Программное обеспечение для моделирования акустики кинотеатра CARA

1. Основы комнаты (Мастер нового дизайна комнаты)

Новый дизайн комнаты позволяет легко обустроить новую комнату. Есть четыре варианта: шаблон плана комнаты, размеры, материалы стен и конфигурация колонок.

Во-первых, вам нужно выбрать шаблон плана комнаты, который может быть простым прямоугольником или другой формой, например, L-образной.

На второй странице нужно определиться с основными размерами помещения. Нажмите клавишу F10, чтобы ввести неметрические единицы, такие как футы. Если вы хотите сделать наклонный потолок, введите максимальные размеры помещения.

Примечание: Высота комнаты не может быть изменена после закрытия мастера.

На третьей странице выберите основные материалы. Материалы пола, стен и потолка определяют акустические свойства (коэффициент звукопоглощения).

"Уровень точек сетки" определяет высоту уровня сетки, который рекомендуется располагать вровень с ухом слушателя. По умолчанию 100см предполагает, что слушатель сидит на диване.

На последней странице выберите конфигурацию динамиков. Вы можете выбрать конфигурации объемного звука, такие как стерео и квадрофонический.

CARA 2.1 PLUS включает в себя 10 конфигураций цифрового объемного звучания для удовлетворения будущих потребностей разработки.

2. Измените план комнаты
Если тип помещения недоступен в шаблоне помещения, вы можете выбрать ближайший шаблон и изменить план. Выберите «План этажа» в меню «Рисование».
Выберите угловую точку или щелкните по внутреннему краю стены, чтобы вставить угловую точку.
Используйте вспомогательные линии «Рекомендации», чтобы точно измерить план комнаты.
Щелкните по окружающим маркерам, чтобы добавить или удалить вспомогательные линии. В меню «Вид» вы можете найти больше инструментов для упрощения дизайна помещения.
К ним относятся:
'Привязка к плану этажа' Адаптация к структуре плана
'Привязка к точкам объекта' Адаптация к точкам объекта
'Использовать направляющие линии' Адаптация к вспомогательным линиям
'Use Grid' Адаптация к сетке

3. Вставьте мебель
Выберите «Загрузить группу» в меню «Правка», чтобы выбрать мебель из базы данных мебели CARA для размещения в дизайне комнаты. Кроме того, вы также можете настроить мебель. Мебель состоит из нескольких 3D-объектов и будет сохранена в базе данных и может быть использована в других дизайнах помещений.
В дизайне помещения 3D-объекты (мебель) могут искажаться и перемещаться по желанию. 3D-объекты используются не только для моделирования мебели, но и для многих других целей, таких как внутренние стены, дверные рамы, подоконники, балки, наклонные потолки, террасы и т. д. Однако необходимо учитывать, что время расчета для автоматической оптимизации положения, например, увеличивается с увеличением количества отражающих или поглощающих поверхностей в помещении. Поэтому не стоит рассматривать всю мебель. Наибольшее влияние на окраску звука оказывает мебель, размещенная рядом с колонками или слушателем. Кроме того, большая мебель оказывает большее влияние, чем маленькая.
Кроме того, новая функция CARA 2.1 PLUS «Акустическая атмосфера» оценивает акустические свойства вашего помещения и предлагает некоторые улучшения.
Поэтому есть 2 предложения по оформлению помещения:
Создайте новый подробный дизайн комнаты, обязательно включив в него всю мебель и материальные поверхности. Подробная информация находится в анализе акустической среды.
Создайте новый минималистичный дизайн комнаты, используя только основную мебель. Расчет определяет звуковое поле, а также оптимизацию динамиков и позиции прослушивания, что занимает меньше времени, но является менее точным.

4. Материальные поверхности
Материалы для стен помещений и 3D-объектов можно выбрать из базы данных материалов. Коэффициент звукопоглощения материала влияет на время реверберации и, таким образом, на оценку акустической среды.
Вы также можете определить определенные прямоугольные области (материальные поверхности) внутри стены, чтобы смоделировать двери, окна, шторы, ковры. Обычно их коэффициенты звукопоглощения отличаются от соответствующих поверхностей стен.
Материальные поверхности и стены двумерны и не увеличивают время расчета, а вот 3D-объекты трехмерны, такие как мебель, и значительно увеличивают время расчета, поскольку 3D-объекты добавляют звукопоглощающие и отражающие поверхности в комнате.
Используйте направляющие для точного определения размеров поверхностей материала.

