Программное обеспечение для моделирования большого звукового поля RAYNOISE из Бельгии

Введение в программное обеспечение для геометрической акустики raynois: RAYNOISE — это крупномасштабная программная система для моделирования звукового поля, разработанная бельгийской компанией LMS, занимающейся акустическим дизайном. Его основная функция заключается в моделировании различных акустических характеристик закрытых, 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.
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 в виде звуковых лучей. После столкновения со средой или интерфейсом (например, со стеной) часть энергии звукового луча будет потеряна. Таким образом, режим накопления энергии звуковой волны в разных положениях звукового поля также различен. Если акустическая среда рассматривается как линейная система, то акустический эффект в любой точке акустической среды может быть получен по характеристикам источника звука только при знании импульсного отклика системы. Таким образом, получение импульсной характеристики является ключом ко всей системе. В прошлом в основном использовался аналоговый метод, то есть импульсная характеристика получалась с помощью масштабированной модели. С конца 1980-х годов, с быстрым развитием компьютерных технологий, цифровые технологии постепенно стали доминирующими. Суть цифровых технологий заключается в использовании мультимедийных компьютеров для построения моделей и программирования для расчета импульсных откликов. Эта технология проста, быстра и обладает характеристиками непрерывного повышения точности, которые не имеют себе равных среди аналоговых технологий. Существуют два хорошо известных метода расчета импульсных характеристик: метод источника зеркального изображения (MISM) и метод трассировки лучей (RTM). Оба метода имеют свои преимущества и недостатки [1]. Позже были разработаны некоторые методы, объединяющие их, такие как метод конического луча (CBM) и метод треугольного луча (Triangular Beam Method, PBM) [1]. RAYNOISE использует комбинацию этих двух методов в качестве основной технологии для расчета импульсной характеристики звукового поля [2].

Применение системы RAYNOISE:

RAYNOISE может широко использоваться в области прогнозирования и контроля промышленного шума, акустики окружающей среды, архитектурной акустики, а также при проектировании моделируемых реальных систем, но первоначальным замыслом дизайнера по-прежнему была акустика помещений, то есть в основном она использовалась для компьютерного моделирования качества звука в залах. Чтобы спроектировать качество звука зала, в первую очередь требуется точно и быстро установить трехмерную модель 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 в библиотеке моделей системы и завершать определение модели. Основные этапы моделирования включают в себя: (1) Запуск 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). Затем 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 определенной точки в поле приема. Если вы все же хотите узнать слуховой эффект этой точки, вы можете сначала преобразовать импульсную характеристику в бинауральную передаточную функцию и свертнуть ее с заранее записанным в безэховой камере сухим сигналом, чтобы вы могли слышать слуховой эффект этой точки через свои уши.

1. Происхождение технологии «локального шумоподавления»

В настоящее время шумовое загрязнение является обычным явлением на промышленных объектах нефтегазовых месторождений. В Китае система контроля шума обладает техническими условиями и средствами для перехода от пассивной защиты к активной защите, а также может начать целенаправленную обработку объектов с высоким уровнем шума. В последние годы нефтяные месторождения Китайской национальной нефтегазовой корпорации начали увеличивать инвестиции в защиту от шума, а на некоторых нефтяных и газовых месторождениях были реализованы крупномасштабные проекты по очистке от шума на производственных площадках.

В случае ограниченных инвестиций в защиту от шума можно использовать передовые компьютерные технологии для достижения «локального снижения шума» в локальных районах, что может гарантировать, что маршруты патрулирования рабочих на рабочих местах в стационарных пунктах будут ниже 85 дБ(А). Это технология «локального шумоподавления» при очистке шума в нефтегазовой отрасли.

2. Технология "Локальное шумоподавление" и программное обеспечение для моделирования звукового поля RAYNOISE system

Обычно для подавления шума на нефтегазопромысловых предприятиях с избыточным уровнем шума большинство акустических компаний предпочитают покрывать стены и крыши помещений звукопоглотителями различных конструкций и материалов, а затем проводить разумную шумоизоляцию и обработку по снижению вибрации на оборудовании, издающем высокий уровень шума. До тех пор, пока используются структура и материалы, подходящие для звукового поля и характеристик качества звука, а также принимаются во внимание такие факторы, как вентиляция, рассеивание тепла, осмотр и обслуживание оборудования, приведенная выше схема проектирования, как правило, обеспечивает хорошие эффекты снижения шума. Безусловно, для этого необходима достаточная инвестиционная поддержка. Если инвестиции строительного подразделения в проекты по снижению шума ограничены или оно хочет использовать ограниченные инвестиции для контроля большего количества мест с чрезмерным уровнем шума, в качестве поддержки требуется новая технология. Окончательную зрелость технологии «локального шумоподавления» следует отнести к применению «программного обеспечения для моделирования звукового поля RAYNOISE system».

