计算机辅助建筑声学设计的基本原理与应用
建筑学中的建筑声学设计

建筑学中的建筑声学设计建筑声学设计是建筑学中不可忽视的一个方面。
它是研究建筑中声音的传播、吸收、反射和衰减的学科。
无论是垃圾桶旁边的防止噪音,还是演唱会现场的音效,建筑声学设计都发挥着不可替代的作用。
在建筑设计中,合理的声学设计能够提高人们的听觉体验,创造出更舒适、更安静的室内环境。
本文将介绍建筑声学设计的重要性、基本原理以及它在建筑设计中的应用。
一、建筑声学设计的重要性建筑声学设计是工程设计中的重要组成部分,它与建筑的整体效果密不可分。
如果没有好的声学设计,即使建筑外观美观,内部装修豪华,整个建筑也可能会因为声音的影响而带来不便,降低人们的居住质量。
在工业化发展的今天,城市噪音污染已经成为一种全球性的问题。
随着城市化进程的加速,人口密度的增加和大量的机械设备产生的噪音,城市居民越来越难以避免噪音的困扰。
建筑声学设计能够对建筑的声学性能进行测量和控制,减轻建筑内部和外部噪音对人们生活、工作、学习等方面的影响,创造出一个更加舒适、健康、安静的环境。
二、建筑声学设计的基本原理1.声学基础在建筑声学设计中,最基本的是理解声音的基本参数和传播规律。
声音是一种机械波,它与压力、密度、声速有关。
声音在空气中以声速传播,而在不同介质内的声速差异会影响声音的传播方式。
此外,声音在碰到物体时会反射、折射、吸收等,这些特性在声学设计中也是非常重要的基础。
2.声音吸收声音在空气中传播时,会在空气和物体之间发生交互作用。
如果建筑中的声音太过密集,就会让人们感到噪音过大,影响正常的活动和生活。
为了减少这种噪音干扰,需要在建筑中加装材料,将声音吸收掉。
这些材料可以是吸声板、矿棉等,将建筑的空气吸收掉,从而减少声音的反射,降低噪声洪峰的强度,从而保护人们的听力。
3.声音隔离在同一建筑内部,如果一个房间的声音传到了另一个房间,就会造成另一个房间内的人的不便。
这时候,就需要在墙体、天花板等结构中加装阻隔材料,防止声音的传播。
常用的隔音材料有隔音墙、隔音门、隔音天花板等。
建筑声学设计的原理与实践

建筑声学设计的原理与实践建筑声学是一门研究建筑物内声音传播、控制和利用的学科。
在过去的几十年里,随着科技的发展和人类对生活品质的不断追求,建筑声学在我国得到了越来越多的关注和应用。
本文将探讨建筑声学设计的原理与实践,以期为建筑声学领域的学习和应用提供参考。
一、建筑声学设计的基本原理1.声学原理声学原理是建筑声学设计的基础。
声音在空气中传播时,会受到反射、折射、衍射等现象的影响。
设计者需要了解这些基本原理,以便合理布局建筑空间和声学设施,达到预期的音质效果。
2.建筑声学参数建筑声学参数是评价室内声音品质的重要指标,包括混响时间、语言传输指数、声压级等。
设计者应根据不同空间的功能和需求,合理设置建筑声学参数,以满足音质要求。
3.声学设计方法声学设计方法包括声学模拟、测量和优化等。
设计者应运用相关专业软件,对室内声音进行模拟分析,结合实际测量数据,不断调整和优化设计方案,以实现良好的音质效果。
二、建筑声学设计的实践应用1.观演建筑声学设计观演建筑声学设计是建筑声学领域的重点之一。
此类建筑包括剧院、音乐厅、电影院等,设计者需充分考虑观众席、舞台、音响设备等布局,以及室内声学效果的营造。
2.住宅声学设计住宅声学设计关注居民的生活品质,主要包括隔声、吸声、降噪等方面。
设计者要根据住宅的布局、面积、功能等,采取相应的声学措施,创造舒适的居住环境。
3.公共场所声学设计公共场所声学设计涉及机场、火车站、商场等场所。
设计者需根据不同场所的特点和需求,合理控制室内声音环境,确保良好的沟通和舒适度。
4.绿色建筑声学设计绿色建筑声学设计注重环保、节能和可持续发展。
设计者要在满足声学功能的前提下,采用环保材料、节能技术等,实现建筑声学与生态环境的和谐共生。
