RAYNOISE是比利時(shí)聲學(xué)設(shè)計(jì)公司LMS開發(fā)的一種大型聲場(chǎng)模擬軟件系統(tǒng)。其主要功能是對(duì)封閉空間或者敞開空間以及半閉空間的各種聲學(xué)行為加以模擬。它能夠較準(zhǔn)確地模擬聲傳播的物理過(guò)程，這包括：鏡面反射、擴(kuò)散反射、墻面和空氣吸收、衍射和透射等現(xiàn)象并能最終重造接收位置的聽音效果。該系統(tǒng)可以廣泛應(yīng)用于廳堂音質(zhì)設(shè)計(jì)、工業(yè)噪聲預(yù)測(cè)和控制、錄音設(shè)備設(shè)計(jì)、機(jī)場(chǎng)、地鐵和車站等公共場(chǎng)所的語(yǔ)音系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及公路、鐵路和體育場(chǎng)的噪聲估計(jì)等。

為了描述聲學(xué)媒質(zhì)，SYSNOISE利用了最先進(jìn)的數(shù)字方法。它們基于直接和間接邊界元方法，或者聲學(xué)有限元/無(wú)限元的聲學(xué)方程。結(jié)構(gòu)本身用結(jié)構(gòu)有限元模型表達(dá)，可以從所有主流結(jié)構(gòu)有限元和網(wǎng)格生成工具導(dǎo)入。所有分析模塊都完全集成在核心環(huán)境中，支持多模型和三維圖形。

SYSNOSISE有強(qiáng)大的集成前、后處理功能，有網(wǎng)格檢查和修正工具。后處理可以畫彩圖，矢量場(chǎng)，變形后的結(jié)構(gòu)，以及XY圖線，柱狀圖和極坐標(biāo)圖，還包括動(dòng)畫顯示和聲音回放。

RAYNOISE系統(tǒng)的基本原理

RAYNOISE系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上也可以認(rèn)為是一種音質(zhì)可聽化系統(tǒng)（關(guān)于“可聽化”，詳見參考文獻(xiàn)［1］）。它主要以幾何聲學(xué)為理論基礎(chǔ)。幾何聲學(xué)假定聲學(xué)環(huán)境中聲波以聲線的方式向四周傳播，聲線在與介質(zhì)或界面（如墻壁）碰撞后能量會(huì)損失一部分，這樣，在聲場(chǎng)中不同位置聲波的能量累積方式也有所不同。如果把一個(gè)聲學(xué)環(huán)境當(dāng)作線性系統(tǒng)，則只需知道該系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)就可由聲源特性獲得聲學(xué)環(huán)境中任意位置的聲學(xué)效果。因此，脈沖響應(yīng)的獲得是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵。以往多采用模擬方法，即利用縮尺模型來(lái)獲得脈沖響應(yīng)。80年代后期以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)字技術(shù)正逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位。數(shù)字技術(shù)的核心就是利用多媒體計(jì)算機(jī)進(jìn)行建模，并編程計(jì)算脈沖響應(yīng)。該技術(shù)具有簡(jiǎn)便、快速以及精度可以不斷改善的特點(diǎn)，這些是模擬技術(shù)所無(wú)法比擬的。計(jì)算脈沖響應(yīng)有兩種著名的方法：虛源法（MirrorImageSourceMethod，簡(jiǎn)稱MISM）和聲線跟蹤法（RayTracingMethod，簡(jiǎn)稱RTM）。兩種方法各有利弊［1］。后來(lái)，又產(chǎn)生了一些將它們相結(jié)合的方法，如圓錐束法（ConicalBeamMehtod，簡(jiǎn)稱CBM）和三棱錐束法（TriangularBeamMethod，簡(jiǎn)稱TBM）［1］。RAYNOISE將這兩種方法混合使用作為其計(jì)算聲場(chǎng)脈沖響應(yīng)的核心技術(shù)［2］。

萊蕪禮堂聲場(chǎng)計(jì)算機(jī)模擬效果圖

RAYNOISE系統(tǒng)的應(yīng)用

RAYNOISE可以廣泛用于工業(yè)噪聲預(yù)測(cè)和控制、環(huán)境聲學(xué)、建筑聲學(xué)以及模擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等領(lǐng)域，但設(shè)計(jì)者的初衷還是在房間聲學(xué)，即主要用于廳堂音質(zhì)的計(jì)算機(jī)模擬。進(jìn)行廳堂音質(zhì)設(shè)計(jì)，首先要求準(zhǔn)確快速地建立廳堂的三維模型，因?yàn)樗苯雨P(guān)系到計(jì)算機(jī)模擬的精度。RAYNOISE系統(tǒng)為計(jì)算機(jī)建模提供了友好的交互界面。用戶既可以直接輸入由AutoCAD或HYPERMESH等產(chǎn)生的三維模型，也可以由用戶選擇系統(tǒng)模型庫(kù)中的模型并完成模型的定義。建模的主要步驟包括：

