数字式可听化技术及其在噪声预测和评价中的应用

　　1　引　言

　　随着经济与技术的发展以及人们对生活质量要求的不断提高,噪声问题显得日益突出。八十年代以来,我国在噪声控制方面取得了显著的成绩,但噪声污染问题依然形势严峻。噪声预测是进行各项建设和噪声控制的前提,噪声评价是噪声治理的主要依据,因而二者都是环境工作者必须研究的课题。

　　我们通常而言的噪声包括工业噪声、交通噪声和建筑施工噪声等,还可以将它们分为室外噪声和室内噪声。本文的讨论范围主要是室内噪声。对于室内噪声,如大型厂房噪声,过去常采用的是具有均匀混响的经典扩散场公式,但由于其准确性和实用性比较差,已少有人采用。目前比较流行的方法是建立噪声数学模型。这是一种比较有效的方法,它能对比较复杂的封闭空间的噪声进行较精确的预测,但只能为我们提供一些客观数据。而对噪声的最终评判必须依靠人的主观感觉。因此,如果能利用最近十几年发展起来的可听化技术,使工程人员从主观和客观两方面都能对噪声预测和评价的结果加以了解,那将是十分理想的事情。

　　2　数字式可听化技术简介

　　可听化是一种声场模拟技术,指的是利用物理或数学的方法对空间建模,并重造听音效果的过程[1]。早在1934年,德国的Spandock就提出了可听化的概念[2],但以后的几十年里发展缓慢,直到1987年,才出现第一个基于矩形空间的可听化系统,九十年代后方形成比较有规模的研究。八十年代以前较多采用的是模拟技术,即利用缩尺比例模型实现可听化,这需要专用实验室和许多附加设备,给研究和使用带来了诸多不便。随着现代信号处理和计算机技术的迅猛发展,数字式可听化技术,也就是全部由计算机来实现的可听化技术正逐渐占据主导地位。目前,国外已获应用的可听化软件EARS(Electronically AuralizationRoom Simulation)和RAYNOISE等都是数字技术的产物。近年来,在国外一些大型厅堂音质设计的过程中,可听化系统得到了成功的应用。噪声的本质还是声音,因而可听化技术在噪声预测及评价领域同样有着广阔的应用前景。事实上,尽管可听化的初衷是厅堂音质设计,但可听化研究的先驱们早已经预见了它在噪声品质估计方面的应用前景[2]。

　　数字式可听化的基本思想是:首先利用计算机建立目标声学环境的模型,然后利用计算机模拟计算其声场脉冲响应,转化为双耳脉冲响应函数后再将之与输入“干信号”进行多通道卷积,最后通过耳机或扬声器重放可听声。另外,在获得声场脉冲响应后,还可根据不同的需要获得诸如声压级、A声级、混响时间、早后期声能比和明晰度等声学参数值。