RAYNOISE是比利時聲學(xué)設(shè)計公司LMS開發(fā)的一種大型聲場模擬軟件系統(tǒng)。其主要功能是對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。它能夠較準確地模擬聲傳播的物理過程，這包括：鏡面反射、擴散反射、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、工業(yè)噪聲預(yù)測和控制、錄音設(shè)備設(shè)計、機場、地鐵和車站等公共場所的語音系統(tǒng)設(shè)計以及公路、鐵路和體育場的噪聲估計等。

為了描述聲學(xué)媒質(zhì)，SYSNOISE利用了最先進的數(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，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，變形后的結(jié)構(gòu)，以及XY圖線，柱狀圖和極坐標圖，還包括動畫顯示和聲音回放。

RAYNOISE系統(tǒng)的基本原理

RAYNOISE系統(tǒng)實質(zhì)上也可以認為是一種音質(zhì)可聽化系統(tǒng)（關(guān)于“可聽化”，詳見參考文獻［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）碰撞后能量會損失一部分，這樣，在聲場中不同位置聲波的能量累積方式也有所不同。如果把一個聲學(xué)環(huán)境當作線性系統(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)的獲得是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵。以往多采用模擬方法，即利用縮尺模型來獲得脈沖響應(yīng)。80年代后期以來，隨著計算機技術(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算機進行建模，并編程計算脈沖響應(yīng)。該技術(shù)具有簡便、快速以及精度可以不斷改善的特點，這些是模擬技術(shù)所無法比擬的。計算脈沖響應(yīng)有兩種著名的方法：虛源法（MirrorImageSourceMethod，簡稱MISM）和聲線跟蹤法（RayTracingMethod，簡稱RTM）。兩種方法各有利弊［1］。后來，又產(chǎn)生了一些將它們相結(jié)合的方法，如圓錐束法（ConicalBeamMehtod，簡稱CBM）和三棱錐束法（TriangularBeamMethod，簡稱TBM）［1］。RAYNOISE將這兩種方法混合使用作為其計算聲場脈沖響應(yīng)的核心技術(shù)［2］。

萊蕪禮堂聲場計算機模擬效果圖

RAYNOISE系統(tǒng)的應(yīng)用

RAYNOISE可以廣泛用于工業(yè)噪聲預(yù)測和控制、環(huán)境聲學(xué)、建筑聲學(xué)以及模擬現(xiàn)實系統(tǒng)的設(shè)計等領(lǐng)域，但設(shè)計者的初衷還是在房間聲學(xué)，即主要用于廳堂音質(zhì)的計算機模擬。進行廳堂音質(zhì)設(shè)計，首先要求準確快速地建立廳堂的三維模型，因為它直接關(guān)系到計算機模擬的精度。RAYNOISE系統(tǒng)為計算機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)模型庫中的模型并完成模型的定義。建模的主要步驟包括：

（1）啟動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）定義接收場；

（7）其它說明或定義，如所考慮的聲線根數(shù)、反射級數(shù)等。

用戶可以利用鼠標在屏幕上從各個不同角度來觀看所定義的模型及其內(nèi)部不同結(jié)構(gòu)的特性（用顏色來區(qū)分）。然后就可以啟動計算了。通過對計算結(jié)果進行處理，可以獲得所關(guān)心的接收場中某點的聲壓級、A聲級、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相卷積，便可以通過耳聽到該點的聽音效果。

國家話劇院計算機聲學(xué)設(shè)計模擬效果圖

RAYNOISE的特點

與近10年來所出現(xiàn)的其它幾種聲場模擬軟件，如Signalgic公司的Hypersignal-Acoustic3．4和EASE2．0等相比，RAYNOISE無論是在使用方面還是功能方面都顯得更加成熟，它形成了一個比較完整的、獨立的可聽化系統(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與從其它軟件的脈沖響應(yīng)作卷積運算并模擬聽音效果這部分工作；EASE2．0也需要同EARS（Electronically　Auralization　Room　Simulation）配套使用才能實現(xiàn)可聽化。

軍樂團音樂廳聲場計算機模擬效果圖

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，無論是在使用上還是在計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，這必然會大大縮小其應(yīng)用范圍。再如，它只能給出簡單聲源（如點源）在給定點的模擬結(jié)果，而對于運動聲源、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

南京廣電中心劇場聲場計算機模擬效果圖

LMSSYSNOISE--聲振耦合分析軟件SYSNOISE是市場上最先進的聲-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、故障診斷、優(yōu)化的先驅(qū)，功能強大。從空腔的聲場預(yù)測到環(huán)繞物體的聲場分析，甚至可計算聲場作用下結(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)計工程師則依賴在線"向?qū)?quot;幫助自己完成分析。來自振源的聲輻射從振動測量結(jié)果或有限元計算結(jié)果，計算物體表面及任意點的輻射聲場。例如：發(fā)動機、壓縮機的噪聲，揚聲器的聲輻射。聲場分布預(yù)測聲場中結(jié)構(gòu)周圍形成的聲場和結(jié)構(gòu)振動。例如：潛艇探測、道路噪音屏障的隔聲效果。結(jié)構(gòu)路徑傳播計算動態(tài)激勵引起的結(jié)構(gòu)強迫振動響應(yīng)及產(chǎn)生的聲場。例如：發(fā)動機支架設(shè)計、轉(zhuǎn)子不平衡的影響。

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

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