Компьютерное акустическое проектирование - Введение в программное обеспечение геометрической акустики RAYNOISE

RAYNOISE — это крупномасштабная программная система моделирования звукового поля, разработанная бельгийской компанией LMS, занимающейся акустическим дизайном. Его основная функция заключается в моделировании различных акустических характеристик закрытых или открытых и полузакрытых пространств. Он может точно моделировать физический процесс распространения звука, включая: зеркальное отражение, диффузное отражение, поглощение стен и воздуха, дифракцию и передачу, и в конечном итоге может воссоздать эффект прослушивания в принимающем положении. Система может широко использоваться при проектировании качества звука в залах, прогнозировании и контроле промышленного шума, проектировании записывающего оборудования, проектировании голосовых систем в общественных местах, таких как аэропорты, метро и станции, а также оценке шума на автомобильных дорогах, железных дорогах и стадионах.

Для описания акустической среды SYSNOISE использует самые передовые численные методы. Они основаны на методах прямых и косвенных граничных элементов, или акустических уравнениях акустических конечных элементов/бесконечных элементов. Сама структура выражается структурной конечно-элементной моделью, которая может быть импортирована из всех основных инструментов для создания структурных конечных элементов и сетки. Все аналитические модули полностью интегрированы в основную среду, поддерживают мультимодели и 3D-графику.
SYSNOSISE имеет мощные интегрированные функции предварительной и последующей обработки, а также инструменты проверки и коррекции сетки. Постобработка может рисовать цветные картинки, векторные поля, деформированные структуры, а также графики XY, гистограммы и графики полярных координат, а также включает в себя отображение анимации и воспроизведение звука.
Основные принципы работы системы RAYNOISE

Систему RAYNOISE по существу можно рассматривать как систему аурализации качества звука (подробнее об «аурализации» см. в справке [1]). В его основе в основном лежит геометрическая акустика. Геометрическая акустика предполагает, что звуковые волны в акустической среде распространяются во всех направлениях в виде звуковых линий. После того, как звуковые линии столкнутся со средой или интерфейсом (например, со стеной), часть энергии будет потеряна. Таким образом, метод накопления энергии звуковых волн в разных положениях звукового поля также различен. Если акустическая среда рассматривается как линейная система, то для получения акустического эффекта в любой точке акустической среды на основе характеристик источника звука необходимо знать только импульсную характеристику системы. Таким образом, получение импульсной характеристики является ключом ко всей системе. В прошлом в основном использовались методы моделирования, то есть использование масштабированных моделей для получения импульсных откликов. С конца 1980-х годов, с быстрым развитием компьютерных технологий, цифровые технологии постепенно стали доминирующими. Суть цифровых технологий заключается в использовании мультимедийных компьютеров для моделирования и программирования для расчета импульсных откликов. Эта технология проста, быстра и имеет постоянно повышенную точность, которая не имеет себе равных среди аналоговых технологий. Существует два известных метода расчета импульсной характеристики: метод источника зеркального изображения (MISM) и метод трассировки лучей (RTM). Оба метода имеют свои преимущества и недостатки [1]. Позже появились методы, которые их объединяют, такие как метод конического луча (CBM) и метод треугольного луча (Triangular Beam Method, PBM) [1]. Компания RAYNOISE использует эти два метода в сочетании в качестве основной технологии для расчета импульсной характеристики звукового поля [2].

Диаграмма эффектов компьютерного моделирования звукового поля Laiwu Auditorium

Применение системы RAYNOISE
RAYNOISE может широко использоваться в прогнозировании и контроле промышленного шума, акустике окружающей среды, архитектурной акустике и проектировании моделируемых реальных систем, но первоначальным замыслом проектировщика все же была акустика помещений, то есть он в основном используется для компьютерного моделирования качества звука в залах. Для проектирования качества звука зала первым требованием является точное и быстрое создание трехмерной модели зала, ведь это напрямую связано с точностью компьютерного моделирования. Система RAYNOISE предоставляет дружественный интерактивный интерфейс для компьютерного моделирования. Пользователи могут напрямую вводить трехмерные модели, созданные с помощью AutoCAD или HYPERMESH, или выбирать модели из библиотеки системных моделей и завершать определение модели. К основным этапам моделирования можно отнести:
(1) Запустите RAYNOISE;
(2) Выберите модель;
(3) Введите геометрические размеры;
(4) Определение материалов и свойств каждой поверхности (включая коэффициент звукопоглощения и т.д.);
(5) Определение характеристик источника звука;
(6) Определите поле приема;
(7) Другие инструкции или определения, такие как количество рассматриваемых звуковых линий, количество уровней отражения и т.д.
Пользователь может использовать мышь для просмотра характеристик заданной модели и ее внутренних структур с разных ракурсов на экране (различается по цвету). После этого можно приступать к расчету. Обрабатывая результаты расчета, можно получить такие акустические параметры, как уровень звукового давления, уровень звука А, эхограмма и функция частотно-импульсной характеристики в определенной точке интересующего поля приема. Если вы хотите узнать звуковой эффект этой точки, вы можете сначала преобразовать импульсную характеристику в бинауральную передаточную функцию и свернуть ее с сухим сигналом, записанным в безэховой комнате заранее, чтобы вы могли слышать слуховой эффект этой точки через свои уши.

