计算机辅助的简称(计算机辅助建筑声学设计的基本原理与应用)

计算机辅助音质设计越来越多地应用于建筑声学设计中。市场上还有很多应用软件，比如丹麦，的ODEON，意大利，的RAMSETE，德国的EASE等等。声学模拟软件可以预测房间声学参数，评估和调整声学方案，计算机辅助音质设计将是未来的发展趋势。由于声学问题的复杂性和计算机的局限性，目前辅助建筑声学设计软件的研究还处于起步阶段，不能完全取代理论分析和实践经验。因此，深刻理解计算机辅助设计的原理，强调其参考价值和局限性，并注意与建筑声学实践经验的结合是非常重要的。论文参考了国外相关文献，阐述了计算机辅助声学设计的基本原理，希望对建筑声学设计师的研究成果能有所帮助。关键词：声线跟踪法；虚拟声源法；声线波束跟踪法；用有限元法准确预测房间的音质一直是建筑声学研究者的理想。谁不想在设计音乐厅图纸时听到她的音效？一百多年来，人们逐渐发现了一些物理指标，揭示了它们与房间主观音质的关系，包括混响时间RT60、早期衰减时间EDT、脉冲响应、清晰度指数等。音质参数预测是室内声学设计的关键。目前，人们用经典公式、比例模型和计算机模拟来预测这些参数。房间声学的复杂性是由于声音的波动，目前，任何模拟方法都不能得到真实的对结果。本文在参考国外计算机声品质模拟文献的基础上，对对室内声学中的主要模拟方法进行了整理和总结，从而深入了解计算机辅助建筑声学设计的基本原理、适用性和局限性。1.缩尺模型模拟和计算机声场模拟自萨宾时代以来，缩尺模型已被应用于室内声学，但该模型简单，不能得到定量的结果。20世纪60年代，仿真理论和测试技术逐渐发展和完善。经过大量的研究和实践，量表模型在客观指标的测量中已经基本达到实际应用。现在，声源、麦克风和模拟声学材料可以适应物理对，仪器的频带已经扩展。模拟混响时间、声压级分布、脉冲响应等常用指标已达到实用精度。比例模型的原理是相似原理。根据库特鲁夫的推论，根据1:10年的对模型，当房间尺度减小10倍时，如果波长也缩短10倍，即频率增加10倍时，如果模型界面上的吸声系数与实际界面上的吸声系数相同，则对位置的声压级参数不变，时间参数缩短10倍。例如，10倍频率的混响时间是实际频率的混响时间的1/10。然而，通过物理手段很难完全满足相似性的要求。空气吸收和表面吸收的相似性处理是保证模拟测量精度的关键。缩尺模型是现阶段已知的唯一实用方法，能够很好地模拟室内声场的波动特性。然而，由于模型制作成本高，需要通过充入氮气或干燥空气来减少高频空气的吸收，以及难以控制模拟材料的吸声特性，这种方法具有很大的局限性。随着软件技术的发展，用计算机模拟声场已经成为现实。从数学的观点来看，声音的传播是用波动方程来描述的，即亥姆霍兹方程。理论上，从声源到接收点的声脉冲响应可以通过求解波动方程得到。然而，当室内的几何结构和界面声学特性非常复杂时，人们无法得到精确的方程形式和边界条件，也无法得到有价值的解析解

从实用角度出发，利用几何声学中的声线跟踪法和镜像虚拟声源法，可以得到具有一定参考度的房间声学参数。然而，由于忽略了声音的波动特性，高频声音和近时反射声音的处理效果更好，模拟声场的所有信息仍然不足。近年来，基于有限元理论的方法被用于模拟声音的高阶波动特性，在低频模拟方面也取得了一些进展。2.几何声学模拟方法几何声学模拟方法借鉴几何光学理论，假设声音沿直线传播，忽略其波动特性，通过计算声音传播的能量变化和反射达到的面积来模拟声场。由于模拟精度不高，高阶反射和衍射的计算量很大，在大多数情况下，几何方法用于计算早期反射，而统计模型用于计算后期混响。2.1 声线跟踪法声线跟踪法是跟踪声源发出的“声音粒子”在各个方向的传播路径。声学粒子由于反射和吸收而不断损失能量，并根据等于反射角的入射角确定新的传播方向。为了计算接收点的声场，有必要在接收点周围定义一个区域或体积区域来捕获通过的粒子。不管怎么处理它，错错了声线都会被收集起来或者一些适当的粒子会丢失。为了保证精度，必须有足够密集的声线和足够小的接收点区域。对需要至少100，000 声线才能在一个10平方米的房间里传输600毫秒的声音。声线追踪法的早期意义在于提供了近时声反射区域，即如图1。最近，这种方法得到了进一步的发展，将声线的转化变换成具有特殊密度函数的圆锥或三角形圆锥。然而，由于重叠问题，它仍然不能达到实际的准确性。声线跟踪的主要优点是算法简单，易于计算机实现，算法的复杂度是房间平面数的几倍。通过确定声线，的镜面反射路径、漫反射路径、折射和衍射路径，可以模拟非直接混响声场，甚至可以模拟曲面声场。声线跟踪的主要缺点是为了避免丢失重要的反射路径而产生大量的声线，这会带来巨大的计算量。另一个缺点是，因为声线跟踪计算结果很大程度上依赖于接收点的位置，所以如果进行声压级分布计算，则必须在声场中占据大量位置。对结果越精细，计算量就越大。此外，由于声音的波动特性，波长越长，绕过障碍物的能力越强。在低频带，声线跟踪法不能得到可靠的结果。