Introdução ao software de acústica geométrica RAYNOISE para design assistido por computador

RAYNOISE é um sistema de software de simulação de campo sonoro em larga escala desenvolvido pela LMS, empresa belga de design acústico. A sua função principal é simular vários comportamentos acústicos de espaços fechados ou abertos e de espaços semi-fechados. Pode simular com precisão o processo físico de propagação do som, incluindo: reflexo espelho, reflexo difuso, absorção de parede e ar, difração e transmissão, e pode, finalmente, recriar o efeito de escuta da posição de recepção. O sistema pode ser amplamente utilizado no projeto de qualidade sonora de salões, previsão e controle de ruído industrial, projeto de equipamentos de gravação, projeto de sistemas de voz em locais públicos, como aeroportos, metrôs e estações, e estimativa de ruído em estradas, ferrovias e estádios.

Para descrever o meio acústico, o SYSNOISE utiliza os métodos numéricos mais avançados. Eles são baseados em métodos de elementos de contorno diretos e indiretos, ou equações acústicas de elementos finitos/infinito acústicos. A própria estrutura é expressa por um modelo de elemento finito estrutural, que pode ser importado de todas as ferramentas de elementos finitos estruturais e geração de malhas mais populares. Todos os módulos de análise estão totalmente integrados no ambiente central, suportando múltiplos modelos e gráficos 3D.
O SYSNOISE possui poderosas funções integradas de pré e pós-processamento, com ferramentas de verificação e correção de malhas. O pós-processamento pode desenhar imagens coloridas, campos vetoriais, estruturas deformadas, bem como gráficos XY, gráficos de barras e gráficos de coordenadas polares, e também inclui exibição de animação e reprodução de som.
Princípios básicos do sistema RAYNOISE

O sistema RAYNOISE pode ser essencialmente considerado como um sistema de auralização de qualidade sonora (para detalhes sobre "auralização", veja a referência [1]). Ele é baseado principalmente na acústica geométrica. A acústica geométrica assume que as ondas sonoras em um ambiente acústico se propagam em todas as direções na forma de linhas sonoras. Após as linhas sonoras colidirem com o meio ou interface (como a parede), parte da energia será perdida. Dessa forma, o método de acumulação de energia das ondas sonoras em diferentes posições no campo sonoro também é diferente. Se um ambiente acústico for considerado como um sistema linear, então apenas a resposta ao impulso do sistema precisa ser conhecida para obter o efeito acústico em qualquer posição no ambiente acústico a partir das características da fonte sonora. Portanto, obter a resposta ao impulso é a chave para todo o sistema. No passado, métodos de simulação eram usados principalmente, ou seja, utilizando modelos em escala para obter respostas ao impulso. Desde o final da década de 1980, com o rápido desenvolvimento da tecnologia computacional, a tecnologia digital gradualmente se tornou dominante. O núcleo da tecnologia digital é usar computadores multimídia para modelagem e programação para calcular respostas ao impulso. Essa tecnologia é simples, rápida e tem continuamente melhorado a precisão, o que não é igualado pela tecnologia analógica. Existem dois métodos bem conhecidos para calcular a resposta ao impulso: Método da Fonte de Imagem Espelhada (MISM) e Método de Traçado de Raios (RTM). Ambos os métodos têm suas próprias vantagens e desvantagens [1]. Mais tarde, alguns métodos que os combinam surgiram, como o Método do Feixe Cônico (CBM) e o Método do Feixe Triangular (TBM) [1]. O RAYNOISE utiliza esses dois métodos em combinação como sua tecnologia central para calcular a resposta ao impulso do campo sonoro [2].

Diagrama de efeito de simulação computacional do campo sonoro do Auditório de Laiwu

Aplicação do sistema RAYNOISE
O RAYNOISE pode ser amplamente utilizado na previsão e controle de ruído industrial, acústica ambiental, acústica arquitetônica e no design de sistemas reais simulados, mas a intenção original do designer ainda era a acústica de salas, ou seja, é principalmente utilizado para simulação computacional da qualidade sonora de auditórios. Para projetar a qualidade sonora de um auditório, o primeiro requisito é estabelecer de forma precisa e rápida um modelo tridimensional do auditório, pois isso está diretamente relacionado à precisão da simulação computacional. O sistema RAYNOISE fornece uma interface interativa amigável para modelagem computacional. Os usuários podem inserir diretamente modelos tridimensionais gerados pelo AutoCAD ou HYPERMESH, ou selecionar modelos da biblioteca de modelos do sistema e completar a definição do modelo. Os principais passos da modelagem incluem:
(1) Iniciar o RAYNOISE;
(2) Selecionar o modelo;
(3) Inserir as dimensões geométricas;
(4) Defina os materiais e propriedades de cada superfície (incluindo coeficiente de absorção sonora, etc.);
(5) Defina as características da fonte sonora;
(6) Defina o campo receptor;
(7) Outras instruções ou definições, como o número de linhas sonoras consideradas, o número de níveis de reflexão, etc.
O usuário pode usar o mouse para visualizar as características do modelo definido e suas estruturas internas de diferentes ângulos na tela (distintas por cor). Em seguida, o cálculo pode ser iniciado. Processando os resultados do cálculo, parâmetros acústicos como o nível de pressão sonora, nível A de som, ecograma e função de resposta ao pulso de frequência em um determinado ponto do campo de recepção de interesse podem ser obtidos. Se você quiser saber o efeito de audição deste ponto, pode primeiro converter a resposta ao impulso em uma função de transferência binaural e convolvê-la com o sinal seco gravado na sala anecoica com antecedência, para que você possa ouvir o efeito de audição deste ponto através de seus ouvidos.

