Моделирование и исследование аурализации при распространении волн

• Автор: Тодоров, Николай Федорович
• Шифр специальности: 05.13.18, 01.04.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 162 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Обзор методов моделирования высокочастотных волновых процессов применительно к акустике помещений
1.1 Исторический обзор и общее состояние проблемы
1.2 Современные методы моделирования в акустике помещений
1.3 Известные программные комплексы для задач моделирования архитектурной акустики
Основные выводы
Глава 2. Метод лучевых траекторий и построение импульсного отклика
2.1 Лучевые отражения от произвольной криволинейной поверхности.
Вывод расчётной формулы для частного случая, когда все поверхности -плоские
2.2 Реализация Метода Лучевых Траекторий
2.3 Построение импульсного отклика помещения
2.4 Применение МЛТ в задаче отражения УЗ импульса на системе дефектов в упругих средах
Основные выводы
Глава 3. Тестирование формул для отражения звука от произвольных криволинейных поверхностей методом ЛТ
3.1 Настройка численного алгоритма МЛТ и его тестирование на плоских отражателях
3.2 Тестирование аналитических формул при отражении от цилиндрической криволинейной поверхности

3.3 Тестирование аналитических формул при отражении от сферической
криволинейной поверхности
Основные выводы
Глава 4. Основы теории аурализации
4.1 Анализ результирующего сигнала
4.2 Применение быстрых алгоритмов для задач аурализации
4.3 Численный метод расчёта структуры звукового поля в помещении со
скосом отражающей поверхности
Основные выводы
Глава 5. Реализация методов аурализации и синтез сигналов в помещениях с различными акустическими свойствами
5.1 Программный комплекс по компьютерной реализации методов
5.2 Описание структуры разработанной программы аурализации
5.3 Применение построенных методов и алгоритм к реальным
сигналам
Основные выводы
Заключение
Литература
Приложение. Акты о внедрении результатов диссертации

Введение
В данной работе исследуется распространение акустических волн в применении к различным прикладным задачам, в частности, при моделировании процесса аурализации. Аурализация подразумевает создание такого компьютерного алгоритма для модели помещения со звучанием того или иного звукового фрагмента, который позволяет построить амплитудно-временное представление звукового сигнала исходного фрагмента в том виде, как он бы звучал именно в этом помещении, - без проведения натурных физических испытаний. Точное определение понятия «аурализация» дается ниже в разделе 1.1. После создания такого алгоритма и построения амплитудновременной функции сигнала звуковое воспроизведение данного музыкального фрагмента в рассматриваемом «виртуальном» помещении возможно через обычные электроакустические системы. Алгоритм аурализации подразумевает: (1) моделирование процесса распространения звуковых волн от импульсного источника звука в рассматриваемом моделируемом помещении; (11) свертку звукового сигнала исходного музыкального или речевого фрагмента с функцией построенного импульсного отклика помещения. Развитию алгоритмов в направлениях 0) и (и) посвящены следующие работы, из которых, к сожалению, не удается найти работ, опубликованных российскими авторами.
Пожалуй, самая фундаментальная из ранних статей - это работа М. Клайнера и Б.Даленбека [69]. В ней дается исторический обзор, перечисляются известные методы решения задачи (1) (подробный анализ этого вопроса также приводится в данной диссертационной работе ниже в разделе 1.2), описывается влияние на качество аурализации явлений звукопоглощения, рассеяния и дифракции, а также намечаются дальнейшие пути в возможном развитии этого направления исследований. Отмечается важность в различии моноаурального и бинаурального (двумя ушами) восприятия звуковых фрагментов и связь этого вопроса с физиологической и психологической акустикой. Приводится большой

При каждом отражении энергия акустического импульса уменьшается в (1-а) раз, где а - коэффициент поглощения данной отражающей плоскости. Учет лишь зеркального отражения недооценивает рассеивающие (диффузные) свойства отражающих поверхностей, и поэтому необходим учёт коэффициента диффузии 8, заданного для каждой отражающей плоскости. Коэффициент диффузии показывает, что 8- я часть отраженной энергии диффузно рассеивается, а (1 - 8) -я часть отражается зеркально по законам геометрической (лучевой) теории согласно закону Ламбера. От значений этих коэффициентов зависит энергия принимаемого сигнала.
Количество лучей и максимальное количество взаимодействий лучей с препятствиями, как и в случае метода мнимых источников, задается пользователем при вычислениях. В реальном помещении переотраженных сигналов - огромное множество, теоретически - бесконечное число, но обычно вычисления (в случае получения импульсного отклика комнаты) продолжаются до того момента, когда уровень звукового давления уменьшится на 60 дБ (уменьшение звукового давления в 1000 раз и плотности звуковой энергии в