Giới thiệu phần mềm thiết kế âm thanh hỗ trợ máy tính RAYNOISE

RAYNOISE là một hệ thống phần mềm mô phỏng trường âm thanh quy mô lớn được phát triển bởi LMS, một công ty thiết kế âm học của Bỉ. Chức năng chính của nó là mô phỏng các hành vi âm học khác nhau của không gian kín hoặc mở và không gian bán kín. Nó có thể mô phỏng chính xác quá trình vật lý của sự lan truyền âm thanh, bao gồm: phản xạ gương, phản xạ tán xạ, hấp thụ bởi tường và không khí, nhiễu xạ và truyền dẫn, và cuối cùng có thể tái tạo hiệu ứng nghe của vị trí nhận. Hệ thống có thể được sử dụng rộng rãi trong thiết kế chất lượng âm thanh của hội trường, dự đoán và kiểm soát tiếng ồn công nghiệp, thiết kế thiết bị ghi âm, thiết kế hệ thống âm thanh ở những nơi công cộng như sân bay, tàu điện ngầm và ga, và ước lượng tiếng ồn ở các con đường, đường sắt và sân vận động.

Để mô tả môi trường âm thanh, SYSNOISE sử dụng các phương pháp số tiên tiến nhất. Chúng dựa trên các phương pháp phần tử biên trực tiếp và gián tiếp, hoặc các phương trình âm thanh của phần tử hữu hạn/phần tử vô hạn âm thanh. Cấu trúc tự nó được biểu diễn bằng một mô hình phần tử hữu hạn cấu trúc, có thể được nhập từ tất cả các công cụ phần tử hữu hạn cấu trúc và tạo lưới chính. Tất cả các mô-đun phân tích đều được tích hợp hoàn toàn trong môi trường lõi, hỗ trợ nhiều mô hình và đồ họa 3D.
SYSNOISE có các chức năng xử lý trước và sau mạnh mẽ được tích hợp, với các công cụ kiểm tra và sửa chữa lưới. Xử lý sau có thể vẽ hình ảnh màu, trường vector, cấu trúc biến dạng, cũng như đồ thị XY, đồ thị cột và đồ thị tọa độ cực, và cũng bao gồm hiển thị hoạt hình và phát lại âm thanh.
Nguyên tắc cơ bản của hệ thống RAYNOISE

Hệ thống RAYNOISE về cơ bản có thể được coi là một hệ thống mô phỏng chất lượng âm thanh (để biết thêm chi tiết về "mô phỏng âm thanh", xem tài liệu tham khảo [1]). Nó chủ yếu dựa trên âm học hình học. Âm học hình học giả định rằng sóng âm trong một môi trường âm học lan truyền theo mọi hướng dưới dạng các đường âm thanh. Sau khi các đường âm thanh va chạm với môi trường hoặc bề mặt (chẳng hạn như tường), một phần năng lượng sẽ bị mất. Theo cách này, phương pháp tích lũy năng lượng của sóng âm ở các vị trí khác nhau trong trường âm thanh cũng khác nhau. Nếu một môi trường âm học được coi là một hệ thống tuyến tính, thì chỉ cần biết phản hồi xung của hệ thống để có được hiệu ứng âm thanh ở bất kỳ vị trí nào trong môi trường âm học từ các đặc điểm của nguồn âm. Do đó, việc thu được phản hồi xung là chìa khóa cho toàn bộ hệ thống. Trong quá khứ, các phương pháp mô phỏng chủ yếu được sử dụng, tức là sử dụng các mô hình tỷ lệ để thu được phản hồi xung. Kể từ cuối những năm 1980, với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ máy tính, công nghệ số đã dần trở thành ưu thế. Cốt lõi của công nghệ số là sử dụng máy tính đa phương tiện để mô hình hóa và lập trình tính toán phản hồi xung. Công nghệ này đơn giản, nhanh chóng và liên tục cải thiện độ chính xác, điều mà công nghệ tương tự không thể sánh kịp. Có hai phương pháp nổi tiếng để tính toán phản hồi xung: Phương pháp Nguồn Hình Chiếu Gương (MISM) và Phương pháp Truy Tìm Tia (RTM). Cả hai phương pháp đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng [1]. Sau đó, một số phương pháp kết hợp chúng đã xuất hiện, chẳng hạn như Phương pháp Tia Nón (CBM) và Phương pháp Tia Tam Giác (TBM) [1]. RAYNOISE sử dụng hai phương pháp này kết hợp như công nghệ cốt lõi của nó để tính toán phản hồi xung trong trường âm thanh [2].

