一种建筑声学1:10缩尺人工头的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种建筑声学1:10缩尺人工头的制作方法，包括步骤：A.采用三维激光扫描仪对足尺标准人工头原型进行扫描，并将扫描的数据文件保持为DXF文件；B.将所述DXF文件导入3DMAX进行三维面片编辑处理，得到人工头的精确三维曲面数字模型，建模时在人头内预留耳道；C.将设计完成后的三维数字模型通过3D打印机按比例缩放制作出1:10缩尺人工头；D.将两只连接有转接头的传声器垂直置入1:10缩尺人工头预留的耳道内作为模拟足尺人头的双耳信号接收器；E.向1:10缩尺人工头的胸腔内塞入填充物。本发明的1:10缩尺人工头可用于声学缩尺模型实验中厅堂空间感参数的测量并有望应用于可听化技术。
【专利说明】一种建筑声学1:10缩尺人工头的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及建筑声学缩尺模型空间感参数的测定技术，具体涉及一种建筑声学1:10缩尺人工头的制作方法。
【背景技术】
[0002]缩尺模型实验是建筑声学主要预测手段之一。国际上对于超过1500座的以自然声演出为主的厅堂通常要做声学缩尺模型实验。缩尺模型实验是将实际厅堂按照一定比例缩小，根据相似定律确定界面的对应材料，然后利用高频声源发声，通过记录模型中的脉冲响来进行声缺陷的判断和声学参数的预测。受声源和传声器的限制，缩尺模型实验通常只能用于单通道脉冲响应的测量，因此只能用于RT、EDT、C、D、G等基于单通道脉冲响应的声学参数的预测。如何通过模型实验精确获得厅堂空间感参数IACC及实现可听化是声学缩尺模型实验研究中的难点。
[0003]上世纪90年代初，Ning Xiang等学者将M序列用于缩尺模型实验，并制作了 1:10的简易缩尺人工头进行双耳脉冲响应的测量。2000年Takayuki Hidaka和LL Beranek在日本Tokyo Opera City(TOC)音乐厅声学设计中采用20mm直径的钢球模拟1:10缩尺人工头测量了缩尺双耳脉冲响应，并比较了模型测量、实测和计算机仿真的结果。2009年JinYong Jeon等韩国学者用21mm直径的钢球模拟1:10缩尺人工头，将两个1/8英寸传声器放置在钢球两侧左右对称位置接收双耳信号，探讨声场条件的改变对双耳互相关参数IACC的影响；但传声器未放置在耳道内，缩尺人工头与真实人工头仍有较大差别(见图6)。
[0004]由于目前国际上商用的最小的传声器的尺寸为1/8英寸(直径3.175mm)，按照1:10缩放的人头宽度仅15?16_，因此将传声器内置在人头内并构建左右对称的密闭耳道有相当大的难度，必须借助三维数字模型进行处理。
【发明内容】
[0005]针对上述技术问题，本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。
[0006]本发明的目的是提供一种制造过程简单，仿真程度高，测试数值精确的建筑声学1:10缩尺人工头的制作方法。
[0007]本发明采用如下技术方案实现的:
[0008]一种建筑声学1:10缩尺人工头的制作方法，包括步骤:
[0009]A.采用三维激光扫描仪对足尺标准人工头原型进行扫描，如01dB-MK2B足尺标准人工头原型，所述扫描仪标祀获取精度为土 1.5mm,扫描时最小米样密度〈1mm,分三部分对人头进行扫描，并将扫描的数据文件保持为DXF文件，所述DXF文件以点云的方式包含了足尺标准人工头原型的三维信息；
[0010]B.将所述DXF文件导入3DMAX进行三维面片编辑处理，得到人工头的精确三维曲面数字模型，建模时在人头内预留耳道，耳道开口朝下，直径为1/8英寸，以使得该尺寸的传声器垂直接入耳道(见图2);[0011]C.将设计完成后的三维数字模型通过3D打印机按比例缩放制作出1:10缩尺人工头，所述3D打印机采用三维快速成型机，打印的原材料为石膏粉(见图1);
[0012]D.将两只连接有转接头的传声器垂直置入1:10缩尺人工头预留的耳道内作为模拟足尺人头的双耳信号接收器；
[0013]E.向1:10缩尺人工头的胸腔内塞入填充物。
[0014]进一步地，所述缩尺人工头的高度为52_，打印时每0.1mm铺一层胶水，整个打印过程共需铺设520层胶水。
[0015]进一步地，所述传声器的型号为B&K4138，直径为1/8英寸。
[0016]本发明提出了一种综合利用现代三维扫描技术、3D建模技术和3D打印技术制作1:10缩尺人工头的方法。利用该技术，不仅可保证缩尺人工头面部、耳廓及躯干的精确尺寸，而且通过三维建模软件按照麦克风的尺寸建立了耳道的简化3D模型，通过3D打印后制成包括耳道的缩尺人工头，实现了将1/8英寸麦克风内置在缩尺人工头内的新方法。
[0017]本发明可以应用在建筑声学缩尺模型空间感参数的测定，建筑声学缩尺模型可听化技术的研究上，制造过程简单，仿真程度高，测试数值精确。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本发明足尺标准人工头原型的三维扫描点云示意图。
