EASE軟件適用性及正確使用的探討

高玉龍

【摘要】探討EASE.C&件的適用范圍，以及使用中涉及適用房間的大小、吸聲材料數(shù)據(jù)庫和揚聲器數(shù)據(jù)庫等諸多方面需

要注意的問題，為廳堂擴聲系統(tǒng)工程總體布局產(chǎn)生思路，以指導工程實施。

【關鍵詞】EASE軟件；聲學設計；適用性；房間大??；聲場環(huán)境；聲學參數(shù)；模擬文章編號：10.3969/j.issn.1674-8239.2016.07.006

1 EAsE軟件的適用性討論

1.1適用房間大小

EASE軟件適用于聲學意義上的大房間，即處于臨界頻率以上。

1.2適用聲場環(huán)境

EASE軟件中包括標準運算模塊、計人反射的標準運算模塊和AURA運算模塊。

（1）標準運算模塊適用于均勻的擴散聲場

所謂均勻的擴散聲場就是，當封閉空間內(nèi)被激發(fā)起足夠多的簡正方式時，由于不同方式有各自特定的傳播方向，因而使達到空間內(nèi)某點的聲波包括各種可能的入射方向。在這種情況下，除在臨界距離內(nèi)的自由聲場區(qū)和距離界面1/4波長范圍內(nèi)的固定干涉區(qū)之外，空間內(nèi)各點的聲能密度相等；從各個方向到達某點的聲強相等；到達某點的各聲線之間的相位是無規(guī)則的。具備這樣特性的聲場稱為均勻擴散聲場。在以自然聲為主的音樂廳中為了充分利用有限的聲能，不采用強吸聲材料，適量增加反射和聲擴散，使聲場滿足均勻擴散聲場的要求。

在一般廳堂建筑中，獲得均勻的擴散聲場是十分困難的。因此，標準運算模塊由于嚴格的適用聲環(huán)境條件的限制，在采用擴聲系統(tǒng)的廳堂建筑中進行聲學參量模擬數(shù)據(jù)僅僅是粗線條的估算值。其結(jié)果很難和實際測量數(shù)據(jù)一致起來。

（2）計入反射的標準運算模塊適用于均勻的擴散聲場

由于計入反射的標準運算模塊是在前者的基礎上改進而來，適用于均勻的擴散聲場的前提條件沒有發(fā)生變化。因此，較前者的性能提升也是有限的，并沒有質(zhì)的改變。

（3）AURA運算模塊適用于非均勻的擴散聲場

所謂非均勻擴散聲場是指在采用擴聲系統(tǒng)的廳堂中，由于聲源揚聲器的強指向性，房間部分界面材料需要作強吸聲處理。這樣，當各個界面材料吸聲系數(shù)存在明顯差異造成表面聲阻抗率相差很大時，會使封閉空間內(nèi)的聲場分布不均勻。這種情況下的聲場稱為非均勻擴散聲場?，F(xiàn)時采用擴聲系統(tǒng)的各類廳堂聲場均屬于非均勻擴散聲場。因此，AURA運算模塊在這樣的聲場環(huán)境下，是可以有所作為的。它較之前兩者在性能方面有本質(zhì)的提升。其算法符合目前國際上的主流發(fā)展趨勢。

1.3聲學參量預測有效頻率范圍

究竟在什么頻率以上采用EASE軟件（AURA模塊）進行聲場模擬的結(jié)果才具有可信性，可以依據(jù)《小房間聲學設計及建筑聲學處理》2.2.4節(jié)介紹的給出房間穩(wěn)態(tài)響應頻率區(qū)段特征圖，按照頻率從低至高分別劃分為壓力區(qū)、簡正模式區(qū)、擴散區(qū)、鏡像反射區(qū)。

在簡正模式區(qū)（聲學小房間）可以通過控制矩形剛性房間的長、寬、高比例降低駐波簡并現(xiàn)象可能造成的不利影響；在聲場擴散區(qū)（聲學大房間）可以進行房間混響時間計算；在鏡像反射區(qū)可以進行聲學參量模擬運算。

包括EASE軟件AURA運算模塊在內(nèi)的各類聲場模擬軟件，進行聲場模擬的運算法則大都采用聲線跟蹤法、虛聲源法、混合法等。這些運算法則是基于房間各個界面都是鏡像反射面的前提下進行的。

也就是說，只有當工作頻率高于四倍臨界頻率（f_c）以上時房間聲場才真正進入鏡像反射區(qū)。AURA運算模塊在這一條件下，才滿足該模塊所用算法正常運行的先決條件。此時聲學參量計算（預測）的數(shù)據(jù)才具有較高的可信度。

如果把音樂系統(tǒng)房間臨界頻率設定為30 Hz，那么只有當工作頻率高于120 Hz時，AURA模塊預測的聲學參量才是可信的。如果把語言系統(tǒng)房間臨界頻率設定為80 Hz，那么只有當工作頻率高于320 Hz時，AURA模塊預測的聲學參量才是可信的。如果把某小會議室臨界頻率設定為125 Hz，那么只有當工作頻率高于500 Hz時，AURA模塊預測的聲學參量才是可信的，而低于500 Hz的頻率運算數(shù)據(jù)視為無效數(shù)據(jù)，不予采信。

