Software voor simulatie van bioscoopakoestiek CARA

1. Basisprincipes van de kamer (wizard voor het ontwerpen van nieuwe kamers)

'New Room Design' stelt u in staat om eenvoudig een nieuwe kamer in te richten. Er zijn vier opties: sjabloon voor kamerplattegrond, afmetingen, wandmaterialen en luidsprekerconfiguratie.

Eerst moet u een sjabloon voor een kamerplattegrond selecteren, die een eenvoudige rechthoek of een andere vorm kan zijn, zoals een L-vorm.

Op de tweede pagina moet u de basisafmetingen van de kamer definiëren. Druk op F10 om niet-metrische eenheden, zoals voetjes, in te voeren. Als u een schuin plafond wilt maken, voert u de maximale afmetingen van de kamer in.

Opmerking: De hoogte van de kamer kan niet worden gewijzigd nadat de wizard is gesloten.

Selecteer op de derde pagina de basismaterialen. De materialen van de vloer, wanden en plafond bepalen de akoestische eigenschappen (geluidsabsorptiecoëfficiënt).

"Rasterpuntenniveau" definieert de hoogte van het rasterniveau, dat wordt aanbevolen om gelijk te liggen met het luisterend oor. De standaard 100cm gaat ervan uit dat de luisteraar op de bank zit.

Selecteer op de laatste pagina uw luidsprekerconfiguratie. U kunt kiezen voor surround sound-configuraties zoals stereo en quadrafonisch.

CARA 2.1 PLUS bevat 10 digitale surroundconfiguraties om aan toekomstige ontwikkelingsbehoeften te voldoen.

2. Wijzig de plattegrond van de kamer
Als uw kamertype niet beschikbaar is in de kamersjabloon, kunt u de dichtstbijzijnde sjabloon selecteren en de plattegrond wijzigen. Selecteer Plattegrond in het menu Tekenen.
Selecteer een hoekpunt of klik op de binnenrand van de muur om een hoekpunt in te voegen.
Gebruik de hulplijnen 'Richtlijnen' om uw kamerplan nauwkeurig te meten.
Klik op de omringende markeringen om hulplijnen toe te voegen en te verwijderen. In het menu Beeld vindt u meer hulpmiddelen om het ontwerpen van een kamer te vergemakkelijken.
Zij zijn:
'Snap to Floor Plan' Aanpassen aan de planstructuur
'Uitlijnen op objectpunten' Aanpassen aan objectpunten
'Gebruik hulplijnen' Aanpassen aan hulplijnen
'Gebruik raster' Aanpassen aan het raster

3. Meubels invoegen
Selecteer Laadgroep in het menu Bewerken om meubels uit de CARA-meubeldatabase te selecteren om in uw kamerontwerp te plaatsen. Daarnaast kun je ook meubels op maat maken. Meubels zijn samengesteld uit verschillende 3D-objecten en worden opgeslagen in de database en kunnen worden gebruikt in andere kamerontwerpen.
In het ontwerp van de kamer kunnen 3D-objecten (meubels) naar believen worden vervormd en verplaatst. 3D-objecten worden niet alleen gebruikt om meubels te simuleren, maar kunnen ook voor veel meer toepassingen worden gebruikt, zoals binnenmuren, deurkozijnen, vensterbanken, balken, schuine plafonds, terrassen, enz. U moet er echter rekening mee houden dat de berekeningstijd voor automatische positie-optimalisatie bijvoorbeeld toeneemt met het aantal reflecterende of absorberende oppervlakken in de ruimte. Daarom is het niet nodig om alle meubels in overweging te nemen. Meubels die dicht bij de luidsprekers of de luisteraar worden geplaatst, hebben de grootste invloed op de geluidskleuring. Ook hebben grote meubels een grotere impact dan kleine meubels.
Bovendien evalueert de nieuwe CARA 2.1 PLUS-functie 'Acoustic Ambiance' de akoestische eigenschappen van uw kamer en stelt enkele verbeteringen voor.
Daarom zijn er 2 suggesties voor het ontwerp van de kamer:
Creëer een nieuw gedetailleerd kamerontwerp en zorg ervoor dat alle meubels en materiaaloppervlakken worden opgenomen. Gedetailleerde informatie is te vinden in de Acoustic Ambiance analyse.
Creëer een nieuw minimalistisch kamerontwerp met alleen het hoofdmeubilair. De berekening bepaalt het geluidsveld en de optimalisatie van de luidsprekers en de luisterpositie, die minder tijd kost maar minder nauwkeurig is.

