高玉龙

【摘要】探讨EASE.C&件的适用范围，以及使用中涉及适用房间的大小、吸声材料数据库和扬声器数据库等诸多方面需

要注意的问题，为厅堂扩声系统工程总体布局产生思路，以指导工程实施。

【关键词】EASE软件；声学设计；适用性；房间大小；声场环境；声学参数；模拟文章编号：10.3969/j.issn.1674-8239.2016.07.006

1 EAsE软件的适用性讨论

1.1适用房间大小

EASE软件适用于声学意义上的大房间，即处于临界频率以上。

1.2适用声场环境

EASE软件中包括标准运算模块、计人反射的标准运算模块和AURA运算模块。

（1）标准运算模块适用于均匀的扩散声场

所谓均匀的扩散声场就是，当封闭空间内被激发起足够多的简正方式时，由于不同方式有各自特定的传播方向，因而使达到空间内某点的声波包括各种可能的入射方向。在这种情况下，除在临界距离内的自由声场区和距离界面1/4波长范围内的固定干涉区之外，空间内各点的声能密度相等；从各个方向到达某点的声强相等；到达某点的各声线之间的相位是无规则的。具备这样特性的声场称为均匀扩散声场。在以自然声为主的音乐厅中为了充分利用有限的声能，不采用强吸声材料，适量增加反射和声扩散，使声场满足均匀扩散声场的要求。

在一般厅堂建筑中，获得均匀的扩散声场是十分困难的。因此，标准运算模块由于严格的适用声环境条件的限制，在采用扩声系统的厅堂建筑中进行声学参量模拟数据仅仅是粗线条的估算值。其结果很难和实际测量数据一致起来。

（2）计入反射的标准运算模块适用于均匀的扩散声场

由于计入反射的标准运算模块是在前者的基础上改进而来，适用于均匀的扩散声场的前提条件没有发生变化。因此，较前者的性能提升也是有限的，并没有质的改变。

（3）AURA运算模块适用于非均匀的扩散声场

所谓非均匀扩散声场是指在采用扩声系统的厅堂中，由于声源扬声器的强指向性，房间部分界面材料需要作强吸声处理。这样，当各个界面材料吸声系数存在明显差异造成表面声阻抗率相差很大时，会使封闭空间内的声场分布不均匀。这种情况下的声场称为非均匀扩散声场。现时采用扩声系统的各类厅堂声场均属于非均匀扩散声场。因此，AURA运算模块在这样的声场环境下，是可以有所作为的。它较之前两者在性能方面有本质的提升。其算法符合目前国际上的主流发展趋势。

1.3声学参量预测有效频率范围

究竟在什么频率以上采用EASE软件（AURA模块）进行声场模拟的结果才具有可信性，可以依据《小房间声学设计及建筑声学处理》2.2.4节介绍的给出房间稳态响应频率区段特征图，按照频率从低至高分别划分为压力区、简正模式区、扩散区、镜像反射区。

在简正模式区（声学小房间）可以通过控制矩形刚性房间的长、宽、高比例降低驻波简并现象可能造成的不利影响；在声场扩散区（声学大房间）可以进行房间混响时间计算；在镜像反射区可以进行声学参量模拟运算。

包括EASE软件AURA运算模块在内的各类声场模拟软件，进行声场模拟的运算法则大都采用声线跟踪法、虚声源法、混合法等。这些运算法则是基于房间各个界面都是镜像反射面的前提下进行的。

也就是说，只有当工作频率高于四倍临界频率（f_c）以上时房间声场才真正进入镜像反射区。AURA运算模块在这一条件下，才满足该模块所用算法正常运行的先决条件。此时声学参量计算（预测）的数据才具有较高的可信度。

如果把音乐系统房间临界频率设定为30 Hz，那么只有当工作频率高于120 Hz时，AURA模块预测的声学参量才是可信的。如果把语言系统房间临界频率设定为80 Hz，那么只有当工作频率高于320 Hz时，AURA模块预测的声学参量才是可信的。如果把某小会议室临界频率设定为125 Hz，那么只有当工作频率高于500 Hz时，AURA模块预测的声学参量才是可信的，而低于500 Hz的频率运算数据视为无效数据，不予采信。

