Архитектурная акустика/Интеграл Релея (версия Кулигина): различия между версиями

Материал из CAMaaS preliminary wiki
Перейти к навигации Перейти к поиску
(Новая страница: «{{NavBar|Архитектурная акустика\Архитектурная акустика/Интеграл Релея (версия Кулигина)…»)
 
Строка 4: Строка 4:


Является вариантом реализации модели расчета акустического поля, в котором, в отличие от [[Архитектурная акустика/Интеграл Релея|исходной версии]] вся поверхность помещения разбивается на элементы <math>d\sigma</math> малой площади. В модели анализируется влияние каждого имеющегося источника звука на каждый возможный элемент излучения <math>d\sigma</math>. Каждый источник <math>s</math> оказывает влияние на каждый элемент <math>d\sigma</math>, если только <math>d\sigma</math> не находится в тени источника <math>s</math>, и влияние этого источника на поверхность не падает ниже [[Архитектурная акустика/Среда распространения звука|пренебрежимого уровня звука модели среды распространения]]. Если влияние действительно имеется, элемент <math>d\sigma</math> сам становится источником отраженного звука.
Является вариантом реализации модели расчета акустического поля, в котором, в отличие от [[Архитектурная акустика/Интеграл Релея|исходной версии]] вся поверхность помещения разбивается на элементы <math>d\sigma</math> малой площади. В модели анализируется влияние каждого имеющегося источника звука на каждый возможный элемент излучения <math>d\sigma</math>. Каждый источник <math>s</math> оказывает влияние на каждый элемент <math>d\sigma</math>, если только <math>d\sigma</math> не находится в тени источника <math>s</math>, и влияние этого источника на поверхность не падает ниже [[Архитектурная акустика/Среда распространения звука|пренебрежимого уровня звука модели среды распространения]]. Если влияние действительно имеется, элемент <math>d\sigma</math> сам становится источником отраженного звука.
Направленность такого источника рассчитывается с помощью интеграла Релея:
[[Архитектурная акустика/Характеристика направленности|Направленность]] такого источника рассчитывается с помощью интеграла Релея:


<math>\varphi\left(\theta, \varphi, r\right) = \frac{1}{2\pi}\iint\limits_{\sigma}\frac{\partial\varphi_1}{\partial\stackrel{\to }{n}}\frac{e^{-i k r}}{r}d\sigma</math>,
<math>\varphi\left(\theta, \varphi, r\right) = \frac{1}{2\pi}\iint\limits_{\sigma}\frac{\partial\varphi_1}{\partial\stackrel{\to }{n}}\frac{e^{-i k r}}{r}d\sigma</math>


где:
на сфере <math>r=0</math>, где:
* <math>\varphi(\theta, \varphi, r)</math> - потенциал колебательной скорости в точке, заданной в сферической системе координат, в которой <math>\theta = 0, \varphi = 0, r = 1</math> - единичный вектор сонаправленный главной оси источника.
* <math>\varphi(\theta, \varphi, r)</math> - потенциал колебательной скорости в точке, заданной в сферической системе координат, в которой <math>\theta = 0, \varphi = 0, r = 1</math> - единичный вектор сонаправленный главной оси источника.
* <math>S</math> - [[Архитектурная акустика/Поверхность|поверхность]] или ее часть, которая которая колеблется как поршень.
* <math>\sigma</math> - [[Архитектурная акустика/Поверхность|поверхность]] или ее часть, которая которая колеблется как поршень.
* <math>dS</math> - малый элемент поверхности в окрестности некоторой точки <math>(x, y)</math>, принадлежащей поверхности и заданной в системе координат поверхности, в которой аппликата сонаправлена главной оси источника.
* <math>d\sigma</math> - малый элемент поверхности в окрестности некоторой точки <math>(x, y)</math>, принадлежащей поверхности и заданной в системе координат поверхности, в которой аппликата сонаправлена главной оси источника.
* <math>V_0</math> - амплитуда колебательной скорости.
* <math>\frac{\partial\varphi}{\partial\stackrel{\to}{n}}</math> - проекция градиента потенциала колебательной скорости <math>\varphi</math> на нормаль <math>\stackrel{\to}{n}</math> к <math>\sigma</math>.
* <math>\omega</math> - круговая частота колебаний поршня.
* <math>t</math> - время измерения направленности.
* <math>\varphi</math> - начальная фаза колебаний.
* <math>i = \sqrt{-1}</math>.
* <math>i = \sqrt{-1}</math>.
* <math>r'\left(\theta, \varphi, r\right)=\sqrt{\left(r\sin\varphi\cos\theta-x\right)^2 + \left(r\sin\varphi\sin\theta-y\right)^2+\left(r\cos\varphi\right)^2}</math>.
* <math>r'\left(\theta, \varphi, r\right)=\sqrt{\left(r\sin\varphi\cos\theta-x\right)^2 + \left(r\sin\varphi\sin\theta-y\right)^2+\left(r\cos\varphi\right)^2}</math>.

Версия 18:13, 6 июня 2016

Архитектурная акустика\Интеграл Релея (версия Кулигина)

Модель распространения звука в помещении, в которой каждая поверхность представлена в виде системы плоских колеблющихся поршней. Каждый такой поршень при попадании на него звукового луча оказывается вторичным источником звука.