Sơ đồ hiệu ứng mô phỏng máy tính của trường âm thanh Hội trường Laiwu

Áp dụng hệ thống RAYNOISE
RAYNOISE có thể được sử dụng rộng rãi trong dự đoán và kiểm soát tiếng ồn công nghiệp, âm học môi trường, âm học kiến trúc và thiết kế các hệ thống mô phỏng thực tế, nhưng ý định ban đầu của nhà thiết kế vẫn là âm học phòng, tức là nó chủ yếu được sử dụng cho mô phỏng máy tính chất lượng âm thanh của hội trường. Để thiết kế chất lượng âm thanh của một hội trường, yêu cầu đầu tiên là phải thiết lập một mô hình ba chiều của hội trường một cách chính xác và nhanh chóng, vì điều này liên quan trực tiếp đến độ chính xác của mô phỏng máy tính. Hệ thống RAYNOISE cung cấp một giao diện tương tác thân thiện cho việc mô hình hóa máy tính. Người dùng có thể trực tiếp nhập các mô hình ba chiều được tạo ra bởi AutoCAD hoặc HYPERMESH, hoặc chọn các mô hình từ thư viện mô hình của hệ thống và hoàn thành việc định nghĩa mô hình. Các bước chính của việc mô hình hóa bao gồm:
(1) Khởi động RAYNOISE;
(2) Chọn mô hình;
(3) Nhập các kích thước hình học;
(4) Xác định vật liệu và tính chất của mỗi bề mặt (bao gồm hệ số hấp thụ âm thanh, v.v.);
(5) Xác định đặc điểm nguồn âm thanh;
(6) Xác định trường nhận;
(7) Các hướng dẫn hoặc định nghĩa khác, chẳng hạn như số lượng đường âm thanh được xem xét, số lượng mức phản xạ, v.v.
Người dùng có thể sử dụng chuột để xem các đặc điểm của mô hình đã định nghĩa và các cấu trúc bên trong của nó từ nhiều góc độ khác nhau trên màn hình (được phân biệt bằng màu sắc). Sau đó, việc tính toán có thể được bắt đầu. Bằng cách xử lý kết quả tính toán, các tham số âm học như mức áp suất âm, mức âm A, echogram và hàm phản hồi xung tần số tại một điểm nhất định trong trường nhận quan tâm có thể được thu được. Nếu bạn muốn biết hiệu ứng nghe của điểm này, bạn có thể chuyển đổi phản hồi xung thành hàm chuyển giao hai tai và tích chập nó với tín hiệu khô được ghi lại trong phòng không vang trước đó, để bạn có thể nghe thấy hiệu ứng nghe của điểm này qua tai của mình.

Hình ảnh mô phỏng hiệu ứng thiết kế âm học máy tính của Nhà hát Quốc gia

Tính năng của RAYNOISE

So với các phần mềm mô phỏng trường âm khác đã xuất hiện trong 10 năm qua, chẳng hạn như Hypersignal-Acoustic3.4 của Signalgic và EASE2.0, RAYNOISE trưởng thành hơn về mặt sử dụng và chức năng. Nó đã hình thành một hệ thống mô phỏng âm thanh tương đối hoàn chỉnh và độc lập. Hypersignal-Acoustic3.4 chỉ có thể đóng vai trò như một giao diện phần mềm và phần cứng cho các phần mềm mô phỏng âm thanh khác [3], tức là nó chỉ có thể hoàn thành công việc tích chập tín hiệu khô với phản hồi xung từ phần mềm khác và mô phỏng hiệu ứng nghe; EASE2.0 cũng cần được sử dụng kết hợp với EARS (Mô phỏng Phòng Mô phỏng Âm thanh Điện tử) để đạt được mô phỏng âm thanh.

