Аннотация. В статье приводится сравнительный анализ программ для акустического моделирования помещений. В качестве основных критериев сравнения были выбраны: точность расчетов, стоимость лицензий, количество упоминаний программного продукта в сети Интернет, возможности графического редактора программы, соотношение качества и времени обработки объекта.
Ключевые слова: акустическое моделирование, программы для акустического моделирования, акустические симуляторы помещений.
Применение информационных технологий при осуществлении акустического проектирования как в России, так и в европейских странах на сегодняшний день достаточно актуально. Это связано с тем, что информационное моделирование акустики помещений позволяет не только сократить временные затраты на проведение акустического анализа, но и учесть все особенности отдельно взятого объекта.
Компьютерное акустическое моделирование, как и обычное классическое, базируется на аналогичных принципах расчета. Однако его отличительной особенностью является возможность учета реальных условий акустики. Так, классический расчет, основанный на физической модели с равномерным распределением в диффузионном поле отражающих и поглощающих поверхностей, не всегда является корректным. Причиной этого выступает тот факт, что изучаемые реальные акустические объекты могут иметь как неравномерную акустическую отделку, так и различные соотношения геометрических размеров. Все это приводит к тому, что при использовании классического способа акустического проектирования результаты расчетов могут значительно отличаться от реального состояния объекта, что, свою очередь, приводит к необходимости выполнения дополнительной акустической «подгонки» конкретного помещения.
Как Сделать Идеальный ЗВУК в ВИДЕО? Обработка Голоса и Звука в Premiere Pro и Davinci Resolve
В отличие от классического, компьютерное акустическое моделирование позволяет проанализировать не только геометрические параметры помещения, но и спланировать размещение зрительских мест и специальных рассеивающих и поглощающих звук панелей относительно местонахождения источников звука. За счет автоматизации процесса обработки исходных данных в случае компьютерного моделирования значительно упрощается расчет основных акустических параметров, таких как: время реверберации, ясность звучания, энергия боковых отражений, разборчивость речи и др. В результате появляется возможность определить комплекс акустических параметров как для каждой конкретной точки в зрительской зоне, так и для всего помещения в целом. Помимо этого, на основе информационного построения сетки переотражений звуковых лучей становится возможным спрогнозировать характер и величину отраженных акустических сигналов.
Таким образом, современное акустическое моделирование представляет собой комплексный процесс построения модели конкретного помещения на основе расчета акустических критериев, что дает возможность определить наиболее рациональное объемно-планировочное решение с минимальными потерями качества акустики и времени на реализацию проекта.
Цель данной статьи заключалась в исследовании рынка программного обеспечения для проведения акустического моделирования и сравнительном анализе основных его компонентов. Для реализации данной цели была собрана и сопоставлена информация о наиболее распространенных программных продуктах, были определены критерии сравнения. Помимо этого, для проведения более детального анализа скорости и качества обработки информации было выполнено моделирование зала многоцелевого назначения при помощи демонстрационных версий программ.
Самая легкая программа для 3D моделирования!
Существующие на сегодняшний день компьютерные программы для реализации акустического моделирования представляют собой ИТ-решения, позволяющие создавать и редактировать трехмерную модель конкретного помещения и определять для него как структуру ранних звуковых отражений, так и значения основных качественных акустических критериев. В настоящее время наиболее популярными из подобных решений для проведения акустического моделирования являются следующие программные продукты:
- EASE;
- CATT-Acoustic;
- ODEON;
- AIST-3D.
Одной из общих особенностей данного сектора ИТ-решений является тот факт, что все перечисленные программы, согласно классификации программного обеспечения по доступности исходного кода, относятся к проприетарным программным продуктам. Это означает, что все права на их использование, а также базовые принципы реализации основных расчетов можно получить лишь после приобретения абсолютного права собственности. Тем не менее на официальных сайтах компаний-разработчиков и компаний-дилеров можно найти как базовую информацию, так и получить доступ для скачивания демонстрационной версии.
Практически все перечисленные программные продукты базируются на методике трассировки лучей и ориентированы на работу с трехмерной графикой. Однако только CATT-Acoustic и AIST-3D способны учитывать не только траекторию распространения звука, но и его амплитуду. Это позволяет составить более полную акустическую картину с использованием всех переотражений.
Из всех перечисленных, программа EASE считается наиболее продуманной и удобной с точки зрения представления данных. Однако красивая визуализация не подтверждается акустическими расчетами, которые проводятся упрощенно, без учета диффузии.
