Software di simulazione di campo sonoro di grandi dimensioni RAYNOISE dal Belgio

Introduzione al software di acustica geometrica raynois: RAYNOISE è un sistema software di simulazione del campo sonoro su larga scala sviluppato dalla società belga di progettazione acustica LMS. La sua funzione principale è quella di simulare vari comportamenti acustici di spazi chiusi, spazi aperti e spazi semichiusi. È in grado di simulare accuratamente il processo fisico di propagazione del suono, tra cui: riflessione speculare, riflessione diffusa, assorbimento di pareti e aria, diffrazione e trasmissione, e può infine ricreare l'effetto di ascolto della posizione ricevente. 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 apparecchiature 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.
Principi di base del sistema RAYNOISE:
Il sistema RAYNOISE può essere considerato essenzialmente come un sistema di auralizzazione della qualità del suono (per i dettagli sulla "auralizzazione", vedere il riferimento [1]). Si basa principalmente sull'acustica geometrica. L'acustica geometrica presuppone che le onde sonore in un ambiente acustico si propaghino sotto forma di raggi sonori. Dopo la collisione con un mezzo o un'interfaccia (come un muro), una parte dell'energia del raggio sonoro andrà persa. In questo modo, anche la modalità di accumulo di energia dell'onda sonora in diverse posizioni del campo sonoro è diversa. Se un ambiente acustico è considerato come un sistema lineare, allora l'effetto acustico in qualsiasi posizione nell'ambiente acustico può essere ottenuto dalle caratteristiche della sorgente sonora solo conoscendo la risposta all'impulso del sistema. Pertanto, ottenere la risposta all'impulso è la chiave dell'intero sistema. In passato, il metodo analogico è stato maggiormente utilizzato, ovvero la risposta all'impulso è stata ottenuta utilizzando un modello in scala. Dalla fine degli anni '80, con il rapido sviluppo della tecnologia informatica, la tecnologia digitale è diventata gradualmente dominante. Il cuore della tecnologia digitale è l'uso di computer multimediali per costruire modelli e programmi per calcolare le risposte all'impulso. Questa tecnologia è semplice, veloce e ha le caratteristiche di migliorare continuamente la precisione, che non hanno eguali nella tecnologia analogica. Esistono due metodi ben noti per calcolare le risposte all'impulso: il metodo della sorgente dell'immagine speculare (MISM) e il metodo del ray tracing (RTM). Entrambi i metodi hanno i loro vantaggi e svantaggi [1]. Successivamente, sono stati sviluppati alcuni metodi che li combinano, come il metodo del fascio conico (CBM) e il metodo del fascio triangolare (TBM) [1]. RAYNOISE utilizza una combinazione di questi due metodi come tecnologia di base per calcolare la risposta all'impulso del campo sonoro [2].

Applicazione del sistema RAYNOISE:

RAYNOISE può essere ampiamente utilizzato nei campi della previsione e del controllo del rumore industriale, dell'acustica ambientale, dell'acustica architettonica e della progettazione di sistemi reali simulati, ma l'intenzione originale del progettista era ancora l'acustica della stanza, cioè è stata utilizzata principalmente per la simulazione al computer della qualità del suono della sala. Per progettare la qualità del suono della sala, è necessario innanzitutto stabilire in modo accurato e rapido un modello tridimensionale della sala, perché è direttamente correlato all'accuratezza della simulazione al computer. Il sistema RAYNOISE fornisce un'interfaccia interattiva per la modellazione al computer. Gli utenti possono inserire direttamente i modelli tridimensionali generati da AutoCAD o HYPERMESH, oppure possono selezionare i modelli nella libreria dei modelli di sistema e completare la definizione del modello. Le fasi principali della modellazione includono: (1) Avvio di RAYNOISE; (2) Selezionare il modello; (3) Inserire le dimensioni geometriche; (4) Definire i materiali e le proprietà di ciascuna superficie (compreso il coefficiente di assorbimento acustico, 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). Quindi puoi iniziare il calcolo. Elaborando i risultati del calcolo, è possibile ottenere parametri acustici come il livello di pressione sonora, il livello sonoro A, l'ecogramma e la funzione di risposta all'impulso in frequenza di un determinato punto nel campo ricevente di interesse. Se vuoi ancora conoscere l'effetto di ascolto di questo punto, puoi prima convertire la risposta all'impulso in una funzione di trasferimento binaurale e convolgerla con il segnale secco registrato in camera anecoica in anticipo, in modo da poter sentire l'effetto di ascolto di questo punto attraverso le tue orecchie.

