支持单位 - 中国环境产业协会噪声与振动控制专业委员会

EASE软件声学设计图例分析

文章发布2013年11月19 有1426人次访问
扩声系统声学特性计算机辅助设计

建声、电声系统声学特性计算机辅助设计应用计算机对厅堂建声和扩声系统声学特性进行辅助设计的实用系统软件源于八十年代中期的美国,以后国际上有名的公司相继开发出能适应不同品牌扬声器数据库的CAD软件,并不断完善计算方法和结果展示。最具代表性的有:美国JBL公司的CADP2、荷兰菲利浦公司的THE PHD PROGRAM、美国BOSS公司的THE SPEAKER、美国MARK IV S集团的ACOUSTA CADD和日本TOA公司与日本东京大学联合开发的CAD软件等。而今国际上最具盛名并广泛采用的是德国人在九十年代中期开发的通用数据库EASEElectro Acoustic Simulator for Engineers)设计软件。

声学CAD计算系统具有很好的可信度,如果厅堂的建声数据足够准确,CAD计算的数据与最终的电声实测结果相比较,其误差率可控制在±1dB(分贝)之内,对工程设计而言具有很好的指导性。

EASE设计软件计算和展示的主要内容有:

  建声特性125Hz8000 Hz的混响时间;

  扩声系统直达声场的最大声压级和声场分布(不均匀度);

  扩声系统混响声场的最大声压级和声场分布(不均匀度);

  辅音清晰度(Alcons)损失展示;

  快速传递指数(RASTI)展示;

  扬声器至听音者的直达声以及1N次反射声的“声域”路径展示;

  扬声器-3 dB/ -6dB/-9 dB覆盖范围角的声线展示;

本扩声系统的声学设计就是建立在业主方提供的图纸制作的的立体模型上,以相关的建筑参数、声学参数为依据,通过计算机分析、计算并得出准确的结果。这就意味着,无须等到工程结束后,才知道结果。换句话说:依据本设计方案所给出的音响设计及设计计算结果,已基本清楚看到了本观众区预期的扩声系统声学特性指标。

具体计算机辅助设计指标见彩图。

 

最大声压以及声场不均匀度计算

直达声是由声源直接到达听音点的声音,它是声音的最主要信息,在传播的途中,这部分声音不受室内界面的影响,直达声的声压强基本上按照与声源距离的平方成反比而衰减的,后图就是利用EASE计算并绘图表示出的指定的听音平面上的直达声场的声压级及声压分布分析,从图中可以看出,整个声场的声压分布最低从117dB(分贝)到最高118dB(分贝)之间,计算条件为在1000Hz1/3倍频程条件下计算。空气损耗在此计算中忽略不计,但这个结果在室内只是理论计算的数值,最终听音者听到的是直达声在近次反射声后陆续到达的,经过多次反射的声音也就是混响声场的计算结果,由于声波每入射、反射一次,界面都要吸收掉一部分声功率,混响声压是逐渐衰减的,在离声源较远时,混响声的声压强度对于接收点的声音强度起决定作用,对音质有着重要的影响。如图所示,整个场区的声压覆盖范围在114-118dB(分贝)之间,声场的不均匀可控制在4dB(分贝)之内,是非常优秀的期望值,在系统不变的情况下,由于建声条件的影响,

 

 

这个结果和实际系统完成后的测量值会有差异。

 

                       图一 1000HZ直达声压图            

语言清晰度计算

EASE的语言清晰度计算是基于建声上满足或接近图中的混响时间频响曲线,电声上选用的所有扬声器都处在正常的工作状态下采用RASTI法计算得出的期望值指数,RASTI法是客观评价厅堂语言可董度的,快速语言传输指数。与可懂度有关的语言传输质量是根据模拟实际讲话人声学特性的测试信号通过房间时的调制指数mi的降低确定的,测试信号由位于讲话人位置的声源传输到听音者人位置上的传声器,此处的调制指数是moRASTI法是基于满足以下几项要求的计算应用:1、基本上是线性语言传输(无削波等);2、宽带语言传输(典型值为200Hz—6KHz),因为此方法是以假定基本上是无限制的语言谱为基础的;3、背景噪声中不包含纯音,在倍频带频谱中,无明显的峰或谷;4、背景噪声无脉冲特征;5、混响时间随频率变化不太大时,以上是国家标准GB/7 4959-1995中厅堂扩声特性测量方法的依据,EASERASTI法是基于以上的测量方法而得出的数据,而且是国际电工委员会IEC和美国电子工业协会(EIA)通用的数据标准,这个RASTI指数对于没有受过训练的讲演者听众在复杂的听音情况下,此指数0.4—0.45为可以,0.45—0.5为好,0.5-0.55为良好,0.55-0.6优良,0.6—0.9为优秀,从图中看大厅的声场语言清晰度EASE计算分析图中,可以看到, RASTI的指数在0.62—0.7之间,经过EASE的计算获得非常优异的声音质量。

 

图二 语言清晰度0.71-0.77

混响场的EASE计算

从建声特性上讲,厅堂的混响时间对语言的清晰度有着至关重要的影响,所以厅堂最后装修之前,一定要明确混响时间的要求,也可以说在建声条件上要利用室内装修等手段将混响时间控制在我们预先计算的范围内,混响时间短,则语言清晰度高,当混响时间为0.5-1S左右时,清晰度可达最高。而且为使放音场地具有均匀的频率响应,即在高、中、低频段的吸声量不能有太大的差导,而获得最佳的厅堂房间的频响曲线,通过EASE封闭空间计算,各个频段的混响时间建声处理不好容易存在没有规律和过长情况,在声音重放时在建声上会严重影响语言的清晰度,为使系统在工作之前能有一个最佳的建声条件,从而获得我们期望的最佳混响时间频率响应曲线,这个混响时间频率响应曲线,我们通过EASE设计软件获得,用来作为对我们期望的混响时间结果预测的参考,从而为装修时的建声条件的设定提供指导性参考,我们通过EASE声学仿真设计软件,对大厅混响时间的计算可以看到在大厅中我们期望的混响时间在100Hz—10000Hz范围内,在0.34-1.21S之间,是我们设计的期望模拟值。此图可作为建筑和建声施工时的结果预测的参考依据。

图三 混响时间

音箱布置图

图四 音箱布置图(音箱布置是模拟出来的,具体安装位置还是需要到现场决定)

                              100Hz声压图

                                500Hz声压图

                                 1000Hz声压图

                                5000Hz声压图

                              10000Hz声压图

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