Phần mềm mô phỏng trường âm thanh lớn RAYNOISE từ Bỉ

Giới thiệu về phần mềm âm học hình học raynois: RAYNOISE là một hệ thống phần mềm mô phỏng trường âm thanh quy mô lớn được phát triển bởi công ty thiết kế âm thanh Bỉ LMS. Chức năng chính của nó là mô phỏng các hành vi âm thanh khác nhau của không gian kín, không gian 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 khuếch tán, hấp thụ tường và không khí, khuếch tán và truyền, 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 hội trường, dự đoán và kiểm soát tiếng ồn công nghiệp, thiết kế thiết bị ghi âm, thiết kế hệ thống giọng nói ở các nơi công cộng như sân bay, tàu điện ngầm và ga, và ước tính tiếng ồn trên đường bộ, đường sắt và sân vận động.
Nguyên tắc cơ bản của hệ thống RAYNOISE:
Hệ thống RAYNOISE về cơ bản có thể được coi là một hệ thống quang học chất lượng âm thanh (đối với chi tiết về " quang học", xem tham chiếu [1]). Nó chủ yếu dựa trên âm học hình học. Tiếng học hình học giả định rằng sóng âm trong môi trường âm thanh lan truyền dưới dạng tia âm. Sau khi va chạm với một môi trường hoặc giao diện (chẳng hạn như tường), một phần năng lượng của tia âm sẽ bị mất. Bằng cách này, chế độ tích lũy năng lượng của sóng âm ở các vị trí khác nhau trong trường âm cũng khác nhau. Nếu một môi trường âm thanh được coi là một hệ thống tuyến tính, thì hiệu ứng âm thanh ở bất kỳ vị trí nào trong môi trường âm thanh chỉ có thể được thu được theo đặc điểm của nguồn âm thanh bằng cách biết phản ứng xung của hệ thống. Do đó, việc nhận được phản ứng xung là chìa khóa cho toàn bộ hệ thống. Trong quá khứ, phương pháp tương tự chủ yếu được sử dụng, tức là, phản ứng xung được thu được bằng cách sử dụng mô hình quy mô. Kể từ cuối những năm 1980, với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ máy tính, công nghệ kỹ thuật số dần dần trở thành thống trị. Cốt lõi của công nghệ kỹ thuật số là sử dụng máy tính đa phương tiện để xây dựng mô hình và lập trình để tính toán phản ứng xung. Công nghệ này đơn giản, nhanh chóng và có đặc điểm liên tục cải thiện độ chính xác, không có đối thủ nào của công nghệ tương tự. Có hai phương pháp nổi tiếng để tính toán phản ứng xung: Phương pháp Mirror Image Source (MISM) và Phương pháp Theo dõi tia (RTM). Cả hai phương pháp đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng của họ [1]. Sau đó, một số phương pháp kết hợp chúng đã được phát triển, chẳng hạn như Phương pháp chùm hình nón (CBM) và Phương pháp chùm hình tam giác (TBM) [1]. RAYNOISE sử dụng sự kết hợp của hai phương pháp này như là công nghệ cốt lõi của nó để tính toán phản ứng xung của trường âm thanh [2].

Áp dụng hệ thống RAYNOISE:

RAYNOISE có thể được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực dự đoán và kiểm soát tiếng ồn công nghiệp, âm thanh môi trường, âm thanh kiến trúc và thiết kế các hệ thống thực tế mô phỏng, nhưng ý định ban đầu của nhà thiết kế vẫn là âm thanh phòng, nghĩa là nó chủ yếu được sử dụng để mô phỏng máy tính về chất lượng Để thiết kế chất lượng âm thanh hội trường, trước tiên cần thiết lập một mô hình ba chiều chính xác và nhanh chóng của hội trường, bởi vì nó có 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 mô hình máy tính. Người dùng có thể trực tiếp nhập các mô hình ba chiều được tạo bởi AutoCAD hoặc HYPERMESH, hoặc họ có thể chọn mô hình trong thư viện mô hình hệ thống và hoàn thành định nghĩa mô hình. Các bước chính của mô hình bao gồm: (1) Bắt đầu RAYNOISE; (2) Chọn mô hình; (3) Nhập kích thước hình học; (4) Định nghĩa các vật liệu và tính chất của mỗi bề mặt (bao gồm hệ số hấp thụ âm thanh, v.v.); (5) Định nghĩa các đặc điểm của nguồn âm thanh; (6) Định nghĩa Sau đó bạn có thể bắt đầu tính toán. Bằng cách xử lý kết quả tính toán, bạn có thể có được các thông số âm thanh như mức áp suất âm thanh, mức âm thanh A, biểu đồ âm thanh và hàm phản ứng xung tần số của một điểm nhất định trong trường thu hút quan tâm. Nếu bạn vẫn muốn biết hiệu ứng nghe của điểm này, trước tiên bạn có thể chuyển đổi phản ứng xung thành chức năng chuyển nhượng binaural và xoắn nó với tín hiệu khô được ghi lại trong buồng âm thanh trước, để bạn có thể nghe hiệu ứng nghe của điểm này qua tai.

