Progettazione acustica assistita da computer - RAYNOISE introduzione del software di acustica geometrica

RAYNOISE è un sistema software di simulazione del campo sonoro su larga scala sviluppato da LMS, un'azienda belga di progettazione acustica. La sua funzione principale è simulare vari comportamenti acustici di spazi chiusi o aperti e spazi semi-chiusi. Può simulare con precisione il processo fisico di propagazione del suono, inclusi: riflessione speculare, riflessione diffusa, assorbimento da parte di pareti e aria, diffrazione e trasmissione, e può infine ricreare l'effetto di ascolto della posizione di ricezione. Il sistema può essere ampiamente utilizzato nella progettazione della qualità del suono delle sale, nella previsione e nel controllo del rumore industriale, nella progettazione di attrezzature di registrazione, nella progettazione di sistemi vocali in luoghi pubblici come aeroporti, metropolitane e stazioni, e nella stima del rumore in strade, ferrovie e stadi.

Per descrivere il mezzo acustico, SYSNOISE utilizza i metodi numerici più avanzati. Essi si basano su metodi agli elementi di confine diretti e indiretti, o equazioni acustiche di elementi finiti/infiniti acustici. La struttura stessa è espressa da un modello di elemento finito strutturale, che può essere importato da tutti gli strumenti di generazione di mesh e di elementi finiti strutturali più diffusi. Tutti i moduli di analisi sono completamente integrati nell'ambiente centrale, supportando modelli multipli e grafica 3D.
SYSNOISE ha potenti funzioni integrate di pre- e post-elaborazione, con strumenti di controllo e correzione della mesh. La post-elaborazione può disegnare immagini a colori, campi vettoriali, strutture deformate, così come grafici XY, grafici a barre e grafici in coordinate polari, e include anche visualizzazione di animazioni e riproduzione audio.
Principi di base del sistema RAYNOISE

Il sistema RAYNOISE può essere essenzialmente considerato come un sistema di auralizzazione della qualità del suono (per dettagli su "auralizzazione", vedere il riferimento [1]). Si basa principalmente sull'acustica geometrica. L'acustica geometrica assume che le onde sonore in un ambiente acustico si propagano in tutte le direzioni sotto forma di linee sonore. Dopo che le linee sonore collidono con il mezzo o l'interfaccia (come il muro), parte dell'energia verrà persa. In questo modo, il metodo di accumulo dell'energia delle onde sonore in diverse posizioni nel campo sonoro è anche diverso. Se un ambiente acustico è considerato come un sistema lineare, allora è necessario conoscere solo la risposta all'impulso del sistema per ottenere l'effetto acustico in qualsiasi posizione nell'ambiente acustico dalle caratteristiche della sorgente sonora. Pertanto, ottenere la risposta all'impulso è la chiave per l'intero sistema. In passato, venivano utilizzati principalmente metodi di simulazione, cioè modelli in scala per ottenere risposte all'impulso. Dalla fine degli anni '80, con il rapido sviluppo della tecnologia informatica, la tecnologia digitale è gradualmente diventata dominante. Il nucleo della tecnologia digitale è utilizzare computer multimediali per modellare e programmare il calcolo delle risposte all'impulso. Questa tecnologia è semplice, veloce e ha continuamente migliorato l'accuratezza, che non ha eguali rispetto alla tecnologia analogica. Ci sono due metodi ben noti per calcolare la risposta all'impulso: il Metodo della Sorgente Immagine Speculare (MISM) e il Metodo del Tracciamento dei Raggi (RTM). Entrambi i metodi hanno i loro vantaggi e svantaggi [1]. Successivamente, sono emersi alcuni metodi che li combinano, come il Metodo del Fascio Conico (CBM) e il Metodo del Fascio Triangolare (TBM) [1]. RAYNOISE utilizza questi due metodi in combinazione come tecnologia principale per calcolare la risposta all'impulso del campo sonoro [2].

Diagramma dell'effetto della simulazione al computer del campo sonoro dell'Auditorium di Laiwu

Applicazione del sistema RAYNOISE
RAYNOISE può essere ampiamente utilizzato nella previsione e nel controllo del rumore industriale, nell'acustica ambientale, nell'acustica architettonica e nella progettazione di sistemi reali simulati, ma l'intento originale del progettista era comunque l'acustica degli ambienti, cioè è principalmente utilizzato per la simulazione al computer della qualità sonora di un auditorium. Per progettare la qualità sonora di un auditorium, il primo requisito è stabilire in modo accurato e rapido un modello tridimensionale dell'auditorium, poiché è direttamente correlato all'accuratezza della simulazione al computer. Il sistema RAYNOISE fornisce un'interfaccia interattiva amichevole per la modellazione al computer. Gli utenti possono inserire direttamente modelli tridimensionali generati da AutoCAD o HYPERMESH, oppure selezionare modelli dalla libreria di modelli del sistema e completare la definizione del modello. I principali passaggi della modellazione includono:
(1) Avvia RAYNOISE;
(2) Seleziona il modello;
(3) Inserisci le dimensioni geometriche;
(4) Definire i materiali e le proprietà di ciascuna superficie (incluso il coefficiente di assorbimento del suono, ecc.);
(5) Definire le caratteristiche della sorgente sonora;
(6) Definire il campo di ricezione;
(7) Altre istruzioni o definizioni, come il numero di linee sonore considerate, il numero di livelli di riflessione, ecc.
L'utente può utilizzare il mouse per visualizzare le caratteristiche del modello definito e le sue strutture interne da diverse angolazioni sullo schermo (distinte per colore). Poi può essere avviato il calcolo. Elaborando i risultati del calcolo, è possibile ottenere parametri acustici come il livello di pressione sonora, il livello sonoro A, l'echogramma e la funzione di risposta in frequenza a un certo punto nel campo di ricezione di interesse. Se si desidera conoscere l'effetto di ascolto di questo punto, è possibile prima convertire la risposta all'impulso in una funzione di trasferimento binaurale e convolgerla con il segnale secco registrato in anticipo nella stanza anecoica, in modo da poter sentire l'effetto di ascolto di questo punto attraverso le proprie orecchie.

