نرم افزار شبیه سازی میدان صوتی بزرگ RAYNOISE از بلژیک
مقدمه ای بر نرم افزار آکوستیک هندسی raynois: RAYNOISE یک سیستم نرم افزاری شبیه سازی میدان صدا در مقیاس بزرگ است که توسط شرکت طراحی آکوستیک بلژیکی LMS توسعه یافته است. عملکرد اصلی آن شبیه سازی رفتارهای مختلف آکوستیک فضاهای بسته، فضاهای 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.
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 پرتوهای صوتی منتشر می شوند. پس از برخورد با یک محیط یا رابط (مانند دیوار)، بخشی از انرژی پرتو صدا از بین می رود. به این ترتیب حالت تجمع انرژی موج صوتی در موقعیت های مختلف میدان صدا نیز متفاوت است. اگر یک محیط آکوستیک به عنوان یک سیستم خطی در نظر گرفته شود، اثر آکوستیک در هر موقعیتی در محیط آکوستیک تنها با دانستن پاسخ ضربه ای سیستم می تواند با ویژگی های منبع صدا به دست آید. بنابراین ، به دست آوردن پاسخ ضربه ای کلید کل سیستم است. در گذشته بیشتر از روش آنالوگ استفاده می شد، یعنی پاسخ ضربه ای با استفاده از مدل مقیاس شده به دست می آمد. 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 ساخت مدل ها و برنامه ریزی برای محاسبه پاسخ های ضربه ای است. این فناوری ساده، سریع و دارای ویژگی های بهبود مستمر دقت است که با فناوری آنالوگ بی نظیر است. دو روش شناخته شده برای محاسبه پاسخ های 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 های ترکیب آنها مانند روش پرتو مخروطی (CBM) و روش پرتو مثلثی (TBM) توسعه یافتند [1]. RAYNOISE از ترکیبی از این دو روش به عنوان فناوری اصلی خود برای محاسبه پاسخ ضربه ای میدان صدا استفاده می کند [2].
کاربرد سیستم RAYNOISE:
RAYNOISE را می توان به طور گسترده در زمینه های 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 شد. برای طراحی کیفیت صدای سالن، ابتدا لازم است که یک مدل سه بعدی از سالن به طور دقیق و سریع ایجاد شود، 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 می توانند مدل هایی را در 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 توانید محاسبه را شروع کنید. با پردازش نتایج محاسبه، می توانید پارامترهای آکوستیک مانند سطح فشار صدا، سطح صدا، اکوگرام و تابع پاسخ ضربه فرکانس یک نقطه خاص در میدان دریافت کننده را بدست آورید. اگر هنوز می خواهید اثر شنیداری این نقطه را بدانید، ابتدا می توانید پاسخ ضربه ای را به یک تابع انتقال دو گوشی تبدیل کنید و آن را با سیگنال خشک ثبت شده در محفظه بی صدا از قبل پیچش کنید تا بتوانید اثر شنیداری این نقطه را از طریق گوش خود بشنوید.
1. منشأ فناوری "کاهش نویز محلی"
در حال حاضر آلودگی صوتی در سایت های صنعتی میادین نفت و گاز رایج است. در چین، کنترل نویز دارای شرایط فنی و ابزاری برای تبدیل از حفاظت غیرفعال به حفاظت فعال است و می تواند شروع به انجام درمان مربوطه از سایت های پر سر و صدا به صورت هدفمند کند. در سال های اخیر، میادین نفتی شرکت ملی نفت چین شروع به افزایش سرمایه گذاری در تصفیه خطر صدا کرده اند و برخی از میادین نفت و گاز پروژه های تصفیه صدا در مقیاس بزرگ را در سایت های تولیدی انجام داده اند.
در صورت سرمایه گذاری محدود در تصفیه نویز، می توان از فناوری پیشرفته کامپیوتری برای دستیابی به "کاهش نویز محلی" در مناطق محلی استفاده کرد، که می تواند اطمینان حاصل کند که مسیرهای گشت زنی نقطه ثابت کارگران در محل کار زیر 85 دسی بل (A) است. این فناوری "کاهش نویز محلی" در تصفیه صدا در صنعت نفت و گاز است.
