噪声模拟

计算机声学模拟

在噪声治理工程中应用

清华大学建筑技术科学研究所

Building Technology Research Institute of Tsinghua University

2007年1月

1

1.计算机建声模拟软件简介

2.环境噪声模拟－外窗

3.环境噪声模拟－声屏障

4.工业噪声模拟

5.结束语

计算机建声模拟软件简介

物理指标与房间主观音质

•RT60

•早期衰减时间EDT

•脉冲相应

•清晰度指数

•房间声学语言传输指数RASTI（快速语言传输指数）

音质参量预估是室内声学设计的关键：•经典公式

•缩尺比例模型

•计算机模拟

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

作为建筑设计的一个重要组成部分，建筑声学设计越来越成为人们在评价建筑

质量的重要因素。与国内比较而言，国外对于使用计算机进行建筑声学的研究，已经有许多年了，并且推出了许许多多的应用软件，进行计算机辅助建筑声学

设计，如丹麦的ODEON，意大利的RAMSETE，比利时的Raynoise，已及德

国的EASE等等。这些计算机软件都已经进入市场，一些建筑声学工程顾问公

司使用这些软件，进行建筑声学顾问工作，使用软件模拟来预测建筑的声学质量，以及对建筑声学改造方案进行可行性预测。著名建筑声学大师Beranek先

生提到目前所使用的软件模拟只限于声音的早期反射。但是，计算机软件实现

的是对目前声学理论的实体化，因此除非声学理论能够提出更加准确的研究模

拟方法，否则计算机软件永远不能实现声场的真实模拟。

计算机软件模拟方法的优势在于，建立几何模型之后，能够非常方便的

短时间内进行材质的变化，房间内部装修的变化，这给我们带来对于声

学方案设计的合理性的参考信息。而对于传统的比例模型，由于其建造

时间相等较长，短时间改造其材质、内部构造困难，成本也比较高。

•模拟原理

基于几何声学的方法

在几何声学中，借鉴几何光学的一些理论，假设

声音的波动特性可以忽略，延直线传播。那么，

在计算机建立的三维模型中，根据Snell定理，入

射角等于出射角，能够得到计算机声场模拟的算

法。目前，几何算法能够提供对高频和近次反射

声比较实际，准确的结果。由于几何的不精确性

和几何算法的计算复杂度随反射和衍射数量增加，

这种准确性只能局限与此。因此，大多数实用的

方法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。

声线追踪法

声线追踪方法的优缺点

声线追踪的主要优点在于这个算法非常的简单。它们只是依赖于声线与物体表面的相交计算，很容易被实现，并且算法的复杂度是，随模型中平面的数量而线形增长的。另外一个优点是，这个算法具有普遍性。一旦计算机发现一个声线与表面的相交，那么镜面反射的路径，漫反射的路径，折射和衍射的路径就能够得到，因而能够模拟非直达的混响声场，甚至可以模拟含有曲面表面的声场。虚声源方法的优点在于它很准确，但随着房间面数的增加，虚声源增多，随反射次数的指数增长而产生爆炸式的增长。因此，虚声源模型只适用于简单矩形房间或是有足够的近次反射的案

例，如设计非混响房间的电声系统。虚声源法声线束追踪法声线束追踪方法是声线追踪的扩展。声线束追踪方法通过对空间中的三角锥形声线束跟踪，把从声源产生的反射路径进行分类。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。

利用计算机软件对大体积场馆进行声学模拟设计，模拟吸声材料布置后场馆内的混响时间，观众席声场分布均匀度，以及在使用扩声系统时的语言清晰度指标RASTI。

计算机模拟软件RAYNOISE

RAYNOISE是比利时LMS声学设计公司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开敞空间以及半封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。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预测等。清华大学拥有该软件的使用权，并以软件作为强有力设计工具完成了大量声学设计项目。在设计中主要应用方法是：

1、建立建筑物的面层闭合三维立体模型，导入软件系统；

2、设定声源条件参数，包括声源数量，位置，声功率级别，背景噪声声压级等等；

3、依据经验为建筑场馆模型内各个表面的附上相应吸声材料，并设定相应的吸声系数。

4、计算机依据上述条件运算出相应的建筑声学参数，如：混响时间，声压级分布情况，快速语言清晰度等等指标。

环境噪声模拟－外窗

平面图

北京市环境噪声污染防治办法–自2007年1月1日起施行

–销售新建居民住宅的，房地产开发企业应当明示所销售住宅的建筑隔声情况及所在地声环境状况。–在已有的道路、铁路、城市轨道两侧建设噪声敏感建筑物的，建设单位应当采取必要的噪声污染防治措施。使噪声敏感建筑物室内声环境质量符合国家规定的标准。

–参见

环境噪声模拟－声屏障

城市区域环境噪声标准（GB3096-93）对环境噪声值规定

等效声级LAeq：dB 类别昼间夜间

05040

15545

26050

36555

47055

民用建筑隔声设计规范（GBJ118-88）对室内允许噪声级规定

昼间允许噪声级（A声级，dB）房间名称

一级二级三级卧室、书房（或卧

≤40≤45≤50室兼起居室）

起居室 ≤45≤50

夜间允许噪声级（A声级，dB）

一级二级三级

卧室、书房（或卧

≤30≤35≤40室兼起居室）

起居室 ≤35≤40