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室内声场的Odeon软件模拟与实测比对

上传者:刘先进
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上传时间:2015-04-25
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室内声场的Odeon软件模拟与实测比对

使用NOR-840对会议厅内的21 个点测量6个倍频带的声压级。会议厅模型中的座椅采用三种方式表达,分别用Odeon软件计算得到三组数据。对实测值与计算值采用分布曲线、等值线平面图方式表达室内声场,比对它们的差异并提出评价意见供使用者参考。

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室内声场的Odeon软件模拟与实测比对

12

林泰勇陈剑军,

·方法研究·

(1.重庆晟创建筑设计公司,重庆400045)重庆401120;2.重庆大学,

【摘

要】使用NOR-840对会议厅内的21个点测量6个倍频带的声压级。会议厅模型中的座椅采用三种方式表

达,分别用Odeon软件计算得到三组数据。对实测值与计算值采用分布曲线、等值线平面图方式表达室内声场,比对它们的差异并提出评价意见供使用者参考。

【关键词】模拟计算;测量;声场分布曲线;声场等值线平面【中图分类号】TB54

【文献标志码】A

LINTaiyong2CHENJianjun1,

(1.ChongqingShengchuangArchitecturalDesignCo.Ltd.,Chongqing401120,China;

2.ChongqingUniversity,Chongqing400045,China)

【Abstract】Thesoundpressurelevelby6octavebandofthe21pointsinthemeetinghallbyNOR-840ismeasured,andthesoundfielddistributionwith3kindsofseatmodelsbythesoftwareofOdeoniscalculated,thenusesoundfielddistribu-tioncurveandsoundfieldcontourplanetoexpresstheinteriorsoundfieldofthecalculatedandmeasuredvalue,comparethedifferencesandprovidereferencetotheusers.

【Keywords】simulationcalculation;measurement;soundfielddistributioncurve;soundfieldcontourplane

ComparisonofCalculatedbyOdeonandMeasuredValueaboutInteriorSoundField

1引言

统计声学的室内声压级公式中包含了直达声与

方与设计者都十分重要。判断其计算结果可信度的高低,只能将它们与实际声场的测量值进行比对才能得到正确的认识。

软件模拟计算得到的各位置点的声压级数值除与室内围护结构的建筑声学特性有关外,重要的因素是声源的声功率和指向特性。各音箱都标注了灵敏度、连续功率、指向性等指标,音箱发声时并不能保证其工作状态与声学性能指标完全一致,这给软件中对应参数的设置带来不确定性。通过调整软件中声功率的大小可以减小计算值与测量值间的差异,可以使它们在某个具体点的数值非常接近,但是无法使所有考查点的计算值和测量值基本一致。模拟计算值还与软件中的若干参数的设置相关。所以比对计算值与测量值的分布形态十分重要。可以这样认为:如果计算与测量两组数值在室内的分布形态相似,则说明软件的计算方法能够很好地识别围护结构对声场的影响,其算法可信。本文以重庆大学建筑城规学院会议厅作为样本,通过模拟计算与实际测量值的比对评价Odeon软件模拟计算声场的可信度。笔者按图纸及现场校正尺寸建立3D模型,装饰材料中声学特性未知者通过实验室测量确定,尽可能减小模型与会议

2

厅实际状况间的差异。会议厅面积350m,选择21

反射声两项计算,其中直达声与计算点和声源间的距离相关,遵守平方反比定律每倍距离衰减6dB。室内任何位置反射声的大小仅与室内的房间常数R相关,即仅与房间的平均吸声系数相关,与所在位置周边的环境状况无关。室内所有位置处的反射声的大小一样,这显然不合理也不符合客观声场的实际状况。在非均匀吸声的封闭环境中,应该是周围强反射面多的位置反射声强,周围强吸声面多的位置反射声弱

[1]

。统计声学不能识别围护结构

边界的声学特性对室内各位置的具体影响。实际房间中特别是大型剧院、体育馆等的空间内反射声场绝对不可能处处均匀,因此统计声学室内声压级公式的计算结果不能确定它能代表哪一个具体位置的声环境状况。

波动方程能准确求解室内声场,但相关理论计算复杂难以应用于实际厅堂求解。经过几十年的研究与发展,多个专业软件可对室内声场进行模拟计算,各软件所采用的算法不同,其计算结果存在差异

[2]

。了解模拟计算值具有怎样的意义,对于建设

1

使用NOR-840对会议厅内的21 个点测量6个倍频带的声压级。会议厅模型中的座椅采用三种方式表达,分别用Odeon软件计算得到三组数据。对实测值与计算值采用分布曲线、等值线平面图方式表达室内声场,比对它们的差异并提出评价意见供使用者参考。