2. فناوری "کاهش نویز محلی" و نرم افزار شبیه سازی میدان صدا سیستم RAYNOISE
معمولا برای کنترل صدا در کارخانه های میادین نفت و گاز با صدای بیش از حد، اکثر شرکت های آکوستیک ترجیح می دهند دیوارها و سقف های داخلی را با جاذب های صوتی سازه ها و مصالح مختلف بپوشانند و سپس عایق صدا و عملیات کاهش ارتعاش معقول را بر روی تجهیزاتی که صدای بالایی از خود ساطع می کنند، انجام دهند. تا زمانی که از ساختار و مواد مناسب برای زمینه صدا و ویژگی های کیفیت صدا استفاده شود و عواملی مانند تهویه، اتلاف گرما، بازرسی و نگهداری تجهیزات در نظر گرفته شود، طرح طراحی فوق به طور کلی به اثرات کاهش نویز خوبی دست می یابد. بدون شک این امر نیاز به حمایت سرمایه گذاری کافی دارد. اگر سرمایه گذاری واحد ساختمانی در پروژه های کنترل صدا محدود باشد یا بخواهد از سرمایه گذاری محدود برای کنترل مکان های بیشتر با سر و صدای بیش از حد استفاده کند، به عنوان پشتیبانی به یک فناوری جدید نیاز است. بلوغ نهایی فناوری "کاهش نویز موضعی" را باید به کاربرد "نرم افزار شبیه سازی میدان صدا سیستم RAYNOISE" نسبت داد.
نرم افزار شبیه سازی میدان صدا سیستم RAYNOISE، وظیفه اصلی آن شبیه سازی رفتارهای مختلف آکوستیک فضاهای بسته، فضاهای باز و فضاهای نیمه بسته است و می تواند فرآیند فیزیکی انتشار صدا را به طور دقیق شبیه سازی کند. این شامل: بازتاب چشمی، بازتاب پراکنده، جذب دیواره و هوا، پراش و انتقال است و در نهایت می تواند جلوه شنیداری را در موقعیت گیرنده بازسازی کند. این سیستم می تواند به طور گسترده ای در شبیه سازی نویز کارخانه های صنعتی، پیش بینی نویز و تجزیه و تحلیل کابین ها، قطارها و کابین های خودرو استفاده شود. طراحی سیستم صوتی در مکان های عمومی مانند فرودگاه ها، مترو و ایستگاه ها و پیش بینی و تحلیل صدای ترافیک جاده ها، راه آهن و تونل ها. به عنوان مثال، تئاتر داچینگ از سیستم RAYNOISE برای طراحی بهینه سازی صوتی استفاده می کند و برخی از نتایج شبیه سازی به شرح زیر است.
روش شبیه سازی طراحی مهندسی کاهش صدا به شرح زیر است:
1. ابتدا ساختار ساختمان را با توجه به نسبت اندازه واقعی وارد مدل سازی کامپیوتری کنید و سپس موقعیت توزیع و مقدار نویز منبع نویز را در رایانه وارد کنید و سیستم RAYNOISE محیط میدان صدا را در ساختار ساختمان منعکس می کند (نمایش داده شده با طیف رنگ).
2. اقدامات آکوستیک مختلف و میزان کاهش نویز آنها را در مدل سازی کامپیوتری وارد کنید و سیستم RAYNOISE تغییرات محیط میدان صدا را در ساختار ساختمان منعکس می کند (که با تغییرات رنگ مشخص می شود).
3. با توجه به منطقه حفاظت از کار تعیین شده توسط طرف A، محل نصب و مقدار اقدامات صوتی را چندین بار با توجه به محاسبات صوتی و تجربه مهندسی تنظیم کنید و مقرون به صرفه ترین راه حل را انتخاب کنید که می تواند محیط صوتی منطقه حفاظت را از چندین نتیجه شبیه سازی مطابق با استاندارد کند.
سیستم RAYNOISE می تواند توزیع میدان صدا و پارامترهای کیفیت صدا را با توجه به مقادیر اندازه گیری شده نویز واقعی بسیار دقیق شبیه سازی کند، راه حل های مختلف را شبیه سازی کند، اثر کاهش نویز را پیش بینی و آزمایش کند، پیوندهای ضعیف را در طراحی پیدا کند و طراحی را بهینه کند. پیش از این، فناوری "کاهش نویز موضعی" در کنترل نویز تنها از طریق محاسبات آکوستیک و تجربه مهندسی قابل تحقق نبود. با استفاده از سیستم RAYNOISE، نه تنها مفهوم فناوری "کاهش نویز محلی" محقق می شود، بلکه انواع مختلفی از طرح های آکوستیک را می توان به طور دقیق تکمیل کرد.
3. موارد کاربردی
یک اتاق پمپ در میدان نفتی Liaohe از سیستم RAYNOISE برای طراحی کاهش نویز استفاده می کند.