5. Выбор материала
Материалы для стен помещений и поверхностей 3D-объектов выбираются из базы данных материалов. Коэффициент звукопоглощения, указанный в данных о материале, отображается в диалоговом окне с помощью графика частотной характеристики.
«Описание» содержит описание выбранного материала.
Цветные области показывают текстуру материала, которая используется в 3D виде и в 2D виде пола, потолка и стен.
'Material Groups' указывает, в какую группу сгруппирован материал.

6. Акустическая среда
Акустическая среда помещения в основном отражается временем реверберации, или временем, которое требуется для того, чтобы интенсивность акустического поля (плотность энергии) снизилась на 60 дБ после остановки источника звука. Это время тесно связано с размерами помещения и поглощением звуковых волн стенами и мебелью в комнате. Сильное поглощение означает длительное время реверберации, слабое поглощение означает длительное время реверберации.

Длительное время реверберации: очень эхо в помещениях
Длительное время реверберации происходит в больших пустых помещениях, таких как церкви, и в помещениях с сильными отражениями, таких как ванные комнаты, выложенные плиткой. Многие люди описывают обстановку этих комнат как «живую» или «эхо». В этих комнатах разборчивость речи низкая, голоса пронзительные, а хлопки могут вызвать трепетающее эхо. Эти отголоски могут быть более заметны в разных частях комнаты.
Короткое время реверберации: тесные или скучные помещения
Короткое время реверберации происходит в помещениях с большим демпфированием звука. Из-за этого комната кажется меньше, чем она есть на самом деле. Это может привести к тому, что большинство людей будут воспринимать комнатную обстановку как «тесную» или «скучную». Библиотеки являются примером этого. Люди судят о размере комнаты на основе времени реверберации.
Время реверберации может привести к окрашиванию
Типичная комната поглощает высокие частоты больше, чем низкие, в результате чего время реверберации низких частот намного больше, чем у средних или высоких частот. Тонкая красная линия в диалоговом окне — это пример комнаты, которая кажется идеальной. Зеленая линия показывает верхний и нижний пределы идеального времени реверберации на частотном спектре. Когда время реверберации отклоняется от этого диапазона, люди воспринимают звук как неестественный или с сильной окраской.
CARA может помочь вам улучшить обстановку в комнате
CARA поможет вам определить, насколько время реверберации отклоняется от идеального диапазона частот. В этих расчетах учитывается структура помещения, а также используемая мебель и материалы. Эти расчеты не зависят от акустической системы.
После расчета CARA описывает акустическую среду помещения и предлагает улучшения. Обычно это означает добавление или удаление мебели, или изменение материала поверхности комнаты.
7. Динамики и позиция для прослушивания
Последним шагом в проектировании помещения является определение места прослушивания, выбор колонок из библиотеки колонок и размещение их в фактическом положении. Если вы поместите позицию прослушивания первой, ориентация основных динамиков будет отрегулирована автоматически.

Отрегулируйте область позиционирования (прямоугольник) вокруг колонок, а также зону позиционирования позиции звукопоглощения. Размер «Области позиционирования» может быть изменен с помощью прямоугольного прямоугольника. Вы можете указать специальную форму области позиционирования, например, L-образную или две отдельные прямоугольные области. Когда автоматическая оптимизация положения изучена, динамики и позиция прослушивания могут быть перемещены внутрь этих областей, чтобы найти наилучшее положение.
Щелчок правой кнопкой мыши по динамику или положению прослушивания позволяет регулировать расстояние и вертикальную высоту зоны позиционирования от пола. После завершения проектирования вы можете нажать кнопку CARACALC на панели инструментов модуля CARACAD, чтобы начать акустический расчет помещения.
8. 3D вид на 3D помещение

В модуле «3D View» вы можете пройтись по виртуальной комнате, которую вы спроектировали, и проверить свой дизайн.
Это очень полезно во многих случаях, когда сложно представить себе 3D-эффект на основе плана этажа. Особенно, если вы спроектировали сложную конструкцию помещения со скошенными потолками, мансардными окнами и т.д.
1. Позиционная оптимизация

