In this study, a computer simulation technique is developed for the prediction of the acoustical characteristics of a room. The developed simulation technique is based on the image model technique where the propagation of sound waves in a room is simplified by the propagation of the sound rays.
There have been some deficiencies in the existing image model algorithms, such as too long time of computation and the requirement of large size core memory. In order to improve the computational efficiency, a new algorithm is proposed in this study. The required size of core memory is reduced by introducing a coordinate transformation method, and the computation time is reduced by neglecting computations for the infeasible combinations of reflecting walls. Also a method of compensating simulation error is proposed because the simulation of impulse response is limited to the finite time duration. Eyring's reverberation formula derived from the diffuse field approximation, is used for the correction of the simulation error.
With these modifications, a new computer simulation system is developed. The inputs for the developed simulation system are the geometry of room, the locations of sources and receiver, and absorption coefficients of surfaces. The results of simulation are the sound ray paths from sources to receiver, which can be reduced to the impulse response, the reverberant energy decay, and the useful/detrimental energy ratio.
The developed simulation technique shows a better computational efficiency than the other existing image model algorithms. The computation time is greatly reduced when the computation is executed up to the higher order reflections. When the computation is performed for the problem of multiple sources, the reduction of computation time is greater.
An experimental investigation which compares the measured data with the simulated values, is performed for the verification of the accuracy of simulation. The results show that the developed simulation technique can give reasonable simulation accuracy for the prediction of reverberant energy decays and useful/detrimental energy ratios.
For an example of practical application, the speech intelligibility values at the audience area are predicted with the variations of acoustical conditions such as loudspeaker locations, loudspeaker directivity, time delay between the main and subsidiary loudspeakers, and the absorption coefficients of the surfaces in a selectedroom model. For the improvement of speech intelligibility, the variation of wall absoption coefficients appears to be the most sensitive condition among the above acoustical conditions involved in the example simulation.
음악당이나 강당, 회의실과 같은 건축물을 설계할 때에는 주어진 용도에 적합한 음향학적 특성을 갖도록 고려하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 건축물이 갖게 될 음향학적 특성을 미리 예측함으로써, 그 건축물의 음향학적 요구에 맞는 설계를 수행할 수 있도록 하기 위해 Computer simulation 방법을 개발하였다. 본 연구에서 사용된 Simulation 방법은 기존의 영상음원법을 기초로 하였는데 이 방법은 실내에서의 음향전파 과정을 음선의 기하학적 전파로 단순화시키는 근사계산법의 일종이다. 이제까지의 음상음원법에 의한 연산 알고리즘은 영상음원계산시의 비효율성으로 인하여 기억용량의 소모가 크고 계산시간이 많이 걸리는 단점을 지니고 있었다. 본 연구에서는 Computer Graphics 분야에서 많이 쓰이는 좌표변환기법을 도입하고 무효 영상음원을 가려내는 새로운 판정법을 고안하여 연산효율이 우수한 영상음원법의 새로운 알고리즘을 개발하였다. 개발된 Simulation System은 건축물의 형상, 음원 및 수신점의 위치 실내면의 흡음계수 등을 입력하면 일차적으로 음선의 전파경로를 계산하고 이어서 이를 토대로 임펄스 응답 (impulse response) 과 잔향 에너지 감소곡선 (reverberant energy decay curve) 또 음의 명료도를 표현하는 유용/방해 에너지 비율 (useful/detrimental energy ratio) 등을 예측할 수 있다. 또한 개발된 Simulation 방법은 기하 음향학을 배경으로 한 근사 계산법이므로 음향 특성이 잘 알려진 실내에서의 음향 특성 실측을 통해 Simulation 의 결과가 갖는 오차의 정도를 분석하였고 Simulation 에 의한 Impulse 응답은 유한한 시간 범위 내로 제한되기 때문에 이를 보정하는 방법으로 확산음장의 가정하에서 유도된 Eyring 의 잔향시간 공식을 이용하여 보정하는 방법을 제시하였다. 개발된 Simulation system의 실제 적용 예로서 선정된 형상의 실내에서 확성용 speaker 의 배치 및 실내면의 흠음율 등의 변화에 따른 음의 명료도 변화를 예측하여 확성 system 설계 방안을 검토하였다. 제안된 simulation 방법은 기존의 영상음원법에 의한 simulation 방법보다 연산시간이 크게 단축 됨을 알 수 있었고 특히 여러 개의 음원이 존재하는 경우에 적용하면 더욱 효율적인 것으로 나타났다. 또한 제안된 simulation 방법은 기억용량을 적게 소모하므로 개인용 컴퓨터에서도 수행이 가능함을 확인하였다. 실측 결과와의 비교로 부터 simulation 결과를 실제문제에 응용할 수 있는 것으로 판단되었다.