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个点进行比对。

表1

室内声场测量值列表

dB

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dB

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2计算与实测比对

重庆大学建筑城规学院会议厅三维模型见图1,

测量和模拟计算设置21个点见图2。测量和模拟计算结果见表1~4

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图1会议厅模型,

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断面拉伸座椅

表2

斜面座椅Odeon声场计算值

图2会议厅声场测量点布置

不同模拟计算中观众席可以有多种模拟方式,的观众席模型的计算结果存在差异,本文列出3种典型的观众席模型所对应的计算结果进行比对。它们800mm高立方块、是:斜面、座椅纵断面拉伸。Odeon软件采用工程计算模式,参数设置中脉冲响应宽度800ms,声线数及TO值均为软件默认值

[3]

。声源特

性参数按以下方法确定:在测量用声源的正前方轴线0.5m处,上距离0.3,测量倍频带声压级,分别推算声源灵敏度及频谱特性,将其平均值作为声源特征代表值。由于实验条件的限制未能取得指向性特性,模拟计算中指向性按标准点声源设置。

2

使用NOR-840对会议厅内的21 个点测量6个倍频带的声压级。会议厅模型中的座椅采用三种方式表达,分别用Odeon软件计算得到三组数据。对实测值与计算值采用分布曲线、等值线平面图方式表达室内声场,比对它们的差异并提出评价意见供使用者参考。

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表3800mm高立方块座椅声场计算值

dB

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dB

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异。125Hz频带在21个点的测量值起伏较大,这是低频声相位作用明显所致;4kHz频带测量值较为平直均匀,这可用高频声波动性弱扩散性好、室内声场容易均匀加以解释。如图9所示,观众席采用断面拉伸模型6个频带在21个点具有基本相同的分布状态,时,声场的变化形态与频率无关,仅存在数值大小的差异。图3125Hz测量值与计算值比较表4断面拉伸座椅模型声场计算值

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图4250Hz测量值与计算值比较

由图3~8中可见,三种模型6个频带的计算值与测量值在21点的分布规律具有相似性。但125Hz,4kHz两个频带的测量值与计算值间存在较明显的差图5500Hz测量值与计算值比较

3

使用NOR-840对会议厅内的21 个点测量6个倍频带的声压级。会议厅模型中的座椅采用三种方式表达,分别用Odeon软件计算得到三组数据。对实测值与计算值采用分布曲线、等值线平面图方式表达室内声场,比对它们的差异并提出评价意见供使用者参考。

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图96个频带模拟计算值比较

图61kHz

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测量值与计算值比较

从图10可见实际声场中不同频带的分布状况差异明显。图9,图10比对说明Odeon软件的算法还无能力表达不同频带的声波在同一空间中的分布差异

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图72kHz

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测量值与计算值比较图106个频带现场测量值比较

采用声压级等值线的平面图是表达室内声场分

1kHz,4kHz三个布最直观的方式,本文列出125Hz,

等值线图代表厅内低中高频带的分布状况,比对实际声场与模拟声场间的差异,如图11~16所示

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图84kHz

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测量值与计算值比较图11125Hz倍频带实测等值线分布(截图)

4

使用NOR-840对会议厅内的21 个点测量6个倍频带的声压级。会议厅模型中的座椅采用三种方式表达,分别用Odeon软件计算得到三组数据。对实测值与计算值采用分布曲线、等值线平面图方式表达室内声场,比对它们的差异并提出评价意见供使用者参考。

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图12125Hz倍频带模拟计算等值线分布(截图

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)图154kHz倍频带实测等值线分布(截图

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)图131kHz倍频带实测等值线分布(截图

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)图164kHz倍频带模拟计算等值线分布(截图)

实际厅堂中相位对低频声场的影响非常重要不可忽略。图13~14显示测量与模拟计算得到的1kHz频带的声场分布形态基本相似,差异主要表现在等值线变化的梯度不同,实测声场的梯度相对较小。图15显示测量得到的4kHz频带等值线从最大值到衰减6dB的区域约占会议厅面积的3/4。图16显示模拟计算的对应区域仅占全面积的1/3。4kHz频带实际声场的均匀度远高于模拟计算的结果。

对拉伸座椅模型模拟计算的结果,找出各个倍频

图141kHz倍频带模拟计算等值线分布(截图)带21个数值间的最大差值;对测量值采用同样的方法得到各个倍频带21个点间的最大差值。将两组数

据列出,见表5。

表5

模拟计算得到的低频、从以上等值线图中可见,中频、高频带的声场分布形态大致相似,可见差异是声压级变化的梯度不同。会议厅实测得到的低频、中频、高频声场分布形态表现出明显的差异。图11显示实测的125Hz频带声场在会议厅中轴线附近等值

线向上弯曲呈现倒马鞍形态,中心区域声压级较低,大厅的声场均匀度差。图12中模拟计算125Hz频带等值线的法线方向不变,仅仅是曲率半径逐渐放大,声场变化均匀。两图等值线形态的差异说明:

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在模拟与测量值的频带最大差值dB

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由表5可见,在同一频段的模拟值的最大差值与测量值的最大差值间存在差异,在中高频范围两者差(下转第21页)

5

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