三、建筑声学设计的未来发展趋势1.智能化随着人工智能、大数据等技术的发展,建筑声学设计将更加智能化。
设计者可以借助专业软件和算法,实现对声音环境的实时监测和自动调整,提高音质效果。
计算机辅助建筑声学设计的基本原理与应用

计算机辅助建筑声学设计的基本原理与应用摘要:修建声学设计中,越来越多地运用计算机辅佐音质设计,市场上也有许多运用软件,如丹麦的ODEON,意大利的RAMSETE,德国的EASE等等。
声模拟软件可以预测室内声学参数,评价调整声学方案,计算机辅佐音质设计将是未来趋向。
由于声学效果自身的复杂性和计算机的局限性,目前的辅佐修建声学设计软件研讨只是处于起步阶段,还不能完全替代实际剖析和实际阅历。
因此,深化了解计算机辅佐设计的原理,强调其参考价值和局限性偏重,注重与修建声学实际阅历相结合,是十分重要的。
论文参考了国外有关文献,论述了计算机辅佐声学设计的基本原理,希望研讨效果对修建声学设计任务者有所协助。
关键词:声线追踪法;虚声源法;声线束追踪法;有限元法准确地预测房间的音质效果不时是修建声学研讨者追求的理想,谁不想在设计音乐厅图纸时就能听到她的声响效果呢?一百多年来,人们逐渐发现了一些物理目的,并提醒了它们与房间客观音质的关系,包括混响时间RT60、早期衰减时间EDT、脉冲声照应、明晰度指数等等。
音质参量预估是室内声学设计的关键。
目前,人们采用经典公式、缩尺比例模型、计算机模拟来预测这些参数。
室内声学的复杂性源于声响的动摇性,任何一种模拟方法目前都不能取得相对真实的结果。
本文在参考研讨国外计算机音质模拟文献的基础上,对室内声学的主要模拟方法停止汇编和总结,以便深化地了解计算机辅佐修建声学设计的基本原理、适用性和局限性。
1 比例缩尺模型模拟和计算机声场模拟自塞宾时代起,比例缩尺模型就在室内声学中取得运用,但模型比拟复杂,无法失掉定量结果。
20世纪60年代,模拟实际、测试技术等逐渐开展完善,停止少量研讨和实际后,比例模型在客观目的的测量方面曾经基本到达了适用化。
如今,声源、麦克风、模拟声学资料曾经可以和实物对应,仪器的频带也扩展了,在模拟混响时间、声压级散布、脉冲照应等常用目的曾经到达适用的精度。
比例模型的原理是相似性原理,依据库特鲁夫的推导,关于1:10的模型来讲,房间尺度增加10倍后,假设波长异样延长10倍,即频率提高10倍时,假定模型界面上的吸声系数与实践相反,那么对应位置的声压级参量不变,时间参量延长10倍。
建筑设计中的声学原理和技术

建筑设计中的声学原理和技术建筑设计是一个综合性的学科,涉及到各种知识领域。
其中,声学是建筑设计中一个不可忽视的重要方面。
声学在建筑设计中的应用,不仅能够提高建筑内部环境的舒适度和声学性能,还可以减少外界环境对建筑的影响,提高建筑的效率和安全性。
本文将深入探讨建筑设计中的声学原理和技术。
一、声学原理声学是关于声波传播的物理学科。
声波是一种机械波,在现代建筑设计中扮演着重要角色。
在建筑设计中,音频波动通过空气、墙壁和地面传播,会引发从结构振动到空气振动等中介现象。
这些振动产生的声音及其反响与后续回音发生相互作用。
在建筑设计中,声学原理主要包括声学传播、声音透过率、声反射等方面。
声学传播是指声波在空气、固体和液体中的传播。
由于空气分子的碰撞,声音可以通过振动传播。
其中,声音在建筑材料中的传播具有很大的不确定性,因此建筑设计中必须充分考虑这个问题。
声音透过率是指声音通过建筑材料的能力。
建筑材料的密度、厚度和弹性等因素会影响声音的穿透能力。
声反射是指声音在表面反射的现象。
声反射可以对室内环境的声学特性产生影响,在建筑设计中有着极其重要的作用。
二、声学技术在建筑设计中,为了改善声学环境质量,需要采用一些声学技术,如声学隔离、回声控制、噪声控制等。
这些技术可以提高建筑的室内舒适度,并减少外界噪声对建筑的影响。
1、声学隔离声学隔离是指在建筑中采用隔音控制技术,以达到隔绝室内和室外声音干扰的效果。
