一種建築聲學1:10縮尺人工頭的製作方法

2023-07-28 14:28:21

一種建築聲學1:10縮尺人工頭的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種建築聲學1:10縮尺人工頭的製作方法，包括步驟：A.採用三維雷射掃描儀對足尺標準人工頭原型進行掃描，並將掃描的數據文件保持為DXF文件；B.將所述DXF文件導入3DMAX進行三維面片編輯處理，得到人工頭的精確三維曲面數字模型，建模時在人頭內預留耳道；C.將設計完成後的三維數字模型通過3D印表機按比例縮放製作出1:10縮尺人工頭；D.將兩隻連接有轉接頭的傳聲器垂直置入1:10縮尺人工頭預留的耳道內作為模擬足尺人頭的雙耳信號接收器；E.向1:10縮尺人工頭的胸腔內塞入填充物。本發明的1:10縮尺人工頭可用於聲學縮尺模型實驗中廳堂空間感參數的測量並有望應用於可聽化技術。
【專利說明】一種建築聲學1:10縮尺人工頭的製作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及建築聲學縮尺模型空間感參數的測定技術，具體涉及一種建築聲學1:10縮尺人工頭的製作方法。
【背景技術】
[0002]縮尺模型實驗是建築聲學主要預測手段之一。國際上對於超過1500座的以自然聲演出為主的廳堂通常要做聲學縮尺模型實驗。縮尺模型實驗是將實際廳堂按照一定比例縮小，根據相似定律確定界面的對應材料，然後利用高頻聲源發聲，通過記錄模型中的脈衝響來進行聲缺陷的判斷和聲學參數的預測。受聲源和傳聲器的限制，縮尺模型實驗通常只能用於單通道脈衝響應的測量，因此只能用於RT、EDT、C、D、G等基於單通道脈衝響應的聲學參數的預測。如何通過模型實驗精確獲得廳堂空間感參數IACC及實現可聽化是聲學縮尺模型實驗研究中的難點。
[0003]上世紀90年代初，Ning Xiang等學者將M序列用於縮尺模型實驗，並製作了 1:10的簡易縮尺人工頭進行雙耳脈衝響應的測量。2000年Takayuki Hidaka和LL Beranek在日本Tokyo Opera City(TOC)音樂廳聲學設計中採用20mm直徑的鋼球模擬1:10縮尺人工頭測量了縮尺雙耳脈衝響應，並比較了模型測量、實測和計算機仿真的結果。2009年JinYong Jeon等韓國學者用21mm直徑的鋼球模擬1:10縮尺人工頭，將兩個1/8英寸傳聲器放置在鋼球兩側左右對稱位置接收雙耳信號，探討聲場條件的改變對雙耳互相關參數IACC的影響；但傳聲器未放置在耳道內，縮尺人工頭與真實人工頭仍有較大差別(見圖6)。
[0004]由於目前國際上商用的最小的傳聲器的尺寸為1/8英寸(直徑3.175mm)，按照1:10縮放的人頭寬度僅15?16_，因此將傳聲器內置在人頭內並構建左右對稱的密閉耳道有相當大的難度，必須藉助三維數字模型進行處理。