1. Nguồn gốc của công nghệ "giảm tiếng ồn địa phương"

Hiện nay, ô nhiễm tiếng ồn là phổ biến trong các khu công nghiệp mỏ dầu và khí đốt. Ở Trung Quốc, kiểm soát tiếng ồn có các điều kiện và phương tiện kỹ thuật để chuyển từ bảo vệ thụ động sang bảo vệ tích cực và có thể bắt đầu thực hiện xử lý tương ứng các địa điểm có tiếng ồn cao theo cách có mục tiêu. Trong những năm gần đây, các mỏ dầu của Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Trung Quốc đã bắt đầu tăng đầu tư vào xử lý rủi ro tiếng ồn, và một số mỏ dầu khí đã thực hiện các dự án xử lý tiếng ồn quy mô lớn tại các địa điểm sản xuất.

Trong trường hợp đầu tư hạn chế vào xử lý tiếng ồn, công nghệ máy tính tiên tiến có thể được sử dụng để đạt được "giảm tiếng ồn địa phương" trong các khu vực địa phương, có thể đảm bảo rằng các tuyến đường tuần tra điểm cố định của công nhân trong công việc dưới 85 dB ((A). Đây là công nghệ "giảm tiếng ồn địa phương" trong xử lý tiếng ồn trong ngành công nghiệp dầu khí.

2. Công nghệ "giảm tiếng ồn địa phương" và phần mềm mô phỏng trường âm thanh RAYNOISE

Thông thường, để kiểm soát tiếng ồn trong các nhà máy dầu khí có tiếng ồn quá mức, hầu hết các công ty âm thanh thích phủ các bức tường và mái nhà trong nhà bằng chất hấp thụ âm thanh của các cấu trúc và vật liệu khác nhau, và sau đó thực hiện cách nhiệt âm thanh và giảm rung động hợp lý trên thiết bị phát ra tiếng ồn Miễn là sử dụng cấu trúc và vật liệu phù hợp với các đặc điểm chất lượng âm thanh và âm trường, và các yếu tố như thông gió, tiêu hao nhiệt, kiểm tra và bảo trì thiết bị được xem xét, kế hoạch thiết kế trên thường sẽ đạt được hiệu quả giảm tiếng ồn tốt. Không nghi ngờ gì nữa, điều này đòi hỏi sự hỗ trợ đầu tư đầy đủ. Nếu đầu tư của đơn vị xây dựng vào các dự án kiểm soát tiếng ồn là hạn chế hoặc nó muốn sử dụng đầu tư hạn chế để kiểm soát nhiều nơi có tiếng ồn quá mức, cần một công nghệ mới như một hỗ trợ. Sự trưởng thành cuối cùng của công nghệ "giảm tiếng ồn địa phương" nên được quy cho việc áp dụng "rắc rối âm trường mô phỏng phần mềm RAYNOISE".

Phần mềm mô phỏng trường âm thanh RAYNOISE hệ thống, chức năng chính của nó là mô phỏng các hành vi âm thanh khác nhau của không gian kín, không gian mở và không gian bán kín, và nó có thể mô phỏng chính xác quá trình vật lý của việc lan truyền âm thanh. Điều này bao gồm: phản xạ gương, phản xạ khuếch tán, hấp thụ tường và không khí, khuếch tán và truyền, và cuối cùng có thể tái tạo hiệu ứng nghe ở vị trí nhận. Hệ thống có thể được sử dụng rộng rãi trong mô phỏng tiếng ồn của nhà máy công nghiệp, dự đoán tiếng ồn và phân tích cabin, tàu hỏa và cabin xe hơi; thiết kế hệ thống giọng nói ở các nơi công cộng như sân bay, tàu điện ngầm và ga, và dự đoán tiếng ồn giao thông và phân tích đường bộ, đường sắt Ví dụ, Nhà hát Daqing sử dụng hệ thống RAYNOISE để thiết kế tối ưu hóa âm thanh, và một số kết quả mô phỏng như sau.
Phương pháp mô phỏng thiết kế kỹ thuật giảm tiếng ồn là:
1. Đầu tiên, nhập cấu trúc tòa nhà vào mô hình máy tính theo tỷ lệ kích thước thực tế, và sau đó nhập vị trí phân bố và giá trị tiếng ồn của nguồn tiếng ồn vào máy tính, và hệ thống RAYNOISE sẽ phản ánh môi trường trường âm trong cấu trúc tòa nhà (được hiển thị với phổ màu).
2. Nhập các biện pháp âm thanh khác nhau và số lượng giảm tiếng ồn của chúng vào mô hình máy tính, và hệ thống RAYNOISE sẽ phản ánh những thay đổi trong môi trường trường âm trong cấu trúc tòa nhà (được xác định bằng sự thay đổi màu sắc).
3. Theo khu vực bảo vệ lao động được chỉ định bởi Bên A, điều chỉnh vị trí lắp đặt và số lượng các biện pháp âm thanh nhiều lần theo các tính toán âm thanh và kinh nghiệm kỹ thuật, và chọn giải pháp hiệu quả nhất về chi phí có thể làm cho môi trường âm thanh của khu vực bảo vệ đáp ứng tiêu chuẩn từ một số kết quả mô phỏng.

