Acustica Architettonica – XIV

Concludiamo quindi questa serie di articoli sulla spiegazione delle principali funzionalità di EASE, programma di acustica architettonica previsionale.

 

Aura

AURA è un tool che si basa sempre sull’analisi Ray Tracing ma con un diverso algoritmo di calcolo, più potente rispetto a quello precedentemente visto ma che richiede anche una macchina di calcolo con specifiche più elevate. L’algoritmo su cui si basa è il CAESAR creato dalla Aachen University (RWTH).

Si presenta come metodo di calcolo sia Statistico che Deterministico (tipo Cone Tracing).

I calcoli che può eseguire sono i seguenti:

– Early Decay Time (EDT)

– Reverberation Time (T10, T20, T30)

– Lateral Fraction (LF)

– Lateral Fraction Coefficient (LFC)

– Clarity (C80)

– Definition, C50

– Sound Strength

– Center Time

– Direct SPL

– Total SPL

– Echo Criteria for Speech and Music

– STI and Articulation Loss (AlCons.)

Molto simile al modello precedente.

La procedura utilizzata dall’algoritmo è quella di creare da subito un Reflettogramma della simulazione eseguita ed estrarre da esso un Ecogramma con la maggior parte delle misure simulate nella mappatura standard delle impostazioni di analisi inserite. Oltre ad una serie di misure acustiche standardizzate che offrono all’utente un quadro più dettagliato dell’acustica e prestazioni della stanza.

I metodi utilizzabili per le simulazioni in AURA sono due:

AURA Mapping (mapperà le misure acustiche, secondo la norma ISO 3382, sulle aree del pubblico (Audience Area) o sul singolo ascoltatore (le sedie inserite nel progetto), sviluppando un ecogramma. I risultati della mappatura AURA sono adeguati ai fini della mappatura ma non per l’Auralizzazione .

AURA Response(calcola un diagramma di riflessione, da cui è possibile estrarre e una risposta all’impulso binaurale utilizzato per l’Auralizzazione). Le procedure di settaggio e grafici di visualizzazione sono gli stessi o comunque simili ai precedenti visti tranne che per la finestra di impostazioni del calcolo (fig. 70).

Fig. 70 70

In cui è possibile scegliere il numero dei raggi, qui chiamati particelle, secondo un grado di risoluzione o l’inserimento diretto del numero. Lo stesso per la durata della simulazione. Se clicco sulla finestra a tendina Particles (fig. 71) potrò quindi scegliere il grado di risoluzione, più è alta più la mappatura ed i dati rilevati saranno precisi, generando un ecogramma molto denso, ma sarà anche molto elevato il tempo di impiego per il calcolo.

Fig. 71 71

Generalmente si parte con i test a bassa risoluzione e poi il rendering finale lo si fa ad alta risoluzione.Cliccando su Lenght (fig. 72), è possibile scegliere il tempo limite di analisi sul numero di ritardo delle riflessioni. Generalmente per una corretta misura in base anche al tempo di calcolo impiegato, deve essere i 2/3 del tempo di riverbero che ci si aspetta di trovare. L’impostazione Long può essere utilizzato per migliorare la precisione della simulazione, ad esempio in il caso di flutter fa eco, ma raramente è necessario. Le impostazioni Extended dovrebbe essere usato solo se si ottengono deviazioni significative dalmetodo statistico precedentemente spiegato nel non AURA mapping.

Fig. 72 72

Cliccando su Default Value % (fig. 73), c’è la possibilità di includere Scattering, quindi una riflessione diffusa all’interno della simulazione. Se impostato su Use-Defined verranno utilizzate le impostazioni presenti nei materiali utilizzati, (generalmente se nelle caratteristiche del materiale sono già stati definiti i valori di scattering, questa opzione potrebbe non essere attiva), se uso uno degli altri valori il sistema utilizzerà diversi algoritmi di simulazione di una riflessione diffusa (da testare e comparare), se inserisco manualmente un valore percentuale, quello verrà usato per definire lo scattering dei materiali.

