上圖顯現(xiàn) CARA 計較的聲壓頻次響應(yīng)(紅色)與實測成果(綠色)的比力。
聽音室巨細(xì) (L/W/H) 8.06/5.87/2.62 m。在前面角落放有發(fā)泡橡膠吸聲器。前面是一個深 60cm的帶門書柜。左側(cè)墻還有一個約8平方米的書架。
二路測試揚聲器放置 90cm高腳架，距話筒3米，距前墻1.6米，距左側(cè)墻1.8米。
頻次響利用最大反射次數(shù)12計較。
比力顯現(xiàn) CARA 計較和實測有很是好的婚配度。我們不曉得其他的聲學(xué)仿真軟件能否有這么高質(zhì)量的婚配。能夠是其他軟件大多沒有斟酌復(fù)雜聲壓振幅的相位部分。此外，揚聲器模塊也能夠不非常切確。
例如，CARA 從 5 到 40,960Hz(間隔1/9倍頻程) 利用4000個復(fù)雜頻次響應(yīng) (圍繞揚聲器 1000個偏向，4種分歧的間隔)來模擬揚聲器的聲音輻射。
聲學(xué)軟件
SOFTWARE
影院聲學(xué)模擬軟件CARA
時間：
2022-07-06
作者：
思成舞臺設(shè)計
分類：
聲學(xué)知識
一、房間基礎(chǔ)（新房間設(shè)計向?qū)В?/b>
New Room Design'可以方便地進(jìn)行一個新文章的基本設(shè)置，有四項：房間平面圖模板、尺寸、墻面材料和揚聲器配置。
首先要選擇一種房間平面模板，可以是簡單的矩形，也可以是其它的，如 L 形。
在第二頁，你要定義房間的基本尺寸，按 F10 可以輸入非公制單位如英尺等。如何要做傾斜天花板，輸入房間的最大尺寸。
注意：房間的高度在向?qū)шP(guān)閉后就不能再修改。
第三頁，選擇基本材料。地板、墻、天花板的材料決定聲學(xué)特性(吸聲系數(shù))。
“Grid points level”定義網(wǎng)格水平面高度，推薦與聽音耳朵齊平。默認(rèn) 100cm 是假設(shè)聽音者坐在沙發(fā)上。
最后一頁，選擇你的揚聲器配置?？梢赃x擇立體聲、四聲道等環(huán)繞聲配置。
CARA 2.1 PLUS 包含10種數(shù)字環(huán)繞配置，可以適應(yīng)未來的發(fā)展需要。
二、修改房間平面結(jié)構(gòu)
如果房間模板中沒有你的房間類型，你可以選擇最相近的模板，然后對平面結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改。從 Draw 菜單中選Floor Plan。
選擇一個角落點或點擊墻內(nèi)沿插入一個角落點。
使用 'Guidelines' 輔助線可以精確地度量你的房間平面。
單擊四周的標(biāo)盡可以添加和刪除輔助線。在 View 菜單可以找到更多方便房間設(shè)計的工具。
他們是：
'Snap to Floor Plan' 吸附到平面結(jié)構(gòu)
'Snap to Object Points' 吸附到對象點
'Use Guide Lines' 吸附到輔助線
'Use Grid' 吸附到網(wǎng)格
三、插入家具
從 Edit 菜單選擇 Load Group 就可以從 CARA 的家具數(shù)據(jù)庫中選擇家具放入你的房間設(shè)計。另外，你也可以自定義家具。家具都是幾個 3D 對象組合而成，并會保存數(shù)據(jù)庫中，可以用于其它的房間設(shè)計中。
在房間設(shè)計中，3D 對象（家具）可以任意扭曲和移動。3D 對象不僅用來模擬家具，還可以用于更多的應(yīng)用場合，如內(nèi)部的墻壁、門框、窗臺、托梁、傾斜的天花板、平臺等。但是，你要考慮如自動位置優(yōu)化等的計算時間，會隨房間內(nèi)反射或吸收面的數(shù)量增加而增加。因此不必考慮全部的家具。家具的放置靠近揚聲器或聽音者音染的影響最大。同樣大家具也比小家具影響大。
另外，新版 CARA 2.1 PLUS 的功能 'Acoustic Ambiance（聲學(xué)環(huán)境）'評估你房間的聲學(xué)特性并提出一些改進(jìn)意見。
