Computerondersteund akoestisch ontwerp - Introductie van RAYNOISE geometrische akoestiek software

RAYNOISE is een grootschalig softwaresysteem voor geluidsveldsimulatie dat is ontwikkeld door LMS, een Belgisch akoestisch ontwerpbedrijf. De belangrijkste functie is het simuleren van verschillende akoestische gedragingen van gesloten of open ruimtes en semi-gesloten ruimtes. Het kan het fysische proces van geluidsvoortplanting nauwkeurig simuleren, inclusief: spiegelreflectie, diffuse reflectie, wand- en luchtabsorptie, diffractie en transmissie, en kan uiteindelijk het luistereffect van de ontvangende positie nabootsen. Het systeem kan op grote schaal worden gebruikt bij het ontwerpen van de geluidskwaliteit in hallen, het voorspellen en beheersen van industriële ruis, het ontwerpen van opnameapparatuur, het ontwerp van spraaksystemen op openbare plaatsen zoals luchthavens, metro's en stations, en het schatten van geluid in wegen, spoorwegen en stadions.

Om het akoestische medium te beschrijven, maakt SYSNOISE gebruik van de meest geavanceerde numerieke methoden. Ze zijn gebaseerd op directe en indirecte grenselementmethoden, of akoestische vergelijkingen van akoestische eindige elementen/oneindige elementen. De structuur zelf wordt uitgedrukt door een structureel eindige-elementenmodel, dat kan worden geïmporteerd uit alle reguliere structurele eindige-elementen- en mesh-generatietools. Alle analysemodules zijn volledig geïntegreerd in de kernomgeving en ondersteunen multi-modellen en 3D-graphics.
SYSNOSISE heeft krachtige geïntegreerde voor- en nabewerkingsfuncties, met tools voor het controleren en corrigeren van mazen. Nabewerking kan kleurenfoto's, vectorvelden, vervormde structuren tekenen, evenals XY-grafieken, staafdiagrammen en polaire coördinatengrafieken, en omvat ook animatieweergave en geluidsweergave.
Basisprincipes van het RAYNOISE-systeem

Het RAYNOISE-systeem kan in wezen worden beschouwd als een auralisatiesysteem voor geluidskwaliteit (voor details over "auralisatie", zie referentie [1]). Het is voornamelijk gebaseerd op geometrische akoestiek. Geometrische akoestiek gaat ervan uit dat geluidsgolven in een akoestische omgeving zich in alle richtingen voortplanten in de vorm van geluidslijnen. Nadat de geluidslijnen in botsing komen met het medium of grensvlak (zoals de muur), gaat een deel van de energie verloren. Op deze manier is ook de energieaccumulatiemethode van geluidsgolven op verschillende posities in het geluidsveld anders. Als een akoestische omgeving wordt beschouwd als een lineair systeem, dan hoeft alleen de impulsrespons van het systeem bekend te zijn om het akoestische effect op elke positie in de akoestische omgeving te verkrijgen uit de kenmerken van de geluidsbron. Daarom is het verkrijgen van de impulsrespons de sleutel tot het hele systeem. In het verleden werden meestal simulatiemethoden gebruikt, dat wil zeggen met behulp van schaalmodellen om impulsreacties te verkrijgen. Sinds het einde van de jaren 1980, met de snelle ontwikkeling van de computertechnologie, is de digitale technologie geleidelijk dominant geworden. De kern van digitale technologie is het gebruik van multimediacomputers voor modellering en programmering om impulsreacties te berekenen. Deze technologie is eenvoudig, snel en heeft een continu verbeterde nauwkeurigheid, die ongeëvenaard is door analoge technologie. Er zijn twee bekende methoden voor het berekenen van impulsrespons: Mirror Image Source Method (MISM) en Ray Tracing Method (RTM). Beide methoden hebben hun eigen voor- en nadelen [1]. Later ontstonden enkele methoden die ze combineren, zoals de Conical Beam Method (CBM) en Triangular Beam Method (TBM) [1]. RAYNOISE gebruikt deze twee methoden in combinatie als kerntechnologie voor het berekenen van de impulsrespons van het geluidsveld [2].

Computersimulatie-effectdiagram van het geluidsveld van het Laiwu Auditorium

Toepassing van het RAYNOISE-systeem
RAYNOISE kan op grote schaal worden gebruikt bij het voorspellen en beheersen van industrieel lawaai, omgevingsakoestiek, architecturale akoestiek en het ontwerpen van gesimuleerde echte systemen, maar de oorspronkelijke bedoeling van de ontwerper was nog steeds kamerakoestiek, dat wil zeggen dat het voornamelijk wordt gebruikt voor computersimulatie van de geluidskwaliteit van hallen. Om de geluidskwaliteit van een hal te ontwerpen, is de eerste vereiste om nauwkeurig en snel een driedimensionaal model van de hal op te stellen, omdat dit direct verband houdt met de nauwkeurigheid van computersimulatie. Het RAYNOISE-systeem biedt een gebruiksvriendelijke interactieve interface voor computermodellering. Gebruikers kunnen rechtstreeks driedimensionale modellen invoeren die zijn gegenereerd door AutoCAD of HYPERMESH, of modellen selecteren uit de systeemmodelbibliotheek en de definitie van het model voltooien. De belangrijkste stappen van modellering zijn:
(1) Start RAYNOISE;
(2) Selecteer het model;
(3) Voer de geometrische afmetingen in;
(4) Definieer de materialen en eigenschappen van elk oppervlak (inclusief geluidsabsorptiecoëfficiënt, enz.);
(5) Definieer de kenmerken van de geluidsbron;
(6) Definieer het ontvangstveld;
(7) Andere instructies of definities, zoals het aantal in aanmerking genomen geluidslijnen, het aantal reflectieniveaus, enz.
De gebruiker kan de muis gebruiken om de kenmerken van het gedefinieerde model en zijn interne structuren vanuit verschillende hoeken op het scherm te bekijken (onderscheiden door kleur). Dan kan de berekening gestart worden. Door de verwerking van de berekeningsresultaten kunnen akoestische parameters zoals het geluidsdrukniveau, het A-geluidsniveau, het echogram en de frequentiepulsresponsfunctie op een bepaald punt in het ontvangstgebied van belang worden verkregen. Als je het luistereffect van dit punt wilt weten, kun je de impulsrespons eerst omzetten in een binaurale overdrachtsfunctie en deze samenvoegen met het droge signaal dat vooraf in de echovrije ruimte is opgenomen, zodat je het luistereffect van dit punt via je oren kunt horen.