Fig. 73 73

In generale un fattore di scattering percentuale del 20% è in media adatto per le più svariate tipologie di simulazione.Se l’ambiente e molto grande e con superfici tendenti al piano è possibile utilizzare Smooth, Flat Surface, che ha come base uno scattering percentuale del 10%.Se la stanza è molto grande e contiene molti elementi (mobili, colonne, ecc…), è consigliato utilizzare Considerable Surfaces Structures, con una scattering percentuale del 40%. n.b. Il valore percentuale dice quanta percentuale di riflessione invece di esser speculare viene diffusa. Se clicco su Number of Calculation (fig. 74), è possibile selezionare il numero di Thread per il calcolo, in pratica utilizza per il calcolo non il numero dei processori del PC ma il numero dei Thread, questi valori potrebbero essere limitati in base al numero di Thread forniti dal proprio processore. Più il valore è alto e più il calcolo sarà veloce sfruttando a pieno le potenzialità del computer.

Fig. 74 74

Se clicco su Advanced Option si aprirà una nuova finestra (fig. 75).

Fig. 75 75

In questa finestra è possibile selezionare il metodo di calcolo per la diffusione del suono. Se non selezionato nulla di default verrà utilizzato il metodo Energy Loss in cui l’energia aogni riflesso del muro è diminuito di (1-α). Se seleziono Particle Loss, l’energia rimane costante per ogni riflessione ma viene eseguita una comparazione casuale tra 0 e 1 con il coefficiente di assorbimento del materiale utilizzato, e per cui il sistema deciderà se il raggio sarà nuovamente riflesso o meno e a che valore energetico. Energy Loss è un metodo più accurato a meno che nel Particle Loss che risulta un metodo di calcolo più veloce, non vengano utilizzati un gran numero di raggi. Se seleziono Diffuse Rain, il sistema considera una porzione dello Scattering maggiormente rispetto al metodo Energy Loss. Il suo utilizzo è consigliato in stanze molto riverberanti per un calcolo predittivo migliore, ma anche in stanze con parzialmente ombreggiato aree (come teatri con profonde aree sotto il balcone) e stanze laterali (nicchie). In questo caso si richiede anche la possibilità di utilizzare un numero di raggi molto inferiore rispetto al metodo Energy Loss (generalmente 1/10). E’ inoltre possibile impostare il punto di orientamento (Orientation Point), che identifica l’orientamento di una testa ricevente simulata, adatto ad eseguire i calcoli del Lateral Fraction e Lateral Fraction Coefficient.Normalmente dovrebbe essere impostato sulle coordinate dell’altoparlante principale o su un punto centrale sul palcoscenico. Anche in questo caso dopo il calcolo è possibile identificare i parametri acustici ricercati tramite grafici e tabelle (fig. 76), l’unica differenza tra le possibilità di visualizzazione rispetto al metodo standard precedentemente visto, è quella della possibilità di visualizzare l’Ecogramma, dal quale il sistema ricava i vari indici (ritenuto più efficiente rispetto all’ecogramma che come detto è più specifico per altre funzoni), (fig. 77).

Fig. 76

(Direct SPL)76

EDT edt

T10 t10

C50 c50

Definition def

Alcons% alc

STI sti

C80 c80

Per quanto riguarda alcuni parametri indicativi del C80 si può prendere come riferimento:

– 0 +/- 2 dB è ideale per strumenti d’organo o strumenti suonati a bassa velocità. Questo è perfetto per le sale per concerti di organo.

– 2 +/- 2 dB è ideale per strumenti ad arco ed è mostrato al meglio da una stanza creata per musica strumentale classica o sinfonica, e dove la velocità della musica è maggiore. Anche la musica dei cori dal vivo è buona a questo livello. Questo andrebbe bene per le chiese tradizionali.

– 4 +/- 2 dB è ideale per strumenti a pizzico. La velocità della musica è più veloce e moderna. Ad esempio musica Folk, o Musica Leggera Contemporanea o Jazz.

– 6 +/- 2 dB è ideale per strumenti a percussione. Questo può essere descritto meglio come Rock and Roll.

Tempo Centrale tc

Lateral Fraction lf

Lateral Fraction Coefficient lfc

Sound Strenght ss

Echo Speech ec

L’Echo Speech identifica il livello di eco medio nell’ambiente alle varie frequenze che potrebbe creare problemi all’ascolto della voce, basato sull’algoritmo di calcolo di (Dietsch e Kraak). Valori 1 e superiori sono molto degradanti.