В продукте ODEON предусмотрены одновременно несколько способов для работы с 3D-моделью. Так, в программе используется гибридный или комбинированный метод отражений, представляющий собой сочетание трех основных акустических методов: трассировки лучей, мнимых источников и диффузных отражений. Каждый из данных алгоритмов применяется последовательно для определения как ранних, так и последующих отражений. Таким образом, данная комбинация позволяет спрогнозировать, какая часть лучей при трассировке будет диффузно рассеиваться, а какая – отражаться зеркально.
По сравнению с такими программами, как EASE и ODEON, акустический симулятор CATT-Acoustic имеет параметрическую модель обработки данных, в которой основные геометрические параметры помещения должны быть набраны вручную в geo-файле с использованием специального языка. Это позволяет, с одной стороны, упростить процесс возможной корректировки параметров в дальнейшем, но, с другой стороны, приводит к дополнительным затратам времени на этапе создания 3D-модели.
В качестве основных критериев сравнения были использованы следующие:
- точность расчетов (в зависимости от методов, лежащих в их основе);
- стоимость лицензий;
- количество упоминаний программного продукта в сети Интернет;
- возможности графического редактора.
Для оценки значимости каждого критерия были определены относительные статистические показатели – показатели наглядности. Полученные результаты приведены на ил. 1.
Ил. 1. Результаты сравнительного анализа программ для акустического моделирования
Как видно из ил. 1, по количеству упоминаний в сети Интернет и возможностям графического редактора лидирующие позиции занимает EASE. Отечественная разработка AIST-3D отличается низкой стоимостью, оригинальностью и высокой точностью выполняемых расчетов, однако значительно уступает программам-конкурентам по количеству упоминаний в сети Интернет и возможностям графического редактора. На ил. 2 приведены итоговые баллы для каждой программы акустического моделирования.
Ил. 2. Результаты комплексной оценки программ акустического моделирования
Согласно ил. 2, лидирующее положение среди исследованных программных продуктов занимает EASE, наименее популярным является AIST-3D. Оценка акустических симуляторов CATT-Acoustic и ODEON не так однозначна. Именно поэтому помимо рассмотренных критериев сравнения были учтены дополнительно базовые акустические характеристики данных программных продуктов.
Для реализации задачи были использованы свободно распространяемые демонстрационные версии программ. В качестве объекта сравнения был выбран зал многоцелевого назначения, рассчитанный на 600 зрительских мест. В обоих акустических компьютерных симуляторах было выполнено построение зала с одинаковыми геометрическими параметрами. Далее были рассчитаны основные акустические характеристики.
В качестве первого акустического критерия было определено время раннего затухания в зависимости от количества лучей. При этом для каждой программы было выполнено по пять симуляций, количество лучей в которых изменялось от 1 000 до 40 000. Результаты приведены на ил. 3.
Ил. 3. Динамика изменения времени раннего затухания от числа лучей
Согласно данным ил. 3, оба программных продукта обеспечили быструю конвергенцию, при этом существенной разницы между результатами замечено не было. Одним из преимуществ метода трассировки лучей, применяемого в программе ODEON, является то, что возможно получить разумное количество отражений в приемнике (то есть, которое необходимо для получения надежных результатов) при небольшом количестве лучей, что сокращает время вычисления. Таким образом, основное различие между обеими программами заключается во времени вычисления. Одно и то же акустическое моделирование в программе ODEON осуществляется немного быстрее, чем в CATT-Acoustic.
Зависимость времени раннего затухания от количества отраженных лучей приведена на ил. 4. Были выполнены пять симуляций для каждой программы, количество отражений колебалось от 10 до 50. Максимальное количество отражений было зафиксировано на уровне 40. Результаты для программы CATT-Acoustic оказались постоянными. Это подтверждает, что алгоритмы трассировки лучей в данном программном продукте намного больше зависят от количества лучей, чем от числа отражений.
Ил. 4. Зависимость времени раннего затухания от количества отражений
В процессе акустического проектирования одним из важных критериев является площадь поверхностей. При этом геометрические акустические законы при расчете отраженной энергии рассматривают все поверхности как бесконечные по сравнению с длинами волн. Это ограничение учитывается по-разному в различных программах. Процесс моделирования включает значительные временные затраты, связанные как с созданием 3D-модели, так и с последующей ее компьютерной обработкой. Именно поэтому необходимо учитывать баланс между временем обработки и точностью полученных результатов.