影响声学隔离的因素有建筑材料、建筑的空间和设计。
在建筑设计中,应根据具体情况采用适当的建筑材料,并对建筑结构进行合理布局,以提高声学隔离效果。
2、回声控制回声控制技术是指通过设计、安装和调整建筑材料和装修材料,以控制声波的反射和吸声,达到优化声学环境,减少回音和失真的效果。
影响回声控制的因素有建筑的形状和结构,室内装修以及建筑材料等。
在设计中应注意考虑各种材料的吸声、反射和透射的性质,合理布局以控制声波传播和反射。
3、噪声控制噪声控制技术是指通过控制建筑的环境噪声,达到提高建筑实用性、舒适度、安全性的效果。
建筑声学设计与应用

建筑声学设计与应用一、引言建筑声学设计是指在建筑设计的过程中,考虑到声学效果的设计。
随着人们对环境舒适度的要求越来越高,建筑声学设计也越来越受到重视。
好的建筑声学设计可以改善人们的生活质量,提高工作效率,创造更加舒适的室内环境。
本文将介绍建筑声学设计的基本原理、常用方法和应用。
二、建筑声学设计的基本原理1.声学基础知识声音是一种机械波,其传播方式是通过分子间的振动传递能量。
声波的频率越高,声音就越尖锐;频率越低,声音就越低沉。
声音的强度由声压水平决定,单位是分贝(dB)。
在建筑声学设计中,需要考虑声波传播的路径、声波反射、吸声、噪声控制等。
2.建筑声学设计的目标建筑声学设计的目标是使建筑室内环境符合人们的听觉需求,即控制室内噪声水平、保证语音传递的清晰度、提高音乐表现力、创造舒适的听觉环境等。
同时,还需要考虑声学设计与建筑功能、美学、经济等方面的综合关系。
三、建筑声学设计的常用方法1.建筑声学模拟软件建筑声学模拟软件可以模拟声波在不同建筑结构中的传播效果,包括声音的反射、衰减、传播路径等。
常用的建筑声学模拟软件有Odeon、CadnaA、INSUL等。
2.吸声材料吸声材料是一种能够吸收声波的材料,常用于防噪、隔音、室内声学设计等领域。
吸声材料的选择应根据室内的具体情况进行。
常用的吸声材料有吸声板、吸声毡、玻璃纤维等。
3.音响系统音响系统是指为室内声学效果设计的专业音响设备。
常用于音乐会厅、影剧院等场所。
良好的音响系统应该具有清晰的声音、均衡的音质和合适的音量。
4.噪声控制噪声控制是指通过合理的技术手段减少噪声的影响。
常用的噪声控制措施包括隔音、降噪、噪声源控制等。
四、建筑声学设计的应用建筑声学设计广泛应用于各种建筑类型中,包括住宅、商业、教育、医疗、文化等。
以下是建筑声学设计的具体应用案例。
1.音乐厅设计音乐厅是室内声学效果设计最为重要的场所之一。
音乐厅的声学效果直接影响到音乐表现的质量。
良好的音乐厅应该具有适宜的吸声、反射和传播路径,以及合理的音响系统。
(建筑工程管理)计算机辅助建筑声学设计的基本原理与应用

(建筑工程管理)计算机辅助建筑声学设计的基本原理与应用计算机辅助建筑声学设计的基本原理和应用摘要:建筑声学设计中,越来越多地使用计算机辅助音质设计,市场上也有许多应用软件,如丹麦的ODEON,意大利的RAMSETE,德国的EASE等等。
声模拟软件能够预测室内声学参数,评价调整声学方案,计算机辅助音质设计将是未来趋势。
由于声学问题本身的复杂性和计算机的局限性,目前的辅助建筑声学设计软件研究只是处于起步阶段,仍不能完全代替理论分析和实践经验。
因此,深入了解计算机辅助设计的原理,强调其参考价值和局限性且重,注重和建筑声学实践经验相结合,是非常重要的。
论文参考了国外有关文献,阐述了计算机辅助声学设计的基本原理,希望研究成果对建筑声学设计工作者有所帮助。
关键词:声线追踪法;虚声源法;声线束追踪法;有限元法准确地预测房间的音质效果壹直是建筑声学研究者追求的理想,谁不想于设计音乐厅图纸时就能听到她的声音效果呢?壹百多年来,人们逐渐发现了壹些物理指标,且揭示了它们和房间主观音质的关系,包括混响时间RT60、早期衰减时间EDT、脉冲声响应、清晰度指数等等。