Echo Music em

L’Echo Music è la stessa cosa del Echo Speech ma specifico per l’intelligibilità della musica.

Fig. 77 77

Risposta all’Impulso

Anche con AURA è possibile eseguire il calcolo della risposta all’impulso tramite il pannello delle impostazioni di figura 78.

Fig. 78 78

Anche questo del tutto simili al metodo classico, con la possibilità di aprire il risultato del calcolo su apposito tool di analisi approfondita Probe o EARS, oppure salvarlo su file. Nella finestra Location (fig. 79), è possibile utilizzare le posizioni utilizzate nella simulazione, quindi le aree, le sedie o il Walker.

Fig. 79 79

Nella sezione Calculation (fig. 80), si vanno a definire i parametri del processamento precedentemente visti in figura 74, con la differenza che se clicco su Advanced Option avrò una differente finestra di dialogo (fig. 80).

Fig. 80 80

Da questa finestra è possibile regolare il diametro del ricevitore di analisi (sfera) dopo 1s dalla generazione dei raggi, per ottenere un settaggio migliore sul calcolo del tempo di riverberazione. E’ un parametro dipendente dalla finestra Standard Option, collegato al numero di particelle scelte. Per stanza grandi con poche pareti può essere utilizzata anche una dimensione grande, al contrario per piccoli ambienti e molte superifici. Una buona norma da seguire è quella di dare il diametro della superficie più piccola che si vuole considerare come ostacolo. Generalmente non si deve mai oscillare al di fuori < 1 metro e > 5 metri. Ad ogni raddoppio del diametro il calcolo sarà 4 volte più veloce. Il Cut Off Order determina l’ordine di riflessione per cui l’analisi di calcolo passa dal metodo Mirror Image (utilizzato per la prima parte di calcolo nel definire le sorgenti immagine per una maggiore risoluzione nell’identificazione del suono diretto e prima riflessioni), ed il metodo Ray Tracing utilizzato per la seconda parte di calcolo, più efficiente per la parte diffusa. (come da specifiche per il Cone Tracing viste nei precedenti articoli). Se le superifici hanno un elevato valore di scattering si possono utilizzare anche ordini più bassi, al contrario se le superfici hanno bassi valori di scattering. Generalmente vengono utilizzate tra i 5 e 7 ordini per l’analisi tramite Prob, mentre per il processo di Auralizzazione meglio utilizzarne molte di più. n.b. Come si nota con l’AURA non è possibile scegliere il metodo di calcolo ma è direttamente il software che si basa sul proprio algoritmo di calcolo a due passaggi. Density Factor definisce il numero di impulsi (ms) che verranno utilizzati per generare la struttura della risposta all’impulso, generalmente l’impostazione di default va più che bene. Tail Resolution, limita il tempo di calcolo delle riflessioni utilizzate. Quindi oltre quel tempo il sistema tronca il processo di analisi e considera solo le riflessioni entro i limiti stabiliti.

 

Auralizzazione

Per il processo di Auralizzazione il software si basa su di un tool esterno.

Pe una buona Auralizzazione bisogna renderizzare il modello con almeno 100.000 – 150.000 raggi.

Abbiamo già ampiamente parlato dell’Auralizzazione nei precedenti articoli.

EASE può Auralizzare sia in tempo reale che off-line, quindi creare e salvare il file da ascoltare in un secondo momento o come riferimento di ascolto per il cliente.

Gli step utilizzati sono i seguenti:

Creazione del Reflettogramma (quindi utilizza la simulazione acustica su Reflettogramma creata dalle nostre analisi).

Aggiunta di Coda al Reflettogramma (Con AURA la coda di riverberazione è aggiunta automaticamente, mentre con il metodo classico è necessario calcolarla e poi inserirla nel processo di convoluzione, questo per avere un maggiore realismo).

Convoluzione tra il Reflettogramma ed il Binaurale (le caratteristiche della risposta all’impulso dell’orecchio umano, già inserite di default per il processo).

Processo di convoluzione ed ascolto.

 

Il processo di taglio per la coda di riverbero è eseguibile tramite l’opzione Reverberation Tile nel menu del Reflettogramma del metodo classico (fig. 81).