В программе ODEON учитывается предельно большой размер поверхностей для моделирования объектов, то есть, рассматривается предельный размер поверхности, из которого программа выводит алгоритм, аппроксимирующий потери на дифракцию. В CATT-Acoustic, напротив, не рассматривается ни одного нижнего предела для размера поверхностей. Основным следствием данного различия между обеими программами является то, что, хотя время обработки в ODEON относительно постоянное, соответствующее время в CATT-Acoustic значительно увеличивается при увеличении точности моделирования. Результаты показаны в табл. 1.
Таблица 1. Сравнение времени реверберации в ODEON и CATT-Acoustic
Таким образом, сравнительный анализ программного обеспечения для акустического моделирования показал, что наиболее используемым решением является программа EASE, менее популярным считается программный модуль AIST-3D. Акустические симуляторы CATT-Acoustic и ODEON занимают промежуточную позицию и имеют сходные результаты при оценке структуры отражений, однако время обработки, требуемое CATT-Acoustic, значительно возрастает при увеличении сложности симуляции, в отличие от программы ODEON, где данный критерий можно считать постоянным.
Библиографичес кий список
- URL: http://ease.afmg.eu/index.php/software-new.html
- URL: https://www.catt.se/
- URL: http://www.odeon.dk/content/acoustics-simulation-software
- URL: http://www.aist.aaanet.ru/indexrus.htm
COMPARATIVE ANALYSIS OF ROOM ACOUSTIC MODELING SOFTWARE
Istratova E.E., Candidate of Engineering Sciences
Cherniy J.S., Docent
Biryulya S.I., 3rd Year Student
Novosibirsk state university of architecture, design and art
Abstract. The article gives a comparative analysis of room acoustic modeling software. As the main comparison criteria were chosen: the accuracy of calculations, the cost of software licenses, the number of mentions of the software product on the Internet, the capabilities of software graphics editor, the ratio of quality and processing time of the object.
Keywords: acoustic modeling, acoustic modeling software, room acoustic simulators.
Источник: nsktvs.ru
Цифровое моделирование звука
С появления первых гитарных форумов идет война, что круче лампа или цифра. Бои не умолкают ни днем, ни ночью. Ведь оно ж даже ослу ясно: раз лампа блестит и нелинейно нагревает пространство в комнате — значит звучит куда круче цифры. Давайте попробуем разобраться, почему не так сложно взять и смоделировать теплую нелинейную лампу бездуховной цифрой. Заодно рассмотрим типичные заблуждения, касающиеся цифрового оборудования.
Сначала я сразу расставлю все точки над й. Данная статья не претендует на научный труд, её задача в максимально простой форме рассказать основные подходы к цифровому моделированию звука и развеять некоторые наиболее часто встречающиеся мифы.
Начнем. К устройствам цифровой обработки звука относятся только те приборы, в которых для обработки звука используется некое подобие вычислительной машины.
Так компьютер с гитарриг или зум505 — это цифровая обработка, а самый навороченный аналоговый транзисторный комбик нет (да транзисторы тоже могут быть аналогом!). Цифровые устройства не являются аналогами ламповой техники. Их задача — не раскачивать кабинет или стены, а получать сигнал, максимально приближенный к сигналу, снятому с оборудования в звукозаписывающей студии.
Перед началом обработки сигнал с гитары должен попасть в процессор. Но проблема в том, что большинство современных процессоров умеют делать только нехитрые махинации с ужасными цифрами вида 10001000. И тут наступает пора оцифровки сигнала, и в дело вступает АЦП (аналогово- цифровой преобразователь). АЦП делает из непрерывного сигнала последовательность цифр.
Сразу злые языки скажут, что весь звук пожрет АЦП своей жалкой дискретизацией. Рассмотрим этот миф подробнее. АЦП выполняет две задачи: дискретизацию по времени и по уровню. И если взять достаточно много «точек» по времени и уровню, то исходный сигнал можно восстановить практически без потерь (даже самый дешевые современные цифровые педали эффектов содержат АЦП на 44 кГц и 24 бита, где ошибка квантования по уровню не превзойдет 0,0006%).
Теперь самый интересный этап — моделирование. Возникает вопрос: а что такое модель и моделирование? Возьмем стадо овец, где все овцы взрослые, и примерно одного возраста и веса. Самой простой моделью этого стада будет некая абстракция — число овец.
