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--  作者:紫金山天文台
--  发布时间:2006-4-27 11:56:04
--  建筑声学应用设计的最新进展
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。


--  作者:音响初哥
--  发布时间:2007-11-22 16:58:51
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