建筑声学及电声学软件EAES--EASE3.0 高级运用之声场设计

声场设计是电声设计的核心。当我们绘制好模型之后，确立好了厅堂基本的吸声材料之后，就可以进行声场的设计工作了。通常情况下，声场设计主要的工作内容就是根据各种厅堂的结构类型来进行音箱的选型和分布形式的设计，后期还要根据声场的不同情况对建声环境和装饰材料做最终调整。

声场设计的原则
当我们拿到工程图纸的时候，在脑海中首先就可以大概确立扬声器系统的扩声形式。目前常用的扩声分布形式有：集中式、分散式、集中加分散式。当然，无论采用哪中分布形式，始终都要围绕以下几点来指导具体的设计：
1、根据不同类型的厅堂来定义合理的混响时间；
所谓定义合理的混响时间，是必须靠更改模型相关面的吸声材料来实现的。在实际工程的运作中，往往很多建筑材料并不是设计人员所能决定的，但是，我们可以在其他面上选择相应的材料来弥补现有的吸声材料所造成的不足。同时，在方案的设计说明中，我们要提出当前甲方使用此材料的不足，我们可以根据EASE模拟的结果给出合理的建议。
2、确定适当的声压级；
根据厅堂的面积、容积以及结构的不同，来选择相应不同类型的扬声器系统。不同性质的厅堂，根据级别的高低，声压级也不尽相同。具体内容请参照国家相关相关规定中的不同厅堂的声压级标准。这里，我们设计时主要考虑的是功率的大小以及灵敏度的高低。
3、保证声压均匀的覆盖整个听众区；
这跟扬声器的辐射特性、扬声器系统采用的分布方式以及房间是否存在声场缺陷有直接关系。另外，各扬声器的功率大小的分配也直接影响声压级分布是否均匀。
4、尽量减少声压的重叠与干涉；
这和扬声器的分布排列形式、指向角度、扬声器覆盖角度大小是密不可分的。特别是当多组音箱同时出现在同一声场时，此问题尤为严重。
5、达到较高的传声增益；
在声场中，扩声系统无论能达到多么高的声压级，当有话筒或声学乐器存在时，总是不能完全发挥。因此，传声增益始终是一个不容忽视的问题。特别是当会议系统中有多只话筒出现时，更应该从建声以及电声角度综合加以分析，避免啸叫的发生。
6、保证较高的语言清晰度；
只要解决好了直达声和混响声的比例问题，则清晰度往往就会有较为可观的值。
7、避免常见的声缺陷；
这是建声的基础工作，一旦发生诸如驻波、声聚焦、回声、梳妆滤波等现象，我们首先尽量从厅堂的结构上下手。如果土建不能动，那么我们可以从外观装修上下工夫，比如增加屏风、障板、吸声球、扩散体等等，破坏声缺陷的产生，提高扩声质量。
8、考虑甲方提出的特殊要求；
有时甲方会提出一些意想不到的特殊要求，比如：音箱不能吊装，某个地方有空调口，音箱只能隐藏，或者遇到某些墙面已经装修完毕不能破坏等等。这些都需要在你的方案中及时作出调整，并与装饰部门协做完成。
下面，我将通过常用的案例，用 EASE3.0 来分析何种情况下该采用何种分布形式，同时又是如何围绕以上8 条原则来展开设计的。
集中式扩声

这是一个体育馆。 

由于此体育馆的观众席位较多，而且上下看台跨度较大，如果音箱用分散式来覆盖观众席，虽然可以达到要求，但是安装施工的工程量非常大的。而且信号远距离传输的损耗也是不容忽视的。而且这一问题目前在业界已经变得越来越突出了，特别是模拟音频的传输损耗。再
加之如果用分散式分布，体育馆顶层的构架的安装方式可能会影响观众的视线，更严重的是在最下面一排观众席上的观众会感觉声音从头顶上传下来的，显然，声像定位不一致，这是不可取的。如图2， 