声场模拟软件仅仅适用于中、高频频率就是这个道理，故小尺度房间要慎用软件声学参量模拟功能。

2 EASE软件的iE确使用

在厅堂扩声系统工程设计中，大多采用声学模拟软件EASE进行室内声环境设置和扬声器布置，进而对工程完成后的室内一些声学参量做出预测，用于厅堂扩声系统工程投标中。然而这里最重要的一点就是要正确使用EASE软件。有鉴于此，就需要对使用EASE软件中的一些注意事项进行深入讨论。这些注意事项涉及正版EASE软件的版本配置，涉及适用房间的大小、吸声材料数据库和扬声器数据库等诸多方面。只有正确把握EASE的使用，才能更好地服务于厅堂声学设计。

2.1正版EASE软件的版本配置

EASE软件有初级版、低端完全版、高端完全版几种不同模块的配置。其高端完全版用于声学设计，可提供可信度较高的声学参量预测数据，支持ISO3382-1997标准，并且经过预测结果与实际测试结果的对比验证。

2.2 EASE软件适用房间

凡是符合声学大房间要求的房间，均可以采用EASE软件进行房间建声设计，进行扬声器摆放和声学参量模拟。但是所模拟的声学参量数据要满足工作频率高于4f_c，其数据才是有效数据。

2.3吸声材料的设置问题

在厅堂建模过程中，能否正确运用吸声材料数据库来设置房间吸声材料，从而改变房间的混响时间满足相关国家标准GB/T 50356—2005《剧场、电影院和多用途厅堂建筑声学设计规范》的要求，是采用EASE软件进行建声设计，营造厅堂良好声学环境，继而为声学参量模拟奠定基础的重要步骤。

在实际操作中，模型设置也有一些具体问题需要处理。

（1）体育场顶部声学处理

体育场顶部是开放空间，如果不加处理就无法进行房间封闭，因而也就不能进行声场模拟。事实上，声音传播到体育场的顶部就一去不复返了，换言之，相当于声音被全部吸收。所以把体育场顶部作为一个面，吸声材料设置为absorber（即全吸声）就可以使房间封闭。

（2）剧场台口

常见的剧场建筑就属于耦合空间，它是由观众厅和舞台构成。两个房间通过台口连接起来。根据GB/T50356—2005对观众厅满场合适混响时间作出规定。观众厅容积计算以大幕线为界，即不包含舞台空间。因此采用EASE软件对剧场类房间进行建筑声学设计时，只考虑观众厅声环境的营造，并在此基础上进行声学参量预测，则存在一个问题，就是用于封闭观众厅的舞台台口如何进行声学处理。

在《厅堂建筑音质计算机辅助设计—EASE4.1使用详解》中的永川文化艺术中心剧场观众厅混响时间设计计算表，第8项“舞台口”给出各个频率所对应的吸声系数：

舞台台口0.3/125 Hz，0.3/250 Hz，0.4/500 Hz，0.4/1000 Hz，0.5/2000 Hz、0.5/4000 Hz。

该台口面积为144 m²，在该面积上采用上述吸声系数计算其吸声量，以便实现对观众厅的封闭。

（3）地铁站台出入口

一封闭式地铁站台公共广播系统建模，即站台与轨道区采用玻璃幕墙及玻璃门隔开。该站台空间容积大约10 000 m，使空间不能封闭的部分就是乘客出入口。这部分如何处理也是很重要的。从实际情况来看，该出入口上面还有建筑物，会对站台部分产生一些声反射，因此它与体育场顶部情况是有差别的。但是目前尚未获得像舞台台口那样的实测数据。在不得已的情况下，只能采用把吸声材料设置为absorber以使空间封闭。幸好该出入口截面积不算太大，吸声量计算的偏差对空间总体混响时间的影响比较轻微。

如果地铁站台不是封闭式的，就像原来北京地铁1号线那样是开放的，站台与轨道区在同一空间内。在这种情况下，除了考虑乘客出入口的声学处理外，还要考虑地铁列车进出通道口的封闭问题。地铁列车进出通道口相对乘客出入口要简单一些，直接设为absorber即可。