Fig. 81 81

Impostando i vari valori fino ad ottenere un Reflettogramma utile come da esempio di comparazione in figura 82.

Fig. 82 (Reflettogramma originale)82

(Reflettogramma con l’aggiunta della coda) drddrt

Le impostazioni della coda vanno definite cercando di inserire la partenza alla fine del taglio finale del Reflettogramma, con una densità energetica tale da avere un decadimento costante e che segua il livello di ampiezza del precedente (è un processo che simula come sarebbe il decadimento di quel tipo di risposta per un tempo maggiore, utile solo ai fini dell’Auralizzazione per avere un ascolto più immersivo.

Non è però l’unico metodo, l’alternativo è l’Impact Prediction (fig. 83), il quale metodo analizza il decadimento del Reflettogramma iniziale e calcola il valore della coda come una riflessione speculare di questo, utile per corte risposte all’impulso.

Fig. 83 83

Può in ogni caso essere utile eseguire entrambi i metodi e poi tramite la curva di Schroeder eseguire una comparazione (fig 84).

Fig. 84 84

Più l’andamento della retta è discontinuo in tutto il suo percorso e meno preciso sarà.

Quando si è soddisfatti del Reflettogramma finale con quindi l’aggiunta della coda, è necessario salvare il file come risposta all’impulso ed importare questo per il processo di Auralizzazione.

Il passo successivo è come detto quello di convoluzione tra la risposta all’impulso della sala RSP e l’impulso binaurale BIR salvabile come file .bir, per l’Auralizzazione, ed è configurabile tramite la finestra di figura 85.

Fig. 85 85

Attraverso la sezione HRTF (Head Related Transfer Function) è anche possibile ruotare la posizione virtuale della testa e definire anche un livello di gain (quindi se maggiore o minore), questo perché in base poi al file audio che si va a convolvere potrebbe portare a dei livelli di distorsione, oppure essere troppo basso con il risultato di una povera dinamica. Cliccando nella finestra a Tendina Dummy Head è possibile selezionare differenti risposte all’impulso binaurale, cosi da sperimentarne gli effetti.

Attraverso Phase Computation è possibile scegliere l’algoritmo di convoluzione, di cui per l’Auralizzazione va benissimo quello di default, si può comunque sperimentare anche gli altri metodi.

Una volta eseguita la convoluzione appare il risultato grafico del processo (in EASE è possibile auralizzare sia in mono che stereo), fig. 86.

Fig. 86 86

In questa finestra è mostrato l’andamento della risposta all’impulso convoluta per l’ascolto binaurale nei due canali Left e Right.

Il processo finale è quello di importare il file dentro il “Player di Ascolto” (fig. 87).

Fig. 87 87

Attraverso questo player è possibile inserire l’audio registrato (generalmente non compresso), e convolverlo alla risposta all’impulso binaurale importata, ed in cui è possibile anche scegliere il metodo di convoluzione (Lake o EARS). Definendo un campionamento (Rate Hz) e risoluzione dello spettro FFT (Frame Size), è possibile definire la risoluzione del file Auralizzato (più i valori sono alti e più risoluzione avrà, ma il processo impiegherà più tempo ed il file creato sarà anche più pesante). Per un ascolto professionale il minimo impostabile è un campionamento di 48.000 Hz con Frame Size di 16384.

Tra le opzioni dell’audio non compresso da auralizzare è anche possibile leggere file da CD, cliccando appunto sull’icona del CD, mentre per il file di Output, è possibile salvare il risultato su disco esterno cliccando sull’icona della cartella, oppure ascoltare direttamente in cuffia.

Per l’Auralizzazione ci sono già dei segnali DRY di default, come voci maschili e femminili.

n.b. Se si utilizza una scheda audio esterna è opportuno tramite la configurazione del player dire al programma di utilizzare quella scheda audio ed eventualmente su quali uscite.

Il filtro FIR è generalmente inserito in modo automatico dal software una volta che questo è stato creato.

Cliccando sul menu a discesa Utility è possibile sfruttare altre funzioni del tool di Auralizzazione (fig. 88), in cui Keep to Auralize apre una finetra in cui è possibile Auralizzare direttamente la mappatura del Direct Sound, di un Render Mapping o risposta rilevata dal Walker, non chè la risposta del Probe.

