幾何聲學(xué)軟件raynois的介紹

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。

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，即利用縮尺模型來獲得脈沖響應(yīng)。80年代后期以來，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)所無法比擬的。計(jì)算脈沖響應(yīng)有兩種著名的方法：虛源法（Mirror Image Source Method，簡(jiǎn)稱MISM）和聲線跟蹤法（Ray Tracing Method，簡(jiǎn)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（Conical Beam Mehtod，簡(jiǎn)稱CBM）和三棱錐束法（Triangular Beam Method，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］。

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�直接關(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)�；�?）其它說明或定義，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(dòng)計(jì)算了。通過對(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，便可以通過耳聽到該點(diǎn)的聽音效果。

RAYNOISE的特點(diǎn)和不足

　　與近10年來所出現(xiàn)的其它幾種聲場(chǎng)模擬軟件，如Signalgic公司的Hypersignal-Acoustic 3．4和EASE 2．0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(gè)比較完整的、獨(dú)立的可聽化系統(tǒng)。而Hypersignal-Acoustic 3．4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；EASE 2．0也需要同EARS（Electronically　Auralization　Room　Simulation）配套使用才能實(shí)現(xiàn)可聽化。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