1. L'origine della tecnologia di "riduzione del rumore locale"

Attualmente, l'inquinamento acustico è comune nei siti industriali dei giacimenti di petrolio e gas. In Cina, il controllo del rumore ha le condizioni tecniche e i mezzi per trasformarsi da protezione passiva a protezione attiva e può iniziare a eseguire il trattamento corrispondente dei siti ad alta rumorosità in modo mirato. Negli ultimi anni, i giacimenti petroliferi della China National Petroleum Corporation hanno iniziato ad aumentare gli investimenti nel trattamento del rischio acustico e alcuni giacimenti di petrolio e gas hanno realizzato progetti di trattamento del rumore su larga scala nei siti di produzione.

Nel caso di investimenti limitati nel trattamento del rumore, è possibile utilizzare una tecnologia informatica avanzata per ottenere una "riduzione del rumore locale" nelle aree locali, che può garantire che i percorsi di pattugliamento a punto fisso dei lavoratori sul posto di lavoro siano inferiori a 85 dB(A). Questa è la tecnologia di "riduzione del rumore locale" nel trattamento del rumore nell'industria petrolifera e del gas.

2. Tecnologia di "Local noise reduction" e software di simulazione del campo sonoro Sistema RAYNOISE

Di solito, per il controllo del rumore negli impianti di giacimenti di petrolio e gas con rumore eccessivo, la maggior parte delle aziende acustiche preferisce coprire le pareti interne e i tetti con fonoassorbenti di varie strutture e materiali, quindi eseguire un ragionevole trattamento di isolamento acustico e riduzione delle vibrazioni sulle apparecchiature che emettono rumore elevato. Finché vengono utilizzati la struttura e i materiali adatti al campo sonoro e alle caratteristiche di qualità del suono e vengono presi in considerazione fattori quali la ventilazione, la dissipazione del calore, l'ispezione e la manutenzione dell'apparecchiatura, lo schema di progettazione di cui sopra otterrà generalmente buoni effetti di riduzione del rumore. Indubbiamente, ciò richiede un sostegno sufficiente agli investimenti. Se l'investimento dell'unità di costruzione in progetti di controllo del rumore è limitato o si desidera utilizzare investimenti limitati per il controllo di più luoghi con rumore eccessivo, è necessaria una nuova tecnologia come supporto. La maturità finale della tecnologia di "riduzione del rumore locale" deve essere attribuita all'applicazione del "software di simulazione del campo sonoro RAYNOISE system".

Il software di simulazione del campo sonoro RAYNOISE system, la sua funzione principale è quella di simulare vari comportamenti acustici di spazi chiusi, spazi aperti e spazi semichiusi, e può simulare accuratamente il processo fisico di propagazione del suono. Ciò include: riflessione speculare, riflessione diffusa, assorbimento della parete e dell'aria, diffrazione e trasmissione, e può infine ricreare l'effetto di ascolto nella posizione di ricezione. Il sistema può essere ampiamente utilizzato nella simulazione del rumore degli impianti industriali, nella previsione del rumore e nell'analisi di cabine, treni e cabine di auto; progettazione di sistemi vocali in luoghi pubblici come aeroporti, metropolitane e stazioni, e previsione e analisi del rumore del traffico di strade, ferrovie e gallerie. Ad esempio, il Daqing Theater utilizza il sistema RAYNOISE per la progettazione dell'ottimizzazione acustica e alcuni risultati della simulazione sono i seguenti.
Il metodo di simulazione della progettazione ingegneristica per la riduzione del rumore è:
1. Innanzitutto, inserire la struttura dell'edificio nella modellazione al computer in base al rapporto dimensionale effettivo, quindi inserire la posizione di distribuzione e il valore del rumore della sorgente di rumore nel computer e il sistema RAYNOISE rifletterà l'ambiente del campo sonoro nella struttura dell'edificio (visualizzato con uno spettro di colori).
2. Inserire varie misure acustiche e le loro quantità di riduzione del rumore nella modellazione al computer e il sistema RAYNOISE rifletterà i cambiamenti nell'ambiente del campo sonoro nella struttura dell'edificio (identificati dai cambiamenti di colore).
3. In base all'area di protezione del lavoro designata dalla Parte A, regolare più volte il luogo di installazione e la quantità di misure acustiche in base ai calcoli acustici e all'esperienza ingegneristica e selezionare la soluzione più conveniente in grado di rendere l'ambiente sonoro dell'area di protezione conforme allo standard da diversi risultati di simulazione.