Keep as Start Default fa la stessa procedura per le Auralizzazione che vengono avviate tramite il Convolutore EARS,

Auto Foreground mantiene la finestra convolver in prima piano mentre effettua il processo di Auralizzazione in tempo reale. A meno che non sia aperta volontariamente un’altra finestra ed allora disattiva l’audio in corso. Walker View Coupled lega la posizione e l’angolo di visione del Walker insieme al file di filtro utilizzato nel convolver. FIR Info Coupled, collega insieme il Display Info FIR e il FIR attivo, quindi il display informazioni mostrerà automaticamente le caratteristiche correnti del filtro FIR. Volume Coupled permette di normalizzare l’audio Auralizzato dei diversi luoghi di analisi della stanza, in modo da ottimizzare l’ascolto e la percezione delle differenze.

Fig. 88 88

E’ inoltre possibile importare (convertendo) risposte all’impulso esportate da programmi esterni (fig. 89), pronti per essere Auralizzati.

Fig. 89 89

E’ possibile vedere un’anteprima del segnale audio che verrà Auralizzato (fig. 90), cliccando su Tools > Show Filter.

Fig. 90 90

Il metodo di convoluzione EARS crea un file da salvare su disco, leggibile poi da un qualsiasi player esterno o da quello fornito dal programma. Il metodo LAKE invece creare un tipo di Auralizzazione On-line, cioè in tempo reale. Una volta cliccato su uno dei due metodi parte il processo di Auralizzazione.

Il tempo di Auralizzazione dipende dalla grandezza sia della risposta all’impulso che del file audio inserito che della risoluzione desiderata.

Cliccando su XTC nella sezione degli Output è possibile ascoltare il file Auralizzazione tramite altoparlanti esterni, ma come già detto più volte il processo di Transcodifica per permettere questo impoverisce sempre un po’ la qualità, soprattutto a livello tonale.

Fino il processamento si abilità la barra di playback con cui è possibile interagire con l’ascolto del suono Auralizzato (fig. 91 EARS), (fig. 92 LAKE).

Fig. 91 91 Fig. 92 92

 

Rendering

Per concludere il progetto è possibile stampare qualsiasi tipo di dato e grafico per poi intavolarselo a piacimento secondo il programma preferito.

Questo software consente anche tramite il tool esterno Vision, di eseguire un vero e proprio rendering grafico (fig. 93), inserendo opportunamente i vari materiali associati ai vari elementi di progetto, non chè inserire luci per creare ombre e modellare la profondità e dimensione dell’immagine.

Fig. 93 93

C’è anche la possibilità di camminare all’interno dell’ambiente (realtà virtuale), e andare in un preciso punto ed ascoltare il suono in quel punto tramite Auralizzazione.

n.b. Consiglio di eseguire il rendering video tramite software più specifici come (3DsMax, Sketchup 3D, Rhino, ecc..), qualitativamente molto più performanti e magari con la possibilità di aggiungere tanti dettagli realistici in più, cosa che invece per la simulazione acustica come detto più volte è meglio evitare.

Per cui la vista dell’immagine della sala fornita dal rendering tramite software esterno, mentre le viste delle tabelle e grafici fornite dai calcoli di EASE.

 

Conclusioni

Ci sono poi tante altre funzioni, come anche altri tool esterni a EASE integrabili o sostituibili alle tecniche appena viste, come l’analisi con sorgenti ad infrarosso, tramite il tool IR Infrared, o ancora utilizzare un tool specifico e più potente per la creazione e gestione delle sorgenti sonore come EASE Speakers Lab, o infine utilizzare un tool più performante e specifico per il processo di Auralizzazione come EARS, in grado di Auralizzare anche in multicanale (cioè eseguire un mix di più file audio nello stesso punto di ricezione/ascolto).

che è possibile visualizzare dal manuale dedicato e provando la versione di prova del programma.

 

Altro su Acustica Architettonica

Acustica Architettonica – I (Percezione Ambientale, Definizione della Dimensione, Descrizione Modale, Frequenza di Scroeder, Riverbero, Tempo di Decadimento e Risposta all’Impulso, Fluttuazione dei Modi, Teorie Pratiche).