因此，房間設(shè)計中有2個建議：
新建一個詳細(xì)的房間設(shè)計，確保包括所有的家具和材料表面。詳細(xì)信息都在聲學(xué)環(huán)境（Acoustic Ambiance）分析中。
新建一個最簡的房間設(shè)計，只有主要家具。通過計算確定聲場和揚聲器和聽音位的優(yōu)化，計算時間短但精度差些。
四、材料表面
房間墻壁和 3D 對象的材質(zhì)可以從材料數(shù)據(jù)庫中選擇。材料的吸聲系數(shù)影響混響時間，進(jìn)而影響聲學(xué)環(huán)境的評估。
你也可以定義墻內(nèi)的特定矩形區(qū)域（材料表面），模擬門、窗、窗簾、地毯。通常它們的吸聲系數(shù)不同于各自的墻面。
材料表面和墻壁是二維的，因而不會增加計算時間，但 3D 對象是三維，如家具，會顯著增加計算時間，因為 3D 對象增加了房間內(nèi)的吸聲和反射面。
使用輔助線可精確地確定材料表面的尺寸。
五、材料的選擇
房間墻壁和3D對象表面的材料從材料數(shù)據(jù)庫中選擇。材料數(shù)據(jù)中指定的吸聲系數(shù)會在對話框中用頻率響應(yīng)圖顯示出來。
'Description' 里有所選材料的說明。
彩色區(qū)域顯示材料紋理，用在 3D 視圖和地板、天花板、墻壁的 2D 視圖中。
'Material Groups'說明材料分在哪一類中。
六、聲學(xué)環(huán)境
房間的聲學(xué)環(huán)境主要是通過混響時間體現(xiàn)出來，或聲源停止后到聲學(xué)場強度(能量密度)衰減60dB所經(jīng)歷的時間。這個時間與房間的大小和房間內(nèi)墻壁、家具對聲波的吸收密切相關(guān)。吸收強混響時間就短，吸收弱混響時間就長。
長混響時間：回聲非常強的房間
長的混響時間發(fā)生在大的、空曠的房間，如教堂，以及反射強烈的房間，如貼瓷磚的浴室。許多人形容這些房間的環(huán)境“活”，或“回聲”。這些房間中語言清晰度較低，聲音尖銳，拍掌會導(dǎo)致顫動回聲。這些回聲可能在房間不同的位置表現(xiàn)得更明顯。
短混響時間：擠或乏味的房間
短的混響時間發(fā)生在有許多聲音阻尼的房間。這使人感覺房間比實際的小。會使大多數(shù)人感覺房間環(huán)境“擠”或“乏味”。圖書館就是一個例子（注：應(yīng)該是書庫）。人是根據(jù)混響時間來判斷房間的大小的。
混響時間會導(dǎo)致聲染色
通常的房間吸收高頻比低頻多，導(dǎo)致低頻混響時間比中頻或高頻的長得多。對話框中細(xì)紅線是一個感覺比較理想的房間的例子。綠線顯示理想的混響時間在頻譜上的上、下限。混響時間偏離了這個范圍，人們就會感覺聲音不自然或有強的聲染色。
CARA 有助于你改善你房間環(huán)境
CARA 會幫你判斷混響時間在頻率上與理想范圍的偏移量。這些計算考慮了房間的結(jié)構(gòu)也考慮了家具和材料的使用。這些計算與揚聲器系統(tǒng)無關(guān)。
經(jīng)過計算，CARA 描述房間的聲學(xué)環(huán)境，并提出改進(jìn)意見。通常是添加或移走家具，或改變房間表面的材料。
七、揚聲器和聽音位置
房間設(shè)計的最后一步是確定聽音位和從揚聲器庫中選擇揚聲器并放在實際位置。如果你先放置聽音位，主揚聲器的朝向會自動調(diào)整。
調(diào)整圍繞著揚聲器的位置區(qū)域（矩形），以及吸音位的位置區(qū)域。'Positioning Region'（位置區(qū)域） 可以通過矩形框來調(diào)整大小。你可以指定特殊形狀的位置區(qū)域，如 L 型或兩個單獨的矩形區(qū)域。當(dāng)進(jìn)行自動位置優(yōu)化的進(jìn)修，揚聲器和聽音位可以在這些區(qū)域內(nèi)部移動，尋找最佳擺位。
用鼠標(biāo)右鍵點擊揚聲器或聽音位，允許你調(diào)整位置區(qū)域到地板的距離和垂直高度。設(shè)計全部完成后，你就可以從 CARACAD 模塊的工具欄中點 CARACALC 開始房間的聲學(xué)計算了。