В процессе работы с числом овец мы производим моделирование, поэтому важно понимать — моделирование работает только с моделью и не имеет напрямую никакого отношения к действительности. Используя эту примитивную модель, мы сможем решать 90 процентов задач, с которыми сталкиваются овцеводы. Им все равно сколько атомов на шерсти каждой овцы и как моделировать их сердцебиение с использованием теории хаоса, главное кормить! Продавать! Забивать!
Вернёмся к ламповому усилителю, наша задача сделать модель, которая удовлетворит 99.5% музыкантов по функционалу и будет максимально простой и дешевой в производстве. В мире существуют два основных класса моделей аналоговых систем: линейные и нелинейные. Тут стоит сделать пояснение: свойство линейности и нелинейности относится к моделям, а не к устройству.
Усилитель не знает, что он нелинейный! Линейные системы наиболее простые, в них мы можем разбить входной сигнал на части и пропускать их через элемент независимо. Если пропустить через такую систему условно единичный импульс, то мы получим отклик системы (рис 3).
Этот отклик обычно называют импульсным ответом (импульсная характеристика) системы или просто импульсом и любую линейную модель системы можно полностью определить этим импульсом. При цифровой обработке мы используем не непрерывный импульс, а его дискретный аналог. И для моделирования любого элемента, близкого к линейному, нам понадобится получить дискретный импульс, а потом только складывать и умножать (так любимая всеми свертка). Симуляцию на основе импульсов обычно применяют для моделирования кабинетов, реверберации, близких к линейным узлам усилителей и т.д.
Часто импульсный ответ путают с амплитудно-частотной характеристикой АЧХ системы, но это принципиально разные вещи. АЧХ характеризует, насколько сильно усиливает или ослабляет линейный элемент амплитуду гармонического сигнала с конкретной частотой. И в отличие от импульса АЧХ полностью не характеризует систему.
Здесь требуется сделать оговорку: реальный сигнал (не гармонический) не знает, что у него есть частоты гармоники и т.д., особенно четные или нечетные. Но в некотором приближении звуковые сигналы можно считать условно периодическим, а такие сигналы почти без потерь представляются в виде суммы синусоид, которые можно называть гармоники. Моделирование линейной системы возможно с использованием АЧХ вместо импульса. Для этого сигнал разбивают на синусоиды, каждую умножают на коэффициент АЧХ, потом результаты складывают. Подход с АЧХ удобен при моделировании параметрических эквалайзеров и устройств с известной АЧХ.
Сразу можно спросить: а почему нельзя все элементы усилителя заменить линейными моделями? Оказывается, есть детали усилителя, которые настолько сильно не похожи на линейные модели, что попытки их упростить приведут к непоправимым травмам психики музыканта. Например, эффект перегруженного звука возникает при грубом нарушении условия линейности (рис. 2).
Тогда почему не «забить» некую кривую и определять выходной сигнал по ней? В первых цифровых процессорах так и было. Но оказалось данная модель лишь отдаленно напоминает настоящий ламповый тракт, где кривые могут меняться в зависимости от входного сигнала, скорости его изменения, фазы меркурия и прочей нечисти.
Качественное моделирование подобных устройств производят с использованием динамических нелинейных моделей. Создание таких моделей требует больших знаний и трудозатрат, нежели в случаях с линейными моделями. Как тогда быть?
Можно пригласить суперучёного, который соберет команду и в течение 10 лет кропотливого труда создаст квантовую модель одного единственного винтажного комбо с учетом каждого атома, справедливую в условиях близких к абсолютному 0, и для реализации, требующей всех вычислительных мощностей мира. Очевидно, что данный подход не применим к нашему случаю.
И для моделирования таких систем обычно делают одну или несколько сильно упрощённых моделей (можно просто угадать модель) с кучей параметров, которые подстраивают под внешние характеристики нелинейного элемента на заводе. Главный критерий — семейство сигналов, прошедший через неё, были близки к сигналам, полученным с реального оборудования, настолько, чтобы подавляющие большинство потенциальных покупателей на выходе не заметили разницу. В отличие от линейных моделей, нелинейные обычно требуют больших вычислительных ресурсов и хуже «ложаться» на архитектуру процессоров. Поэтому многие устройства, стараются «упрощать» до линейных.
Тут стоит упомянуть следующий миф: вся эта кривая заумная математика, свертки и прочая чушь не точна и не позволила устройству X получить теплый ламповый звук. Бредовость этого довода легко проверить, сев на любой современный самолет.