这是不太合理的设计。除非万般无奈，一般我们不建议这样吊挂。基于这样众多因素的考虑，当体育馆在建设时，一般都会考虑到这些，当然考虑的还会有体育馆的灯光照明和大屏幕的投影显示等问题，因此采用集中分布方式就成了最常用的方式。集中式安装的好处是，系统安装调试和管理方便、传输损耗小、声像定位一致、覆盖均匀度较好。让我们具体结合这个实例，来看看如何设计音箱的摆放才能满足标准规定的要求。
    特别说明：为了大家能更方便的亲自动手学习本文章中的案例，我已经把这些案例放到中国音响设计网上了，地址是www.xycad.com, 没有这些案例的朋友，请到此网站下载，然后跟着我一步步来操作，这样将更有利于大家的学习。
    当采用集中扩声方式而且投射距离又比较远时，我们一般均采用远程音箱来覆盖。因为远程音箱的辐射角度都很小，这样能量集中，所以辐射的更远，而且辐射角度小同样可以减少相互的声干涉问题。同时音箱的承受功率和灵敏度都要很高，否则由于远距离辐射的衰减，当声音到达观众区域是将会变的很弱，则声压级不达标。现在我们打开此案例，启动EASE 的Edit Project Date 程序。我们的设计思路是在中间吊挂两组远程音箱，分别指向四周看台的上下两个区域的观众层。这里远程音箱选用了Peavey 的6 只QF2212A，用于东西方向远程投射,Meyer Sound 的4 只CQ-1 来覆盖南北方向的观众区域。选中图中扬声器S1 

然后按F4（或者选择Properties）打开其属性，定义它的三维坐标数值是（0.5,-6,16）m,水平指向角度是35 度，垂直指向角度是4度。这里需要注意的是，平常的扬声器的垂直指向均的负值，即是指向下方的，这里却指向了上方。这是由于扬声器的位置比较靠下，而观众席位却相对很高，所以扬声器的辐射方向必须朝上。但是我们应该更小心的处理和设计扬声器的高度和它向上的指向角度，因为处理不好很容易造成后面的观众被前面的观众所阻挡，这是绝对不允许的。也就是说扬声器的吊挂高度相对与上层观众席不能太低。那会不会越高越好呢？当然也不是，因为扬声器一旦太高，声音会被顶层的天花所阻挡。如何知晓？依据是什么？凭经验还是感觉？虽然大家都知道此音箱的水平和垂直角度，但那是理论值，怎样在模型中直观的显示出来，在设计时实时供我们参考呢？回答是可以的。EASE3.0 为我们提供了一个非常有用的显示工具：按F9 选择How to Draw 选项卡，在右下角有个Aiming 选项。这里显示的就是以扬声器中心指向轴向四周衰减不同分贝值后的覆射角度。图中分别列出了-3dB-6dB-9dB 的情况，也可以对不同频率段进行选择，以供设计时参考。这里我们选择-3dB，然后确定。如你所见，你会看到次扬声器在-3dB 的衰减下的覆盖情况。如果没有看到显示情况，请把扬声器属性页中的Show dB Cov.Cone 选中。经过我们的位置和指向角度的调整，现在可以清晰的看到扬声器的主要辐射区域已经覆盖在想要的观众席上了。你可以任意旋转模型进行多方位的三维观察。这其实就是我们在进行声场不均匀度的设计时的设计依据。大家也可以看看-6dB的覆盖情况，很显然-6dB 的覆盖范围会变的更大。现在来看其他的9 只音箱的设置。他们的属性分别如下表：

 这是 EASE 的标准模拟程序。这里可以模拟不同频率段下的等声压级线（可以理解为扬声器的覆盖范围）初始到达时间、声压级、声场不均匀度、直达声场、C 参数（直混比）、L 参数（不同时间段内的声压级），以辅音清晰度和语言清晰度的模拟。记住，模拟之前必须先打开所有的扬声器：点击工具栏中的小喇叭图标，选中所有的扬声器，点击确定。然后选择MappingTotal SPL 来看看声压级的分布情况（点击快捷菜单中的图标也可以）。经过几秒钟的运算，得出了他的声压分布图。如果你的模拟效果不同，请注意选择模拟频率段是2000Hz。

分散式扩声

    分散式扩声最常见的就是用于大型的体育场馆、广场、地铁或者公共广播系统等场合。在会议系统和DISCO 厅里也常常采用这种方式。由于这些地方往往扩声面积较大，活动区域很广，用集中式是很不现实的。为了能更更好的解决覆盖的均匀度，减少混响声对清晰度的影响，则一般以较多的扬声器（组）均匀分布扩声区，以增强直达声，提高清晰度。本人在以往的文章中曾介绍过关于分布式系统的设计，讲的就是此类型的运用。请大家参见本刊以前相关的文章。虽然软件不一样，但原理是一样的，这里就不在重复介绍了。以下是常见的分散式扩声案例，供大家设计参考。第一个案例是大型会议室，采用的是专用的天花喇叭均匀分布会议室的天花板。这样每个角落的声压级是非常均匀的。由于没有大声压级的音箱担任扩声，所以，对抑制啸叫有一定的作用。

集中加分散式扩声

  这种方式是目前扩声系统中采用最多的一种方式。特别是剧场、多功能厅、演艺厅、影院、教堂、会议室、户外大型演出等等。由于涉及内容较多，将会在以后的文章中具体探讨。