一種建筑聲學(xué)1:10縮尺人工頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種建筑聲學(xué)1:10縮尺人工頭的制作方法，包括步驟：A.采用三維激光掃描儀對足尺標(biāo)準(zhǔn)人工頭原型進(jìn)行掃描，并將掃描的數(shù)據(jù)文件保持為DXF文件；B.將所述DXF文件導(dǎo)入3DMAX進(jìn)行三維面片編輯處理，得到人工頭的精確三維曲面數(shù)字模型，建模時(shí)在人頭內(nèi)預(yù)留耳道；C.將設(shè)計(jì)完成后的三維數(shù)字模型通過3D打印機(jī)按比例縮放制作出1:10縮尺人工頭；D.將兩只連接有轉(zhuǎn)接頭的傳聲器垂直置入1:10縮尺人工頭預(yù)留的耳道內(nèi)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(nèi)塞入填充物。本發(fā)明的1:10縮尺人工頭可用于聲學(xué)縮尺模型實(shí)驗(yàn)中廳堂空間感參數(shù)的測量并有望應(yīng)用于可聽化技術(shù)。
【專利說明】一種建筑聲學(xué)1:10縮尺人工頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及建筑聲學(xué)縮尺模型空間感參數(shù)的測定技術(shù)，具體涉及一種建筑聲學(xué)1:10縮尺人工頭的制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]縮尺模型實(shí)驗(yàn)是建筑聲學(xué)主要預(yù)測手段之一。國際上對于超過1500座的以自然聲演出為主的廳堂通常要做聲學(xué)縮尺模型實(shí)驗(yàn)?？s尺模型實(shí)驗(yàn)是將實(shí)際廳堂按照一定比例縮小，根據(jù)相似定律確定界面的對應(yīng)材料，然后利用高頻聲源發(fā)聲，通過記錄模型中的脈沖響來進(jìn)行聲缺陷的判斷和聲學(xué)參數(shù)的預(yù)測。受聲源和傳聲器的限制，縮尺模型實(shí)驗(yàn)通常只能用于單通道脈沖響應(yīng)的測量，因此只能用于RT、EDT、C、D、G等基于單通道脈沖響應(yīng)的聲學(xué)參數(shù)的預(yù)測。如何通過模型實(shí)驗(yàn)精確獲得廳堂空間感參數(shù)IACC及實(shí)現(xiàn)可聽化是聲學(xué)縮尺模型實(shí)驗(yàn)研究中的難點(diǎn)。
[0003]上世紀(jì)90年代初，Ning Xiang等學(xué)者將M序列用于縮尺模型實(shí)驗(yàn)，并制作了 1:10的簡易縮尺人工頭進(jìn)行雙耳脈沖響應(yīng)的測量。2000年Takayuki Hidaka和LL Beranek在日本Tokyo Opera City(TOC)音樂廳聲學(xué)設(shè)計(jì)中采用20mm直徑的鋼球模擬1:10縮尺人工頭測量了縮尺雙耳脈沖響應(yīng)，并比較了模型測量、實(shí)測和計(jì)算機(jī)仿真的結(jié)果。2009年JinYong Jeon等韓國學(xué)者用21mm直徑的鋼球模擬1:10縮尺人工頭，將兩個(gè)1/8英寸傳聲器放置在鋼球兩側(cè)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(guān)參數(shù)IACC的影響；但傳聲器未放置在耳道內(nèi)，縮尺人工頭與真實(shí)人工頭仍有較大差別(見圖6)。
[0004]由于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(nèi)置在人頭內(nèi)并構(gòu)建左右對稱的密閉耳道有相當(dāng)大的難度，必須借助三維數(shù)字模型進(jìn)行處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述技術(shù)問題。
[0006]本發(fā)明的目的是提供一種制造過程簡單，仿真程度高，測試數(shù)值精確的建筑聲學(xué)1:10縮尺人工頭的制作方法。
[0007]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]一種建筑聲學(xué)1:10縮尺人工頭的制作方法，包括步驟:
[0009]A.采用三維激光掃描儀對足尺標(biāo)準(zhǔn)人工頭原型進(jìn)行掃描，如01dB-MK2B足尺標(biāo)準(zhǔn)人工頭原型，所述掃描儀標(biāo)祀獲取精度為土 1.5mm,掃描時(shí)最小米樣密度〈1mm,分三部分對人頭進(jìn)行掃描，并將掃描的數(shù)據(jù)文件保持為DXF文件，所述DXF文件以點(diǎn)云的方式包含了足尺標(biāo)準(zhǔn)人工頭原型的三維信息；
[0010]B.將所述DXF文件導(dǎo)入3DMAX進(jìn)行三維面片編輯處理，得到人工頭的精確三維曲面數(shù)字模型，建模時(shí)在人頭內(nèi)預(yù)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(shè)計(jì)完成后的三維數(shù)字模型通過3D打印機(jī)按比例縮放制作出1:10縮尺人工頭，所述3D打印機(jī)采用三維快速成型機(jī)，打印的原材料為石膏粉(見圖1);
[0012]D.將兩只連接有轉(zhuǎn)接頭的傳聲器垂直置入1:10縮尺人工頭預(yù)留的耳道內(nèi)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(nèi)塞入填充物。
[0014]進(jìn)一步地，所述縮尺人工頭的高度為52_，打印時(shí)每0.1mm鋪一層膠水，整個(gè)打印過程共需鋪設(shè)520層膠水。
[0015]進(jìn)一步地，所述傳聲器的型號為B&K4138，直徑為1/8英寸。
[0016]本發(fā)明提出了一種綜合利用現(xiàn)代三維掃描技術(shù)、3D建模技術(shù)和3D打印技術(shù)制作1:10縮尺人工頭的方法。利用該技術(shù)，不僅可保證縮尺人工頭面部、耳廓及軀干的精確尺寸，而且通過三維建模軟件按照麥克風(fēng)的尺寸建立了耳道的簡化3D模型，通過3D打印后制成包括耳道的縮尺人工頭，實(shí)現(xiàn)了將1/8英寸麥克風(fēng)內(nèi)置在縮尺人工頭內(nèi)的新方法。