Hệ thống RAYNOISE có thể mô phỏng phân bố trường âm thanh và các thông số chất lượng âm thanh rất chính xác theo các giá trị đo tiếng ồn thực tế, mô phỏng các giải pháp khác nhau, dự đoán và kiểm tra hiệu ứng giảm tiếng ồn, tìm các liên kết yếu trong thiết kế và tối ưu hóa thiết kế. Trước đây, công nghệ "giảm tiếng ồn địa phương" trong kiểm soát tiếng ồn không thể thực hiện chỉ bằng các tính toán âm thanh và kinh nghiệm kỹ thuật. Bằng cách áp dụng hệ thống RAYNOISE, không chỉ khái niệm công nghệ "giảm tiếng ồn địa phương" được thực hiện, mà còn có thể hoàn thành chính xác các loại thiết kế âm thanh khác nhau.

3. Các trường hợp áp dụng
Một phòng bơm ở Liaohe Oilfield sử dụng hệ thống RAYNOISE để thiết kế giảm tiếng ồn.
Trong hoàn cảnh bình thường, chỉ có một bơm bề mặt và một bơm nước sạch đang hoạt động, vì vậy chúng tôi chỉ cần thực hiện thiết kế giảm tiếng ồn theo điều kiện hoạt động của một bơm. Sau khi phát hiện và phân tích tại chỗ, chúng tôi đã sử dụng hệ thống RAYNOISE để phân tích quang phổ tiếng ồn và mô phỏng máy tính, chủ yếu áp dụng thiết kế giảm tiếng ồn kết hợp lắp đặt các bộ hấp thụ âm thanh trong phòng bơm và lắp đặt các rào cản cách âm xung quanh thiết bị. Bốn chương trình sau đây được sử dụng để phân tích so sánh.
4. Khả năng của công nghệ "giảm tiếng ồn địa phương" "Hãy giữ sức khỏe khi nhân viên khỏe mạnh" là một khái niệm quản lý được các nhà quản lý an toàn và bảo vệ môi trường ngày nay công nhận. Với sự phát triển thông minh của kiểm soát và quản lý tiếng ồn, quản lý tiếng ồn của các khu công nghiệp dầu khí (như phòng bơm, phòng nồi hơi hoặc phòng sưởi ấm, phòng quạt, phòng động cơ, phòng nén, phòng máy phát điện, xưởng ống dầu, các khu khoan và phòng phụ trợ,
Kiểm soát tiếng ồn công nghiệp
• Xác định mức áp suất âm thanh của tiếng ồn do máy móc và thiết bị trong nhà máy tạo ra
• Tính toán tiếng ồn phát ra từ máy móc và thiết bị đến các phòng liền kề hoặc bên ngoài nhà máy
• Đánh giá các giải pháp kiểm soát tiếng ồn khác nhau, chẳng hạn như đệm hấp thụ âm thanh, bố trí máy móc và thiết bị, thiết kế nhà máy, v.v., để giảm sức mạnh âm thanh phóng xạ
Ứng dụng âm thanh môi trường
• Đánh giá tác động của tiếng ồn từ đường cao tốc, nhà máy, v.v.
• Thiết kế các rào cản và trở ngại cách âm tối ưu (vị trí, chiều dài, chiều cao, vật liệu, v.v.)
Ứng dụng âm thanh trong nhà
• Đánh giá thời gian vang vọng
• Đánh giá và tối ưu hóa khả năng hiểu lời nói trong các tòa nhà công cộng (trạm tàu điện ngầm, nhà ga sân bay, v.v.). Tòa nhà, trung tâm mua sắm lớn, vv)
• Chọn vị trí tốt nhất cho người nói
• Đặt hợp lý các hệ thống che âm thanh (như thư viện)
• Giảm thiểu việc sử dụng các vật liệu hấp thụ âm thanh đắt tiền để giảm chi phí
• Nghiên cứu về sự rõ ràng và quyền riêng tư trong các khu vực mở (băng, phòng thiết kế mở, v.v.)
• Thiết kế âm thanh phòng hòa nhạc (sạch, dễ tiếp cận, vang vọng, v.v.)
• Thiết kế và vị trí màn hình phân tán
• So sánh các giải pháp âm thanh cho các bố trí phòng khác nhau
Sơ đồ khối cấu trúc của mỗi mô-đun thành phần
Mỗi mô-đun được giải thích một lần theo bốn khía cạnh sau:
Tổng quan về các chức năng chính
Giao diện người dùng đồ họa
