان مثال: صدای موتور و کمپرسور ، تابش صوتی بلندگو. توزیع میدان صدا میدان صدا و ارتعاشات ساختاری تشکیل شده در اطراف سازه در میدان صدا را پیش بینی می کند. به عنوان مثال: تشخیص زیردریایی، اثر عایق صدا از موانع سر و صدای جاده. انتشار مسیر سازه ای پاسخ ارتعاش اجباری سازه ناشی از تحریک دینامیکی و میدان صوتی تولید شده را محاسبه می کند. به عنوان مثال: طراحی براکت موتور ، تأثیر عدم تعادل روتور.
تلفات انتقال مسیر هوا ویژگی های تلفات انتقال صفحه نازک در میدان صدا، اندازه ارتعاش برانگیخته و میدان صدا در دو طرف صفحه را محاسبه می کند. به عنوان مثال: لرزش ماهواره ای ناشی از صدای انتقال، انتشار امواج صوتی از طریق پانل های تزئینی، صدای ماشین ظرفشویی