聲場模擬軟件僅僅適用于中、高頻頻率就是這個道理，故小尺度房間要慎用軟件聲學參量模擬功能。

2 EASE軟件的iE確使用

在廳堂擴聲系統(tǒng)工程設計中，大多采用聲學模擬軟件EASE進行室內(nèi)聲環(huán)境設置和揚聲器布置，進而對工程完成后的室內(nèi)一些聲學參量做出預測，用于廳堂擴聲系統(tǒng)工程投標中。然而這里最重要的一點就是要正確使用EASE軟件。有鑒于此，就需要對使用EASE軟件中的一些注意事項進行深入討論。這些注意事項涉及正版EASE軟件的版本配置，涉及適用房間的大小、吸聲材料數(shù)據(jù)庫和揚聲器數(shù)據(jù)庫等諸多方面。只有正確把握EASE的使用，才能更好地服務于廳堂聲學設計。

2.1正版EASE軟件的版本配置

EASE軟件有初級版、低端完全版、高端完全版幾種不同模塊的配置。其高端完全版用于聲學設計，可提供可信度較高的聲學參量預測數(shù)據(jù)，支持ISO3382-1997標準，并且經(jīng)過預測結(jié)果與實際測試結(jié)果的對比驗證。

2.2 EASE軟件適用房間

凡是符合聲學大房間要求的房間，均可以采用EASE軟件進行房間建聲設計，進行揚聲器擺放和聲學參量模擬。但是所模擬的聲學參量數(shù)據(jù)要滿足工作頻率高于4f_c，其數(shù)據(jù)才是有效數(shù)據(jù)。

2.3吸聲材料的設置問題

在廳堂建模過程中，能否正確運用吸聲材料數(shù)據(jù)庫來設置房間吸聲材料，從而改變房間的混響時間滿足相關國家標準GB/T 50356—2005《劇場、電影院和多用途廳堂建筑聲學設計規(guī)范》的要求，是采用EASE軟件進行建聲設計，營造廳堂良好聲學環(huán)境，繼而為聲學參量模擬奠定基礎的重要步驟。

在實際操作中，模型設置也有一些具體問題需要處理。

（1）體育場頂部聲學處理

體育場頂部是開放空間，如果不加處理就無法進行房間封閉，因而也就不能進行聲場模擬。事實上，聲音傳播到體育場的頂部就一去不復返了，換言之，相當于聲音被全部吸收。所以把體育場頂部作為一個面，吸聲材料設置為absorber（即全吸聲）就可以使房間封閉。

（2）劇場臺口

常見的劇場建筑就屬于耦合空間，它是由觀眾廳和舞臺構(gòu)成。兩個房間通過臺口連接起來。根據(jù)GB/T50356—2005對觀眾廳滿場合適混響時間作出規(guī)定。觀眾廳容積計算以大幕線為界，即不包含舞臺空間。因此采用EASE軟件對劇場類房間進行建筑聲學設計時，只考慮觀眾廳聲環(huán)境的營造，并在此基礎上進行聲學參量預測，則存在一個問題，就是用于封閉觀眾廳的舞臺臺口如何進行聲學處理。

在《廳堂建筑音質(zhì)計算機輔助設計—EASE4.1使用詳解》中的永川文化藝術中心劇場觀眾廳混響時間設計計算表，第8項“舞臺口”給出各個頻率所對應的吸聲系數(shù)：

舞臺臺口0.3/125 Hz，0.3/250 Hz，0.4/500 Hz，0.4/1000 Hz，0.5/2000 Hz、0.5/4000 Hz。

該臺口面積為144 m²，在該面積上采用上述吸聲系數(shù)計算其吸聲量，以便實現(xiàn)對觀眾廳的封閉。

（3）地鐵站臺出入口

一封閉式地鐵站臺公共廣播系統(tǒng)建模，即站臺與軌道區(qū)采用玻璃幕墻及玻璃門隔開。該站臺空間容積大約10 000 m，使空間不能封閉的部分就是乘客出入口。這部分如何處理也是很重要的。從實際情況來看，該出入口上面還有建筑物，會對站臺部分產(chǎn)生一些聲反射，因此它與體育場頂部情況是有差別的。但是目前尚未獲得像舞臺臺口那樣的實測數(shù)據(jù)。在不得已的情況下，只能采用把吸聲材料設置為absorber以使空間封閉。幸好該出入口截面積不算太大，吸聲量計算的偏差對空間總體混響時間的影響比較輕微。

如果地鐵站臺不是封閉式的，就像原來北京地鐵1號線那樣是開放的，站臺與軌道區(qū)在同一空間內(nèi)。在這種情況下，除了考慮乘客出入口的聲學處理外，還要考慮地鐵列車進出通道口的封閉問題。地鐵列車進出通道口相對乘客出入口要簡單一些，直接設為absorber即可。