总之，在建模中进行吸声材料的设置要面对许多问题，需要开动脑筋灵活应对。

2.4关于声源设置问题

2.4.1型号的选用

在EASE建模中进行声源扬声器的设置问题，如果EASE扬声器数据库中没有，例如所采用的扬声器为国产扬声器时，也可以在EASE软件进行声场模拟运算。根据该国产型号扬声器的特性：①扬声器数据库最大声压级特性（综合特性灵敏度与电功率）；②扬声器三维指向性图。在EASE软件商品化扬声器数据库中找出相近型号的扬声器代替即可。

2.4.2扬声器摆放原则

（1）扬声器摆放的位置和数量

扬声器摆放的位置和数量要满足在听声面上实现声场均匀覆盖为宗旨。可以采用标准运算模块计算扬声器覆盖重叠数Lspk Overlap，尽可能不要超过1.5。因为超过该数值就有可能出现梳状滤波器效应或其他有害影响。

（2）扬声器功率的选择

有几个使用EASE作扩声系统工程设计的朋友在不同场合分别跟笔者谈到使用中的一些感受。其中按EASE程序算出的声压级能够满足设计要求，但是在现场实际测量中发现声压级普遍偏低而达不到设计要求。因此不得不再增加扬声器数量或增加扬声器功率。这是为什么？

通常根据额定功率选用扬声器，因此以为EASE软件也是按额定功率计算声场声压级，按照这一思路布局所用扬声器，但是实际情况并非如此。

EASE软件是按最大功率（RMS平均功率）作为扬声器功率进行音质参量计算的。而平均功率就是所谓的节目功率，是额定功率的两倍。以此为基础计算的声压级要比用额定功率计算的声压级高6 dB。当使用EASE软件计算声学参量时，这一点一定要清楚。因此在用EASE进行特性模拟时应预留出6 dB的裕量。

（3）扬声器延时的设置

多只扬声器在厅堂中布局时，需要保证在正前方（舞台）主扬声器的声音首先到达。这就需要对远离舞台的扬声器增加延时。具体做法是：只接通主扬声器，然后采用标准运算模块计算第一次到达时间[Arrival Time（First）]，并以ms显示从扬声器到达听声面上某点的直达声时间，它在决定分布扬声器系统需要的延时量极为有用。这个时间可以以等声压线方式显示，用鼠标的右键点击画面可获得确切的时间数据并写在听声面上。在临近后场需要作延时处理的扬声器附近用鼠标的右键点击，听声面显示的时间就表示主扬声器直达声到达该点位的时间t₁，该点位的扬声器所需延时量t₁就是τ₁+10 ms的裕量。当然这一裕量还可以再多一些。这样就保证该点位附近的听声者首先听到来自主扬声器的声音，从而达到声像一致的效果。

2.5小结

综上所述，运用吸声材料数据库进行房间界面吸声材料设置，其设计数据可以用来指导声学装修施工。只有厅堂实际吸声材料设置与建筑模型材料设置保持一致，才有可能使厅堂声学参量的预测结果与实测结果相接近。

声学设计的实际目的是对在一定声环境的设置和扬声器摆放位置条件下，对扩声系统所能达到的声学指标有一个预期值，看一看这个预期值是否符合需要，为厅堂扩声系统工程总体布局（包括声学环境的设置、扬声器选型、布局方案）产生一个明确的思路，从而用以指导工程实施。从某种意义上来讲，采用EASE软件进行声学设计是自己进行科学决策的需要，设计方案是给自己看的，不是给别人看的。

声学设计中的建筑声学设计方案，可以提供给工程甲方为声学装修作为参考。如果参与扩声系统工程的公司与建筑声学装修公司联合参加投标，那么采用建筑声学设计方案的可能性就非常大，除非是国家级的大项目可以实现建筑声学设计和声学装修两者的结合。然而作为普通项目而言，现实情况往往不尽人意，两者彼此分离，如果通过沟通能够对声学装修公司施加影响当然是理想的做法。