• Giao diện đồ họa dựa trên OSF / Motif hoặc MS-Windows
• Các menu thả xuống trực quan
• Các thanh công cụ với các phím tắt menu
• Các thanh công cụ tùy chỉnh
• Hỗ trợ trực tuyến
Giao diện hình học
• Định dạng DXF, bao gồm thông tin lớp
• Hỗ trợ hầu hết các định dạng tập tin hình học CAE
Dữ liệu đầu vào
• Nhập hình học hỗ trợ định nghĩa nhóm và đánh số thuộc tính
• Chọn điểm, chọn hộp, chọn tự do
• Mô hình hình học đóng và/hoặc mở
• Thấm khí theo mô hình Harris
• Các tính chất vật liệu hỗ trợ 1/3 octave hoặc bảng tần số
• Hỗ trợ hệ số hấp thụ, hệ số phân tán, hệ số truyền
• Bao gồm cơ sở dữ liệu vật liệu
• Nguồn âm thanh điểm, đường, bảng (được gắn vào hai bên đa giác)
• Hỗ trợ đầu vào sơ đồ hướng nguồn âm thanh, bảng tọa độ cực ngang và dọc
• Hỗ trợ các nguồn âm thanh liên kết/không liên kết
• Các điểm trường: điểm, đường thẳng, bề mặt, vòng tròn, hình trụ, hình cầu, hình lục giác
Phân tích Phân tích và giải pháp
•Công cụ tìm kiếm nguồn ảo hiệu quả (phương pháp chùm hình nón và chùm hình tam giác)
•Phản xạ khuếch tán nhiều thứ dựa trên phương pháp theo dõi tia âm thanh
•Cửa chữa đuôi liên tục
•Nguồn âm thanh và khuếch tán nguồn ảo
• Phân tích băng hẹp của nguồn âm thanh liên kết
•Phương pháp nguồn âm thanh bảng để mô phỏng truyền
•Các thông số tính toán có thể điều chỉnh, chẳng hạn như số lượng tia âm thanh, số lượng phản xạ, cửa sổ thời gian, v.v.
•Chiếm số liệu thống kê nhanh về thời gian vang vang bằng cách sử dụng đường tự do trung bình
•Hình toán đồng thời của sơ đồ tiêu chuẩn, chức năng phản hồi tần số, siêu âm, v.v.
•Trong một loạt các kết quả âm thanh: SPL (mức áp suất âm thanh), STI (sự hiểu biết về giọng nói), RT60 (60ms thời gian vang vọng), v.v.
Sau xử lý
•Thiết kế hình ảnh các vật liệu mô hình và kết quả âm thanh
•Kết quả đồ họa: bản đồ mây, đường viền, trường biến dạng, v.v.
•Kết quả của hàm phản ứng tần số: sơ đồ đường cong XY với các tùy chọn khác nhau (db cân nhắc, biến đổi FFT, v.v.)
•Kết quả của máy ghi âm, có thể vẽ sơ đồ đường dẫn tia âm trên các mô hình hình học
Auralization
• Phản ứng xung nhịp âm thanh
• Khả năng kết hợp pha của tín hiệu khô được ghi lại trong buồng âm thanh: WAV, AU, AIFF và các định dạng khác
Các lưu ý khác về phần mềm này:
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 thanh Bỉ. Chức năng chính của nó là mô phỏng các hành vi âm thanh khác nhau của không gian kín, mở và 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 khuếch tán, hấp thụ tường và không khí, khuếch tán và truyền, và cuối cùng có thể tái tạo hiệu ứng nghe ở vị trí nhận. Hệ thống có thể được sử dụng rộng rãi trong thiết kế chất lượng âm thanh hội trường, dự đoán và kiểm soát tiếng ồn công nghiệp, thiết kế thiết bị ghi âm, thiết kế hệ thống giọng nói ở các nơi công cộng như sân bay, tàu điện ngầm và ga, và ước tính tiếng ồn trên đường bộ, đường sắt và sân vận động.
Nguyên tắc cơ bản của hệ thống RAYNOISE