總之，在建模中進行吸聲材料的設置要面對許多問題，需要開動腦筋靈活應對。

2.4關于聲源設置問題

2.4.1型號的選用

在EASE建模中進行聲源揚聲器的設置問題，如果EASE揚聲器數(shù)據(jù)庫中沒有，例如所采用的揚聲器為國產(chǎn)揚聲器時，也可以在EASE軟件進行聲場模擬運算。根據(jù)該國產(chǎn)型號揚聲器的特性：①揚聲器數(shù)據(jù)庫最大聲壓級特性（綜合特性靈敏度與電功率）；②揚聲器三維指向性圖。在EASE軟件商品化揚聲器數(shù)據(jù)庫中找出相近型號的揚聲器代替即可。

2.4.2揚聲器擺放原則

（1）揚聲器擺放的位置和數(shù)量

揚聲器擺放的位置和數(shù)量要滿足在聽聲面上實現(xiàn)聲場均勻覆蓋為宗旨?？梢圆捎脴藴蔬\算模塊計算揚聲器覆蓋重疊數(shù)Lspk Overlap，盡可能不要超過1.5。因為超過該數(shù)值就有可能出現(xiàn)梳狀濾波器效應或其他有害影響。

（2）揚聲器功率的選擇

有幾個使用EASE作擴聲系統(tǒng)工程設計的朋友在不同場合分別跟筆者談到使用中的一些感受。其中按EASE程序算出的聲壓級能夠滿足設計要求，但是在現(xiàn)場實際測量中發(fā)現(xiàn)聲壓級普遍偏低而達不到設計要求。因此不得不再增加揚聲器數(shù)量或增加揚聲器功率。這是為什么？

通常根據(jù)額定功率選用揚聲器，因此以為EASE軟件也是按額定功率計算聲場聲壓級，按照這一思路布局所用揚聲器，但是實際情況并非如此。

EASE軟件是按最大功率（RMS平均功率）作為揚聲器功率進行音質(zhì)參量計算的。而平均功率就是所謂的節(jié)目功率，是額定功率的兩倍。以此為基礎計算的聲壓級要比用額定功率計算的聲壓級高6 dB。當使用EASE軟件計算聲學參量時，這一點一定要清楚。因此在用EASE進行特性模擬時應預留出6 dB的裕量。

（3）揚聲器延時的設置

多只揚聲器在廳堂中布局時，需要保證在正前方（舞臺）主揚聲器的聲音首先到達。這就需要對遠離舞臺的揚聲器增加延時。具體做法是：只接通主揚聲器，然后采用標準運算模塊計算第一次到達時間[Arrival Time（First）]，并以ms顯示從揚聲器到達聽聲面上某點的直達聲時間，它在決定分布揚聲器系統(tǒng)需要的延時量極為有用。這個時間可以以等聲壓線方式顯示，用鼠標的右鍵點擊畫面可獲得確切的時間數(shù)據(jù)并寫在聽聲面上。在臨近后場需要作延時處理的揚聲器附近用鼠標的右鍵點擊，聽聲面顯示的時間就表示主揚聲器直達聲到達該點位的時間t₁，該點位的揚聲器所需延時量t₁就是τ₁+10 ms的裕量。當然這一裕量還可以再多一些。這樣就保證該點位附近的聽聲者首先聽到來自主揚聲器的聲音，從而達到聲像一致的效果。

2.5小結(jié)

綜上所述，運用吸聲材料數(shù)據(jù)庫進行房間界面吸聲材料設置，其設計數(shù)據(jù)可以用來指導聲學裝修施工。只有廳堂實際吸聲材料設置與建筑模型材料設置保持一致，才有可能使廳堂聲學參量的預測結(jié)果與實測結(jié)果相接近。

聲學設計的實際目的是對在一定聲環(huán)境的設置和揚聲器擺放位置條件下，對擴聲系統(tǒng)所能達到的聲學指標有一個預期值，看一看這個預期值是否符合需要，為廳堂擴聲系統(tǒng)工程總體布局（包括聲學環(huán)境的設置、揚聲器選型、布局方案）產(chǎn)生一個明確的思路，從而用以指導工程實施。從某種意義上來講，采用EASE軟件進行聲學設計是自己進行科學決策的需要，設計方案是給自己看的，不是給別人看的。

聲學設計中的建筑聲學設計方案，可以提供給工程甲方為聲學裝修作為參考。如果參與擴聲系統(tǒng)工程的公司與建筑聲學裝修公司聯(lián)合參加投標，那么采用建筑聲學設計方案的可能性就非常大，除非是國家級的大項目可以實現(xiàn)建筑聲學設計和聲學裝修兩者的結(jié)合。然而作為普通項目而言，現(xiàn)實情況往往不盡人意，兩者彼此分離，如果通過溝通能夠?qū)β晫W裝修公司施加影響當然是理想的做法。