Является вариантом реализации модели расчета акустического поля, в котором, в отличие от исходной версии вся поверхность помещения разбивается на элементы Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): d\sigma малой площади. В модели анализируется влияние каждого имеющегося источника звука на каждый возможный элемент излучения Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): d\sigma . Каждый источник Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): s оказывает влияние на каждый элемент Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): d\sigma , если только Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): d\sigma не находится в тени источника Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): s , и влияние этого источника на поверхность не падает ниже пренебрежимого уровня звука модели среды распространения. Если влияние действительно имеется, элемент Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): d\sigma сам становится источником отраженного звука. Направленность такого источника рассчитывается с помощью интеграла Релея:

Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): \varphi\left(\theta, \varphi, r\right) = \frac{1}{2\pi}\iint\limits_{\sigma}\frac{\partial\varphi_1}{\partial\stackrel{\to }{n}}\frac{e^{-i k r}}{r}d\sigma

на сфере Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): r=0 , где:

  • Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): \varphi(\theta, \varphi, r) - потенциал колебательной скорости в точке, заданной в сферической системе координат, в которой Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): \theta = 0, \varphi = 0, r = 1 - единичный вектор сонаправленный главной оси источника.
  • Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): \sigma - поверхность или ее часть, которая которая колеблется как поршень.
  • Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): d\sigma - малый элемент поверхности в окрестности некоторой точки Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): (x, y) , принадлежащей поверхности и заданной в системе координат поверхности, в которой аппликата сонаправлена главной оси источника.
  • Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): \frac{\partial\varphi}{\partial\stackrel{\to}{n}} - проекция градиента потенциала колебательной скорости Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): \varphi на нормаль Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): \stackrel{\to}{n} к Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): \sigma .
  • .
  • Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): r'\left(\theta, \varphi, r\right)=\sqrt{\left(r\sin\varphi\cos\theta-x\right)^2 + \left(r\sin\varphi\sin\theta-y\right)^2+\left(r\cos\varphi\right)^2} .


Алгоритм

Предусловия:

  1. M - Среда распространения звука;
  2. SC = M.Множество источников();
  3. PC = M.Множество отражающих элементов()
  4. PlC = M.Множество контрольных точек() - множество плоскостей вывода результатов.
  5. расстояние(точка1, точка2) - функция расстояния между двумя точками.

Течение алгоритма:

  1. Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): SC' \gets SC - изменяемое множество всех источников.
  2. Если SC' пусто.
    1. Завершение алгоритма.
  3. Для всех источников Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): s\in SC'
    1. Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): SC' \gets SC' \setminus s
    2. Пусть множество лучей: RS = s.Излучаемый звук()
    3. Для всех лучей Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): r\in RS
      1. Если r.Интенсивность() > M.Пренебрежимый уровень звука()
        1. Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): PlC' = \left\{pl_i\right\}\subset PlC: \exists pt = pl_i\cap r\land расстояние(r.Позиция(), pt)Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): \leq расстояние(r.Позиция(), r.Ближайшая поверхность(PC)Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): \cap r) - множество плоскостей вывода результатов, с которыми существуют пересечения луча Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): r , и которые не находятся в тени.
        2. Для всех плоскостей Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): pl\in PlC'
          1. Точка пересечения Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): pt \gets pl\cap r
          2. Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): I\gets r.Интенсивность(расстояние(r.Позиция(), pt))
          3. Если Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): I > M.Пренебрежимый уровень звука()
            1. pl.Зарегистрировать звук(pt, I, r.Частота())
        3. Если Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): \exists f = r.Ближайшая поверхность(PC)
          1. Пусть Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): P\gets f\cap r
          2. Если r.Интенсивность(расстояние(r.Позиция(), P)) > M.Пренебрежимый уровень звука()
            1. Пусть Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): f' - плоская круглая поверхность диаметром, равным длине волны звука, ассоциированного с лучом Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): r (см. r.Частота()), вокруг точки пересечения P.
            2. s' = Вторичный источник на основе интеграла РелеяНевозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): (f\cap f', r, f \cap r)
            3. Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): SC' \gets SC' \cup \left\{s'\right\} - дополнение множества SC' новым вторичным источником s'
  4. Переход на шаг 2.
Граф параллельного выполнения алгоритма. Для краткости используются сокращенные записи методов сущностей архитектурной акустики: Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): I\left(r\right)\sim r .Интенсивность(); Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): I\left(r, pt\right)\sim r .Интенсивность(расстояние(r.Позиция(), pt)); Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): I_0\sim M .Пренебрежимый уровень звука(); Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): \omega\left(r\right)\sim r .Частота(); Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): pl.Reg\left(pt, I, \omega\right)\sim pl .Зарегистрировать звукНевозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): \left(pt, I, \omega\right) ;

Свойства алгоритма

Пусть Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): S - множество первичных источников (см. свойство множество источников() среды распространения звука).

Пусть Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): R_s = \sum\limits_{i=1}^{|S|}|s_i. Излучаемый звук()Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): | - суммарное количество лучей от всех первичных источников.

Тогда сложность: Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): O\left(R_s^{\frac{\max\limits_{i=1,N_s}\left(I(s_i)\right)}{I_0}}\right) , где Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): I\left(s\right) = \max\limits_{\forall\omega\in B\left(s\right)} (s.Интенсивность(0, 0, Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): \omega )) - максимальное значение характеристики звука, излучаемого источником Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): s по частотам Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): B\left(s\right) , на которых определена его АЧХ, Невозможно разобрать выражение (MathML с запасными SVG или PNG (рекомендуется для современных браузеров и инструментов повышения доступности): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): I_0 - пренебрежимый уровень звука (свойство среды распространения).

Источник — http://51.250.0.107/w/index.php?title=Архитектурная_акустика/Интеграл_Релея_(версия_Кулигина)&oldid=2309