验证室内音乐厅的声射线追踪模拟

2022年1月11日

在进行音乐厅的构建或翻新项目之前,工程师可以数值研究其声学条件,以预测房间的声音。与感兴趣的波长相比,音乐厅通常具有较大的尺寸,因此它们最适合一种称为声射线追踪的数值分析。通过模拟著名的音乐厅并将结果与原位测量结果,我们证明了声射线追踪是预测音乐厅和音乐室中声学条件的准确方法。

Konzerthaus柏林的声音

在ComsolMultiphysics®软件6.0版本的室内音乐厅声学教程模型中,我们使用声学射线跟踪调查了柏林Konzerthaus Berlin的小礼堂。188金宝搏优惠(注意:您可以跳到此博客文章的末尾以获取一个按钮,该按钮将带您到该模型的应用程序库条目。)

夜间Konzerthaus柏林剧院的图像。
晚上柏林Konzerthaus。Ansgar Koreng的图像 - 自己的作品。获得许可CC由3.0(DE), 通过Wikimedia Commons

Konzerthaus柏林于1821年开业。它是由普鲁士建筑师Karl Friedrich Schinkel设计的。1945年,在第二次世界大战结束时,不幸的是,剧院被摧毁了。

然后,在1979年,剧院进行了重建。现在,它拥有三个独立的大厅:

  1. 大厅:座位1400人
  2. 小礼堂:座位近400个
  3. 现代Werner Otto Hall:座位250

在这个教程模型中,我们检查了小礼堂。

在ComsolMultiphysics®中进行声学射线追踪分析188金宝搏优惠

在6.0版中,声学模块是comsol Multiphysics的附加组件,包括188金宝搏优惠增强的射线声学功能,例如,基于用户定义的空间方向性功能,以强度和相位分配释放射线的能力,或外场计算先前研究的特征。

教程模型基于Brinkmann,Aspöck等人的2019年和2020年的研究。((参考。1-2)其几何形状的体积为2350 m3而且,与原始出版物相反,音乐厅的座位被建模为高度为0.8 m的挤压量。

脚注:Brinkmann,Aspöck等人的所有数据。研究已获得许可CC BY-SA 4.0

室内音乐厅的几何形状。
室内音乐厅模型的几何形状。

该研究占1/3个链条带,并具有10对源接收器位置。在舞台上,有两个全向源位置,中央休息区包括五个接收器位置。房间声学参数来自计算出的脉冲响应。

建模结果

声学射线追踪分析提供了对柏林Konzerthaus的声学行为的洞察力。该仿真计算从源范围从100 Hz到5000 Hz发出的每个射线所携带的功率量。


为了产生房间脉冲响应,该模型考虑了空气衰减以及混合镜面和弥漫性反射,计算了沿每个射线的声学能力。脉冲响应能量衰减用于计算单个源接收机对的房间的声学参数。对所有10对源接收配对生成了水平衰减曲线,其中每个房间的声学参数得出10个值。然后计算10对中的平均值,以找到室厅的总体平均值。

一个图的图显示了一个源接收器对以不同频率处的水平衰减曲线。
一个源接收器对的不同频率的水平衰减曲线。

比较了声射线追踪研究的结果原位测量数据伴随着一个间隔,代表公正差异(JND)的值的三倍。比较发现,早期的衰减时间(EDT)与房间的回响密切相关。清晰度(C80);定义(d)在模拟和测量之间都吻合。

显示测量和计算的早期衰减时间之间比较的图。
显示测量和计算出的清晰度之间比较的图。
显示测量定义和计算定义之间的比较的图。

比较EDT(左),C80(中)和D(右)的仿真结果和测量值。

找到对这三个参数的测量值良好的拟合是令人鼓舞的迹象,即对于此类研究的声音射线追踪模拟的准确性。

Konzerthaus柏林剧院的小礼堂的声学模拟了雷追踪。
柏林Konzerthaus的小厅的完整声射线追踪模拟。

自己尝试

室内音乐厅模型展示了Comsol多物理学对于高级房间声学场景的潜力。188金宝搏优惠通过单击下面的按钮自己尝试一下,这将带您进入应用程序库条目。

参考

  1. F. Brinkmann,L。Aspöck,D。Ackermann,S。Lepa,M。Vorländer和S. Weinzierl,“房间声学模拟和听觉上的圆形robin”,J。Acoust。Soc。Am。,卷。145,第2746-2760页,2019年,doi:10.1121/1.5096178
  2. L.Aspöck,F。Brinkmann,D。Ackermann,S。Weinzierl和M.Vorländer,“胸罩 - 室内声学模拟的基准”,2020年,doi:http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-6726.3

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