Перед запуском позиционной оптимизации необходимо вызвать настройки параметров из меню Параметры. Например, установите Максимальный порядок отражения на 4 или 5.
Кроме того, вы можете использовать некоторые ограничения симметрии для позиционной оптимизации. Они связаны с настройками основных динамиков. Вы можете потребовать, чтобы два динамика были симметрично удалены друг от друга от передней или боковой стен, которые вы можете выбрать в меню «Параметры» / «Вариационные диапазоны».
В процессе оптимизации положение динамиков и положение слушателей в главном окне будут меняться после завершения каждой оптимизации. При этом, если кривая частотной характеристики SPL отображается заранее (меню Результаты / Позиционная оптимизация), она также будет обновлена.
Вычислительный трассировщик показывает процесс оптимизации шаг за шагом.
Вы также можете прервать расчет в любое время, выбрав «Перерыв» в меню «Расчеты». Текущие результаты оптимизации сохраняются.
Время от времени возникает необходимость перезапустить оптимизацию, например, после корректировки стартового положения, области расположения, максимального количества отражений.

2. Аурализация
С помощью звуковой карты и наушников можно проводить тесты прослушивания в виртуальной комнате, например, сравнивать различия между колонками в разных положениях.
Переходная характеристика помещения

Расчет аурализации начинается в меню «Расчет» и отображает результаты в «Переходной характеристике помещения» (TRR). TRR позволяет CARA определять влияние цветовой гаммы звука в помещении на воспроизведение музыки.
В расчетах аурализации используется фиксированный размер шага частоты, 0,1 ... 2,5 Гц. Общее количество базовых точек частоты составляет до 500 000. В отличие от этого, расчеты CARA, такие как специальные вычисления и вычисления звукового поля, используют фиксированный размер шага частоты и имеют более крупные гранулярные точки в 118 базовых точках частоты (логарифмическая шкала).
TRR может быть отображен и сохранен для дальнейших расчетов. Через меню Результаты/Аурализация: RIA.
Аурализация, тест на слух:

В ходе теста на прослушивание аурализационной музыки оригинальная музыка сравнивается с музыкой, воспроизводимой из громкоговорителей в комнате. Чтобы установить музыкальное воспроизведение громкоговорителей, исходный музыкальный сигнал должен быть сведен с переходной характеристикой помещения. Как исходный музыкальный сигнал, так и воспроизведенный сигнал сохраняются на жестком диске с помощью звуковых файлов. Затем тест на прослушивание проводится с помощью ETS Multi Media Player.
Для тестирования прослушивания требуется оригинальный клип с музыкальным сигналом. Выберите клип, который вам больше всего нравится или который вы считаете хорошим. Музыкальный клип должен обеспечивать очень широкий спектр (низкие, средние и высокие частоты) и быть относительно сбалансированным на протяжении всего музыкального клипа. Например: джаз, поп или рок музыка.
CARA CD-ROM содержит различные музыкальные сэмплы.
Вы также можете использовать ETS Multi Media Player для сравнения воспроизведения нескольких громкоговорителей. Сравните различные варианты одной и той же комнаты с исходным музыкальным образцом, например разное расположение громкоговорителей. Сохраните обработанный звуковой файл и затем сравните его в плеере.
Дополнительные примечания:
Переходная характеристика помещения (TRR) — это изменение уровня звукового давления в месте прослушивания с течением времени. Один импульс Дирака (или дельта) излучается из громкоговорителя, измеряя исходный звук в месте прослушивания и звук, отраженный один и несколько раз от стен, потолка, пола и мебели.
Пропускная способность, необходимая для истинного импульса Дирака, не подходит для громкоговорителей. CARA учитывает электроакустическое преобразование, выбирая в расчете тип громкоговорителя.
Расчет TRR CARA основан на обратном преобразовании Фурье частотной характеристики разложившегося звукового давления в месте прослушивания.
В диалоговом окне TRR отображаются положительные и отрицательные амплитуды звукового давления, а результаты квадратов этих амплитуд отображаются в диалоговом окне Реверберация и могут быть сравнены с версией с высоким разрешением в специальном расчете.

3. Расчет звукового поля

В дополнение к автоматической оптимизации положения, наиболее часто используемой и важной функцией в CARA является расчет звукового поля.
Сначала вызовите Parameter из меню Options, например, настроив Maximum Reflection Order на 4-5, для следующего шага вычисления звукового поля. Если вы не против потратить больше времени на расчеты, вы можете увеличить это значение.
«Расчет звукового поля» определяет все данные об акустике помещения, с 1000-3000 равномерно расположенными точками сетки на уровне ушей слушателя. Они касаются звукового давления, частотной характеристики, положения, четкости речи, а также временного соотношения звуковых волн в помещении.
Результаты расчетов звукового поля основаны на текущем положении громкоговорителей.
На основе этих результатов можно подобрать наилучшее положение для прослушивания с учетом окраски (линейности АЧХ), положения (звукового образа) и четкости речи.