4. Materiële oppervlakken
De materialen voor de kamerwanden en 3D-objecten kunnen worden geselecteerd uit de materialendatabase. De geluidsabsorptiecoëfficiënt van het materiaal beïnvloedt de nagalmtijd en dus de evaluatie van de akoestische omgeving.
U kunt ook specifieke rechthoekige gebieden (materiaaloppervlakken) in de muur definiëren om deuren, ramen, gordijnen en tapijten te simuleren. Meestal verschillen hun geluidsabsorptiecoëfficiënten van de respectieve wandoppervlakken.
Materiaaloppervlakken en wanden zijn tweedimensionaal en verhogen de berekeningstijd niet, maar 3D-objecten zijn driedimensionaal, zoals meubels, en zullen de berekeningstijd aanzienlijk verlengen omdat 3D-objecten geluidsabsorptie- en reflectieoppervlakken in de kamer toevoegen.
Gebruik hulplijnen om de afmetingen van materiaaloppervlakken nauwkeurig te bepalen.

5. Materiaalkeuze
De materialen voor de wanden van de ruimte en de oppervlakken van 3D-objecten worden geselecteerd uit de materialendatabase. De geluidsabsorptiecoëfficiënt die in de materiaalgegevens is opgegeven, wordt in het dialoogvenster weergegeven met behulp van een frequentieresponsgrafiek.
'Beschrijving' bevat een beschrijving van het geselecteerde materiaal.
De gekleurde vlakken geven de materiaaltextuur weer, die wordt gebruikt in de 3D-weergave en in de 2D-weergave van de vloer, het plafond en de wanden.
'Materiaalgroepen' geeft aan in welke groep het materiaal is gegroepeerd.

6. Akoestische omgeving
De akoestische omgeving van een kamer wordt voornamelijk weerspiegeld door de nagalmtijd, of de tijd die nodig is om de akoestische veldintensiteit (energiedichtheid) met 60dB te vervalsen nadat de geluidsbron is gestopt. Deze tijd hangt nauw samen met de grootte van de kamer en de absorptie van geluidsgolven door de muren en meubels in de kamer. Sterke absorptie betekent een lange nagalmtijd, zwakke absorptie betekent een lange nagalmtijd.

Lange nagalmtijd: zeer echoënde ruimtes
Lange nagalmtijden komen voor in grote, lege ruimtes, zoals kerken, en in ruimtes met sterke reflecties, zoals betegelde badkamers. Veel mensen beschrijven de omgeving van deze kamers als "live" of "echoënd". In deze kamers is de spraakverstaanbaarheid laag, zijn de stemmen schel en kan klappen fladderecho's veroorzaken. Deze echo's kunnen meer opvallen in verschillende delen van de kamer.
Korte nagalmtijd: krappe of saaie ruimtes
Korte nagalmtijden komen voor in ruimtes met veel geluidsdemping. Hierdoor voelt de ruimte kleiner aan dan hij in werkelijkheid is. Dit kan ertoe leiden dat de meeste mensen een kameromgeving als "krap" of "saai" ervaren. Bibliotheken zijn hier een voorbeeld van. Mensen beoordelen de grootte van een kamer op basis van de nagalmtijd.
Nagalmtijd kan verkleuring veroorzaken
Een typische kamer absorbeert hoge frequenties meer dan lage frequenties, waardoor de nagalmtijd van lage frequenties veel langer is dan die van middenfrequenties of hoge frequenties. De dunne rode lijn in het dialoogvenster is een voorbeeld van een ruimte die ideaal aanvoelt. De groene lijn geeft de boven- en ondergrens van de ideale nagalmtijd op het frequentiespectrum aan. Wanneer de nagalmtijd van dit bereik afwijkt, ervaren mensen het geluid als onnatuurlijk of met sterke kleuring.
CARA kan u helpen uw ruimteomgeving te verbeteren
CARA helpt u te bepalen hoeveel de nagalmtijd afwijkt van het ideale frequentiebereik. Bij deze berekeningen wordt rekening gehouden met de structuur van de kamer, maar ook met het meubilair en de gebruikte materialen. Deze berekeningen zijn onafhankelijk van het luidsprekersysteem.
Na berekening beschrijft CARA de akoestische omgeving van de ruimte en stelt verbeteringen voor. Meestal betekent dit het toevoegen of verwijderen van meubels, of het veranderen van het materiaal van het kameroppervlak.
7. Luidsprekers en luisterpositie
De laatste stap in het ontwerp van de ruimte is het bepalen van de luisterpositie en het selecteren van de luidsprekers uit de luidsprekerbibliotheek en het plaatsen ervan in de werkelijke positie. Als u de luisterpositie als eerste plaatst, wordt de oriëntatie van de hoofdluidsprekers automatisch aangepast.