Acustica Architettonica – II (Campo Perfettamente Diffuso, Campo Riverberante, Definizione degli Ambienti, Riflettore Rettangolare Sospeso, Diffusori di Schroeder, Regime Stazionario, Distanza Critica).

Acustica Architettonica – III (Regime Transitorio, Sabine ed il Tempo di Riverbero, Tempo di Riverberazione secondo la Teoria Classica, Tempo di Riverberazione secondo altre teorie, Assorbimento dell’Aria negli Ambienti Chiusi, Modelli Empirici per Ambienti di Grandi Dimensioni ed Irregolari, Valutazione della Qualità Acustica delle Sale per lo Spettacolo, Requisiti Acustici delle Sale per lo Spettacolo, Attributi Soggettivi della Sale Musicali).

Acustica Architettonica – IV (Generi Musicali e loro Requisiti, Tipologie di Ambienti e loro Requisiti, Prestazioni Acustiche delle Sale, Valori Ottimali per i Criteri di Valutazione, Prime Riflessioni, Parametri Soggettivi, Fattori Soggettivi).

Acustica Architettonica – V (Nitidezza, Definizione, Massa della Sala, Chiarezza, Tempo Centrale, Supporto, Funzione di Autocorrelazione, Spazialità, Frazione dell’Energia Laterale, Impressione Spaziale, Impressione della Sala, Efficienza Laterale, Funzione di Correlazione Mutua Interaurale, Indice di Intensità).

Acustica Architettonica – VI (Comfort Acustico in ambienti destinati all’ascolto della parola, Intelligibilità del Parlato, Voce Umana, Articulation Index, Speech Interference Level, Speech Intelligibility Index, Speech Transmission Index, Rapid Speech Transmission Index).

Acustica Architettonica – VII (Test a Vocabolario, ALcons, CIS, Rumore e Disturbo Soggettivo, Noise Criteria, Room Criteria, Balanced Noise Criterion, Noise Climate).

Acustica Architettonica – VIII (Modelli di Simulazione Acustica, FEM, BEM, Acustica Geometrica, Sorgenti Virtuali, Ray Tracing).

Acustica Architettonica – IX (Metodo della Radiosità, Modelli Ibridi, Metodo a Fasci Divergenti, Auralizzazione, Linee Guida Simulazioni Acustiche, Metodologie di Misura in Ambiente Reale).

Acustica Architettonica – X (Strumentazione e Condizioni di Misura, Tecniche di Misura con Rumore Stazionario, Tecniche di Misura tramite Risposta all’Impulso, Determinazione del Tempo di Riverberazione, Misura del Rumore di Fondo, Misura di Grandezze Oggettive, Rappresentazione delle Misure e dei Risultati, Considerazioni sugli Impulsi, MLS, Dirac, Sweep, Misurazione della Risposta all’Impulso con Metodo Indiretto).

Acustica Architettonica – XI (Ecogramma, Spettrografo, Spettrogramma, Reflettogramma, Istogramma, Energy Time Curve, Retta di Regressione Lineare, Valutazioni Operative, Protocollo Operativo).

Acustica Architettonica XII (Software di Acustica Architettonica EASE, Caratteristiche e Funzionalità del Programma, Personalizzazione della Sorgente Sonora, Personalizzazione dei Materiali Acustici, Fattori di Analisi).

Acustica Architettonica XIII (EASE Analisi Approfondita, Room DATA, Calcolo del Tempo di Riverberazione).

 

Acquista Attrezzature Audio dai principali Store

 

logo amazon.it

Thomann_logo1

The-new-eBay-logo

Rispondi

Inserisci i tuoi dati qui sotto o clicca su un'icona per effettuare l'accesso:

Logo di WordPress.com

Stai commentando usando il tuo account WordPress.com. Chiudi sessione /  Modifica )

Google photo

Stai commentando usando il tuo account Google. Chiudi sessione /  Modifica )

Foto Twitter

Stai commentando usando il tuo account Twitter. Chiudi sessione /  Modifica )

Foto di Facebook

Stai commentando usando il tuo account Facebook. Chiudi sessione /  Modifica )

Connessione a %s...