音质参量预估是室内声学设计的关键。
目前,人们采用经典公式、缩尺比例模型、计算机模拟来预测这些参数。
室内声学的复杂性源于声音的波动性,任何壹种模拟方法目前均不能获得绝对真实的结果。
本文于参考研究国外计算机音质模拟文献的基础上,对室内声学的主要模拟方法进行汇编和总结,以便深入地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比例缩尺模型模拟和计算机声场模拟自塞宾时代起,比例缩尺模型就于室内声学中获得应用,但模型比较简单,无法得到定量结果。
20世纪60年代,模拟理论、测试技术等逐渐发展完善,进行大量研究和实践后,比例模型于客观指标的测量方面已经基本达到了实用化。
当下,声源、麦克风、模拟声学材料已经能够和实物对应,仪器的频带也扩展了,于模拟混响时间、声压级分布、脉冲响应等常用指标已经达到实用的精度。
建筑声学设计的基本原理是什么

建筑声学设计的基本原理是什么当我们走进一座宏伟的音乐厅,聆听一场美妙的交响乐;当我们在教室里专注地听讲,清晰地接收老师的每一句话;当我们在安静的图书馆里沉浸于书海,不受外界噪音的干扰……这些舒适的声音体验背后,都离不开建筑声学设计的功劳。
那么,建筑声学设计的基本原理究竟是什么呢?建筑声学设计的核心原理之一是声音的传播与反射。
声音是以波的形式传播的,当它遇到物体表面时,会发生反射、折射和吸收。
在一个封闭的空间里,比如房间或大厅,声音会不断地反射,形成复杂的声场。
我们所听到的声音不仅仅是直接从声源传来的,还包括经过多次反射后的声音。
这就要求在建筑设计中,合理地控制声音的反射路径和时间,以避免产生回声、混响等不良声学现象。
回声,是我们比较容易理解的一种声学问题。
当声音在传播过程中遇到较大的障碍物,如光滑的墙面、大面积的玻璃等,反射回来的声音与原声间隔时间较长,就会被我们明显地感知为回声。
这会严重影响声音的清晰度和可懂度,比如在空旷的体育馆中,如果没有进行声学处理,说话时就很容易产生回声,导致交流困难。
混响则是另一个重要的概念。
当声音在空间中不断反射,逐渐衰减,形成的持续声音效果就是混响。
适量的混响可以使音乐听起来更加丰满、富有空间感,但如果混响时间过长,声音就会变得模糊不清,影响语言的清晰度。
为了控制声音的传播和反射,建筑声学设计师会采用各种手段。
比如,通过改变房间的形状和尺寸,可以调整声音的反射路径和时间。
一个长方形的房间可能会产生明显的驻波现象,导致某些频率的声音被加强或削弱,而不规则形状的房间则可以减少这种情况的发生。
在墙面和天花板的处理上,使用吸音材料可以有效地吸收声音,减少反射。
常见的吸音材料有吸音棉、穿孔板、木质吸音板等。
这些材料的表面通常具有多孔或粗糙的结构,能够将声音的能量转化为热能,从而降低声音的强度。
扩散也是建筑声学设计中的重要手段之一。
通过在墙面或天花板上设置扩散体,可以使声音更加均匀地分布在空间中,避免出现声音集中在某些区域的情况。
建筑设计中的声学与声音系统方案

建筑设计中的声学与声音系统在礼堂、艺术演出中心、剧院、音乐厅、体育场馆、教室以及教堂等建筑设计中,都要求进行声学设计以便能获得清晰、愉悦、无失真的语音和音乐效果。
这是建筑设计中的一项基本要求。
因为良好的声音效果对于许多建筑物都是重要的,因此建筑设计师在设计初期就应该充分考虑建筑物的声学效果。
在实际操作中,这意味着声学专家和声音系统设计师应在一开始就被邀请加入设计队伍,最好是在构思阶段就加入,以便确保声学和扩声在基础规划阶段就能得到加强。
所以,一个好的建筑音效设计离不开对声学和声音的理解以及一个好的设计团队。
声学概念声光之间的不同点由于人类感官在许多方面都是模拟式的,因此有一种错误的认识认为声音与光是详细的,造成这种错误认识的例子是你只需要像照明一样用声音"覆盖"一个区域即可。
然而,这种模拟性认识却在一些基础的物理学面前显得漏洞百出。
