Reka bentuk akustik berasaskan komputer--pengenalan perisian akustik geometri RAYNOISE

RAYNOISE adalah sistem perisian simulasi medan bunyi berskala besar yang dibangunkan oleh LMS, sebuah syarikat reka bentuk akustik Belgium. Fungsi utamanya adalah untuk mensimulasikan pelbagai tingkah laku akustik ruang tertutup atau terbuka dan ruang separuh tertutup. Ia dapat mensimulasikan dengan tepat proses fizikal penyebaran bunyi, termasuk: pantulan specular, pantulan difus, penyerapan dinding dan udara, difraksi dan penghantaran, dan akhirnya dapat mencipta semula kesan pendengaran di posisi penerimaan. Sistem ini boleh digunakan secara meluas dalam reka bentuk kualiti bunyi dewan, ramalan dan kawalan bunyi industri, reka bentuk peralatan rakaman, reka bentuk sistem suara di tempat awam seperti lapangan terbang, metro dan stesen, serta anggaran bunyi di jalan, kereta api dan stadium.

Untuk menerangkan medium akustik, SYSNOISE menggunakan kaedah numerik yang paling maju. Mereka berdasarkan kaedah elemen sempadan langsung dan tidak langsung, atau persamaan akustik elemen akhir/elemen infiniti akustik. Struktur itu sendiri dinyatakan melalui model elemen akhir struktur, yang boleh diimport dari semua alat elemen akhir struktur dan penjanaan mesh arus perdana. Semua modul analisis sepenuhnya terintegrasi dalam persekitaran teras, menyokong multi-model dan grafik 3D.
SYSNOSISE mempunyai fungsi pra dan pasca pemprosesan yang terintegrasi dengan kuat, dengan alat pemeriksaan dan pembetulan mesh. Pemprosesan pasca boleh menarik gambar berwarna, medan vektor, struktur yang terdeformasi, serta graf XY, graf bar dan graf koordinat polar, dan juga termasuk paparan animasi dan main balik bunyi.
Prinsip asas sistem RAYNOISE

Sistem RAYNOISE pada dasarnya boleh dianggap sebagai sistem auralisasi kualiti bunyi (untuk butiran mengenai "auralisasi", lihat rujukan [1]). Ia terutamanya berdasarkan akustik geometri. Akustik geometri menganggap bahawa gelombang bunyi dalam persekitaran akustik merambat ke semua arah dalam bentuk garis bunyi. Setelah garis bunyi bertembung dengan medium atau antaramuka (seperti dinding), sebahagian daripada tenaga akan hilang. Dengan cara ini, kaedah pengumpulan tenaga gelombang bunyi pada kedudukan yang berbeza dalam medan bunyi juga berbeza. Jika persekitaran akustik dianggap sebagai sistem linear, maka hanya tindak balas impuls sistem yang perlu diketahui untuk mendapatkan kesan akustik di mana-mana kedudukan dalam persekitaran akustik daripada ciri-ciri sumber bunyi. Oleh itu, mendapatkan tindak balas impuls adalah kunci kepada keseluruhan sistem. Pada masa lalu, kaedah simulasi kebanyakannya digunakan, iaitu menggunakan model berskala untuk mendapatkan tindak balas impuls. Sejak akhir 1980-an, dengan perkembangan pesat teknologi komputer, teknologi digital secara beransur-ansur menjadi dominan. Inti teknologi digital adalah menggunakan komputer multimedia untuk pemodelan dan program untuk mengira tindak balas impuls. Teknologi ini mudah, cepat dan telah terus meningkatkan ketepatan, yang tidak dapat ditandingi oleh teknologi analog. Terdapat dua kaedah terkenal untuk mengira tindak balas impuls: Kaedah Sumber Imej Cermin (MISM) dan Kaedah Penjejakan Sinar (RTM). Kedua-dua kaedah mempunyai kelebihan dan kekurangan masing-masing [1]. Kemudian, beberapa kaedah yang menggabungkan keduanya muncul, seperti Kaedah Pancaran Konik (CBM) dan Kaedah Pancaran Segitiga (TBM) [1]. RAYNOISE menggunakan kedua-dua kaedah ini secara gabungan sebagai teknologi terasnya untuk mengira tindak balas impuls medan bunyi [2].

Rajah kesan simulasi komputer medan bunyi Auditorium Laiwu

Aplikasi sistem RAYNOISE
RAYNOISE boleh digunakan secara meluas dalam ramalan dan kawalan bunyi industri, akustik alam sekitar, akustik seni bina dan reka bentuk sistem simulasi sebenar, tetapi niat asal pereka masih akustik bilik, iaitu, ia digunakan terutamanya untuk simulasi komputer kualiti bunyi dewan. Untuk merancang kualiti bunyi dewan, keperluan pertama adalah untuk membina model tiga dimensi dewan dengan tepat dan cepat, kerana ia berkaitan secara langsung dengan ketepatan simulasi komputer. Sistem RAYNOISE menyediakan antara muka interaktif yang mesra untuk pemodelan komputer. Pengguna boleh terus memasukkan model tiga dimensi yang dihasilkan oleh AutoCAD atau HYPERMESH, atau memilih model dari perpustakaan model sistem dan melengkapkan definisi model. Langkah utama pemodelan termasuk:
(1) Mula RAYNOISE;
(2) Pilih model;
(3) Masukkan dimensi geometri;
(4) Definisikan bahan dan sifat setiap permukaan (termasuk koefisien penyerapan bunyi, dll.);
(5) Definisikan ciri-ciri sumber bunyi;
(6) Definisikan bidang penerima;
(7) Arahan atau definisi lain, seperti jumlah garis bunyi yang dipertimbangkan, jumlah tahap pantulan, dll.
Pengguna boleh menggunakan tetikus untuk melihat ciri-ciri model yang ditakrifkan dan struktur dalaman dari sudut yang berbeza di skrin (dibezakan dengan warna). Kemudian pengiraan boleh dimulakan. Dengan memproses hasil pengiraan, parameter akustik seperti tahap tekanan bunyi, tahap bunyi A, echogram, dan fungsi respons denyutan frekuensi pada titik tertentu dalam bidang penerimaan yang diminati boleh diperoleh. Jika anda ingin mengetahui kesan pendengaran pada titik ini, anda boleh terlebih dahulu menukar respons impuls kepada fungsi pemindahan binaural dan menggabungkannya dengan isyarat kering yang dirakam di bilik anechoic terlebih dahulu, supaya anda dapat mendengar kesan pendengaran pada titik ini melalui telinga anda.