Diagrama de efeito de simulação de design acústico de computador do Teatro Nacional

Características do RAYNOISE

Comparado com outros softwares de simulação de campo sonoro que apareceram nos últimos 10 anos, como o Hypersignal-Acoustic3.4 da Signalgic e o EASE2.0, o RAYNOISE é mais maduro em termos de uso e função. Ele formou um sistema de auralização relativamente completo e independente. O Hypersignal-Acoustic3.4 pode servir apenas como uma interface de software e hardware para outros softwares de auralização [3], ou seja, ele pode apenas completar o trabalho de convolução do sinal seco com a resposta ao impulso de outros softwares e simular o efeito de audição; o EASE2.0 também precisa ser usado em conjunto com o EARS (Simulação de Sala de Auralização Eletrônica) para alcançar a auralização.

Diagrama de efeito de simulação computadorizada do campo sonoro do salão de concertos da banda militar

Deficiências do RAYNOISE

No entanto, embora o sistema RAYNOISE Revisão 3.0 tenha feito grandes melhorias com base nas versões anteriores e tenha feito avanços tanto na utilização quanto na precisão de cálculo, ele sempre se baseia na acústica geométrica, portanto, será inevitavelmente limitado pela acústica geométrica. Por exemplo, seu efeito de simulação em espaço de baixa frequência ou em pequena escala é relativamente pobre, o que inevitavelmente reduzirá muito seu escopo de aplicação. Por outro lado, ele só pode fornecer os resultados de simulação de fontes sonoras simples (como fontes pontuais) em um ponto dado, mas é impotente para fontes sonoras móveis, fontes sonoras distribuídas, fontes sonoras direcionais e situações mais complexas.

Diagrama de efeito de simulação de computador do campo sonoro do Teatro do Centro de Rádio e Televisão de Nanjing

LMSSYSNOISE--Software de Análise de Acoplamento Acústico-Vibração SYSNOISE é o software de análise acústico-vibração mais avançado do mercado, mas não exige que os usuários sejam especialistas em acústica.
SYSNOISE é um pioneiro no design, diagnóstico de falhas e otimização do campo acústico-vibracional global, com funções poderosas. Desde a previsão do campo sonoro da cavidade até a análise do campo sonoro ao redor do objeto, ele pode até calcular a resposta da estrutura sob a ação do campo sonoro, ajudando assim os engenheiros de controle de ruído a otimizar as características acústico-vibracionais do produto. Os excelentes usuários do SYSNOISE são todos os tipos de pessoal técnico da indústria, como: engenheiros de pesquisa e desenvolvimento que gostam de flexibilidade, usuários ocasionais que precisam de uma interface gráfica fácil de entender, e engenheiros de design que dependem de "assistentes" online para ajudá-los a completar a análise. A radiação sonora de fontes de vibração calcula o campo sonoro radiado na superfície e em qualquer ponto do objeto a partir dos resultados de medição de vibração ou resultados de cálculo de elementos finitos. Por exemplo: o ruído do motor e do compressor, a radiação sonora do alto-falante. A distribuição do campo sonoro prevê o campo sonoro e a vibração estrutural formados ao redor da estrutura no campo sonoro. Por exemplo: detecção de submarinos, o efeito de isolamento sonoro de barreiras de ruído em estradas. A propagação do caminho estrutural calcula a resposta de vibração forçada da estrutura causada por excitação dinâmica e o campo sonoro gerado. Por exemplo: design de suporte de motor, a influência do desequilíbrio do rotor.
A perda de transmissão do caminho do ar calcula as características de perda de transmissão da placa fina no campo sonoro, o tamanho da vibração excitada e o campo sonoro em ambos os lados da placa. Por exemplo: vibração de satélite causada por ruído de transmissão, a propagação de ondas sonoras através de painéis decorativos, ruído de lava-louças.