[0019]图2为本发明人工头的精确三维曲面数字模型示意图。
[0020]图3为本发明1:10缩尺人工头的主视示意图。
[0021]图4为本发明1:10缩尺人工头的侧视示意图。
[0022]图5为本发明1:10缩尺人工头的透视示意图。
[0023]图6为钢球模拟1:10缩尺人工头。
[0024]图7为缩尺与足尺人工头的双耳时间差波形图。
[0025]图中:1_传声器；2-耳道；3-转接头。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
[0027]—种建筑声学1:10缩尺人工头的制作方法，包括步骤:
[0028]A.采用三维激光扫描仪对足尺标准人工头原型进行扫描，如01dB-MK2B足尺标准人工头原型，所述扫描仪标祀获取精度为土 1.5mm,扫描时最小米样密度〈1mm,分三部分对人头进行扫描，并将扫描的数据文件保持为DXF文件，所述DXF文件以点云的方式包含了足尺标准人工头原型的三维信息(见图1);
[0029]B.将所述DXF文件导入3DMAX进行三维面片编辑处理，得到人工头的精确三维曲面数字模型，建模时在人头内预留耳道2，耳道2开口朝下，直径为1/8英寸，以使得该尺寸的传声器I垂直接入耳道(见图2);
[0030]C.将设计完成后的三维数字模型通过3D打印机按比例缩放制作出1:10缩尺人工头，所述3D打印机采用三维快速成型机，打印的原材料为石膏粉，本实施例缩尺人工头的高度为52mm，打印时每0.1mm铺一层胶水，整个打印过程共需铺设520层胶水(见图3、4)；
[0031 ] D.将两只连接有转接头3的传声器I垂直置入1:10缩尺人工头预留的耳道2内作为模拟足尺人头的双耳信号接收器，本实施例所述传声器I的型号为B&K4138，直径为1/8英寸，该传声器I的灵敏度为0.8~lmv/Pa，可测量频率范围为6.5Hz~140kHz，动态范围为 52.2 ~168dB。(见图 5)。
[0032]E.向1:10缩尺人工头的胸腔内塞入填充物，所述填充物可以为吸声海绵或PP棉。
[0033]下面通过对01dB-MK2B足尺人工头及依据本专利技术制作的1:10缩尺人工头的进行相关测试并获取实测结果如下:
[0034]双耳时间差(Interaural Time Difference, ITD)的定义是声波从声源传输到双耳的时间差异，它是一个重要的方向定位因素，与人工头的细节尺寸有关。测试该1:10缩尺人工头与足尺人工头的ITDcorre的结果如图7所示。从图中可以看出，缩尺人工头和足尺人工头的ITDcorre的最大值均出现在90°和270°位置，两者的曲线吻合较好。
[0035]双耳声压级差(Interaural Level Difference, ILD)为左耳与右耳的声压级差值，也是影响声源定位的重要因素之一。1:10缩尺人工头和足尺人工头的ILD的计算结果见表1和表2，最大值均出现在4KHz以上，60°~120°和-60°~-120°之间的位置。两者的ILD分布吻合较好。
[0036]表11:10缩尺人工头ILD (双耳声压级差)计算结果:
[0037]
【权利要求】
1.一种建筑声学1:10缩尺人工头的制作方法，其特征在于，包括步骤: A.采用三维激光扫描仪对足尺标准人工头原型进行扫描，所述扫描仪标靶获取精度为± 1.5mm,扫描时最小米样密度〈1mm,分三部分对人头进行扫描,并将扫描的数据文件保持为DXF文件，所述DXF文件以点云的方式包含了足尺标准人工头原型的三维信息； B.将所述DXF文件导入3DMAX进行三维面片编辑处理，得到人工头的精确三维曲面数字模型，建模时在人头内预留耳道(2)，耳道(2)开口朝下，直径为1/8英寸，以使得该尺寸的传声器(I)垂直接入耳道(2); C.将设计完成后的三维数字模型通过3D打印机按比例缩放制作出1:10缩尺人工头，所述3D打印机采用三维快速成型机，打印的原材料为石膏粉； D.将两只连接有转接头(3)的传声器I垂直置入1:10缩尺人工头预留的耳道(2)内作为模拟足尺人头的双耳信号接收器； E.向1:10缩尺人工头的胸腔内塞入填充物，所述填充物为吸声海绵或PP棉。
2.根据权利要求1所述的一种建筑声学1:10缩尺人工头的制作方法，其特征在于:所述缩尺人工头的高度为52mm，打印时每0.1mm铺一层胶水，整个打印过程共需铺设520层胶水。
3.根据权利要求1所述的一种建筑声学1:10缩尺人工头的制作方法，其特征在于:所述传声器(1)的型号为B&K4138，直径为1/8英寸。
【文档编号】B28B1/00GK103895086SQ201410098237
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年3月17日 优先权日:2014年3月17日
【发明者】孙海涛, 赵越喆, 吴硕贤 申请人:华南理工大学