در شرایط عادی، تنها یک پمپ سطحی و یک پمپ آب تمیز در حال کار هستند، بنابراین ما فقط باید طراحی کاهش صدا را با توجه به شرایط عملیاتی یک پمپ انجام دهیم. پس از تشخیص و تجزیه و تحلیل در محل، ما از سیستم RAYNOISE برای تجزیه و تحلیل طیف نویز و شبیه سازی کامپیوتری استفاده کردیم، عمدتا از طراحی کاهش نویز استفاده کردیم که ترکیبی از نصب جاذب صدا در اتاق پمپ و نصب موانع عایق صدا در اطراف تجهیزات است. چهار طرح زیر برای تجزیه و تحلیل مقایسه ای استفاده می شود.
4. چشم انداز فناوری "کاهش سر و صدای محلی" "درک سلامت زمانی که کارکنان سالم هستند" یک مفهوم مدیریتی است که به طور کلی توسط مدیران ایمنی و حفاظت از محیط زیست امروزی شناخته شده است. با توسعه هوشمند کنترل و مدیریت نویز، مدیریت نویز سایت های صنعتی نفت و گاز (مانند اتاق های پمپ، اتاق های دیگ بخار یا اتاق های گرمایش، اتاق های فن، اتاق های موتور، اتاق های کمپرسور، اتاق های ژنراتور، کارگاه های لوله نفت، سایت های حفاری و اتاق های وظیفه پشتیبانی و غیره) تحت تأثیر فناوری "کاهش نویز محلی" وارد مرحله جدیدی از توسعه خواهد شد.
کنترل نویز صنعتی
• تعیین سطح فشار صوت نویز تولید شده توسط ماشین آلات و تجهیزات در کارخانه
• محاسبه سر و صدای تابش شده توسط ماشین آلات و تجهیزات به اتاق های مجاور یا خارج از کارخانه
• ارزیابی راه حل های مختلف کنترل صدا ، مانند پدهای جاذب صدا ، چیدمان ماشین آلات و تجهیزات ، طراحی کارخانه و غیره ، برای کاهش قدرت صدای تابشی
کاربردهای آکوستیک محیطی
• تأثیر سر و صدا از بزرگراه ها، کارخانه ها و غیره را ارزیابی کنید.
• طراحی موانع و موانع عایق صوتی بهینه (موقعیت، طول، ارتفاع، مواد و غیره)
کاربردهای آکوستیک داخلی
• زمان انعکاس را ارزیابی کنید
• ارزیابی و بهینه سازی وضوح گفتار در ساختمان های عمومی (ایستگاه های مترو، پایانه های فرودگاهی و ...) ساختمان ها، مراکز خرید بزرگ و غیره)
• محل ایده آل بلندگو را انتخاب کنید
• قرار دادن مناسب سیستم های پوشش صدا (مانند کتابخانه ها)
• مصرف مواد جاذب صدا گران قیمت را برای کاهش هزینه ها به حداقل برسانید
• بررسی وضوح گفتار و حفظ حریم خصوصی در فضاهای باز (بانک ها، اتاق های طراحی پلان باز و ...)
• طراحی آکوستیک سالن کنسرت (وضوح، دسترسی، طنین و ...)
• طراحی و قرار دادن صفحه نمایش پراکنده
• مقایسه راه حل های آکوستیک برای چیدمان های مختلف اتاق
بلوک دیاگرام سازه ای هر ماژول جزء
هر ماژول با توجه به چهار جنبه زیر یک به یک توضیح داده می شود:
مروری بر توابع اصلی
رابط کاربری گرافیکی
• رابط گرافیکی مبتنی بر OSF/Motif یا MS-Windows
• منوهای کشویی بصری
• نوار ابزار با میانبرهای منو
• نوار ابزار قابل تنظیم
• کمک آنلاین
رابط های هندسه
• فرمت DXF، از جمله اطلاعات لایه
• از اکثر فرمت های فایل هندسه CAE پشتیبانی می کند
داده های ورودی
• ورودی هندسه از تعریف گروه و شماره گذاری ویژگی پشتیبانی می کند
• انتخاب نقطه، انتخاب جعبه، انتخاب آزاد
• مدل های هندسه بسته و/یا باز
• جذب هوا طبق مدل هریس
• خواص مواد از 1/3 اکتاو یا جدول فرکانس پشتیبانی می کند
• پشتیبانی از ضریب جذب، ضریب پراکندگی، ضریب انتقال
• شامل پایگاه داده مواد است
• منابع صدای نقطه، خط، پانل (متصل به کناره های چند ضلعی)
• پشتیبانی از ورودی نمودار جهت دهی منبع صدا، جداول مختصات قطبی افقی و عمودی
• پشتیبانی از منابع صوتی منسجم/نامنسجم
• نقاط میدان: نقطه، خط، سطح، دایره، سیلندر، کره، شش وجهی
تجزیه و تحلیل و راه حل
• موتور جستجوی منبع مجازی کارآمد (پرتو مخروطی و روش پرتو مثلثی)
• بازتاب پراکنده چند مرتبه بر اساس روش ردیابی پرتو صدا
• تصحیح مداوم دم
• منبع صدا و پراش منبع مجازی
• تجزیه و تحلیل باند باریک منبع صدای منسجم
• روش منبع صدای پانل برای شبیه سازی انتقال
• پارامترهای محاسبه قابل تنظیم ، مانند تعداد پرتوهای صوتی ، تعداد بازتاب ها ، پنجره زمانی و غیره.