Il sistema RAYNOISE è in grado di simulare la distribuzione del campo sonoro e i parametri di qualità del suono in modo molto accurato in base ai valori effettivi misurati del rumore, simulare diverse soluzioni, prevedere e testare l'effetto di riduzione del rumore, trovare gli anelli deboli nel design e ottimizzare il design. Prima di questo, la tecnologia di "riduzione del rumore locale" nel controllo del rumore non poteva essere realizzata solo attraverso calcoli acustici ed esperienza ingegneristica. Applicando il sistema RAYNOISE, non solo si realizza il concetto di tecnologia di "riduzione del rumore locale", ma si possono completare con precisione anche vari tipi di progetti acustici.

3. Casi di applicazione
Una sala pompe nel giacimento petrolifero di Liaohe utilizza il sistema RAYNOISE per la progettazione della riduzione del rumore.
In circostanze normali, sono in funzione solo una pompa di superficie e una pompa per acqua pulita, quindi dobbiamo solo eseguire la progettazione della riduzione del rumore in base alle condizioni operative di una singola pompa. Dopo il rilevamento e l'analisi in loco, abbiamo utilizzato il sistema RAYNOISE per l'analisi dello spettro del rumore e la simulazione al computer, adottando principalmente il design di riduzione del rumore che combina l'installazione di fonoassorbenti nella sala pompe e l'installazione di barriere fonoisolanti attorno all'apparecchiatura. I seguenti quattro schemi vengono utilizzati per l'analisi comparativa.
4. Prospettive della tecnologia di "riduzione del rumore locale" "Afferrare la salute quando i dipendenti sono sani" è un concetto di gestione generalmente riconosciuto dai responsabili della sicurezza e della protezione ambientale di oggi. Con lo sviluppo intelligente del controllo e della gestione del rumore, la gestione del rumore dei siti industriali del settore petrolifero e del gas (come sale pompe, sale caldaie o sale di riscaldamento, sale ventilanti, sale macchine, sale compressori, sale generatori, officine di tubi petroliferi, siti di perforazione e sale di servizio di supporto, ecc.) entrerà in una nuova fase di sviluppo sotto l'influenza della tecnologia di "riduzione del rumore locale".
Controllo del rumore industriale
• Determinare il livello di pressione sonora del rumore generato dai macchinari e dalle attrezzature in fabbrica
• Calcolare il rumore irradiato da macchinari e attrezzature nei locali adiacenti o all'esterno della fabbrica
• Valutare diverse soluzioni di controllo del rumore, come cuscinetti fonoassorbenti, layout di macchinari e attrezzature, progettazione di fabbrica, ecc., per ridurre la potenza sonora irradiata
Applicazioni di acustica ambientale
• Valutare l'impatto acustico di autostrade, fabbriche, ecc.
• Progettazione ottimizzata di barriere e ostacoli per l'isolamento acustico (posizione, lunghezza, altezza, materiale, ecc.)
Applicazioni acustiche per interni
• Valutare il tempo di riverbero
• Valutare e ottimizzare l'intelligibilità del parlato negli edifici pubblici (stazioni della metropolitana, terminal aeroportuali, ecc.) Edifici, grandi centri commerciali, ecc.)
• Seleziona il posizionamento ideale degli altoparlanti
• Posizionamento ragionevole dei sistemi di mascheramento del rumore (come le biblioteche)
• Ridurre al minimo il consumo di costosi materiali fonoassorbenti per ridurre i costi
• Chiarezza del parlato e ricerca della privacy in aree aperte (banche, sale di progettazione open space, ecc.)
• Progettazione acustica delle sale da concerto (chiarezza, accessibilità, riverbero, ecc.)
• Progettazione e posizionamento dello schermo diffuso
• Confronto tra soluzioni acustiche per diversi layout di ambienti