我们感知到的声音的空气传播波长要比光线的电磁波传播波长要长得多。
当多束光线照在室的同一个目标时,光线亮度的增加不会产生给人以可察觉的视觉失真。
相比之下,多个声波投射在室的同一个目标却相互干扰,甚至会相互抵消,除非该房间经过了专门的声学设计以避免这种结果的产生。
这种干扰可能会使声谱中的某些重要元素丧失,从而在室的不同地点产生不同的声音质量,并延迟声音的到达时间。
所有这些因素加起来可能会使音乐沉闷,质量降低,使说话声无法听清。
造成这种干扰的常见原因主要包括反射和扩音音箱交感作用。
声音反射坚固且平直的墙面,如戏院包厢的正面墙等,可能会产生反射。
如果包厢位于剧院或礼堂的后部,反馈回观众席的声音会使坐在舞台和包厢之间的观众难以听清台上的说话声,因为这部分观众会既听到原始声音,也听到回声,后者抵达耳部的时间会稍晚些。
从而造成观众听不清或听到的声音杂乱无章。
房间与墙壁的形状凹面,圆形,包括凹墙和穹顶形,这些形状对于语音质量要求高的房间是最不适宜的。
凹面会将声音聚焦于一个特定区域,使该区域较房间的其他区域的声音更强,产生强烈的延时反射,无法与原始声同步。
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计算机辅助建筑声学设计的基本原理与应用摘要:建筑声学设计中,越来越多地使用计算机辅助音质设计,市场上也有许多应用软件,如丹麦的ODEON,意大利的RAMSETE,德国的EASE等等。
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关键词:声线追踪法;虚声源法;声线束追踪法;有限元法准确地预测房间的音质效果一直是建筑声学研究者追求的理想,谁不想在设计音乐厅图纸时就能听到她的声音效果呢?一百多年来,人们逐渐发现了一些物理指标,并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、脉冲声响应、清晰度指数等等。
音质参量预估是室内声学设计的关键。
目前,人们采用经典公式、缩尺比例模型、计算机模拟来预测这些参数。
室内声学的复杂性源于声音的波动性,任何一种模拟方法目前都不能获得绝对真实的结果。
本文在参考研究国外计算机音质模拟文献的基础上,对室内声学的主要模拟方法进行汇编和总结,以便深入地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、比例缩尺模型模拟和计算机声场模拟自塞宾时代起,比例缩尺模型就在室内声学中获得应用,但模型比较简单,无法得到定量结果。
20世纪60年代,模拟理论、测试技术等逐渐发展完善,进行大量研究和实践后,比例模型在客观指标的测量方面已经基本达到了实用化。
现在,声源、麦克风、模拟声学材料已经可以和实物对应,仪器的频带也扩展了,在模拟混响时间、声压级分布、脉冲响应等常用指标已经达到实用的精度。
比例模型的原理是相似性原理,根据库特鲁夫的推导,对于1:10的模型来讲,房间尺度缩小10倍后,如果波长同样缩短10倍,即频率提高10倍时,若模型界面上的吸声系数与实际相同,那么对应位置的声压级参量不变,时间参量缩短10倍。
如10倍频率的混响时间为实际频率混响时间的1/10。
然而,很难依靠物理的手段完全满足相似性的要求。
空气吸收、表面吸收相似性的处理是保证模拟测量精度的关键。
比例模型是现阶段所知唯一能够较好模拟室内声场波动特性的实用方法,可是由于模型制作成本较高、需要利用充氮气或干燥空气法降低高频空气吸收、模拟材料吸声特性难于控制的因素,这种方法存在很大的局限性。
随着软件技术的发展,使用计算机进行声场的模拟研究成为现实。
从数学的观点来看,声音的传播由波动方程,即由Helmholtz 方程所描述。
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来获得。
