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、吸聲材料數據庫和揚聲器數據庫等諸多方面需

要注意的問題，為廳堂擴聲系統工程總體布局產生思路，以指導工程實施。

【關鍵詞】EASE軟件；聲學設計；適用性；房間大小；聲場環境；聲學參數；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，當封閉空間內被激發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，除在臨界距離內的自由聲場區和距離界面1/4波長范圍內的固定干涉區之外，空間內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境條件的限制，在采用擴聲系統的廳堂建筑中進行聲學參量模擬數據僅僅是粗線條的估算值。其結果很難和實際測量數據一致起來。

（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生變化。因此，較前者的性能提升也是有限的，并沒有質的改變。

（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。現時采用擴聲系統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境下，是可以有所作為的。它較之前兩者在性能方面有本質的提升。其算法符合目前國際上的主流發展趨勢。

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）進行聲場模擬的結果才具有可信性，可以依據《小房間聲學設計及建筑聲學處理》2.2.4節介紹的給出房間穩態響應頻率區段特征圖，按照頻率從低至高分別劃分為壓力區、簡正模式區、擴散區、鏡像反射區。

在簡正模式區（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象可能造成的不利影響；在聲場擴散區（聲學大房間）可以進行房間混響時間計算；在鏡像反射區可以進行聲學參量模擬運算。

包括EASE軟件AURA運算模塊在內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。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）的數據才具有較高的可信度。

如果把音樂系統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的頻率運算數據視為無效數據，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

在廳堂擴聲系統工程設計中，大多采用聲學模擬軟件EASE進行室內聲環境設置和揚聲器布置，進而對工程完成后的室內一些聲學參量做出預測，用于廳堂擴聲系統工程投標中。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、吸聲材料數據庫和揚聲器數據庫等諸多方面。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據，支持ISO3382-1997標準，并且經過預測結果與實際測試結果的對比驗證。

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據要滿足工作頻率高于4f_c，其數據才是有效數據。

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據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成。兩個房間通過臺口連接起來。根據GB/T50356—2005對觀眾廳滿場合適混響時間作出規定。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：

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計算其吸聲量，以便實現對觀眾廳的封閉。

（3）地鐵站臺出入口

一封閉式地鐵站臺公共廣播系統建模，即站臺與軌道區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據。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，站臺與軌道區在同一空間內。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揚聲器數據庫中沒有，例如所采用的揚聲器為國產揚聲器時，也可以在EASE軟件進行聲場模擬運算。根據該國產型號揚聲器的特性：①揚聲器數據庫最大聲壓級特性（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據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量

揚聲器擺放的位置和數量要滿足在聽聲面上實現聲場均勻覆蓋為宗旨。可以采用標準運算模塊計算揚聲器覆蓋重疊數Lspk Overlap，盡可能不要超過1.5。因為超過該數值就有可能出現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，但是在現場實際測量中發現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量或增加揚聲器功率。這是為什么？

通常根據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參量計算的。而平均功率就是所謂的節目功率，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據并寫在聽聲面上。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

綜上所述，運用吸聲材料數據庫進行房間界面吸聲材料設置，其設計數據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果與實測結果相接近。

聲學設計的實際目的是對在一定聲環境的設置和揚聲器擺放位置條件下，對擴聲系統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，為廳堂擴聲系統工程總體布局（包括聲學環境的設置、揚聲器選型、布局方案）產生一個明確的思路，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。如果參與擴聲系統工程的公司與建筑聲學裝修公司聯合參加投標，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建筑聲學設計和聲學裝修兩者的結合。然而作為普通項目而言，現實情況往往不盡人意，兩者彼此分離，如果通過溝通能夠對聲學裝修公司施加影響當然是理想的做法。