Pas het positioneringsgebied (rechthoek) rond de luidsprekers aan, evenals het positioneringsgebied van de geluidsabsorptiepositie. Het formaat van het 'Positioneringsgebied' kan worden gewijzigd door een rechthoekig vak. U kunt een speciale vorm van het positioneringsgebied opgeven, zoals L-vormig of twee afzonderlijke rechthoekige gebieden. Wanneer de automatische positie-optimalisatie is geleerd, kunnen de luidsprekers en de luisterpositie binnen deze gebieden worden verplaatst om de beste positie te vinden.
Door met de rechtermuisknop op de luidspreker of de luisterpositie te klikken, kunt u de afstand en verticale hoogte van het positioneringsgebied vanaf de vloer aanpassen. Zodra het ontwerp is voltooid, kunt u in de werkbalk van de CARACAD-module op CARACALC klikken om de akoestische berekening van de kamer te starten.
8. 3D weergave van de 3D-kamer

In de module '3D View' kun je rondlopen in de virtuele ruimte die je hebt ontworpen en je ontwerp controleren.
Dit is erg handig in veel gevallen, waar het moeilijk is om het 3D-effect voor te stellen op basis van de plattegrond. Zeker als je een complexe ruimtestructuur hebt ontworpen met schuine plafonds, dakkapellen, etc.
1. Positionele optimalisatie

Voordat u de positionele optimalisatie uitvoert, moet u de parameterinstellingen aanroepen vanuit het menu Opties. Stel bijvoorbeeld de maximale reflectievolgorde in op 4 of 5.
Daarnaast kunt u enkele symmetriebeperkingen gebruiken voor de positionele optimalisatie. Deze hebben betrekking op de instellingen van uw hoofdluidspreker. U kunt eisen dat de twee luidsprekers symmetrisch worden geplaatst ten opzichte van de voor- of zijwanden, die u kunt selecteren in het menu Opties / Variatiebereiken.
Tijdens het optimalisatieproces veranderen de posities van de luidsprekers en de luisterpositie in het hoofdvenster nadat elke optimalisatie is voltooid. Tegelijkertijd, als de SPL-frequentieresponscurve van tevoren wordt weergegeven (menu Resultaten / Positionele optimalisatie), wordt deze ook bijgewerkt.
De Calculation Tracer geeft het optimalisatieproces stap voor stap weer.
U kunt de berekening ook op elk gewenst moment onderbreken door Pauze te selecteren in het menu Berekeningen. De actuele optimalisatieresultaten worden opgeslagen.
Af en toe moet u de optimalisatie opnieuw starten, bijvoorbeeld na het aanpassen van de startpositie, het locatiegebied, het maximale aantal reflecties.

2. Auralisatie
Met behulp van de geluidskaart en koptelefoon kunt u luistertests uitvoeren in een virtuele ruimte, bijvoorbeeld om de verschillen tussen luidsprekers in verschillende posities te vergelijken.
Reactie van Transient Room

De auralisatieberekening start vanuit het menu Berekening en geeft de resultaten weer in 'Transient Room Response' (TRR). TRR stelt CARA in staat om de invloed van de klankkleuring in de ruimte op de muziekweergave te bepalen.
Auralisatieberekeningen maken gebruik van een stapgrootte met een vaste frequentie, 0,1 ... 2,5 Hz. Het totale aantal frequentiebasispunten loopt op tot 500.000. CARA-berekeningen, zoals speciale berekeningen en geluidsveldberekeningen, gebruiken daarentegen een vaste frequentiestapgrootte en hebben grotere granulaire punten op 118 frequentiebasispunten (logaritmische schaal).
TRR kan worden weergegeven en opgeslagen voor verdere berekeningen. Via het menu Resultaten/Verificatie: RIA.
Auralisatie, luistertest:

De luistertest met auralisatie vergelijkt de originele muziek met de muziek die wordt gereproduceerd door de luidsprekers in de kamer. Om de muziekweergave van de luidsprekers tot stand te brengen, moet het originele muzieksignaal worden gemengd met de transiëntrespons van de kamer. Zowel het originele muzieksignaal als het gereproduceerde signaal worden met behulp van geluidsbestanden op de harde schijf opgeslagen. De luistertest wordt vervolgens uitgevoerd met behulp van ETS Multi Media Player.
De originele clip van het muzieksignaal is vereist voor de luistertest. Kies de clip die je het leukst vindt of die je goed vindt. De muziekclip moet een zeer breed spectrum bieden (bas, middentonen en hoge frequenties) en relatief evenwichtig zijn gedurende de hele muziekclip. Bijvoorbeeld: Jazz, POP of rockmuziek.
De CARA CD-ROM bevat een verscheidenheid aan muzieksamples.
U kunt ETS Multi Media Player ook gebruiken om de weergave van meerdere luidsprekers te vergelijken. Vergelijk verschillende variaties van dezelfde kamer met het originele muziekvoorbeeld, zoals verschillende luidsprekerposities. Sla het bewerkte geluidsbestand op en vergelijk het vervolgens in de speler.
Aanvullende opmerkingen:
De Room Transient Response (TRR) is de verandering in het geluidsdrukniveau op de luisterpositie in de loop van de tijd. Een enkele Dirac (of delta) puls wordt uitgezonden door de luidspreker, waarbij het oorspronkelijke geluid op de luisterpositie wordt gemeten en het geluid dat één en meerdere keren wordt gereflecteerd door de muren, het plafond, de vloer en het meubilair.
De bandbreedte die nodig is voor een echte Dirac-puls is niet geschikt voor luidsprekers. CARA houdt rekening met de elektro-akoestische omzetting door het type luidspreker te selecteren in de berekening.
De TRR-berekening van CARA is gebaseerd op de inverse Fouriertransformatie van de frequentierespons van de ontleedde geluidsdruk op de luisterpositie.
Het TRR-dialoogvenster geeft positieve en negatieve geluidsdrukamplitudes weer, en de resultaten van de kwadraten van deze amplitudes worden weergegeven in het dialoogvenster Reverb en kunnen worden vergeleken met de versie met hoge resolutie in de speciale berekening.

3. Berekening van het geluidsveld

Naast de automatische positieoptimalisatie is geluidsveldberekening de meest gebruikte en belangrijke functie in CARA.
Roep eerst Parameter aan vanuit het menu Opties, zoals het aanpassen van de maximale reflectievolgorde naar 4-5, voor de volgende stap van de berekening van het geluidsveld. Als u het niet erg vindt om meer rekentijd te besteden, kunt u deze waarde verhogen.
'Sound Field Calculations' bepaalt alle gegevens over de akoestiek van de ruimte, met 1.000-3.000 gelijkmatig verdeelde rasterpunten ter hoogte van het oor van de luisteraar. Deze hebben betrekking op de geluidsdruk, frequentierespons, positie, spraakverstaanbaarheid en ook de tijdscorrelatie van de geluidsgolven in de kamer.
De resultaten van de geluidsveldberekeningen zijn gebaseerd op de huidige positie van de luidsprekers.
Op basis van deze resultaten kunt u de beste luisterpositie vinden, rekening houdend met kleuring (lineariteit van frequentierespons), positie (geluidsbeeld) en spraakverstaanbaarheid.

Als de luidsprekerposities vast staan, kan dit 'Positionele optimalisatie' vervangen.

4. Parameters berekenen
In dit dialoogvenster kunt u de berekeningsparameters bewerken. Als u niet zeker weet of uw aanpassingen geschikt zijn, klikt u op 'Standaard' om de standaardwaarden te gebruiken, die geschikt zijn voor de meeste situaties.