八、3D 房間的 3D 視圖
在'3D View'模塊你可以在你設(shè)計的虛擬房間中走動，檢查你的設(shè)計。
這在許多情況下都是非常有用的，根據(jù)平面圖來想象 3D 效果較困難。特別是你設(shè)計了一個復(fù)雜的房間結(jié)構(gòu)如傾斜的天花板、老虎窗等。
一、位置優(yōu)化
在運轉(zhuǎn)位置優(yōu)化前，你必須從 Options 選項菜單中挪用 Parameter 參數(shù)設(shè)備。如，調(diào)劑最大反射次數(shù) “Maximum Reflection Order”為4到5。
別的你可以利用一些位置優(yōu)化的對稱約束條件。這些觸及到你的主揚聲器設(shè)置。你可以要求兩揚聲器間隔前或側(cè)墻相稱，這要從菜單 Options / Variational Ranges 當(dāng)挑選。
在優(yōu)化的進(jìn)程，在主窗口中揚聲器和聽聲位的位置在每次優(yōu)化完成后城市發(fā)生變化。同時假如預(yù)先顯現(xiàn) SPL 頻次響應(yīng)曲線（菜單 Results / Positional Optimization），也會更新。
計較跟蹤器(Calculation Tracer)顯現(xiàn)一步一步的優(yōu)化進(jìn)程。
你也可以隨時中斷計較，從 Calculations 菜單當(dāng)選 Break。保存當(dāng)前優(yōu)化成果。
偶然需重新啟動優(yōu)化，如調(diào)劑肇端位置、位置地區(qū)、最大反射次數(shù)今后。
二、可聽化 (Auralization)
操縱聲卡和耳機，你可以完成虛擬房間的聽音測試，如比力揚聲器在分歧位置的不同。
房間瞬態(tài)響應(yīng)
可聽化計較從 Calculation 菜單起頭，在 'Transient Room Response' (TRR)中顯現(xiàn)成果。TRR 使 CARA 能肯定房間中聲染色對音樂重現(xiàn)的影響。
可聽化計較用牢固的頻次步長，0.1 ... 2.5 Hz。頻次基點總數(shù)最高為 500,000 個。相比力而言，CARA 的計較，例如特別計較、聲場計較，利用牢固頻次步長，在118頻次基點會有比力大的顆粒點(對數(shù)刻度)。
TRR可以顯現(xiàn)和保存，便于進(jìn)一步計較。經(jīng)過菜單 Results/Auralization: RIA.
可聽化，聽音測試：
可聽化聽音測試比力原始音樂與房間中揚聲器的再現(xiàn)音樂。要建立揚聲器的音樂再現(xiàn)，原始音樂信號必須與房間瞬態(tài)響應(yīng)夾雜。原始音樂信號和再現(xiàn)信號都要用聲音文件保存到硬盤上。然后利用 ETS Multi Media Player 來實現(xiàn)聽音測試。
原始音樂信號片斷是聽音測試必須的，挑選你最喜好的或你以為很好的片斷。音樂片斷應(yīng)能供給很是寬的頻譜（低頻、中頻和高頻），而且全部音樂片斷中較平衡。例如：Jazz、POP 或搖滾音樂。
CARA CD-ROM包括多種音樂樣本。
你也能夠用 ETS Multi Media Player 來比力多揚聲器的再現(xiàn)。與原始音樂樣本停止同一房間的分歧變化對照，如分歧的揚聲器位置。保存處置過的聲音文件，然后在播放器中停止比力。
補充說明：
房間瞬態(tài)響應(yīng) (TRR) 是在聽音位聲壓級隨時候的變化。從揚聲器發(fā)出單一的狄拉克（或增量）脈沖，丈量在聽音位的原始聲音和從墻壁、天花板、地板、家具的一次和屢次反射的聲音。
實在的狄拉克脈沖需要的帶寬不適用于揚聲器。CARA 經(jīng)過在計較中挑選揚聲器范例來斟酌電-聲轉(zhuǎn)換。
CARA的 TRR 計較基于在聽音位的分解聲壓頻次響應(yīng)的傅里葉逆變更。
TRR對話框顯現(xiàn)正和負(fù)的聲壓振幅，這些振幅平方的成果顯現(xiàn)在混響對話框中，可與特別計較中的高分辨力版本停止比力。
三、聲場計較
