肖永刚 梁志强

摘 要 本文利用EASE软件，建立某大学1#教学楼的101教室的声场模型，通过分析混响时间等声学指标，结果表明教室在满场情况下其混响时间有一定程度的减小，各个参量均与听音者在教室内的位置有关。对各个频率的混响时间进行分析发现了阶梯教室室内的主要音质缺陷，为以后阶梯教室的音质改造和试验研究奠定了基础。

关键词 EASE软件；混响时间；阶梯教室；音质评价

1 概述

准确预测房间的声学参数一直以来都是声学设计者的目的，声学模拟软件可以预测厅堂声学特性，评估和调整声学设计方案，因此，计算机声学辅助设计已成为当前声学领域的一种趋势[1]。在教室声学方面，由于EASE软件在电声和建声相结合方面的优势，它被较多的应用于教室声学的计算模拟。

EASE是为声学工程师设计的计算机模拟软件，自从90年代被德国ADA声学设计公司开发以来，已经在许多国家被注册使用。其主要功能为：扩声（特别是扬声器布置的方案设计）和建声的计算机辅助设计[1-2]。

2 多媒体阶梯教室的模拟

2.1 1#101多媒体阶梯教室的基本情况

本文以某大学1#教学楼的101阶梯教室为研究对象介绍EASE声学软件在教室声环境研究中的应用[2]。

101阶梯教室位于1#教学楼的东南角，其南面距体育场大概有10m的距离。该教室平面形式为递增的长方形，其前部宽为12m，后部宽为12.8m，长为15.8m，教室前部净高为4.3m，后随台阶逐渐减小，有七个台阶，每个台阶高为0.12m，教室后部高为3.46m。地面面积约为195.9m2，其中有126个座位，所占面积约为66.2m2，容积约为777.1m3。

2.2 教室的声场模型的建立

首先我们对101教室进行了现场实测，得到建模所需的数据，然后针对教室声场的音质特点，进行实例建模得到三维立体模型。如下图所示：其中绿色为听众区，红色座椅为试听位置，蓝色为扬声器，粉色为窗户，淡紫色为座席区，黑色为门，亮灰色为讲台和黑板。其具体模型如图1所示：

3 计算结果分析

3.1 混响时间的分析

首先利用软件模拟计算空场（教室内没有学生）情况下教室的混响时间，由模型分析可得教室空场时混响时间的频率特性曲线图，如图2所示：

从曲线趋势可以看出在低频时，实测的混响时间远远大于模拟的混响时间，但在中高频两者相差约在0.2s左右，用艾润混响时间公式作为多媒体阶梯教室混响时间的模拟计算更符合实际情况。同时，该教室在中高频的混响时间较长，这主要是教室未进行任何声学处理，且教室内墙及其他装修材料在中高频时对声能吸收较弱；在低频部分可以明显看出，实测的混响时间比模拟的混响时间长，这可能的原因是教室实际工况条件与模拟时理想工况条件的差异造成的。由于人耳对中高频声音较敏感，从上表可以看出，在中高频段，实测值和模拟计算结果有一些误差，偏离的范围在10%之内，这主要是因实测和仿真中使用的声源以及吸声材料的吸声系数有关，但总体来说误差在可接受的范围之内，所以采用EASE声学设计软件进行多媒体阶梯教室的声场分析是可行的。

再根据滿场与空场时，座席区吸声量的变化，模拟得到满场（教室内坐满学生）情况下教室的混响时间，可以得出不论是赛宾公式还是艾润公式，教室在满场情况下其混响时间有一定程度的减小，尤其是在高频部分，两者相差较大，约在0.2秒左右，但在低频部分，满场时对混响时间的影响相对较小，约在0.05秒左右。产生这种情况的主要原因是：教室内部涂刷的白浆与石膏水泥的吸声系数较小，抹灰的砖墙和光滑的地板其刚性面吸声系数更小，满场时座席区的吸声系数相对较大，与空场时相比，其在低频相差不大，但在高频时相差较大，因此就造成满场时对高频混响影响较大。同时由于本教室有电声设备，为避免学生就座率对扩声的影响，不仅要求室内有较低的混响时间，同时也要求在空场和满场的情况的混响时间大致相同，从这点来说，本教室的混响情况也相对较差。

3.2 其他各指标的计算结果的分析与汇总

在听众区，对1000Hz时二维的各个参量的等压线进行分析可以得出，由于扬声器布置于房间内对称的位置，各个参量的结果基本也都以房间中轴线为基准对称分布，对直达声声压级等压线，其在教室前部中间位置得到最大值，然后辐射减小，在教室后部两个角部得到最小值；对最大声声压级等压线，其教室前部的声压级较大，然后做圆弧辐射，到教室后部其声压级明显减小。综上对声压级的分析可知，对多媒体阶梯教室即是有扩声系统，依然是教室前部的声压级大于后部，只是由于电声的补充，其差值相对较小，对直达声约为5dB，对总声压级约为3dB，这样的差值对人耳听闻来说，没有明显的区别，所以此教室的声场均匀度较好。对C50的等压线分布，其在教室前部中间位置有最大值，然后依次辐射减小，在教室后部的两个角部得到最小值；对辅音清晰度损失率的等压线也存在类似的分布。由以上对各参量的分析可以看出，在教室不同位置各个参量的值并不相同，尤其在教室前排座席区差异较显著，说明教室内语言清晰度分布不均匀，这主要是因为声源具有指向性。各个参量均与听音者的位置有关。

4 结论

本文介绍了利用EASE软件对阶梯教室建模的基本情况。然后利用软件模拟计算得到空场和满场情况下各频率的赛宾和艾润公式混响时间，比较分析得到：用艾润公式混响时间与实际情况有较好的符合度；将空场与满场两种情况下的比较分析得到，教室在满场情况下其混响时间有一定程度的减小，尤其是在高频部分，两者相差较大；对各个参量在教室内不同位置的值分析得到，各个参量均与听音者在教室内的位置有关；此外，对各个频率的混响时间进行分析发现了阶梯教室室内的主要音质缺陷，为以后阶梯教室的音质改造和试验研究奠定了基础。

参考文献

[1]陈金京，王峥. 厅堂音质的模糊评判法—第五届物理会议论文集[M]，北京：中国建筑工业出版社，1987：22-28.

[2]王明臣. EASE软件建模的基本方法[J]，音响技术，2006，（12）：19-21.