Schema a blocchi strutturale di ciascun modulo componente
Ogni modulo è spiegato uno per uno secondo i seguenti quattro aspetti:
Panoramica delle funzioni principali
Interfaccia utente grafica
• Interfaccia grafica basata su OSF/Motif o MS-Windows
• Menu a discesa intuitivi
• Barre degli strumenti con scorciatoie di menu
• Barre degli strumenti personalizzabili
• Guida in linea
Interfacce geometriche
• Formato DXF, incluse le informazioni sui livelli
• Supporta la maggior parte dei formati di file geometrici CAE
Dati di input
• L'input geometrico supporta la definizione dei gruppi e la numerazione degli attributi
• Selezione del punto, selezione della casella, selezione libera
• Modelli a geometria chiusa e/o aperta
• Assorbimento d'aria secondo il modello di Harris
• Le proprietà del materiale supportano 1/3 di ottava o la tabella delle frequenze
• Supporta il coefficiente di assorbimento, il coefficiente di dispersione, il coefficiente di trasmissione
• Include il database dei materiali
• Sorgenti sonore a punti, linee, pannelli (attaccate ai lati del poligono)
• Supporta l'ingresso del diagramma di direttività della sorgente sonora, le tabelle di coordinate polari orizzontali e verticali
• Supporta sorgenti sonore coerenti/incoerenti
• Punti di campo: punto, linea, superficie, cerchio, cilindro, sfera, esaedro
Analisi Analisi e Soluzione
•Efficiente motore di ricerca di sorgenti virtuali (metodo a fascio conico e triangolare)
•Riflessione diffusa multi-ordine basata sul metodo del ray tracking del suono
•Correzione continua della coda
•Diffrazione della sorgente sonora e della sorgente virtuale
•Analisi a banda stretta di una sorgente sonora coerente
•Metodo della sorgente sonora del pannello per simulare la trasmissione
•Parametri di calcolo regolabili, come il numero di raggi sonori, il numero di riflessioni, la finestra temporale, ecc.
•Calcolo statistico rapido del tempo di riverbero utilizzando il cammino libero medio
-Calcolo simultaneo del diagramma standard, della funzione di risposta in frequenza, dell'ecografo, ecc.
•Ricca serie di risultati acustici: SPL (livello di pressione sonora), STI (intelligibilità del parlato), RT60 (tempo di riverbero di 60 ms), ecc.
Postprocessore
•Rappresentazione visiva dei materiali del modello e dei risultati acustici
•Risultati grafici: mappa delle nuvole, linea di contorno, campo di deformazione, ecc.
•Risultati della funzione di risposta in frequenza: diagramma della curva XY con varie opzioni (dB pesato, trasformazione FFT, ecc.)
•Risultati dell'ecografo, che può disegnare diagrammi del percorso del raggio sonoro su modelli geometrici
Auralizzazione
• Risposta all'impulso binaurale
• Uscita a convoluzione di fase del segnale dry registrato in camera anecoica: WAV, AU, AIFF e altri formati
Altre note su questo software:
RAYNOISE è un sistema software di simulazione del campo sonoro su larga scala sviluppato da LMS, una società belga di progettazione acustica. La sua funzione principale è quella di simulare vari comportamenti acustici di spazi chiusi, aperti e semichiusi. È in grado di simulare accuratamente il processo fisico di propagazione del suono, tra cui: riflessione speculare, riflessione diffusa, assorbimento di pareti e aria, diffrazione e trasmissione, e può infine ricreare l'effetto di ascolto nella 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 apparecchiature 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.
Principio di base del sistema RAYNOISE
