Projeto acústico auxiliado por computador - introdução ao software de acústica geométrica RAYNOISE

RAYNOISE é um sistema de software de simulação de campo sonoro em larga escala desenvolvido pela LMS, uma empresa belga de design acústico. Sua principal função é simular diversos comportamentos acústicos de espaços fechados ou abertos e espaços semifechados. Ele pode simular com precisão o processo físico de propagação do som, incluindo: reflexão especular, reflexão difusa, absorção de parede e ar, difração e transmissão, e pode, em última análise, recriar o efeito de escuta da posição receptora. O sistema pode ser amplamente utilizado no projeto de qualidade de som do salão, previsão e controle de ruído industrial, projeto de equipamentos de gravação, projeto de sistema 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 acústicos / elementos infinitos. A estrutura em si é expressa por um modelo de elementos finitos estruturais, que pode ser importado de todas as ferramentas convencionais de geração de elementos finitos estruturais e malhas. Todos os módulos de análise são totalmente integrados ao ambiente principal, suportando multimodelos e gráficos 3D.
O SYSNOSISE possui poderosas funções integradas de pré e pós-processamento, com ferramentas de verificação e correção de malha. 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", consulte a referência [1]). Baseia-se principalmente na acústica geométrica. A acústica geométrica pressupõe que as ondas sonoras em um ambiente acústico se propagam em todas as direções na forma de linhas sonoras. Depois que as linhas de som colidem com o meio ou interface (como a parede), parte da energia será perdida. Desta forma, o método de acumulação de energia das ondas sonoras em diferentes posições no campo sonoro também é diferente. Se um ambiente acústico é considerado 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, os métodos de simulação eram mais usados, ou seja, usando modelos em escala para obter respostas ao impulso. Desde o final da década de 1980, com o rápido desenvolvimento da tecnologia da computação, a tecnologia digital tornou-se gradualmente dominante. O núcleo da tecnologia digital é usar computadores multimídia para modelagem e programa para calcular respostas de impulso. Esta tecnologia é simples, rápida e tem uma precisão continuamente melhorada, que é inigualável pela tecnologia analógica. Existem dois métodos bem conhecidos para calcular a resposta ao impulso: Mirror Image Source Method (MISM) e Ray Tracing Method (RTM). Ambos os métodos têm suas próprias vantagens e desvantagens [1]. Posteriormente, surgiram alguns métodos que os combinam, como o Método do Feixe Cônico (CBM) e o Método do Feixe Triangular (TBM) [1]. O RAYNOISE usa esses dois métodos em combinação como sua tecnologia principal para calcular a resposta ao impulso do campo sonoro [2].

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

Aplicação do sistema RAYNOISE
O RAYNOISE pode ser amplamente utilizado na previsão e controle de ruído industrial, acústica ambiental, acústica arquitetônica e design de sistemas reais simulados, mas a intenção original do projetista ainda era a acústica da sala, ou seja, é usado principalmente para simulação computacional da qualidade do som do salão. Para projetar a qualidade do som de um salão, o primeiro requisito é estabelecer com precisão e rapidez um modelo tridimensional do salão, pois está diretamente relacionado à precisão da simulação computacional. O sistema RAYNOISE fornece uma interface interativa amigável para modelagem por computador. Os usuários podem inserir diretamente modelos tridimensionais gerados pelo AutoCAD ou HYPERMESH, ou selecionar modelos da biblioteca de modelos do sistema e concluir a definição do modelo. As principais etapas da modelagem incluem:
(1) Inicie o RAYNOISE;
(2) Selecione o modelo;
(3) Insira as dimensões geométricas;
(4) Definir os materiais e propriedades de cada superfície (incluindo coeficiente de absorção sonora, etc.);
(5) Definir as características da fonte sonora;
(6) Defina o campo de recebimento;
(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 (diferenciados pela cor). Em seguida, o cálculo pode ser iniciado. Ao processar os resultados do cálculo, podem ser obtidos parâmetros acústicos, como nível de pressão sonora, nível sonoro A, ecograma e função de resposta de pulso de frequência em um determinado ponto do campo de interesse receptor. Se você quiser saber o efeito de escuta deste ponto, você pode primeiro converter a resposta ao impulso em uma função de transferência binaural e convolvê-la com o sinal seco gravado na sala anecóica com antecedência, para que você possa ouvir o efeito de escuta deste ponto através de seus ouvidos.

Diagrama de efeitos de simulação de projeto acústico de computador do Teatro Nacional

Características do RAYNOISE

Comparado com outros softwares de simulação de campo sonoro que surgiram nos últimos 10 anos, como o Hypersignal-Acoustic3.4 e o EASE2.0 da Signalgic, o RAYNOISE é mais maduro em termos de uso e função. Formou um sistema de auralização relativamente completo e independente. O Hypersignal-Acoustic3.4 só pode servir como uma interface de software e hardware para outro software de auralização [3], ou seja, ele só pode completar o trabalho de convolução do sinal seco com a resposta ao impulso de outro software e simular o efeito de escuta; O EASE2.0 também precisa ser usado em conjunto com o EARS (Electronically Auralization Room Simulation) para obter a auralização.

Diagrama de efeito de simulação de computador do campo sonoro da sala de concertos da banda militar

Deficiências do RAYNOISE

No entanto, embora o sistema RAYNOISE Revision 3.0 tenha feito grandes melhorias com base nas versões anteriores e tenha feito avanços tanto no uso quanto na precisão do cálculo, ele é sempre baseado na acústica geométrica, portanto, será inevitavelmente limitado pela acústica geométrica. Por exemplo, seu efeito de simulação em espaço de baixa frequência ou pequena escala é relativamente pobre, o que inevitavelmente reduzirá muito seu escopo de aplicação. Para outro exemplo, ele só pode fornecer os resultados da simulação de fontes sonoras simples (como fontes pontuais) em um determinado ponto, 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 de Vibração Acústica O SYSNOISE é o software de análise de vibração acústica mais avançado do mercado, mas não exige que os usuários sejam especialistas em acústica.
A SYSNOISE é pioneira no projeto, diagnóstico de falhas e otimização do campo global de vibração acústica, 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 de vibração acústica do produto. Os excelentes usuários do SYSNOISE são todos os tipos de pessoal técnico do setor, como: engenheiros de pesquisa e desenvolvimento gostam de flexibilidade, usuários ocasionais precisam de uma interface gráfica fácil de entender e engenheiros de projeto contam com "assistentes" online para ajudá-los a concluir a análise. A radiação sonora de fontes de vibração calcula o campo sonoro irradiado na superfície e em qualquer ponto do objeto a partir dos resultados da medição de vibração ou dos resultados do 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 formada ao redor da estrutura no campo sonoro. Por exemplo: detecção submarina, o efeito de isolamento acústico das barreiras de ruído da estrada. A propagação do caminho estrutural calcula a resposta de vibração forçada da estrutura causada pela excitação dinâmica e pelo campo sonoro gerado. Por exemplo: projeto do suporte do 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, propagação de ondas sonoras através de painéis decorativos, ruído de máquina de lavar louça