De maximale reflectievolgorde heeft betrekking op de berekeningsnauwkeurigheid, maar heeft ook invloed op de berekeningstijden 'Berekeningstijden'.
Als uw kamer veel polygonen bevat, zal de berekeningstijd aanzienlijk toenemen. In dergelijke gevallen kunt u de 'Maximum Reflection Order' verminderen of enkele polygonen verwijderen (bijv. enkele meubels verwijderen).
Het inschakelen van complexe muurimpedanties verhoogt de berekeningsnauwkeurigheid en berekeningstijd. De standaard muurimpedantie is reëel.
Lange rekentijden leiden tot een hogere berekeningsnauwkeurigheid, dit is een basisregel.
De auralisatieparameters Maximale lengte en Bemonsteringsfrequentie bepalen de berekening van de transiënte respons van de kamer. TRR is de basis van auralisatie (luistertest). TRR bevat alle informatie over de impact van de ruimteakoestiek op de muziekweergave in de ruimte.

Berekeningstijden Het dialoogvenster 'Tijden berekenen' toont het aantal zichtbare kamerpolygonen en het totale aantal kamerpolygonen. Het aantal polygonen is afhankelijk van het werkelijke ontwerp van de ruimte en wordt bepaald door de CARACALC-module voordat de eerste berekening van de ruimteakoestiek wordt gestart. Geluidsgolven kunnen alleen worden gereflecteerd (en gedeeltelijk geabsorbeerd) op zichtbare muren (veelvlakken).
Daarnaast is het budget voor de benodigde rekentijd ook afhankelijk van het maximaal aantal reflecties 'Maximale Reflectievolgorde'.
De berekeningstijd heeft betrekking op slechts één luidspreker en één luisterpositie. De totale rekentijd is een veelvoud van het aantal luidsprekers en luisterposities.
De berekeningstijd voor rechthoekige ruimtes (zonder meubels) is zeer kort (tot 1000 keer), omdat alle gereflecteerde geluidsgolven kunnen worden bepaald en gevolgd voordat de daadwerkelijke akoestische berekening plaatsvindt.

5. Berekeningstracker

De tracker geeft informatie weer over de huidige status van de akoestische berekening. De voortgangsbalk toont de tijd die is besteed aan één luidspreker en één luisterpositie.
Tijdens de berekening van het geluidsveld geeft het aantal luisterposities 'Luisterposities' het aantal weer dat nog niet is berekend. De berekening kan op elk moment worden stopgezet, maar de berekeningsresultaten worden verwijderd.
Tijdens de automatische positieoptimalisatie worden het aantal proeven 'Trials', het aantal optimalisaties 'Optima', de startafwijking 'Startafwijking', de optimale afwijking van de huidige beste positie 'Optimale Afwijking' en de stroomafwijking 'Huidige Afwijking' weergegeven.
De positieoptimalisatie kan ook op elk moment worden gestopt, in welk geval de huidige geoptimaliseerde positie en de bijbehorende akoestische resultaten op de harde schijf kunnen worden opgeslagen.

6. Vergelijking: CARA en werkelijke meting

De bovenstaande figuur toont de vergelijking van de geluidsdrukfrequentierespons berekend door CARA (rood) en de werkelijke meetresultaten (groen).
Afmetingen luisterruimte (L/B/H) 8,06/5,87/2,62 m. In de voorste hoek bevindt zich een schuimrubberen absorptieplaat. Aan de voorkant staat een 60cm diepe boekenkast met deuren. Er is ook een boekenplank van ongeveer 8 vierkante meter aan de linkermuur.
De tweeweg testluidspreker staat op een 90 cm hoge standaard, op 3 meter afstand van de microfoon, op 1.6 meter afstand van de voorwand en op 1.8 meter afstand van de linkermuur.
De frequentierespons wordt berekend aan de hand van een maximaal aantal reflecties van 12.
Uit de vergelijking blijkt dat de CARA-berekeningen zeer goed overeenkomen met de werkelijke metingen. We weten niet of andere akoestische simulatiesoftware ook kan matchen. Het is mogelijk dat de meeste andere software het fasegedeelte van de complexe geluidsdrukamplitude niet beschouwt. Bovendien is het luidsprekermodel mogelijk niet erg nauwkeurig.
CARA simuleert bijvoorbeeld de geluidsstraling van de luidspreker met behulp van 4000 complexe frequentieresponsen (1000 richtingen rond de luidspreker, 4 verschillende afstanden) van 5 tot 40.960 Hz (1/9 octaafinterval).