Hình ảnh mô phỏng hiệu ứng âm thanh của hội trường hòa nhạc quân đội

Những thiếu sót của RAYNOISE

Tuy nhiên, mặc dù hệ thống RAYNOISE Revision 3.0 đã có những cải tiến lớn dựa trên các phiên bản trước, và đã có những đột phá trong cả việc sử dụng và độ chính xác tính toán, nó vẫn luôn dựa trên âm học hình học, vì vậy nó sẽ không thể tránh khỏi bị giới hạn bởi âm học hình học. Ví dụ, hiệu ứng mô phỏng của nó trong không gian tần số thấp hoặc quy mô nhỏ tương đối kém, điều này sẽ không thể tránh khỏi làm giảm đáng kể phạm vi ứng dụng của nó. Ví dụ khác, nó chỉ có thể đưa ra kết quả mô phỏng của các nguồn âm đơn giản (như nguồn điểm) tại một điểm nhất định, nhưng nó không thể làm gì với các nguồn âm di động, nguồn âm phân bố, nguồn âm định hướng và các tình huống phức tạp hơn.

Hình ảnh hiệu ứng mô phỏng âm trường của Nhà hát Trung tâm Phát thanh Truyền hình Nanjing

LMSSYSNOISE--Phần mềm Phân tích Kết hợp Âm học - Rung động SYSNOISE là phần mềm phân tích âm học - rung động tiên tiến nhất trên thị trường, nhưng nó không yêu cầu người dùng phải là chuyên gia âm học.
SYSNOISE là một công ty tiên phong trong thiết kế, chẩn đoán lỗi và tối ưu hóa lĩnh vực âm thanh - rung động toàn cầu, với các chức năng mạnh mẽ. Từ việc dự đoán trường âm thanh của khoang đến phân tích trường âm thanh xung quanh đối tượng, nó thậm chí có thể tính toán phản ứng của cấu trúc dưới tác động của trường âm thanh, từ đó giúp các kỹ sư kiểm soát tiếng ồn tối ưu hóa các đặc tính âm thanh - rung động của sản phẩm. Người dùng xuất sắc của SYSNOISE là đủ loại nhân viên kỹ thuật trong ngành, chẳng hạn như: các kỹ sư nghiên cứu và phát triển thích sự linh hoạt, người dùng thỉnh thoảng cần một giao diện đồ họa dễ hiểu, và các kỹ sư thiết kế dựa vào "trợ lý" trực tuyến để giúp họ hoàn thành phân tích. Phát xạ âm thanh từ các nguồn rung động tính toán trường âm thanh phát ra trên bề mặt và bất kỳ điểm nào của đối tượng từ kết quả đo rung động hoặc kết quả tính toán phần tử hữu hạn. Ví dụ: tiếng ồn của động cơ và máy nén, sự phát xạ âm thanh của loa. Phân bố trường âm thanh dự đoán trường âm thanh và rung động cấu trúc hình thành xung quanh cấu trúc trong trường âm thanh. Ví dụ: phát hiện tàu ngầm, hiệu ứng cách âm của các rào chắn tiếng ồn đường bộ. Đường truyền sóng cấu trúc tính toán phản ứng rung động cưỡng bức của cấu trúc do kích thích động và trường âm thanh được tạo ra. Ví dụ: thiết kế giá đỡ động cơ, ảnh hưởng của sự mất cân bằng rotor.
Mất mát truyền dẫn qua đường không khí tính toán các đặc tính mất mát truyền dẫn của tấm mỏng trong trường âm, kích thước của độ rung kích thích, và trường âm ở cả hai bên của tấm. Ví dụ: độ rung của vệ tinh do tiếng ồn truyền dẫn, sự lan truyền của sóng âm qua các tấm trang trí, tiếng ồn của máy rửa chén.