Il sistema RAYNOISE può essere considerato come un sistema di auralizzazione della qualità del suono (per i dettagli sulla "auralizzazione", vedere il riferimento [1]). Si basa principalmente sull'acustica geometrica. L'acustica geometrica presuppone che le onde sonore in un ambiente acustico si propaghino sotto forma di raggi sonori. Dopo la collisione con un mezzo o un'interfaccia (come un muro), una parte dell'energia del raggio sonoro andrà persa. In questo modo, anche la modalità di accumulo di energia dell'onda sonora in diverse posizioni del campo sonoro è diversa. Se un ambiente acustico è considerato come un sistema lineare, allora l'effetto acustico in qualsiasi posizione nell'ambiente acustico può essere ottenuto dalle caratteristiche della sorgente sonora solo conoscendo la risposta all'impulso del sistema. Pertanto, ottenere la risposta all'impulso è la chiave dell'intero sistema. In passato, il metodo analogico è stato maggiormente utilizzato, ovvero la risposta all'impulso è stata ottenuta utilizzando un modello in scala. Dalla fine degli anni '80, con il rapido sviluppo della tecnologia informatica, la tecnologia digitale è diventata gradualmente dominante. Il cuore della tecnologia digitale è l'uso di computer multimediali per costruire modelli e programmi per calcolare le risposte all'impulso. Questa tecnologia è semplice, veloce e ha le caratteristiche di migliorare continuamente la precisione, che non hanno eguali nella tecnologia analogica. Esistono due metodi ben noti per calcolare le risposte all'impulso: il metodo della sorgente dell'immagine speculare (MISM) e il metodo del ray tracing (RTM). Entrambi i metodi hanno i loro vantaggi e svantaggi [1]. Successivamente, sono stati sviluppati alcuni metodi che li combinano, come il metodo del fascio conico (CBM) e il metodo del fascio triangolare (TBM). RAYNOISE utilizza questi due metodi in combinazione come tecnologia di base per calcolare la risposta all'impulso del campo sonoro.
Applicazione del sistema RAYNOISE
RAYNOISE può essere ampiamente utilizzato nei campi della previsione e del controllo del rumore industriale, dell'acustica ambientale, dell'acustica architettonica e della progettazione di sistemi reali simulati, ma l'intenzione originale del progettista era ancora l'acustica della stanza, cioè è stata utilizzata principalmente per la simulazione al computer della qualità del suono della sala. Per progettare la qualità del suono della sala, è necessario innanzitutto stabilire in modo accurato e rapido un modello tridimensionale della sala, perché è direttamente correlato all'accuratezza della simulazione al computer. Il sistema RAYNOISE fornisce un'interfaccia interattiva per la modellazione al computer. Gli utenti possono inserire direttamente i modelli tridimensionali generati da AutoCAD o HYPERMESH, oppure possono selezionare i modelli nella libreria dei modelli di sistema e completare la definizione del modello. Le fasi principali della modellazione includono: (1) Avvio di RAYNOISE; (2) Selezionare il modello; (3) Inserire le dimensioni geometriche; (4) Definire i materiali e le proprietà di ciascuna superficie (compreso il coefficiente di assorbimento acustico, 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). Quindi puoi iniziare il calcolo. Elaborando i risultati del calcolo, è possibile ottenere parametri acustici come il livello di pressione sonora, il livello sonoro A, l'ecogramma e la funzione di risposta all'impulso in frequenza di un determinato punto nel campo ricevente di interesse. Se vuoi ancora conoscere l'effetto di ascolto di questo punto, puoi prima convertire la risposta all'impulso in una funzione di trasferimento binaurale e convolgerla con il segnale secco registrato in camera anecoica in anticipo, in modo da poter sentire l'effetto di ascolto di questo punto attraverso le tue orecchie.