[0017]本發(fā)明可以應(yīng)用在建筑聲學(xué)縮尺模型空間感參數(shù)的測定，建筑聲學(xué)縮尺模型可聽化技術(shù)的研究上，制造過程簡單，仿真程度高，測試數(shù)值精確。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明足尺標(biāo)準(zhǔn)人工頭原型的三維掃描點(diǎn)云示意圖。
[0019]圖2為本發(fā)明人工頭的精確三維曲面數(shù)字模型示意圖。
[0020]圖3為本發(fā)明1:10縮尺人工頭的主視示意圖。
[0021]圖4為本發(fā)明1:10縮尺人工頭的側(cè)視示意圖。
[0022]圖5為本發(fā)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(shí)間差波形圖。
[0025]圖中:1_傳聲器；2-耳道；3-轉(zhuǎn)接頭。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明的發(fā)明目的作進(jìn)一步詳細(xì)地描述，實(shí)施例不能在此一一贅述，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不因此限定于以下實(shí)施例。
[0027]—種建筑聲學(xué)1:10縮尺人工頭的制作方法，包括步驟:
[0028]A.采用三維激光掃描儀對足尺標(biāo)準(zhǔn)人工頭原型進(jìn)行掃描，如01dB-MK2B足尺標(biāo)準(zhǔn)人工頭原型，所述掃描儀標(biāo)祀獲取精度為土 1.5mm,掃描時(shí)最小米樣密度〈1mm,分三部分對人頭進(jìn)行掃描，并將掃描的數(shù)據(jù)文件保持為DXF文件，所述DXF文件以點(diǎn)云的方式包含了足尺標(biāo)準(zhǔn)人工頭原型的三維信息(見圖1);
[0029]B.將所述DXF文件導(dǎo)入3DMAX進(jìn)行三維面片編輯處理，得到人工頭的精確三維曲面數(shù)字模型，建模時(shí)在人頭內(nèi)預(yù)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(shè)計(jì)完成后的三維數(shù)字模型通過3D打印機(jī)按比例縮放制作出1:10縮尺人工頭，所述3D打印機(jī)采用三維快速成型機(jī)，打印的原材料為石膏粉，本實(shí)施例縮尺人工頭的高度為52mm，打印時(shí)每0.1mm鋪一層膠水，整個(gè)打印過程共需鋪設(shè)520層膠水(見圖3、4)；
[0031 ] D.將兩只連接有轉(zhuǎn)接頭3的傳聲器I垂直置入1:10縮尺人工頭預(yù)留的耳道2內(nèi)作為模擬足尺人頭的雙耳信號接收器，本實(shí)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，可測量頻率范圍為6.5Hz~140kHz，動(dòng)態(tài)范圍為 52.2 ~168dB。(見圖 5)。
[0032]E.向1:10縮尺人工頭的胸腔內(nèi)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(jù)本專利技術(shù)制作的1:10縮尺人工頭的進(jìn)行相關(guān)測試并獲取實(shí)測結(jié)果如下:
[0034]雙耳時(shí)間差(Interaural Time Difference, ITD)的定義是聲波從聲源傳輸?shù)诫p耳的時(shí)間差異，它是一個(gè)重要的方向定位因素，與人工頭的細(xì)節(jié)尺寸有關(guān)。測試該1:10縮尺人工頭與足尺人工頭的ITDcorre的結(jié)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(xiàn)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(jì)算結(jié)果見表1和表2，最大值均出現(xiàn)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(jì)算結(jié)果:
[0037]
【權(quán)利要求】
1.一種建筑聲學(xué)1:10縮尺人工頭的制作方法，其特征在于，包括步驟: A.采用三維激光掃描儀對足尺標(biāo)準(zhǔn)人工頭原型進(jìn)行掃描，所述掃描儀標(biāo)靶獲取精度為± 1.5mm,掃描時(shí)最小米樣密度〈1mm,分三部分對人頭進(jìn)行掃描,并將掃描的數(shù)據(jù)文件保持為DXF文件，所述DXF文件以點(diǎn)云的方式包含了足尺標(biāo)準(zhǔn)人工頭原型的三維信息； B.將所述DXF文件導(dǎo)入3DMAX進(jìn)行三維面片編輯處理，得到人工頭的精確三維曲面數(shù)字模型，建模時(shí)在人頭內(nèi)預(yù)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(shè)計(jì)完成后的三維數(shù)字模型通過3D打印機(jī)按比例縮放制作出1:10縮尺人工頭，所述3D打印機(jī)采用三維快速成型機(jī)，打印的原材料為石膏粉； D.將兩只連接有轉(zhuǎn)接頭(3)的傳聲器I垂直置入1:10縮尺人工頭預(yù)留的耳道(2)內(nèi)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(nèi)塞入填充物，所述填充物為吸聲海綿或PP棉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種建筑聲學(xué)1:10縮尺人工頭的制作方法，其特征在于:所述縮尺人工頭的高度為52mm，打印時(shí)每0.1mm鋪一層膠水，整個(gè)打印過程共需鋪設(shè)520層膠水。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種建筑聲學(xué)1:10縮尺人工頭的制作方法，其特征在于: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(yōu)先權(quán)日:2014年3月17日
【發(fā)明者】孫海濤, 趙越喆, 吳碩賢 申請人:華南理工大學(xué)