但是,当室内几何结构和界面声学属性非常复杂时,人们根本无法获得精确的方程形式和边界条件,也不能得到有价值的解析解。
如果对方程进行简化处理,所得到的结果极不精确,不能实用,完全利用波动方程通过计算机求解室内声场是不可行的。
实用角度讲,使用几何声学的声线追踪法和镜像虚声源法,通过计算机程序可以获得具有一定参考程度的房间声学参数。
但由于忽略了声音的波动特性,处理高频声和近次反射声效果较好,模拟声场全部信息尚有很大不足。
近年来,使用基于有限元理论的方法模拟声音的高阶波动特性,在低频模拟上获得了一些进展。
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,并忽略其波动特性,通过计算声音传播中能量的变化及反射到达的区域进行声场模拟。
由于模拟精度不高,而且高阶反射和衍射的计算量巨大,因此,大多数情况是使用几何方法计算早期反射,而使用统计模型来计算后期混响。
2.1 声线追踪方法声线追踪方法是从声源向各方向发射的“声粒子”,追踪它们的传播路径。
声粒子因反射吸声不断地失去能量,并按入射角等于反射角确定新的传播方向。
为了计算接收点的声场,需要定义一个接收点周围的面积或体积区域来捕获经过的粒子。
无论如何处理,都会收集到错误的声线或丢失一些应有的粒子。
为了保证精度,必须有足够密的声线和足够小的接收点区域。
对于一个表面积为10 m2 的房间中传播600ms 的声音,至少需要100,000条声线。
声线追踪法的早期意义在于提供近次声音反射的区域,如图1。
最近,这种方法进一步发展为将声线转化成具有特殊密度函数的圆锥或三角锥,然而,存在交迭问题,仍无法达到实用的精度。
声线追踪的主要优点是算法简单,很容易被计算机实现,算法的复杂度是房间平面的数量的倍数。
通过确定声线镜面反射路径、漫反射路径、折射和衍射路径,能够模拟非直达混响声场,甚至可以模拟含有曲面的声场。
声线追踪的主要缺点在于,由于为了避免丢失重要的反射路径,要产生大量声线,因此带来巨大的计算量。
另一个缺点是,因为声线追踪计算结果对于接收点的位置有很大的依赖性,如果进行声压级分布计算,必须取声场中大量的位置,对结果要求的越精细,计算量将越大。
此外,由于声音的波动特性,波长越长,绕过障碍物的能力就越强,在低频段,声线追踪方法得不到可靠的结果。
2.2镜像虚声源法虚声源法建立在镜面反射虚像原理上,用几何法作图求得反射声的传播范围,如图2。
虚声源法的优点是准确度较高,缺点是计算工作量过大。
如果房间不是规则的矩形,且有 n 个表面,就有可能有 n 个一次反射虚声源,并且每个又可能产生(n-1)个二次反射的虚声源。
例如,一个 15,000m3 的房间,共有30个表面,600ms内约有13次反射,这时可能出现的虚声源数目约是2913 ≈ 1019 。
其算法复杂度为指数级,高阶虚声源将爆炸式增长。
然而,在一个特定的接收点位置,大多数虚声源不产生反射声,大部分计算是徒劳的。
上例中,只有1019中的2500个虚声源对于给定的接收点有意义。
虚声源模型只适用于平面较少的简单房间或是只考虑近次反射声的电声系统。
2.3声线束追踪方法声线束追踪方法是声线追踪的发展,通过跟踪三角锥形声线束,获得界面对声源的反射路径,如图3。
简单的说,建立从声源产生的一系列充满二维空间的声线束,对每一个声线束,如果与空间中的物体表面相交,就把穿透物体表面的声线束部分进行镜像,得到反射声线束,同时记录所出现虚声源的位置,用于进一步的跟踪。
与虚声源法比较,声线束追踪的主要优点在于在非矩形空间中,从几何上可以考虑更少的虚声源数目。
举例说明,如图4,考虑从声源经过面a镜像的虚声源Sa,那么全部可以见到Sa的点都在声线束Ra中。
相似的,声线束Ra与平面c,d的交线,是Sa产生二次虚声源的反射面。
而其他的平面,将不会产生对Sa的二次反射。
这样,声线束追踪方法能够大大地减少虚声源的数目。