除了自動位置優(yōu)化，在 CARA 中聲場計較是最常用、最重要的功用了。
首先，從 Options 菜單中挪用 Parameter，如調(diào)劑最大反射次數(shù)(Maximum Reflection Order)為4-5，為下一步的聲場計較，你假如不在意多花些計較時候，可以增加這個值。
聲場計較'Sound Field Calculations'肯定房間聲學(xué)的全數(shù)數(shù)據(jù)，在聽音者耳朵水平面上有 1,000 -3,000 個均勻散布的網(wǎng)格點。這些觸及到聲壓頻次響應(yīng)、位置、說話清楚度，也包括房間中聲波的時候相關(guān)性。
聲場計較的成果基于揚聲器確當(dāng)前位置。
按照這些成果，綜合斟酌聲染色(頻次響應(yīng)的線性)、位置 (聲像)和說話清楚度，你可以找到最好的聽音位置。
假如揚聲器位置穩(wěn)定，這可以取代位置優(yōu)化 'Positional Optimization'。
四、計較參數(shù) (Calculating Parameters)
此對話框答應(yīng)你編輯計較參數(shù)。假如你沒法肯定你的調(diào)劑能否合適，點 'Standard'利用默許值，默許的設(shè)備合適大大都情況。
最大反射次數(shù) Maximum Reflection Order 與計較精度有關(guān)，但也影響計較時候 'Calculating Times'。
假如你的房間包括很多的多面體，計較時候會大大增加。在這類情況下，你可以減小 'Maximum Reflection Order' 或刪除一些多面體（如刪除一些家具）。
啟用 complex 的墻阻抗 (Wall Impedances) 會增加計較精度和計較時候。默許墻阻抗是 real。
長的計較時候帶來較高的計較精度，這是根基法例。
可聽化參數(shù)最大長度 (Maximum Length) 和取樣率 (Sampling Rate) 界說房間瞬態(tài)響應(yīng)的計較。TRR 是可聽化(聽音測試)的根本。TRR 包括了房間中房間聲學(xué)對音樂再現(xiàn)影響的全數(shù)信息。
計較時候 'Calculating Times' 對話框顯現(xiàn)可見房間多面體和全數(shù)房間多面體的數(shù)目。多面體數(shù)目取決于現(xiàn)實的房間設(shè)想，在起頭初次房間聲學(xué)計較前由 CARACALC 模塊決議。聲波只能在可見墻壁(多面體)上反射(和部分被吸收)。
別的，所需計較時候的預(yù)算也取決于最大反射次數(shù)'Maximum Reflection Order'。
計較時候只觸及到一個揚聲器和一個聽音位。全數(shù)計較時候是揚聲器數(shù)和聽音位數(shù)目的倍數(shù)。
對于矩形房間(無家具)的計較時候很是短 (最多1000次)，由于一切的反射聲波都可以在現(xiàn)實聲學(xué)計較前肯定和跟蹤。
五、計較跟蹤器
跟蹤器顯現(xiàn)當(dāng)前聲學(xué)計較的狀態(tài)信息。進(jìn)度條顯現(xiàn)觸及一個揚聲器和一個聽音位的時候花費。
在聲場計較時代，聽音位置 'Listening Positions' 數(shù)顯現(xiàn)還沒有被計較的數(shù)目。可以隨時停止計較，但計較成果會被刪除。
自動位置優(yōu)化時代，顯現(xiàn)比來一次嘗試時的嘗試數(shù) 'Trials'、優(yōu)化數(shù) 'Optima'，以及起頭偏移 'Start Deviation'、當(dāng)前最好位置的優(yōu)化偏移 'Optimum Deviation' 和當(dāng)前偏移 'Current Deviation'。
位置優(yōu)化也可以隨時停止，這類情況下，當(dāng)前優(yōu)化位置和響應(yīng)的聲學(xué)成果可以被保存到硬盤。
六、比力: CARA 和實測
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