Программное обеспечение для моделирования звукового поля RAYNOISE system, его основной функцией является моделирование различных акустических характеристик закрытых, открытых и полузакрытых пространств, и оно может точно моделировать физический процесс распространения звука. Это включает в себя: зеркальное отражение, диффузное отражение, поглощение стен и воздуха, дифракцию и пропускание, и в конечном итоге может воссоздать эффект прослушивания в месте приема. Система может широко использоваться для моделирования шума промышленных предприятий, прогнозирования и анализа шума кабин, поездов и кабин автомобилей; Проектирование голосовых систем в общественных местах, таких как аэропорты, метро и станции, а также прогнозирование и анализ шума дорожного движения на автомобильных и железных дорогах и в туннелях. Например, театр Дацин использует систему RAYNOISE для акустической оптимизации, и некоторые результаты моделирования выглядят следующим образом.
Метод имитационного моделирования инженерного проектирования по снижению шума заключается в следующем:
1. Сначала введите конструкцию здания в компьютерное моделирование в соответствии с фактическим соотношением размеров, а затем введите в компьютер положение распределения и значение шума источника шума, и система RAYNOISE будет отражать звуковое поле окружающей среды в конструкции здания (отображается с помощью цветового спектра).
2. Вводите различные акустические меры и величины их шумоподавления в компьютерное моделирование, и система RAYNOISE будет отражать изменения звукового поля окружающей среды в конструкции здания (идентифицируются по изменению цвета).
3. В соответствии с зоной охраны труда, обозначенной Стороной А, несколько раз отрегулируйте место установки и количество акустических мероприятий в соответствии с акустическими расчетами и инженерным опытом, а также выберите наиболее экономически эффективное решение, которое может привести звуковую среду охранной зоны в соответствие со стандартом на основе нескольких результатов моделирования.

Система RAYNOISE может очень точно моделировать распределение звукового поля и параметры качества звука в соответствии с фактическими измеренными значениями шума, моделировать различные решения, прогнозировать и тестировать эффект шумоподавления, находить слабые звенья в конструкции и оптимизировать конструкцию. До этого технология «локального шумоподавления» в борьбе с шумом не могла быть реализована только с помощью акустических расчетов и инженерного опыта. Применение системы RAYNOISE позволяет не только реализовать концепцию технологии «локального шумоподавления», но и точно выполнить различные типы акустических конструкций.