（1）啟動(dòng)RAYNOISE；

（2）選擇模型；

（3）輸入幾何尺寸；

（4）定義各面的材料及性質(zhì)（包括吸聲系數(shù)等）；

（5）定義聲源特性；

（6）定義接收?qǐng)觯?/span>

（7）其它說(shuō)明或定義，如所考慮的聲線根數(shù)、反射級(jí)數(shù)等。

用戶可以利用鼠標(biāo)在屏幕上從各個(gè)不同角度來(lái)觀看所定義的模型及其內(nèi)部不同結(jié)構(gòu)的特性（用顏色來(lái)區(qū)分）。然后就可以啟動(dòng)計(jì)算了。通過(guò)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行處理，可以獲得所關(guān)心的接收?qǐng)鲋心滁c(diǎn)的聲壓級(jí)、A聲級(jí)、回聲圖、和頻率脈沖響應(yīng)函數(shù)等聲學(xué)參量。如果還想知道該點(diǎn)的聽音效果，可以先將脈沖響應(yīng)轉(zhuǎn)化為雙耳傳輸函數(shù)，并將其與事先在消聲室錄制好的干信號(hào)相卷積，便可以通過(guò)耳聽到該點(diǎn)的聽音效果。

國(guó)家話劇院計(jì)算機(jī)聲學(xué)設(shè)計(jì)模擬效果圖

RAYNOISE的特點(diǎn)

與近10年來(lái)所出現(xiàn)的其它幾種聲場(chǎng)模擬軟件，如Signalgic公司的Hypersignal-Acoustic3．4和EASE2．0等相比，RAYNOISE無(wú)論是在使用方面還是功能方面都顯得更加成熟，它形成了一個(gè)比較完整的、獨(dú)立的可聽化系統(tǒng)。而Hypersignal-Acoustic3．4只能作為其它可聽化軟件的軟硬件接口［3］，即它只能完成將干信號(hào)與從其它軟件的脈沖響應(yīng)作卷積運(yùn)算并模擬聽音效果這部分工作；EASE2．0也需要同EARS（Electronically　Auralization　Room　Simulation）配套使用才能實(shí)現(xiàn)可聽化。

軍樂團(tuán)音樂廳聲場(chǎng)計(jì)算機(jī)模擬效果圖

RAYNOISE的不足

但是盡管RAYNOISE　Revision　3．0系統(tǒng)在以前版本基礎(chǔ)上作了較大改進(jìn)，無(wú)論是在使用上還是在計(jì)算精度上都有所突破，但由于它始終都是以幾何聲學(xué)為理論基礎(chǔ)，因而必然就會(huì)受到幾何聲學(xué)的限制。例如它在低頻或小尺度空間的模擬效果比較差，這必然會(huì)大大縮小其應(yīng)用范圍。再如，它只能給出簡(jiǎn)單聲源（如點(diǎn)源）在給定點(diǎn)的模擬結(jié)果，而對(duì)于運(yùn)動(dòng)聲源、分布式聲源、指向性聲源以及更為復(fù)雜的情形則顯得力不從心

南京廣電中心劇場(chǎng)聲場(chǎng)計(jì)算機(jī)模擬效果圖

LMSSYSNOISE--聲振耦合分析軟件SYSNOISE是市場(chǎng)上最先進(jìn)的聲-振分析軟件，但并不要求使用者是聲學(xué)專家。

SYSNOISE是全球聲-振領(lǐng)域的設(shè)計(jì)、故障診斷、優(yōu)化的先驅(qū)，功能強(qiáng)大。從空腔的聲場(chǎng)預(yù)測(cè)到環(huán)繞物體的聲場(chǎng)分析，甚至可計(jì)算聲場(chǎng)作用下結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，從而幫助噪音控制工程師優(yōu)化產(chǎn)品的聲-振特性。SYSNOISE的優(yōu)秀用戶遍及工業(yè)界的各類技術(shù)人員，如：研究開發(fā)工程師喜歡靈活性，偶爾使用的用戶需要易于理解的圖形界面，設(shè)計(jì)工程師則依賴在線"向?qū)?quot;幫助自己完成分析。來(lái)自振源的聲輻射從振動(dòng)測(cè)量結(jié)果或有限元計(jì)算結(jié)果，計(jì)算物體表面及任意點(diǎn)的輻射聲場(chǎng)。例如：發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)的噪聲，揚(yáng)聲器的聲輻射。聲場(chǎng)分布預(yù)測(cè)聲場(chǎng)中結(jié)構(gòu)周圍形成的聲場(chǎng)和結(jié)構(gòu)振動(dòng)。例如：潛艇探測(cè)、道路噪音屏障的隔聲效果。結(jié)構(gòu)路徑傳播計(jì)算動(dòng)態(tài)激勵(lì)引起的結(jié)構(gòu)強(qiáng)迫振動(dòng)響應(yīng)及產(chǎn)生的聲場(chǎng)。例如：發(fā)動(dòng)機(jī)支架設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)子不平衡的影響。

空氣路徑傳遞損失計(jì)算處在聲場(chǎng)中的薄板的傳遞損失特性、被激起的振動(dòng)大小、板兩側(cè)的聲場(chǎng)。例如：由發(fā)射噪音引起的衛(wèi)星振動(dòng)、聲波穿過(guò)裝飾面板的傳播、洗碗機(jī)噪音。

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