Hệ thống RAYNOISE thực sự có thể được coi là một hệ thống quang học chất lượng âm thanh (đối với chi tiết về " quang học", xem tham chiếu [1]). Nó chủ yếu dựa trên âm học hình học. Tiếng học hình học giả định rằng sóng âm trong môi trường âm thanh lan truyền dưới dạng tia âm. Sau khi va chạm với một môi trường hoặc giao diện (chẳng hạn như tường), một phần năng lượng của tia âm sẽ bị mất. Bằng cách này, chế độ tích lũy năng lượng của sóng âm ở các vị trí khác nhau trong trường âm cũng khác nhau. Nếu một môi trường âm thanh được coi là một hệ thống tuyến tính, thì hiệu ứng âm thanh ở bất kỳ vị trí nào trong môi trường âm thanh chỉ có thể được thu được theo đặc điểm của nguồn âm thanh bằng cách biết phản ứng xung của hệ thống. Do đó, việc nhận được phản ứng xung là chìa khóa cho toàn bộ hệ thống. Trong quá khứ, phương pháp tương tự chủ yếu được sử dụng, tức là, phản ứng xung được thu được bằng cách sử dụng mô hình quy mô. Kể từ cuối những năm 1980, với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ máy tính, công nghệ kỹ thuật số dần dần trở thành thống trị. Cốt lõi của công nghệ kỹ thuật số là sử dụng máy tính đa phương tiện để xây dựng mô hình và lập trình để tính toán phản ứng xung. Công nghệ này đơn giản, nhanh chóng và có đặc điểm liên tục cải thiện độ chính xác, không có đối thủ nào của công nghệ tương tự. Có hai phương pháp nổi tiếng để tính toán phản ứng xung: Phương pháp Mirror Image Source (MISM) và Phương pháp Theo dõi tia (RTM). Cả hai phương pháp đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng của họ [1]. Sau đó, một số phương pháp kết hợp chúng đã được phát triển, chẳng hạn như Phương pháp chùm hình nón (CBM) và Phương pháp chùm hình tam giác (TBM). RAYNOISE sử dụng hai phương pháp này kết hợp với nhau như là công nghệ cốt lõi của nó để tính toán phản ứng xung của trường âm thanh.
Áp dụng hệ thống RAYNOISE
RAYNOISE có thể được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực dự đoán và kiểm soát tiếng ồn công nghiệp, âm thanh môi trường, âm thanh kiến trúc và thiết kế các hệ thống thực tế mô phỏng, nhưng ý định ban đầu của nhà thiết kế vẫn là âm thanh phòng, nghĩa là nó chủ yếu được sử dụng để mô phỏng máy tính về chất lượng Để thiết kế chất lượng âm thanh của phòng, trước tiên cần thiết lập một mô hình ba chiều chính xác và nhanh chóng của phòng, bởi vì nó có 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 mô hình máy tính. Người dùng có thể trực tiếp nhập các mô hình ba chiều được tạo bởi AutoCAD hoặc HYPERMESH, hoặc họ có thể chọn mô hình trong thư viện mô hình hệ thống và hoàn thành định nghĩa mô hình. Các bước chính của mô hình bao gồm: (1) Bắt đầu RAYNOISE; (2) Chọn mô hình; (3) Nhập kích thước hình học; (4) Định nghĩa các vật liệu và tính chất của mỗi bề mặt (bao gồm hệ số hấp thụ âm thanh, v.v.); (5) Định nghĩa các đặc điểm của nguồn âm thanh; (6) Định nghĩa Sau đó bạn có thể bắt đầu tính toán. Bằng cách xử lý kết quả tính toán, bạn có thể có được các thông số âm thanh như mức áp suất âm thanh, mức âm thanh A, biểu đồ âm thanh và hàm phản ứng xung tần số của một điểm nhất định trong trường thu hút quan tâm. Nếu bạn vẫn muốn biết hiệu ứng nghe của điểm này, trước tiên bạn có thể chuyển đổi phản ứng xung thành chức năng chuyển nhượng binaural và xoắn nó với tín hiệu khô được ghi lại trong buồng âm thanh trước, để bạn có thể nghe hiệu ứng nghe của điểm này qua tai.