另一方面,镜像虚声源方法更适于矩形房间,因为所有的虚声源几乎都是可见的。
声线束追踪法的缺点是三维空间的几何操作相对复杂,每一条声束都可能被不同的表面反射或阻碍;另一个限制是弯曲表面上的反射和折射很难模拟。
2.4第二声源法一种有效的方法综合了几何声学和波动统计特性,被称为第二声源法。
第二声源法将反射阶段分为早期反射和后期反射,人为地确定一个早期反射和后期反射的反射次数界线,称为“转换阶数”。
高于转换阶数的反射属于后期反射,声线将被当作能量线而不是镜面反射线,此时,声线撞击表面后,撞击点产生一个第二声源。
第二声源的能量是声线初始能量乘以此前传播中撞击到的所有表面的反射系数的乘积。
如图5,两个相邻的声线进行了6次反射,转换阶数设为2, 大于2次反射的声线将按Lambert's法则随机方向反射。
最先的两个反射是镜面反射,虚声源为S1 和 S12 。
2次以上的高阶反射中,每个声线在反射面上产生第二声源。
通过计算虚声源和“第二声源”的响应,可以计算混响时间以及其它房间声学参数。
第二声源法中,确定转换阶数非常重要。
转换阶数设定越高计算结果不一定越好。
随反射次数增加,声线变得稀疏,反向追踪时会造成丢失虚声源的机会增加,这就需要声线足够密。
声线过密一方面受到计算时间和内存的限制,另一方面的问题是,在高次反射中很多的小反射面被探测到。
由于波动特性,这些小表面的实际反射一般比依据几何反射声学法则计算的结果要弱得多,所以丢失这些小反射面的虚声源可能比将他们计算进来更符合实际情况。
ODEON程序实验表明,提高转换阶数、增加声线密度可能会带来更坏的结果。
一般观众厅中仅500到1000个声线产生的结果即具有价值,且发现最优的转换阶数是2或3。
这说明混合模型能够提供比两种纯粹的几何方法还要准确的结果,并且减少了大量计算量。
然而,混合方法模型必须引入散射的概念。
3、散射声音散射的量为散射系数,是非镜面反射能量与全部反射能量的比。
散射系数的取值范围是0到1,s=0表示全部是镜面反射,s=1表示全部是某种理想的散射。
散射能够通过统计方法在计算机模型中模拟。
使用随机数,散射的方向依据Lambert's 余弦法则计算,同时镜面反射的方向依据镜面反射法则计算。
取值在0到1之间的散射系数决定这两个方向矢量之间的比例。
图6中表示了不同散射系数作用下的声线反射。
为了简化,例子用二维来表现,但实际上散射是三维的。
没有散射的情况下,声线追踪完全是镜面反射,实际上,0.2的散射系数足够用来得到较好的散射效果。
通过对计算机模拟和实测比较,发现散射系数在大而平的表面上需人为地设置为0.1左右,而在非常不规则的表面上需达到0.7。
0或1的极端值在计算机模拟中必须避免,一是因为这不切实际,二是计算可能出现恶化的结果。
不同频率散射系数也不同,因表面尺寸产生的散射一般出现在低频,而因表面起伏产生的散射一般出现在高频。
散射系数难于确定是影响几何方法模拟精度的障碍之一。
4、有限元法和边界元方法几何声学的方法忽视了声音的波动特性,因此无法对声波的波动特性进行模拟,如声波的衍射、绕射等。
在低频段,声波的波长较长,能够越过高频声波不能越过的障碍物。
因此,几何声学模型得不到准确的低频计算结果。
为了解决这个问题,提出了有限元和边界元方法。
利用声波动方程能够得到精确的结果,但是现阶段只有具有刚性墙的矩型房间才能够进行解析求解。
这就是说,一般房间无法使用解析的方法求解其波动方程。
事实上,任何房间声场都存在其波动方程,并遵从波动规律,因此可以使用数字化的方法来模拟和逼进房间的波动方程的解。
具体方法是把空间(和时间)细分为元(质点),然后,波动方程以一系列这些元的线性方程表达,迭代计算求数值解。
在有限元法中,空间中的元是离散的(图7、图8),而在边界元法中,空间中的边界才是离散的。
这就意味着,有限元法产生的矩阵比较大且稀疏,而边界元法产生的矩阵比较小且稠密。