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建声和音响系统智能设计

发布日期:2019-03-25 浏览量:541次

多少年来,人们为了定量的研究厅堂的建声设计问题,建立了许多建声评价的客观指标,如混响时间,早期衰减,清晰度等,厅堂音质取决于观众的评价,这涉及人的主观感觉等复杂问题,如何能在设计阶段就对厅堂音质做出正确的先期演示和评价,一直是相关领域工程师们的梦想,随着计算机时代的到来,工程师们的梦想将得到实现,建声智能设计与仿真将对整个建筑声学和音响工程领域产生重大影响,并具有重大经济价值,近年来不少工程已开始借助计算机辅助设计去控制观众厅音响放声系统的声学特性,这种计算方式不仅可以将厅堂的音响工程与电声系统作为一体进行设计,并能获得比较准确的设计数值,而且还可以直观的看到设计结果,对实际工程设计和调整有良好的指导作用。

建声和音响系统智能设计

对音响工程来说,通常评价方法是采用实物建模方法,他以缩小比例的模型来模拟建声效果,撤测出客观参数进行评价,这种方法的建模周期长,而且费用高,如果效果不够满意修改起来非常麻烦,更重要的是由于模型按比例缩小,试验结果与实际效果常常产生很大的差异,此外传统的音响工程设计一直是在厅堂建筑竣工后进行,事先无法判定前期设计预定值与实际音响效果的差距,显然智能化的前期设计演示和仿真技术是检验设计方案的有效手段,音响系统的计算机仿真可解决前期设计验证问题,以免由于设计缺陷造成巨大经济损失,采用智能设计实现对建筑物声场的模拟,可以置身于智能设计系统中,在厅堂中的任意一点感受音响效果,实地的对吸音材料和声源位置进行修改,直到得到满意的效果,智能设计和仿真技术正是解决这个问题的方法之一,对已建成的大型厅堂,通过计算机仿真可检测其建筑声学特性是否合理,对其不良特性提供修正方案,并根据厅堂功能和建声要求对其电声系统进行优化设计,音响工程的计算机仿真在大型厅堂建筑的设计阶段,通过计算机构筑建筑声学模型,对音响工程的动态特性进行仿真模拟厅堂音响效果,用于评判音响工程设计的可行性,近年来在国内的专业音响行业中,计算机辅助设计系统逐渐成为工程投标中一项重要的设计参考依据,在信息产业部电子定额站制定的《系统安装工程定额》中,也要求二次设计采用计算机辅助设计,采用智能设计和仿真软件,可以达到如下效果。

2.改善设计

采用智能设计和仿真软件,可以模拟建声环境系统,向建筑设计单位提供一套进行音响工程评价的有效工具,以便更好的检验设计参数与设计结果之间的关系,发现设计中潜在的缺陷和问题,模拟解决问题的不同方法,从而使整个设计更加完善,它将解决的问题是:

(1)在设计之初,就能对不同设计方案的建声实际效果作出正确检查与评价。

(2)在未施工前就能对施工质量进行模拟验证。

(3)在土建工程竣工后,可对局部建筑和室内装修设计进行修改。

音响工程智能设计软件是在计算机环境下进行建声前期设计的工作,其主要功能包括以下几点。

(1)按照建筑工程图纸的标准尺寸,在计算机中构筑建声模型(建立X、Y、Z三维坐标点,进行声学测定,建模的各个平面采用多个测量点进行测量),屏幕将显示出一个封闭空间的总体积、表面面积、平均吸声系数,以及在50Hz,100Hz,200Hz,500Hz,1kHz,2kHz,4kHz,8kHz8个平点的混响时间,构筑建声模型是智能设计过程中最关键环节。