Diagramma dell'effetto di simulazione del design acustico computerizzato del Teatro Nazionale

Caratteristiche di RAYNOISE

Rispetto ad altri software di simulazione del campo sonoro apparsi negli ultimi 10 anni, come Hypersignal-Acoustic3.4 di Signalgic e EASE2.0, RAYNOISE è più maturo in termini di utilizzo e funzionalità. Ha formato un sistema di auralizzazione relativamente completo e indipendente. Hypersignal-Acoustic3.4 può servire solo come interfaccia software e hardware per altri software di auralizzazione [3], cioè può solo completare il lavoro di convoluzione del segnale secco con la risposta all'impulso proveniente da altri software e simulare l'effetto di ascolto; EASE2.0 deve anche essere utilizzato in combinazione con EARS (Electronically Auralization Room Simulation) per raggiungere l'auralizzazione.

Diagramma di effetto della simulazione computerizzata del campo sonoro dell'auditorium della banda militare

Le carenze di RAYNOISE

Tuttavia, sebbene il sistema RAYNOISE Revision 3.0 abbia fatto grandi miglioramenti rispetto alle versioni precedenti e abbia fatto progressi sia nell'uso che nella precisione dei calcoli, è sempre basato sull'acustica geometrica, quindi sarà inevitabilmente limitato dall'acustica geometrica. Ad esempio, il suo effetto di simulazione in spazi a bassa frequenza o di piccole dimensioni è relativamente scarso, il che ridurrà inevitabilmente notevolmente il suo campo di applicazione. Per un altro esempio, può solo fornire i risultati di simulazione di sorgenti sonore semplici (come le sorgenti puntuali) in un punto dato, ma è impotente di fronte a sorgenti sonore in movimento, sorgenti sonore distribuite, sorgenti sonore direzionali e situazioni più complesse.

Diagramma dell'effetto di simulazione al computer del campo sonoro del Teatro del Centro Radio e Televisione di Nanchino

LMSSYSNOISE--Software di analisi del accoppiamento acustico-vibrazionale SYSNOISE è il software di analisi acustica-vibrazionale più avanzato sul mercato, ma non richiede agli utenti di essere esperti in acustica.
SYSNOISE è un pioniere nella progettazione, diagnosi dei guasti e ottimizzazione del campo acustico-vibrazionale globale, con potenti funzioni. Dalla previsione del campo sonoro della cavità all'analisi del campo sonoro attorno all'oggetto, può persino calcolare la risposta della struttura sotto l'azione del campo sonoro, aiutando così gli ingegneri del controllo del rumore a ottimizzare le caratteristiche acustico-vibrazionali del prodotto. Gli eccellenti utenti di SYSNOISE sono tutti i tipi di personale tecnico nel settore, come: ingegneri di ricerca e sviluppo che amano la flessibilità, utenti occasionali che necessitano di un'interfaccia grafica facile da comprendere, e ingegneri di design che si affidano a "wizard" online per aiutarli a completare l'analisi. La radiazione sonora da fonti di vibrazione calcola il campo sonoro irradiato sulla superficie e in qualsiasi punto dell'oggetto a partire dai risultati delle misurazioni delle vibrazioni o dai risultati dei calcoli agli elementi finiti. Ad esempio: il rumore del motore e del compressore, la radiazione sonora dell'altoparlante. La distribuzione del campo sonoro prevede il campo sonoro e la vibrazione strutturale formati attorno alla struttura nel campo sonoro. Ad esempio: rilevamento sottomarino, l'effetto di isolamento acustico delle barriere stradali contro il rumore. La propagazione del percorso strutturale calcola la risposta alle vibrazioni forzate della struttura causate da eccitazioni dinamiche e il campo sonoro generato. Ad esempio: progettazione del supporto del motore, l'influenza dell'impatto dell'equilibrio del rotore.
La perdita di trasmissione del percorso aereo calcola le caratteristiche di perdita di trasmissione della piastra sottile nel campo sonoro, la dimensione della vibrazione eccitata e il campo sonoro su entrambi i lati della piastra. Ad esempio: vibrazione del satellite causata dal rumore di trasmissione, la propagazione delle onde sonore attraverso pannelli decorativi, rumore della lavastoviglie.