3. Случаи применения
В насосной на месторождении Ляохэ используется система RAYNOISE для снижения шума.
В нормальных условиях работает только один поверхностный насос и один насос чистой воды, поэтому нам нужно выполнить расчет по снижению шума только в соответствии с условиями эксплуатации одного насоса. После обнаружения и анализа на месте мы использовали систему RAYNOISE для анализа спектра шума и компьютерного моделирования, в основном применяя конструкцию шумоподавления, которая сочетает в себе установку звукопоглотителей в насосном отделении и установку звукоизоляционных барьеров вокруг оборудования. Для сравнительного анализа используются следующие четыре схемы.
4. Перспективы технологии «локального снижения шума» «Хватай здоровье, когда сотрудники здоровы» – концепция управления, общепризнанная современными руководителями по безопасности и охране окружающей среды. С интеллектуальным развитием систем контроля и управления шумом управление шумом на промышленных объектах нефтегазовой отрасли (таких как насосные, котельные или отопительные, вентиляторные, машинные, компрессорные, генераторные, цеха нефтепроводов, буровые площадки и вспомогательные дежурные и т. д.) выйдет на новый этап развития под влиянием технологии «локального снижения шума».
Промышленный шумоподавление
• Определение уровня звукового давления или шума, создаваемого машинами и оборудованием на заводе
• Расчет шума, излучаемого машинами и оборудованием в соседние помещения или за пределы завода
• Оценка различных решений по подавлению шума, таких как звукопоглощающие пэды, компоновка машин и оборудования, заводской дизайн и т. д., для снижения излучаемой звуковой мощности
Применение акустики окружающей среды
• Оценка шумового воздействия от автомагистралей, заводов и т.д.
• Проектирование оптимизированных звукоизоляционных барьеров и препятствий (положение, длина, высота, материал и т.д.)
Применение акустики внутри помещений
• Оценка времени реверберации
• Оценка и оптимизация разборчивости речи в общественных зданиях (станции метро, терминалы аэропортов и т. д.) Здания, крупные торговые центры и т.д.)
• Выбор идеального расположения колонок
• Разумное размещение систем шумоподавления (например, библиотек)
• Свести к минимуму расход дорогостоящих звукопоглощающих материалов для снижения затрат
• Исследование четкости речи и приватности на открытых площадках (банки, комнаты открытой планировки и т.д.)
• Акустическое оформление концертного зала (четкость, доступность, реверберация и т.д.)
• Проектирование и размещение диффузных экранов
• Сравнение акустических решений для разных планировок помещений
Структурная блок-схема каждого компонентного модуля
Каждый модуль объясняется один за другим в соответствии со следующими четырьмя аспектами:
Обзор основных функций
Графический интерфейс пользователя
• Графический интерфейс на основе OSF/Motif или MS-Windows
• Интуитивно понятные выпадающие меню
• Панели инструментов с сочетаниями клавиш меню
• Настраиваемые панели инструментов
• Онлайн-помощь
Геометрические интерфейсы
• Формат DXF, включая информацию о слоях
• Поддержка большинства форматов файлов геометрии CAE
Входные данные
• Ввод геометрии поддерживает определение групп и нумерацию атрибутов
• Выбор точек, выбор коробки, свободный выбор
• Модели замкнутой и/или открытой геометрии
• Поглощение воздуха по модели Харриса
• Свойства материала поддерживают таблицу 1/3 октавы или частоты
• Поддерживает коэффициент поглощения, коэффициент рассеяния, коэффициент пропускания
• Включает базу данных материалов
• Точечные, линейные, панельные источники звука (крепятся к сторонам полигона)
• Поддержка диаграммы направленности источника звука, таблиц горизонтальных и вертикальных полярных координат
• Поддержка когерентных/некогерентных источников звука
• Точки поля: точка, линия, поверхность, окружность, цилиндр, сфера, шестигранник
Анализ, анализ и решение
•Эффективная система поиска виртуального источника (метод конического луча и треугольного луча)
•Многорядное диффузное отражение на основе метода слежения за звуковыми лучами
• Непрерывная коррекция хвоста
• Дифракция источника звука и виртуального источника
•Узкополосный анализ источника когерентного звука
•Метод источника звука панели для имитации передачи
•Настраиваемые параметры расчета, такие как количество звуковых лучей, количество отражений, временное окно и т.д.
• Быстрый статистический расчет времени реверберации с использованием среднего свободного пробега
•Одновременный расчет стандартной диаграммы, функции АЧХ, эхографа и т.д.
• Широкий спектр акустических результатов: SPL (уровень звукового давления), STI (разборчивость речи), RT60 (время реверберации 60 мс) и т. д.
Постпроцессор
•Визуальное представление материалов модели и акустических результатов
•Графические результаты: карта облаков, контурная линия, поле деформации и т.д.
•Результаты работы функции частотной характеристики: диаграмма кривой XY с различными опциями (взвешенный дБ, преобразование БПФ и т.д.)
• Результаты эхографа, которые могут рисовать диаграммы траекторий звуковых лучей на геометрических моделях
Аурализация
• Бинауральная импульсная характеристика
• Выход фазовой свертки сухого сигнала, регистрируемого в безэховой камере: WAV, AU, AIFF и других форматах
Другие замечания об этом программном обеспечении:
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, открытых и полузакрытых пространств. Он может точно имитировать 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 точке приема. 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.
Основной принцип работы системы RAYNOISE
Систему RAYNOISE фактически можно рассматривать как систему аурализации качества звука (подробнее об «аурализации» см. в ссылке [1]). В его основе в основном лежит геометрическая акустика. Геометрическая акустика предполагает, что звуковые волны в акустической среде распространяются в виде звуковых лучей. После столкновения со средой или интерфейсом (например, со стеной) часть энергии звукового луча будет потеряна. Таким образом, режим накопления энергии звуковой волны в разных положениях звукового поля также различен. Если акустическая среда рассматривается как линейная система, то акустический эффект в любой точке акустической среды может быть получен по характеристикам источника звука только при знании импульсного отклика системы. Таким образом, получение импульсной характеристики является ключом ко всей системе. В прошлом в основном использовался аналоговый метод, то есть импульсная характеристика получалась с помощью масштабированной модели. С конца 1980-х годов, с быстрым развитием компьютерных технологий, цифровые технологии постепенно стали доминирующими. Суть цифровых технологий заключается в использовании мультимедийных компьютеров для построения моделей и программирования для расчета импульсных откликов. Эта технология проста, быстра и обладает характеристиками непрерывного повышения точности, которые не имеют себе равных среди аналоговых технологий. Существуют два хорошо известных метода расчета импульсных характеристик: метод источника зеркального изображения (MISM) и метод трассировки лучей (RTM). Оба метода имеют свои преимущества и недостатки [1]. Позже были разработаны некоторые методы, объединяющие их, такие как метод конического луча (CBM) и метод треугольного луча (TBM). RAYNOISE использует эти два метода в сочетании в качестве основной технологии для расчета импульсной характеристики звукового поля.
Применение системы RAYNOISE
RAYNOISE может широко использоваться в области прогнозирования и контроля промышленного шума, акустики окружающей среды, архитектурной акустики, а также при проектировании моделируемых реальных систем, но первоначальным замыслом дизайнера по-прежнему была акустика помещений, то есть в основном она использовалась для компьютерного моделирования качества звука в залах. Чтобы спроектировать качество звука зала, в первую очередь требуется точно и быстро установить трехмерную модель 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 в библиотеке моделей системы и завершать определение модели. Основные этапы моделирования включают в себя: (1) Запуск 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). Затем 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 определенной точки в поле приема. Если вы все же хотите узнать слуховой эффект этой точки, вы можете сначала преобразовать импульсную характеристику в бинауральную передаточную функцию и свертнуть ее с заранее записанным в безэховой камере сухим сигналом, чтобы вы могли слышать слуховой эффект этой точки через свои уши.