计算机辅助声学设计--RAYNOISE几何声学软件介绍
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。
为了描述声学媒质，SYSNOISE利用了最先进的数字方法。它们基于直接和间接边界元方法，或者声学有限元/无限元的声学方程。结构本身用结构有限元模型表达，可以从所有主流结构有限元和网格生成工具导入。所有分析模块都完全集成在核心环境中，支持多模型和三维图形。
SYSNOSISE有强大的集成前、后处理功能，有网格检查和修正工具。后处理可以画彩图，矢量场，变形后的结构，以及XY图线，柱状图和极坐标图，还包括动画显示和声音回放。
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（MirrorImageSourceMethod，简称MISM）和声线跟踪法（RayTracingMethod，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（ConicalBeamMehtod，简称CBM）和三棱锥束法（TriangularBeamMethod，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］。
莱芜礼堂声场计算机模拟效果图
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。
国家话剧院计算机声学设计模拟效果图
RAYNOISE的特点
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-Acoustic3．4和EASE2．0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-Acoustic3．4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；EASE2．0也需要同EARS（Electronically Auralization Room Simulation）配套使用才能实现可听化。
军乐团音乐厅声场计算机模拟效果图
RAYNOISE的不足
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
南京广电中心剧场声场计算机模拟效果图
LMSSYSNOISE--声振耦合分析软件SYSNOISE是市场上最先进的声-振分析软件，但并不要求使用者是声学专家。
SYSNOISE是全球声-振领域的设计、故障诊断、优化的先驱，功能强大。从空腔的声场预测到环绕物体的声场分析，甚至可计算声场作用下结构的响应，从而帮助噪音控制工程师优化产品的声-振特性。SYSNOISE的优秀用户遍及工业界的各类技术人员，如：研究开发工程师喜欢灵活性，偶尔使用的用户需要易于理解的图形界面，设计工程师则依赖在线"向导"帮助自己完成分析。来自振源的声辐射从振动测量结果或有限元计算结果，计算物体表面及任意点的辐射声场。例如：发动机、压缩机的噪声，扬声器的声辐射。声场分布预测声场中结构周围形成的声场和结构振动。例如：潜艇探测、道路噪音屏障的隔声效果。结构路径传播计算动态激励引起的结构强迫振动响应及产生的声场。例如：发动机支架设计、转子不平衡的影响。
空气路径传递损失计算处在声场中的薄板的传递损失特性、被激起的振动大小、板两侧的声场。例如：由发射噪音引起的卫星振动、声波穿过装饰面板的传播、洗碗机噪音。