Computer akoestisch ontwerp simulatie effectdiagram van het National Theatre

Kenmerken van RAYNOISE

Vergeleken met andere geluidsveldsimulatiesoftware die in de afgelopen 10 jaar is verschenen, zoals Signalgic's Hypersignal-Acoustic3.4 en EASE2.0, is RAYNOISE volwassener in termen van gebruik en functie. Het heeft een relatief compleet en onafhankelijk auralisatiesysteem gevormd. Hypersignal-Acoustic3.4 kan alleen dienen als een software- en hardware-interface voor andere auralisatiesoftware [3], dat wil zeggen, het kan alleen het werk voltooien van het voltooien van het droge signaal met de impulsrespons van andere software en het simuleren van het luistereffect; EASE2.0 moet ook worden gebruikt in combinatie met EARS (Electronically Auralization Room Simulation) om auralisatie te bereiken.

Het effectdiagram van de computersimulatie van het correcte gebied van de militaire zaal van het bandoverleg

De tekortkomingen van RAYNOISE

Hoewel het RAYNOISE Revision 3.0-systeem grote verbeteringen heeft aangebracht ten opzichte van eerdere versies en doorbraken heeft gemaakt in zowel het gebruik als de berekeningsnauwkeurigheid, is het altijd gebaseerd op geometrische akoestiek, dus het zal onvermijdelijk worden beperkt door geometrische akoestiek. Het simulatie-effect in laagfrequente of kleinschalige ruimtes is bijvoorbeeld relatief slecht, wat onvermijdelijk de toepassingsomvang sterk zal verminderen. Een ander voorbeeld is dat het alleen de simulatieresultaten van eenvoudige geluidsbronnen (zoals puntbronnen) op een bepaald punt kan geven, maar het is machteloos voor bewegende geluidsbronnen, gedistribueerde geluidsbronnen, directionele geluidsbronnen en complexere situaties

Computersimulatie-effectdiagram van het geluidsveld van het Nanjing Radio and Television Center Theatre

LMSSYSNOISE--Acoustic-Vibration Coupling Analysis Software SYSNOISE is de meest geavanceerde software voor akoestische trillingsanalyse op de markt, maar gebruikers hoeven geen akoestische experts te zijn.
SYSNOISE is een pionier op het gebied van ontwerp, foutdiagnose en optimalisatie van het wereldwijde akoestische-trillingsveld, met krachtige functies. Van de voorspelling van het geluidsveld van de holte tot de analyse van het geluidsveld rond het object, het kan zelfs de reactie van de structuur onder invloed van het geluidsveld berekenen, waardoor geluidsbeheersingsingenieurs de akoestische trillingseigenschappen van het product kunnen optimaliseren. De uitstekende gebruikers van SYSNOISE zijn allerlei soorten technisch personeel in de industrie, zoals: onderzoeks- en ontwikkelingsingenieurs houden van flexibiliteit, occasionele gebruikers hebben een gemakkelijk te begrijpen grafische interface nodig en ontwerpingenieurs vertrouwen op online "wizards" om hen te helpen de analyse te voltooien. Geluidsstraling van trillingsbronnen berekent het uitgestraalde geluidsveld op het oppervlak en elk punt van het object op basis van de trillingsmeetresultaten of eindige-elementenberekeningsresultaten. Bijvoorbeeld: het geluid van de motor en compressor, de geluidsstraling van de luidspreker. De verdeling van het geluidsveld voorspelt het geluidsveld en de structurele trillingen die rond de structuur in het geluidsveld worden gevormd. Bijvoorbeeld: detectie van onderzeeërs, het geluidsisolerende effect van geluidsschermen op de weg. Structurele padvoortplanting berekent de geforceerde trillingsrespons van de structuur veroorzaakt door dynamische excitatie en het gegenereerde geluidsveld. Bijvoorbeeld: het ontwerp van de motorbeugel, de invloed van onbalans van de rotor.
Luchtpadtransmissieverlies berekent de transmissieverlieskarakteristieken van de dunne plaat in het geluidsveld, de grootte van de opgewonden trilling en het geluidsveld aan beide zijden van de plaat. Bijvoorbeeld: satelliettrillingen veroorzaakt door transmissieruis, de voortplanting van geluidsgolven door decoratieve panelen, lawaai van vaatwassers