EASE Focus聲學(xué)仿真實(shí)現(xiàn)中小型室內(nèi)廳堂線陣列音箱的設(shè)置

劉 青 傅圣雪

中國(guó)海洋大學(xué) 山東青島 266100

EASE Focus聲學(xué)仿真實(shí)現(xiàn)中小型室內(nèi)廳堂線陣列音箱的設(shè)置

劉 青 傅圣雪

中國(guó)海洋大學(xué) 山東青島 266100

以青島國(guó)際學(xué)校多功能廳為研究背景，利用EASE Focus聲學(xué)設(shè)計(jì)軟件對(duì)國(guó)際學(xué)校的多功能廳進(jìn)行線陣列揚(yáng)聲器的配置，找出線長(zhǎng)適合中小型室內(nèi)廳堂演出的線陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)，以得到良好的語(yǔ)言清晰度。

多功能廳；EASE Focus軟件；線陣列揚(yáng)聲器

Abstract: In this article, based on the background of multi-functional hall of Qingdao international school and using EASE Focus acoustical design software, we have studied line array speaker. Through that, we f nd a suitable line array speaker to the performance in small and medium-sized indoor hall with good high language articulation.

Key words: the multi-functional hall; EASE Focus software; line array speaker

線陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)目前廣泛應(yīng)用于室外擴(kuò)聲、大型室內(nèi)建筑，如中國(guó)海洋大學(xué)體育館成功利用了短線陣列。在普通中小型室內(nèi)廳堂采用短線陣列、中線陣列也漸漸引起人們的重視。對(duì)于線陣列的研究主要運(yùn)用EASE及EASE Focus設(shè)計(jì)軟件，前者是德國(guó)ADA公司出品的一個(gè)建筑聲學(xué)模擬軟件，后者則是其姊妹公司SDA出品的一個(gè)關(guān)于線性陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)的聲場(chǎng)模擬軟件，它是一種基于二維空間定位投射的專(zhuān)用線陣列聲學(xué)仿真軟件。

青島國(guó)際學(xué)校是一所設(shè)施一流、教育資源豐富的學(xué)校，其中建設(shè)的多功能廳已經(jīng)完成(如圖1所示)，主要滿足會(huì)議、語(yǔ)言聲的需求。在研究過(guò)程中，我們首先量取了國(guó)際學(xué)校多功能廳各個(gè)聽(tīng)音面的尺寸，根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)在專(zhuān)用線陣列聲學(xué)仿真軟件EASE Focus中建模。以使中場(chǎng)觀眾區(qū)獲得最佳的聽(tīng)音效果為評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，制定了兩種討論方案：選用了短線、中線兩種方案(分別是4個(gè)、8個(gè)音箱單元)進(jìn)行仿真。最后根據(jù)仿真的結(jié)果，比較兩種方案在各頻率段的聲壓級(jí)及頻率響應(yīng)曲線，結(jié)合性?xún)r(jià)比得出討論的結(jié)果，并分析最終選用方案的優(yōu)劣之處和優(yōu)化方法。

圖1 青島國(guó)際學(xué)校多功能廳

在EASE Focus的NEW PROJECT列表中，有QSC公司的ILA系列和WIDELINE系列的線陣列揚(yáng)聲器可供選擇。對(duì)國(guó)際學(xué)校多功能廳配置了ILA系列的線陣列揚(yáng)聲器(如圖2所示)，其主要指標(biāo)見(jiàn)表1。選擇此系列揚(yáng)聲器系統(tǒng)是因?yàn)樗?jīng)濟(jì)實(shí)用且易于安裝的懸掛系統(tǒng)，還有足夠的陣列調(diào)整余量，其低頻范圍也足夠滿足語(yǔ)音和大部分音樂(lè)的使用要求，可以實(shí)現(xiàn)多功能廳的多功能性。

圖2 ILA系列線陣列揚(yáng)聲器

表1 所選線陣列揚(yáng)聲器主要指標(biāo)

1 國(guó)際學(xué)校測(cè)量數(shù)據(jù)

此多功能廳總長(zhǎng)為30m，高為7.9m，從舞臺(tái)口至大廳后墻為觀眾區(qū)，總長(zhǎng)為24m，寬度為16.6m，大致分為3個(gè)部分：舞臺(tái)前區(qū)、中場(chǎng)觀眾區(qū)、后場(chǎng)觀眾區(qū)。其中，舞臺(tái)前區(qū)長(zhǎng)為3.5m；觀眾區(qū)呈階梯狀，每階高為0.092m，長(zhǎng)1.3m，共17排座椅，前8排位于中場(chǎng)(如圖3所示)。

圖3 多功能廳布局示意圖

2 EASE Focus聲場(chǎng)仿真

2.1 統(tǒng)一的參數(shù)

(1)在統(tǒng)一的外界環(huán)境參數(shù)下分別進(jìn)行仿真，如溫度、大氣壓力、濕度等。

(2)線陣列揚(yáng)聲器的懸掛高度均為h=6m(此多功能廳舞臺(tái)上方梁高即為6m)；各音響單元增益均調(diào)至最大0dB；Array Presets選項(xiàng)選擇J-Array。

(3)軟件有事先預(yù)制好的幾種聽(tīng)音場(chǎng)地模式，由于研究的是室內(nèi)封閉聲場(chǎng)，我們只需在“Venue Presets”選項(xiàng)中選擇“Hall”，即禮堂(大廳)模型，而非軟件默認(rèn)的“open air”選項(xiàng)(戶(hù)外露天聽(tīng)音場(chǎng)地)。