Диаграмма эффектов компьютерного акустического проектирования Национального театра

Особенности RAYNOISE

По сравнению с другими программами для моделирования звукового поля, появившимися за последние 10 лет, такими как Hypersignal-Acoustic3.4 и EASE2.0 от Signalgic, RAYNOISE является более зрелым с точки зрения использования и функциональности. В нем сформировалась относительно полноценная и самостоятельная система аурализации. Hypersignal-Acoustic3.4 может служить только программно-аппаратным интерфейсом для другого программного обеспечения для аурализации [3], то есть выполнять только работу по свертыванию сухого сигнала с импульсным откликом от другого программного обеспечения и симуляции звукового эффекта; EASE2.0 также необходимо использовать в сочетании с EARS (Electronically Auralization Room Simulation) для достижения ауризации.

Компьютерное моделирование диаграммы эффектов звукового поля концертного зала военного оркестра

Недостатки RAYNOISE

Однако, несмотря на то, что система RAYNOISE Revision 3.0 значительно улучшилась по сравнению с предыдущими версиями и совершила прорыв как в использовании, так и в точности расчетов, она всегда основана на геометрической акустике, поэтому она неизбежно будет ограничена геометрической акустикой. Например, его эффект симуляции в низкочастотном или маломасштабном пространстве относительно слабый, что неизбежно приведет к значительному сокращению сферы его применения. Другой пример, он может дать результаты моделирования только простых источников звука (таких как точечные источники) в данной точке, но он бессилен для движущихся источников звука, распределенных источников звука, направленных источников звука и более сложных ситуаций

Диаграмма эффектов компьютерного моделирования звукового поля театра Нанкинского радиотелевизионного центра

LMSSYSNOISE - Программное обеспечение для анализа акустических вибраций SYSNOISE является самым передовым программным обеспечением для анализа акустических вибраций на рынке, но оно не требует от пользователей быть экспертами в области акустики.
Компания SYSNOISE является пионером в проектировании, диагностике неисправностей и оптимизации глобального акустического вибрационного поля с мощными функциями. От прогнозирования звукового поля полости до анализа звукового поля вокруг объекта, он может даже рассчитать реакцию конструкции под действием звукового поля, тем самым помогая инженерам по контролю шума оптимизировать акустические и вибрационные характеристики продукта. Отличными пользователями SYSNOISE являются все виды технического персонала в отрасли, такие как: инженеры по исследованиям и разработкам, которым нравится гибкость, случайным пользователям нужен простой для понимания графический интерфейс, а инженеры-конструкторы полагаются на онлайн-«мастеров», которые помогают им завершить анализ. Звуковое излучение от источников вибрации рассчитывает излучаемое звуковое поле на поверхности и в любой точке объекта по результатам измерения вибрации или расчету методом конечных элементов. Например: шум двигателя и компрессора, звуковое излучение динамика. Распределение звукового поля предсказывает звуковое поле и структурную вибрацию, формируемую вокруг конструкции в звуковом поле. Например: обнаружение подводных лодок, звукоизоляционный эффект дорожных шумозащитных экранов. Функция Structural Path Propagation рассчитывает вынужденную реакцию конструкции на вибрацию, вызванную динамическим возбуждением и генерируемым звуковым полем. Например: конструкция кронштейна двигателя, влияние дисбаланса ротора.
Потери при передаче на воздушном тракте вычисляют характеристики потерь при передаче тонкой пластины в звуковом поле, величину возбуждаемой вибрации и звуковое поле с обеих сторон пластины. Например: вибрация спутника, вызванная шумом передачи, распространением звуковых волн через декоративные панели, шум посудомоечной машины