Пилот может ввести только исходные параметры, и вся эта кривая математика позволит ему взлететь, долететь и сесть вообще без участия пилота (а как насчет автоматической стыковки в космосе?). Но на рынке полно различных устройств, и у всех звучание находится на разном уровне. Так в чем тут дело?
Основным ограничением качества моделирования на данный момент является не математика, а вычислительная мощность аппаратной части. Для многих оказывается тайной, что у производителей цифровой техники главный критерий удачного продукта — не суперзвук, а количество полученной прибыли. Можно из дорогих компонентов сделать топовый процессор стоимостью 3000 у.е, который купят несколько тысяч музыкантов, или сделать простое и достаточно качественное устройство за 100 — 200 у.е., которое купят десятки миллионов.
После обработки сигнал в зависимости от типа устройства и пожеланий может быть послан либо на линейный выход через ЦАП, либо на компьютер для работы в DAW. Тут стоит рассказать о ещё одном мифе — адская задержка. Отчасти это может быть справедливо (особенно для обработки звука на компьютере), но стоит разделять задержку на линейном выходе процессора и задержку на записи в компьютер, если первая обычно не превышает 1 — 2 мс даже на дешевых устройствах, то задержка записи может достигать значительной величины. При умении работать с оборудованием обе эти задержки не приносят никакого неудобства.
Подведем итоги. Цифровые устройства и программы обработки гитарного звука и ламповая техника — принципиально разные вещи, каждая из которых может служить для определенных задач, так цифровые устройства способны моделировать физически нереализуемые усилители. Технических проблем качественно моделировать гитарный звук не существует. Для моделирования лампового усилителя или самолета глупо делать модель видимой части вселенной, достаточно ввести достижимые критерии адекватности и ориентироваться на них. Большинство доводов против или за цифровые эмуляции носят эмоциональный характер.
Источник: zaburuev.ru
Программы для моделирования звука
Steinberg Dorico Pro 5.0.20 + активатор
Steinberg Dorico Pro — это профессиональное программное обеспечение для нотации и композиции музыки для Windows и macOS. Оно позволяет создавать красивые и точные нотные партитуры для любых жанров и стилей…
Ableton Live 11.3.4 крякнутый
Ableton Live — это программное обеспечение для создания и исполнения музыки в живом режиме. Оно позволяет работать с аудио и MIDI, использовать различные инструменты и эффекты, а также записывать и…
IK Multimedia ToneX MAX v1.1.7 + crack
IK Multimedia ToneX MAX — это программа для Windows, которая позволяет вам создавать, играть и делиться моделями тона с помощью технологии AI Machine Modeling. Вы можете моделировать звук любого усилителя,…
AmpliTube 5 Complete 5.6.0 крякнутый
AmpliTube — это программа для симуляции и моделирования гитарного оборудования на вашем компьютере. AmpliTube позволяет вам создавать и настраивать свой виртуальный гитарный тракт, используя более 400 моделей педалей, усилителей, кабинетов,…
Sonic Academy Kick 2 v1.1.7 + crack
Sonic Academy Kick 2 — это плагин для создания и обработки ударных звуков, в частности бас-бочек. С его помощью вы можете легко сформировать, изменить, создать, манипулировать и искажать свой путь…
Plugin Boutique Scaler 2 v2.8.1 + key
Plugin Boutique Scaler — это инновационная программа для изучения и применения музыкальной теории в своих композициях. Она помогает вам находить подходящие аккорды и прогрессии, играть мелодические выражения, фразы, перформансы, секвенции,…
ShaperBox 3.3.1 + crack
ShaperBox — это программа для Windows, которая является набором из шести плагинов для обработки и модуляции звука. С помощью ShaperBox вы можете добавлять к своим звукам различные эффекты, такие как…
Sound Forge Audio Studio 17.0.2.109 + crack
Sound Forge Audio Studio — это программа для записи и редактирования аудио. Она позволяет создавать свои собственные звуковые проекты из различных источников, таких как микрофон, линейный вход, цифровой вход и…
Cubase Pro 12.0.70 + Content крякнутая русская версия
Steinberg Cubase Pro — это профессиональная программа для создания и записи музыки, разработанная для операционной системы Windows. Эта программа предназначена для музыкантов, продюсеров и звукорежиссеров, которые ищут мощный инструмент для…
Steinberg VST Live Pro 1.2 + crack
Steinberg VST Live Pro — это программа для Windows, которая позволяет вам создавать и исполнять музыку на вашем компьютере с помощью виртуальных инструментов и эффектов. Чтобы начать использовать Steinberg VST…
Источник: one-progs.ru