Если положение громкоговорителей фиксировано, это может заменить «Оптимизацию положения».

4. Расчет параметров
В этом диалоговом окне можно редактировать параметры расчета. Если вы не уверены в правильности ваших корректировок, нажмите «Стандартные», чтобы использовать значения по умолчанию, которые подходят для большинства ситуаций.

Максимальный порядок отражения связан с точностью расчета, но также влияет на время расчета «Время расчета».
Если в вашей комнате много полигонов, время расчета значительно увеличится. В таких случаях вы можете уменьшить «Максимальный порядок отражения» или удалить некоторые полигоны (например, убрать некоторую мебель).
Включение сложных импедансов стен повысит точность расчета и время расчета. По умолчанию сопротивление стены является действительным.
Длительное время расчета приводит к более высокой точности расчетов, это основное правило.
Параметры аурализации «Максимальная длина» и «Частота дискретизации» определяют расчет переходной характеристики помещения. TRR является основой аурализации (теста на слух). TRR содержит всю информацию о влиянии акустики помещения на воспроизведение музыки в помещении.

Расчетное время Диалоговое окно «Расчет времени» показывает количество видимых полигонов помещений и общее количество полигонов помещений. Количество полигонов зависит от фактической конструкции помещения и определяется модулем CARACALC перед началом первого расчета акустики помещения. Звуковые волны могут отражаться (и частично поглощаться) только на видимых стенах (многогранниках).
Кроме того, бюджет на необходимое время расчета также зависит от максимального количества отражений 'Maximum Reflection Order'.
Время расчета включает только один громкоговоритель и одну позицию прослушивания. Общее время вычисления кратно количеству громкоговорителей и позиций прослушивания.
Время расчета для прямоугольных помещений (без мебели) очень короткое (до 1000 раз), потому что все отраженные звуковые волны можно определить и отследить до фактического акустического расчета.

5. Трекер вычислений

Трекер отображает информацию о текущем состоянии акустического расчета. Индикатор выполнения показывает время, затраченное на использование одного громкоговорителя и одной позиции прослушивания.
Во время вычисления звукового поля количество позиций прослушивания «Позиции прослушивания» показывает число, которое еще не было рассчитано. Расчет может быть остановлен в любой момент, но результаты расчета будут удалены.
При автоматической оптимизации позиции отображается количество попыток 'Trials', количество оптимизаций 'Optima', начальное отклонение 'Start Deviation', оптимальное отклонение текущей лучшей позиции 'Optimum Deviation' и текущее отклонение 'Current Deviation'.
Оптимизация позиции также может быть остановлена в любое время, и в этом случае текущее оптимизированное положение и соответствующие акустические результаты могут быть сохранены на жестком диске.

6. Сравнение: CARA и фактические измерения

На рисунке выше показано сравнение частотной характеристики звукового давления, рассчитанной по CARA (красный) и фактических результатов измерений (зеленый).
Размер комнаты для прослушивания (Д/Ш/В) 8,06/5,87/2,62 м. В переднем углу расположен поролоновый звукопоглотитель. Спереди находится книжный шкаф глубиной 60 см с дверцами. Также на левой стене есть книжная полка площадью около 8 квадратных метров.
Двухполосный тестовый динамик расположен на подставке высотой 90 см на расстоянии 3 метра от микрофона, на расстоянии 1,6 метра от передней стены и на расстоянии 1,8 метра от левой стены.
Частотная характеристика рассчитывается с использованием максимального числа отражений, равного 12.
Сравнение показывает, что расчеты CARA очень хорошо совпадают с фактическими измерениями. Мы не знаем, может ли другое программное обеспечение для акустического моделирования соответствовать этому. Возможно, что большинство других программ не учитывают фазовую часть амплитуды комплексного звукового давления. Кроме того, модель динамика может быть не очень точной.
Например, CARA моделирует звуковое излучение колонки с помощью 4000 комплексных частотных характеристик (1000 направлений вокруг колонки, 4 различных расстояния) от 5 до 40 960 Гц (интервал 1/9 октавы).