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计算机模拟分析在室内声学设计中的应用

文章发布2013年11月19 有1500人次访问

   要:近些年计算机模拟技术在室内声学领域得到了越来越广泛的应用。本文简单介绍了RAYNOSIE声学模拟软件的功能,并使用RAYNOISE软件对某多功能厅进行了室内声学模拟,根据模拟结果对多功能厅声学设计的合理性进行了分析。

关键词:室内声学、计算机模拟、RAYNOISE

引 言

随着计算机技术的日益发展,软件模拟成为室内声学设计的主要分析手段之一。相对于传统的计算方法和声学模型,软件模拟计算速度快、精度高、易于修改、成本小,具有不可比拟的优势。目前国际上比较著名的声学软件有比利时LMS公司开发的RAYNOISE,德国ADA公司的EASE以及丹麦技术大学的ORDENS等。本文以RAYNOISE软件为例,讨论了软件模拟在室内声学分析中的具体应用。

RAYNOISE软件简介

RAYNOISE软件是针对声学开发的一种大型声场模拟软件系统,主要功能是对封闭空间、半封闭空间或开敞空间的各种声学现象进行模拟。RAYNOISE软件模拟主要以几何声学为理论基础,模型采用圆锥束法(CBM)和三棱锥束法(TBM)作为声场脉冲响应的计算方法,这两种方法综合了传统的虚声源法(MISM)和声线跟踪法(RTM)的优势,能够较准确地模拟声传播的物理过程,包括镜面反射、扩散反射、墙面和空气吸收、衍射和透射等现象,尤其在中高频范围,并且能够模拟接收点的听音效果,可以广泛用于噪声预测和控制、环境声学、室内声学设计等多种领域。

室内声学模拟过程

RAYNOISE软件模拟的主要过程包括建模、计算和后处理三部分。建模时需要输入以下模型信息:1)三维空间模型;2)传播介质的特性;3)各围合面的声学特性(如吸声系数、散射系数等);4)声源特性及位置;5)接收点的位置;6)座位接收面的位置。

在计算过程中,影响计算结果的主要参数包括声线数量、反射方法、反射阶次、截止时间、动态范围等。其中,声线数和反射阶次是两个重要的影响因素,通常需要通过试算确定取值,当计算结果趋于稳定时,表示为最佳取值。计算结果经过后处理可以生成图形或动画。

室内声学模拟分析实例

本文用RAYNOISE软件对某多功能厅进行了室内声学模拟分析。如图4.14.2所示,多功能厅位于某三层建筑的第二、三层,主要用于会议和小型演出,厅内容积约1.5m³,可容纳800人,平面呈矩形,长度约33m,宽度约25m。舞台位于矩形的西侧短边,南侧为玻璃幕墙,北侧及东侧为柱子,直接与二、三层走廊相通。多功能厅内无吊顶,屋顶沿短边方向倾斜,南侧高约15m,北侧高约13m,采用高度800mm的井字梁。

  由于项目中的多功能厅原本是一个用于集会和展示的大堂,后期改为具有会议和演出功能的多功能厅。因此,多功能厅的‘先天’条件很差:总体积较大,与走廊连通,内表面形状复杂,而且可利用的吸声面积较小,这些问题都可能对厅内的音质产生不利影响。

为了控制多功能厅的音质效果,多功能厅的两侧墙和后墙的梁、柱、三层栏杆全部采用木丝板吸声构造,并适当加宽梁、柱的宽度;屋顶井字梁的梁格内填木丝板;舞台墙面采用穿孔金属板(内填玻璃棉);化妆间、侧台、走廊设矿棉吸声吊顶。

本次模拟为独唱者使用时的情况,声源为点声源,位于舞台中心,距地面1.5m高,接收面位于观众席区,距地面1.2m。图4.3~4.5500Hz时多功能厅的声场分布SPL、混响时间RT60、清晰度D50的分布图。

从模拟结果可知,多功能厅中频满场混响时间为1.4s;声场不均匀度约为7dB;清晰度D5040%;各项声学指标数值比较合理,声学性能良好,因此按照现有的声学设计可以满足多功能厅的使用要求。

结 论

与传统的方法相比,计算机模拟技术不仅效率高,而且结果更加详细,为声学设计的定量化提供了有效的手段。通过RAYNOSIE软件模拟分析,直观的获得了室内声学设计所需的多种指标,从而在早期设计方案阶段就开始为设计者提供指导,对合理分析、优化室内声学设计方案起到巨大的作用。

参考文献:

[1] 建筑物理(第三版). 柳孝图,中国建筑工程出版社,2010

[2] 建筑声学设计手册. 项端祈,中国建筑工程出版社,1987

[3] 声音·人·建筑[M].L.H.肖丁尼斯基(林达悃 李崇理 译),中国建筑工程出版社,1985

[3] RAYNOISE 3.1用户手册

作者简介:刘莹(1985-),女,汉族,北京人,助理工程师,主要从事建筑声学设计工作。 

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