(2)按照已设定的各种建筑材料,计算封闭空间内50Hz-8kHz之间10个频率点的混响时间,以检测音响工程是否合理,并对原设计进行修正,如果在做模拟设计时,该工程尚未完成建声设计或装修设计,未能提出用什么样的吸声材料时,就需要有音响工程师做模拟设计,智能设计软件资料库中有各种吸声材料的吸声数据,音响工程师可根据该资料库中存在的不同吸声材料的吸声系数,对厅堂内的吸声材料做出适当的设定,并根据工程最终的建声设计和装修进行最后的修正。

(3)进行建筑声学特性仿真。根据厅堂功能和声学要求,参照世界著名厅堂的音响工程,提供该厅堂音响工程的最佳设计,并进行动态仿真,智能设计软件提供了这种构筑建声模型的方法,在该软件的视窗里有照片类型及设计形状两个辅助视窗,在这两个辅助视窗里,存有几十个建筑建筑物模型,虽然这些设置的模型并不能完全符合当前工程的要求,但智能设计软件设计了极为方便的修改方法,可以通过逐一修改某预置模型的关键尺寸,最大限度的将原来预置的模型修改到接近需要的尺寸,例如对一个三层看台的剧院模型来说,允许对其长、宽、高、看台高度和伸出度等尺寸逐一修改,以符合工程需要,此时智能设计软件中将显示储存在资料库中的歌剧院模型,这种做法简单易行。

2.音响工程智能设计

根据厅堂音响工程要求设计音响系统,智能设计软件将给出音箱位置的三维坐标,指向性,灵敏度,输入功率等,从资料库中选择放大器和音箱型号,确定其数量,并对该厅堂进行室内声压级、音箱清晰度、声场不均匀度的分析计算。

(1)音响工程师根据以往的音响设计经验,在模拟相应的每个特定位置设定某一个型号的音箱,同时设定每个音箱的三维坐标、指向性、输入功率及灵敏度。

(2)在智能设计软件中设定了音箱、观众席和测试点位置后,智能设计软件就可以在计算视窗栏里逐一显示任意一个音箱的直达声压,混响声等各种数据,此外还可给出声音清晰度的显示,智能设计软件的另一重要功能就是在射线视窗内显示每个音箱的声场射线,每个音箱的射线显示多达100多条。

(3)智能设计软件所设定的数据都是可以修改的,其中包括所有吸声材料在各频段的吸声系数,每个平面的三维坐标,每块面积所设定的吸声材料,音箱的型号,输入功率,指向性及音箱数量等,这些修改可以在不同视窗内进行,也可在三维图像下进行直观修改,例如可以在屏幕上拖动任意一只音箱到所设想的位置,观察音箱声场射线的变化情况。

通过计算机计算出的曲线族作为扩声声场的计算参考,这些曲线族是具有不同指向性(Q)的音箱,不同的房间常数(R)随传送距离变化而呈现声压级衰减曲线,该曲线图包括了所有可能容积的观众厅和各类指向性因数(Q)的扩声用音响系统,在利用声线法作图,设计师可参考图中曲线,根据音箱的指向性因数(Q)去确定声场中不同距离的声压级,以获得合适的音箱布局位置。

(4)进行设备选型。音箱仿真软件的设备信息数据库存有世界各主要音箱厂商的各类设备型号和技术指标,为音响工程的智能设计提供了很大方便,当把不同型号设备的技术参数输入上述的一项仿真智能软件时,计算机便会模拟出相应的声场效果。

3.音响系统仿真适用范围

智能设计软件所做的仿真可以在厅堂工程开工以前进行,其模拟分析带有一定的预见性,因而智能设计软件适合以下范围使用。

(1)建声设计部门。建声设计师用来进行建筑声学分析设计,用于检验建声设计是否合理,例如可以预先发现由于空间太大,室内表面积不够而造成混响时间过长的可能性。

(2)音响工程部门。音响工程师用来进行音响模拟设计,例如厅堂的声压级计算,声场不均匀度及清新度的预测。

(3)高校音响专业。教师和学生用来检验设计方案的可行性,从而选出最佳方案。

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