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建筑声学 应用设计的最新进展
 
慧聪网   2005年1月31日13时57分   信息来源:中国舞台设计网    

  由于近年来AV系统的兴起,对传统的室内声学设计方法提出了新的挑战,尤其是在各扬声器箱生产厂家的积极推动下,依托个人电脑性能的巨大发展,美国、德国的几家电声软件厂商开发了数种基于普通PC机的室内声学辅助设计软件包、虚拟测听软件包及电声测量软件(套件)组。

  一、室内声学辅助设计 建筑声学是一门古老的学科,而室内声学理论在廿世纪有了很大发展。然而,对于具体设计来说,长期以来无非通过声线几何作图、统计计算、模型测量这三种方法。 在实际使用这三种方法时,常会带来以下困惑:
 
  1、粗略的数值计算与过于简单的结果;

  2、复杂的作图、运算、仿造与严重的累积误差。 其实,早在1933年,德国人Spandock教授就试图在1/5的房间腔体模型内通过改变声源、传声器的位置来总结除混响时间以外的其它参数,可惜由于当时的技术能力所限,收获甚微。 1965年Schroeder等人开始在大型计算机中建立数学模型,人们对这一方法的认同是计算机参与室内声学设计的开端。但是,直到廿多年后的1986年,才出现了商品化的室内声学计算机辅助设计软件,一套由BOSE公司推出的基于APPLE机上的确定扬声器箱最佳位置的软件。由于这套软件仅适合PA用途,且库文件中只有BOSE本厂音箱的参数,因而未受到广泛的重视。

  资深的音响工作者可能知道,自九十年代后期,众多扬声器箱生产厂商如JBL、TOA、EAW、EV、Turbosound、Mayer、RCF等都推出了他们自己的"音箱位置、厅堂建声设计软件",而在这些软件的背后则都有一家由德国学者Rainer Feistel & Rostock 开发的EASE/EARS软件的影子。这些大公司的软件是否都是OEM?商业秘密,不得而知,但EASE/EARS至今仍是使用面最广、功能最多、支持声源最多的软件。 EASE发展至今已出到V3.0版本,它能完成室内声学的辅助设计。它所需要的参数分为声源及界面两大类。其中声源类参数着重为音箱考虑,需说明音箱的指向性因素Q值、指向坐标(分辨率为5度)、频响(100Hz-10Khz,精确到1/3OCT)、声中心。在音箱生产厂商的网页上,一般都提供EASE专用格式的库文件。另外一个重要参数是界面的吸声情况,主要是该材料的吸声值与频率的关系。

  对于房间实体的模型可以通过AutoCAD作图后,以AutoCAD的 *.DXF文件直接输入EASE系统,在EASE系统中确定各界面的特定材料,EASE即在3D视图中出现如左图像: 其中以较亮的色彩表示对声波吸收较少的材料,以较暗的颜色表示对声波吸收较多的材料。 完成以上输入后,就能开始为您解决一系列问题。

  1. 声源的声干涉 对于两个以上声源同时工作,为避免听众或传声器处于有干涉的干扰区,可以任意改变音源的位置、指向,并试看结果。

  2. 示直达声到任意点的延时,可用不同颜色表示出。

  3. 建立声线,得出直达声、反射声,并计算空气对高频的吸收及混响时间(RT60)等传统建声参数。

  4. 得出等声压区曲线图。目前,EASE 3.0版本只能在3 OCT、500Hz、1KHz、2KHz的频率范围内给出准确结果。笔者认为,500Hz、1KHz已能满足要求。因为实测时,仅在500Hz或1KHz中选一个频率即可。 为配合该公司的EARS,虚拟可听化声模型EASE与EARS还可以对声源与选定点的n条声线进行分析,并可得出以定向或以时域为基准的瞬态图表。这些参数对于EDT早期衰减的研究、运用很有帮助。 早在廿年代,人们就开始利用早期反射声来加强声源辐射功率的利用率,以最大限度提高原声或功率不大的电声器件的性能;到了五十年代,电声工作者尤其是录音师开始注意到早期反射声对直达声音质的改变作用,对听众暗示不同空间的作用。 八十年代,新的研究告诉我们,早期反射、早期衰减比混响时间更能反映空间信息。由于衰变的非线性过程,仅使用混响时间来表示不足以充分反映,尚缺乏一种通用的、反映早期衰减的量(曲线),所以象EASE得出的空间域、时间域的曲线是忠实的、可靠的。 结论形式: EARS是一种与EASE配合,完成虚拟建声模型可听化的软件。它也只需普通PC机。为输入输出音频信号,需加在Sound Blaster 兼容声卡。在这种配置下,它们能完成:

  1. 虚拟声学模型的环境音效(包括双耳立体声感觉)。

  2. 耳壳效应的运算。 它的基本运作过程是:先录制一段"干"的声效,输入声卡,变换到 .wav文件(厂商也提供数十种标准的 .wav文件),由EASE接口确定室内声学情况、声源(音箱)发声点、音箱型号等参数,并通过CPU运算,完成离线(off line)测听工作。它的实质是将声学模型的脉冲响应与标准人头相关数据函数卷积,得到双耳在声模型内脉冲响应,再与"干"信号卷积,合成为双耳信号,通过耳机重放。听者能听到在EASE系统中设计的结果。此外,EARS还能与JBL的CADP2提供与EASE基本相同的支持。 从这一类声学辅助设计软件、声学模型可听化软件中看到,目前这一领域的科学技术已逐步走向成熟与应用,对于应付复杂的室内声学设计具有周期短、效果可知性强、准确度高等优点。这一技术将在我国的广播、电视、录音、扩声等领域的设计中发挥其优势,以提高节目的声音质量。


 

 
 
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