RAYNOISE是比利时声学设计公司LMS开发的一种大型声场模拟软件系统。其主要功能是对封闭空间或者敞开空间以及半闭空间的各种声学行为加以模拟。它能够较准确地模拟声传播的物理过程,这包括:镜面反射、扩散反射、墙面和空气吸收、衍射和透射等现象并能最终重造接收位置的听音效果。该系统可以广泛应用于厅堂音质设计、工业噪声预测和控制、录音设备设计、机场、地铁和车站等公共场所的语音系统设计以及公路、铁路和体育场的噪声估计等。

RAYNOISE系统的基本原理

  RAYNOISE系统实质上也可以认为是一种音质可听化系统(关于“可听化”,详见参考文献[1])。它主要以几何声学为理论基础。几何声学假定声学环境中声波以声线的方式向四周传播,声线在与介质或界面(如墙壁)碰撞后能量会损失一部分,这样,在声场中不同位置声波的能量累积方式也有所不同。如果把一个声学环境当作线性系统,则只需知道该系统的脉冲响应就可由声源特性获得声学环境中任意位置的声学效果。因此,脉冲响应的获得是整个系统的关键。以往多采用模拟方法,即利用缩尺模型来获得脉冲响应。80年代后期以来,随着计算机技术的高速发展,数字技术正逐渐占据主导地位。数字技术的核心就是利用多媒体计算机进行建模,并编程计算脉冲响应。该技术具有简便、快速以及精度可以不断改善的特点,这些是模拟技术所无法比拟的。计算脉冲响应有两种著名的方法:虚源法(Mirror Image Source Method,简称MISM)和声线跟踪法(Ray Tracing Method,简称RTM)。两种方法各有利弊[1]。后来,又产生了一些将它们相结合的方法,如圆锥束法(Conical Beam Mehtod,简称CBM)和三棱锥束法(Triangular Beam Method,简称TBM)[1]。RAYNOISE将这两种方法混合使用作为其计算声场脉冲响应的核心技术[2]。

RAYNOISE系统的应用

  RAYNOISE可以广泛用于工业噪声预测和控制、环境声学、建筑声学以及模拟现实系统的设计等领域,但设计者的初衷还是在房间声学,即主要用于厅堂音质的计算机模拟。进行厅堂音质设计,首先要求准确快速地建立厅堂的三维模型,因为它直接关系到计算机模拟的精度。RAYNOISE系统为计算机建模提供了友好的交互界面。用户既可以直接输入由AutoCAD或HYPERMESH等产生的三维模型,也可以由用户选择系统模型库中的模型并完成模型的定义。 建模的主要步骤包括:
  (1)启动RAYNOISE;(2)选择模型;(3)输入几何尺寸;(4)定义各面的材料及性质(包括吸声系数等);(5)定义声源特性;(6)定义接收场;(7)其它说明或定义,如所考虑的声线根数、反射级数等。
  用户可以利用鼠标在屏幕上从各个不同角度来观看所定义的模型及其内部不同结构的特性(用颜色来区分)。然后就可以启动计算了。通过对计算结果进行处理,可以获得所关心的接收场中某点的声压级、A声级、回声图、和频率脉冲响应函数等声学参量。如果还想知道该点的听音效果,可以先将脉冲响应转化为双耳传输函数,并将其与事先在消声室录制好的干信号相卷积,便可以通过耳听到该点的听音效果。

RAYNOISE的特点和不足

  与近10年来所出现的其它几种声场模拟软件,如Signalgic公司的Hypersignal-Acoustic 3.4和EASE 2.0等相比,RAYNOISE无论是在使用方面还是功能方面都显得更加成熟,它形成了一个比较完整的、独立的可听化系统。而Hypersignal-Acoustic 3.4只能作为其它可听化软件的软硬件接口[3],即它只能完成将干信号与从其它软件的脉冲响应作卷积运算并模拟听音效果这部分工作;EASE 2.0也需要同EARS(Electronically Auralization Room Simulation)配套使用才能实现可听化。但是尽管RAYNOISE Revision 3.0系统在以前版本基础上作了较大改进,无论是在使用上还是在计算精度上都有所突破,但由于它始终都是以几何声学为理论基础,因而必然就会受到几何声学的限制。例如它在低频或小尺度空间的模拟效果比较差,这必然会大大缩小其应用范围。再如,它只能给出简单声源(如点源)在给定点的模拟结果,而对于运动声源、分布式声源、指向性声源以及更为复杂的情形则显得力不从心