【發明內容】

[0005]針對上述技術問題，本發明旨在至少在一定程度上解決上述技術問題。
[0006]本發明的目的是提供一種製造過程簡單，仿真程度高，測試數值精確的建築聲學1:10縮尺人工頭的製作方法。
[0007]本發明採用如下技術方案實現的:
[0008]一種建築聲學1:10縮尺人工頭的製作方法，包括步驟:
[0009]A.採用三維雷射掃描儀對足尺標準人工頭原型進行掃描，如01dB-MK2B足尺標準人工頭原型，所述掃描儀標祀獲取精度為土 1.5mm,掃描時最小米樣密度〈1mm,分三部分對人頭進行掃描，並將掃描的數據文件保持為DXF文件，所述DXF文件以點雲的方式包含了足尺標準人工頭原型的三維信息；
[0010]B.將所述DXF文件導入3DMAX進行三維面片編輯處理，得到人工頭的精確三維曲面數字模型，建模時在人頭內預留耳道，耳道開口朝下，直徑為1/8英寸，以使得該尺寸的傳聲器垂直接入耳道(見圖2);[0011]C.將設計完成後的三維數字模型通過3D印表機按比例縮放製作出1:10縮尺人工頭，所述3D印表機採用三維快速成型機，列印的原材料為石膏粉(見圖1);
[0012]D.將兩隻連接有轉接頭的傳聲器垂直置入1:10縮尺人工頭預留的耳道內作為模擬足尺人頭的雙耳信號接收器；
[0013]E.向1:10縮尺人工頭的胸腔內塞入填充物。
[0014]進一步地，所述縮尺人工頭的高度為52_，列印時每0.1mm鋪一層膠水，整個列印過程共需鋪設520層膠水。
[0015]進一步地，所述傳聲器的型號為B&K4138，直徑為1/8英寸。
[0016]本發明提出了一種綜合利用現代三維掃描技術、3D建模技術和3D列印技術製作1:10縮尺人工頭的方法。利用該技術，不僅可保證縮尺人工頭面部、耳廓及軀幹的精確尺寸，而且通過三維建模軟體按照麥克風的尺寸建立了耳道的簡化3D模型，通過3D列印後製成包括耳道的縮尺人工頭，實現了將1/8英寸麥克風內置在縮尺人工頭內的新方法。
[0017]本發明可以應用在建築聲學縮尺模型空間感參數的測定，建築聲學縮尺模型可聽化技術的研究上，製造過程簡單，仿真程度高，測試數值精確。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發明足尺標準人工頭原型的三維掃描點雲示意圖。
[0019]圖2為本發明人工頭的精確三維曲面數字模型示意圖。
[0020]圖3為本發明1:10縮尺人工頭的主視示意圖。
[0021]圖4為本發明1:10縮尺人工頭的側視示意圖。
[0022]圖5為本發明1:10縮尺人工頭的透視示意圖。
[0023]圖6為鋼球模擬1:10縮尺人工頭。
[0024]圖7為縮尺與足尺人工頭的雙耳時間差波形圖。
[0025]圖中:1_傳聲器；2-耳道；3-轉接頭。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖和具體實施例對本發明的發明目的作進一步詳細地描述，實施例不能在此一一贅述，但本發明的實施方式並不因此限定於以下實施例。
[0027]—種建築聲學1:10縮尺人工頭的製作方法，包括步驟:
[0028]A.採用三維雷射掃描儀對足尺標準人工頭原型進行掃描，如01dB-MK2B足尺標準人工頭原型，所述掃描儀標祀獲取精度為土 1.5mm,掃描時最小米樣密度〈1mm,分三部分對人頭進行掃描，並將掃描的數據文件保持為DXF文件，所述DXF文件以點雲的方式包含了足尺標準人工頭原型的三維信息(見圖1);
[0029]B.將所述DXF文件導入3DMAX進行三維面片編輯處理，得到人工頭的精確三維曲面數字模型，建模時在人頭內預留耳道2，耳道2開口朝下，直徑為1/8英寸，以使得該尺寸的傳聲器I垂直接入耳道(見圖2);
[0030]C.將設計完成後的三維數字模型通過3D印表機按比例縮放製作出1:10縮尺人工頭，所述3D印表機採用三維快速成型機，列印的原材料為石膏粉，本實施例縮尺人工頭的高度為52mm，列印時每0.1mm鋪一層膠水，整個列印過程共需鋪設520層膠水(見圖3、4)；
[0031 ] D.將兩隻連接有轉接頭3的傳聲器I垂直置入1:10縮尺人工頭預留的耳道2內作為模擬足尺人頭的雙耳信號接收器，本實施例所述傳聲器I的型號為B&K4138，直徑為1/8英寸，該傳聲器I的靈敏度為0.8~lmv/Pa，可測量頻率範圍為6.5Hz~140kHz，動態範圍為 52.2 ~168dB。(見圖 5)。
[0032]E.向1:10縮尺人工頭的胸腔內塞入填充物，所述填充物可以為吸聲海綿或PP棉。
[0033]下面通過對01dB-MK2B足尺人工頭及依據本專利技術製作的1:10縮尺人工頭的進行相關測試並獲取實測結果如下:
[0034]雙耳時間差(Interaural Time Difference, ITD)的定義是聲波從聲源傳輸到雙耳的時間差異，它是一個重要的方向定位因素，與人工頭的細節尺寸有關。測試該1:10縮尺人工頭與足尺人工頭的ITDcorre的結果如圖7所示。從圖中可以看出，縮尺人工頭和足尺人工頭的ITDcorre的最大值均出現在90°和270°位置，兩者的曲線吻合較好。
[0035]雙耳聲壓級差(Interaural Level Difference, ILD)為左耳與右耳的聲壓級差值，也是影響聲源定位的重要因素之一。1:10縮尺人工頭和足尺人工頭的ILD的計算結果見表1和表2，最大值均出現在4KHz以上，60°~120°和-60°~-120°之間的位置。兩者的ILD分布吻合較好。
[0036]表11:10縮尺人工頭ILD (雙耳聲壓級差)計算結果:
[0037]
【權利要求】
1.一種建築聲學1:10縮尺人工頭的製作方法，其特徵在於，包括步驟: A.採用三維雷射掃描儀對足尺標準人工頭原型進行掃描，所述掃描儀標靶獲取精度為± 1.5mm,掃描時最小米樣密度〈1mm,分三部分對人頭進行掃描,並將掃描的數據文件保持為DXF文件，所述DXF文件以點雲的方式包含了足尺標準人工頭原型的三維信息； B.將所述DXF文件導入3DMAX進行三維面片編輯處理，得到人工頭的精確三維曲面數字模型，建模時在人頭內預留耳道(2)，耳道(2)開口朝下，直徑為1/8英寸，以使得該尺寸的傳聲器(I)垂直接入耳道(2); C.將設計完成後的三維數字模型通過3D印表機按比例縮放製作出1:10縮尺人工頭，所述3D印表機採用三維快速成型機，列印的原材料為石膏粉； D.將兩隻連接有轉接頭(3)的傳聲器I垂直置入1:10縮尺人工頭預留的耳道(2)內作為模擬足尺人頭的雙耳信號接收器； E.向1:10縮尺人工頭的胸腔內塞入填充物，所述填充物為吸聲海綿或PP棉。
2.根據權利要求1所述的一種建築聲學1:10縮尺人工頭的製作方法，其特徵在於:所述縮尺人工頭的高度為52mm，列印時每0.1mm鋪一層膠水，整個列印過程共需鋪設520層膠水。
3.根據權利要求1所述的一種建築聲學1:10縮尺人工頭的製作方法，其特徵在於:所述傳聲器(1)的型號為B&K4138，直徑為1/8英寸。
【文檔編號】B28B1/00GK103895086SQ201410098237
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月17日 優先權日:2014年3月17日
【發明者】孫海濤, 趙越喆, 吳碩賢 申請人:華南理工大學