(4)使用F9鍵調(diào)出軟件選項(xiàng)菜單，在ear heights(人耳聽(tīng)音平面)設(shè)置“聽(tīng)音面”的高度?！奥?tīng)音面”位于觀眾座位區(qū)上方，是距離地面1.2m的一個(gè)虛擬平面，是計(jì)算和顯示廳堂聲學(xué)特性的一個(gè)重要指標(biāo)。結(jié)合此多功能廳的面積考慮，把其聽(tīng)音面大致分為兩個(gè)部分：中場(chǎng)觀眾區(qū)和后場(chǎng)觀眾區(qū)。值得注意的是，由于此多功能廳觀眾區(qū)地面為階梯分布，所以它的聽(tīng)音面也是由前至后逐漸升高的斜面。

2.2 仿真結(jié)果對(duì)比

2.2.1 同一頻率段內(nèi)的組合直達(dá)聲壓電平

在這里，我們首先選取3個(gè)典型的頻率段，分別為125Hz to 250Hz，500Hz to 1KHz，2KHz to 4KHz；然后分別在上面3個(gè)頻率段內(nèi)觀察、對(duì)比短線及中線陣列在每個(gè)頻率段內(nèi)的組合直達(dá)聲壓電平。仿真結(jié)果如圖4圖5所示。

圖4 使用短線陣列后的組合直達(dá)聲壓電平

圖5 使用中線陣列后的組合直達(dá)聲壓電平

從圖4和圖5可以看出，對(duì)于低、中頻而言，使用短線陣列和中線陣列后的組合直達(dá)聲電平曲線均比較平滑，組合直達(dá)聲電平最高值與最低值差別不大。但是對(duì)于高頻而言，舞臺(tái)前區(qū)在使用短線陣列情況下的組合直達(dá)聲壓電平波動(dòng)較大。

2.2.2 中、后場(chǎng)觀眾區(qū)在同一頻率段內(nèi)的聲壓對(duì)比

考慮中、后場(chǎng)是因?yàn)槲覀円话氵x取線陣列揚(yáng)聲器的原則是使聲音盡量向遠(yuǎn)的地方傳播，即線陣列揚(yáng)聲器的優(yōu)勢(shì)是把聲音往中后場(chǎng)傳送。在這里，我們同樣選取上述3個(gè)典型的頻率段，分別以中、后場(chǎng)觀眾區(qū)為例，觀察對(duì)比短線、中線陣列在每個(gè)頻率段內(nèi)的聲壓電平組合。

對(duì)比圖6和圖7可以看出，使用短線陣列和使用中線陣列對(duì)中場(chǎng)觀眾區(qū)處的聲壓影響沒(méi)有明顯差別。

圖6 中場(chǎng)使用短線陣列后的聲壓

圖7 中場(chǎng)使用中線陣列后的聲壓

從圖8和圖9可以看出，使用短線陣列的情況下，在中、低頻，后場(chǎng)聲壓不足96dB，對(duì)比短線陣列，中線陣列能較好地滿足聽(tīng)音要求。

圖8 后場(chǎng)使用短線陣列后的聲壓

圖9 后場(chǎng)使用中線陣列后的聲壓

2.2.3 頻率響應(yīng)的對(duì)比分析

用均衡調(diào)節(jié)工具條均衡后的頻率響應(yīng)曲線如圖10及圖11所示。其中，以125Hz為參考點(diǎn)，其頻響曲線對(duì)應(yīng)的值由大到小依次表示舞臺(tái)前區(qū)處的頻響、中場(chǎng)觀眾區(qū)處的頻響及后場(chǎng)觀眾區(qū)的頻響。

圖10 使用短線陣列后的均衡頻率響應(yīng)

圖11 使用中線陣列后的均衡頻率響應(yīng)

通過(guò)對(duì)比圖10和圖11可以看出，對(duì)于舞臺(tái)前區(qū)及后場(chǎng)觀眾區(qū)，短線陣列在全頻下前后聲壓差約9dB，中線陣列僅相差約為3dB；對(duì)于中場(chǎng)觀眾區(qū)處，短線陣列在全頻下聲壓差也高達(dá)15dB，中線陣列頻響曲線在全頻下的聲壓差約為8dB。但是總體而言，中線陣列揚(yáng)聲器組合的頻率響應(yīng)曲線較為理想。

3 結(jié)束語(yǔ)

從EASE Focus仿真的結(jié)果看來(lái),中線陣列比較適合國(guó)際學(xué)校多功能廳選用。仿真前我們是將每個(gè)音箱單元的增益都調(diào)至最大0dB,其可調(diào)范圍為－60～0dB,因此,在現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)只需對(duì)聲壓進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié),便可更加完善地滿足聽(tīng)音要求。

唯一不足的是，較之4個(gè)音箱單元的短線陣列，其成本相對(duì)較高，所以我們?cè)趪?guó)際學(xué)校多功能廳內(nèi)最終只選用了2組中線陣列。此外，EASE Focus軟件在使用中還有許多細(xì)節(jié)需要完善，如水平覆蓋角度的估算調(diào)整等。

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Line array speaker’s setting in the small and medium-sized indoor hall with the EASE Focus simulation

Liu qing, Fu shengxue
Ocean university of China, Qingdao, 266100, China

2011-01-04 稿件編號(hào)：1101010

劉青,在讀碩士研究生。傅圣雪,本科,教授。