Rajah kesan simulasi reka bentuk akustik komputer di Teater Kebangsaan

Ciri-ciri RAYNOISE

Berbanding dengan perisian simulasi medan bunyi lain yang telah muncul dalam 10 tahun lepas, seperti Hypersignal-Acoustic3.4 dari Signalgic dan EASE2.0, RAYNOISE adalah lebih matang dari segi penggunaan dan fungsi. Ia telah membentuk sistem auralisasi yang agak lengkap dan berdikari. Hypersignal-Acoustic3.4 hanya boleh berfungsi sebagai antara muka perisian dan perkakasan untuk perisian auralisasi lain [3], iaitu, ia hanya boleh menyelesaikan kerja mengkonvolusi isyarat kering dengan respons impuls dari perisian lain dan mensimulasikan kesan pendengaran; EASE2.0 juga perlu digunakan bersama dengan EARS (Simulasi Ruang Auralisasi Elektronik) untuk mencapai auralisasi.

Rajah kesan simulasi komputer bagi medan bunyi dewan konsert band tentera

Kelemahan RAYNOISE

Walau bagaimanapun, walaupun sistem RAYNOISE Revision 3.0 telah membuat peningkatan besar berdasarkan versi sebelumnya, dan telah membuat terobosan dalam kedua-dua penggunaan dan ketepatan pengiraan, ia sentiasa berdasarkan akustik geometri, jadi ia akan terhad oleh akustik geometri. Sebagai contoh, kesan simulasi dalam frekuensi rendah atau ruang berskala kecil adalah agak lemah, yang pasti akan mengurangkan skop aplikasinya dengan ketara. Sebagai contoh lain, ia hanya dapat memberikan hasil simulasi sumber bunyi yang sederhana (seperti sumber titik) pada titik tertentu, tetapi ia tidak berdaya untuk sumber bunyi bergerak, sumber bunyi yang diedarkan, sumber bunyi arah dan situasi yang lebih kompleks.

Rajah kesan simulasi komputer bagi medan bunyi Teater Pusat Radio dan Televisyen Nanjing

LMSSYSNOISE--Perisian Analisis Penggabungan Akustik-Vibrasi SYSNOISE adalah perisian analisis akustik-vibrasi yang paling maju di pasaran, tetapi ia tidak memerlukan pengguna untuk menjadi pakar akustik.
SYSNOISE adalah perintis dalam reka bentuk, diagnosis kesalahan dan pengoptimuman bidang akustik-getaran global, dengan fungsi yang kuat. Dari ramalan medan bunyi rongga hingga analisis medan bunyi di sekitar objek, ia bahkan dapat mengira respons struktur di bawah tindakan medan bunyi, dengan itu membantu jurutera kawalan bunyi untuk mengoptimumkan ciri-ciri akustik-getaran produk. Pengguna cemerlang SYSNOISE adalah pelbagai jenis kakitangan teknikal dalam industri, seperti: jurutera penyelidikan dan pembangunan yang memerlukan fleksibiliti, pengguna sekali-sekala yang memerlukan antara muka grafik yang mudah difahami, dan jurutera reka bentuk yang bergantung pada "wizard" dalam talian untuk membantu mereka menyelesaikan analisis. Radiasi bunyi dari sumber getaran mengira medan bunyi yang dipancarkan di permukaan dan mana-mana titik objek dari hasil pengukuran getaran atau hasil pengiraan elemen terhingga. Contohnya: bunyi enjin dan pemampat, radiasi bunyi dari pembesar suara. Pengagihan medan bunyi meramalkan medan bunyi dan getaran struktur yang terbentuk di sekitar struktur dalam medan bunyi. Contohnya: pengesanan kapal selam, kesan penebat bunyi penghalang bunyi jalan. Penyebaran laluan struktur mengira respons getaran paksa struktur yang disebabkan oleh pengujaan dinamik dan medan bunyi yang dihasilkan. Contohnya: reka bentuk penyokong enjin, pengaruh ketidakseimbangan rotor.
Kehilangan penghantaran laluan udara mengira ciri kehilangan penghantaran plat nipis dalam medan bunyi, saiz getaran yang teruja, dan medan bunyi di kedua-dua sisi plat. Contohnya: getaran satelit yang disebabkan oleh bunyi penghantaran, penyebaran gelombang bunyi melalui panel hiasan, bunyi mesin basuh pinggan.