• محاسبه آماری سریع زمان انعکاس با استفاده از میانگین مسیر آزاد
• محاسبه همزمان نمودار استاندارد ، عملکرد پاسخ فرکانس ، اکوگراف و غیره
• مجموعه ای غنی از نتایج آکوستیک: SPL (سطح فشار صدا)، STI (وضوح گفتار)، RT60 (زمان طنین 60 میلی ثانیه) و غیره.
پس پردازنده
• نمایش بصری مواد مدل و نتایج آکوستیک
• نتایج گرافیکی: نقشه ابر، خط کانتور، میدان تغییر شکل و غیره.
• نتایج عملکرد پاسخ فرکانس: نمودار منحنی XY با گزینه های مختلف (دسی بل وزنی ، تبدیل FFT و غیره)
• نتایج اکوگراف ، که می تواند نمودارهای مسیر پرتو صوتی را در مدل های هندسی ترسیم کند
سمعی
• پاسخ ضربه ای دو گوشی
• خروجی کانولوشن فاز سیگنال خشک ثبت شده در محفظه بی پژواک : WAV ، AU ، AIFF و سایر فرمت ها
نکات دیگر در مورد این نرم افزار:
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 ، باز و 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 را در موقعیت گیرنده 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.
اصل اساسی سیستم RAYNOISE
سیستم RAYNOISE در واقع 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 پرتوهای صوتی منتشر می شوند. پس از برخورد با یک محیط یا رابط (مانند دیوار)، بخشی از انرژی پرتو صدا از بین می رود. به این ترتیب حالت تجمع انرژی موج صوتی در موقعیت های مختلف میدان صدا نیز متفاوت است. اگر یک محیط آکوستیک به عنوان یک سیستم خطی در نظر گرفته شود، اثر آکوستیک در هر موقعیتی در محیط آکوستیک تنها با دانستن پاسخ ضربه ای سیستم می تواند با ویژگی های منبع صدا به دست آید. بنابراین ، به دست آوردن پاسخ ضربه ای کلید کل سیستم است. در گذشته بیشتر از روش آنالوگ استفاده می شد، یعنی پاسخ ضربه ای با استفاده از مدل مقیاس شده به دست می آمد. 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 ساخت مدل ها و برنامه ریزی برای محاسبه پاسخ های ضربه ای است. این فناوری ساده، سریع و دارای ویژگی های بهبود مستمر دقت است که با فناوری آنالوگ بی نظیر است. دو روش شناخته شده برای محاسبه پاسخ های 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]. بعدا برخی از روش های ترکیب آنها مانند روش پرتو مخروطی (CBM) و روش پرتو مثلثی (TBM) توسعه یافت. RAYNOISE از این دو روش در ترکیب به عنوان فناوری اصلی خود برای محاسبه پاسخ ضربه ای میدان صدا استفاده می کند.
کاربرد سیستم RAYNOISE
RAYNOISE را می توان به طور گسترده در زمینه های 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 شد. برای طراحی کیفیت صدای سالن، ابتدا لازم است که یک مدل سه بعدی از سالن به طور دقیق و سریع ایجاد شود، 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 می توانند مدل هایی را در 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 توانید محاسبه را شروع کنید. با پردازش نتایج محاسبه، می توانید پارامترهای آکوستیک مانند سطح فشار صدا، سطح صدا، اکوگرام و تابع پاسخ ضربه فرکانس یک نقطه خاص در میدان دریافت کننده را بدست آورید. اگر هنوز می خواهید اثر شنیداری این نقطه را بدانید، ابتدا می توانید پاسخ ضربه ای را به یک تابع انتقال دو گوشی تبدیل کنید و آن را با سیگنال خشک ثبت شده در محفظه بی صدا از قبل پیچش کنید تا بتوانید اثر شنیداری این نقطه را از طریق گوش خود بشنوید.