ease软件介绍牟得喜

1、EASE 软件介绍牟得喜作者简介：一 EASE 基本信息 EASE是Electro Acoustic Simulator for Engineers 的英文缩写, 意思是电子声学模拟工程软件。EASE软件是目前在全球声学设计界对于厅堂的建声和电声系统设计模拟分析过程中使用最广泛的声学设计软件。它将建筑设计师、装修工程师、音响师和声学专家之间建立了共同语言。它能在建筑完工之前就能模拟最终的声音质量，并能听到和看到声音效果。这就是EASE开发的目的和意义。EASE是由德国ADA公司研发的世界最权威的声学设计软件，也是国内权威部门认定的声学设计软件。二EASE的主要功能1）建造房间模型，进行建声设计

2、和电声系统配置；2）计算和显示厅堂的混响时间及其频率特性；3）计算和显示厅堂的声压级分布曲线； a）计算和显示直达声声场的声压级分布曲线 b) 计算和显示直达声和混响声的总声压级分布曲线4）计算和显示厅堂的声音质量； a）辅音清晰度损失 b）快速语言传递指数 c）声音清晰度5）查看声音的传输特性； a）声线跟踪 b）影视显示6）预听厅堂的声音效果；7）计算直达声与混响声的声能比 ； 8）计算和显示一定时间内的直达声与混响声声能之和；9）计算和显示扬声器在听众区的瞄准点及声场的等声压级图；10）显示扬声器在-3Db、-6dB、-9dB覆盖角的声线图；11）计算和显示在听众席某一测试点处的频率响应

3、曲线。三EASE软件操作介绍1 EASE软件界面介绍下面是EASE软件启动时的界面，如下图所示。 图1 EASE软件启动界面 使用者在 EASE 软件的工程编辑窗口中进行各种模型的建立，当然也可以在CAD软件中建立相应的厅堂模型，通过改格式导到EASE软件中，需要注意的是要正确选定模型比例和单位。EASE 软件的工程编辑窗口主要包括菜单区、工具栏区、绘图区和坐标区，如下图所示：图2 EASE工程编辑窗口EASE软件中相应的功能必须开启相应的计算模块才能实现，下面是EASE软件中其他功能模块的开启界面。 图 3 EASE标准绘图菜单（Standard Mapping）开启界面图4 EASE声线追

4、踪菜单（Rays）开启界面图5 EASE探针菜单（Probe）开启界面图6 EASE模拟试听菜单（Ears）开启界面2 EASE软件主程序工具条图标介绍 当打开EASE软件进入主程序进行绘图时我们经常会用以下工具建模，如下图所示。图 7 EASE软件主程序菜单栏：显示当前4/1页面在屏幕右上角；：表示所打开的页面为层叠显示；：快捷打开项目；：保存房间编辑数据；：项目编辑数据；：打开三维模块，渲染房间；：绘制二维声学特性图；：打开声线跟踪模块；：选择观察建模数据的面；： 观察扬声器；： 观察听音区域；：观察听众座位/测试点；3 在EASE软件主程序中建模介绍 根据房间设计图纸，利用EASE软件在

5、主程序中创建房间模型。要求建成的房间模型及尺寸必须与实际房间相一致并且符合声学要求。这一步实际是非常重要的工作。因为在EASE模型中，厅堂的所有结构都是由许多个面构成，而且每个面必须在同一平面内，所有的点都不能重复，所有的面还要弄清楚它的方向是朝厅堂内部还是外部，因为出现点或面重复以及厅堂没有闭合时，EASE软件将无法进行声学参数的计算，建模过程如下框图所示：新建工程项目设置工程选项（Options），设置房间数据（Room Data）生成平面检查平面方向插入顶点封闭房间，检查房间空洞图 8 EASE模型建立的过程 在建模的过程中，EASE软件会时刻显示点或面的个数和状态，以便及时改变或核对点

6、的坐标或点的颜色如下如所示：图 9 厅模型各顶点坐标数据对于构成模型的面而言，在建模的过程中我们需要考虑面的材质和面的颜色以及双面附材质或单面附材质，它直接关系到房间混响时间的长短，另外可以检测每个构成面的点的坐标，及时检查所有点是否在同一个平面内，如下图是构成面的编辑窗口。图 10 面属性编辑窗口 对于一些非对称的厅堂模型的建立而言，需要用到 EASE软件主程序菜单栏中一些特殊命令，比如生成弧形就需要在工程编辑窗口，InsertCircular Array。如下图所示：图 11 生成弧面编辑窗口对于一些对称规则的厅堂，在 EASE软件主程序工程窗口可以利用Edit Duplicate可以快速

7、建立台阶。在EASE工程编辑窗口也可以利用ToolsFixed Cut 将平面分割，如图所示。图 12 分割平面 4 对厅堂模型的建声模拟在EASE的WALL数据库中，存放有数百种吸声材料及其参数。EASE设计者可以根据声学要求来选择，并对设计的房间进行布置。这一过程实际是完成装修工程师的工作。但这是在满足一定的声学要求条件下进行的，并且可以根据声学特性进行修改，也可以观察材质的吸声性能，如下图所示。图 13 材质属性窗口 设计者需要为所建模型的所有面附于适合的符合实际建声需求的材质以达到不同功能厅堂所需的混响时间。并且可以根据所需混响时间的频响有针对性的选择材质的吸声特性，以便优化厅堂的最佳

8、混响时间范围，以达到最优建声条件为电声系统打基础，下面是材质的吸声特性查看和混响时间曲线以及具体频点混响时间的优化编辑窗口。图 14 材质吸声特性窗口 图 15 厅堂混响时间窗口 设计者在EASE模型中可以根据具体需求加入观众席座椅以达到美观真实的效果，但是观众席必须加入听音区，具体操作为：InsertAudience Area 。下图是听音区编辑窗口。图 16 厅堂听音区编辑窗口对于音质要求较高的厅堂，背景噪声也是设计师要考虑的重点，在EASE模型中可以根据厅堂内外的具体条件来模拟合适的背景噪声，如下图所示。图 17 厅堂背景噪声编辑窗口5 厅堂模型电声系统配置在EASE的LSP数据库中，存

9、放有世界各著名扬声器厂家生产的各种扬声器型号及其参数。EASE设计者可以根据需要进行选用。并且在房间模型里对所选用的扬声器进行安放布置，调整高度、方向、角度等，使其满足声学要求。在EASE软件中其他电声系统设备不能模拟。设计者在EASE模型中根据具体要求可以选择扬声器的品牌，而且根据具体声道对扬声器的组合和个数以及具体扬声器的声压级、频响、指向角和方位等参数做出准确选择和调节。下面是扬声器编辑窗口。图 18 扬声器编辑窗口 在EASE软件中除了扬声器之外，还可以以人声（包括男声和女声）以及乐器作为声源。在EASE模型中加入扬声器后我们可以来观测扬声器的瞄向和在观众席的覆盖范围，并且可以看到声压

10、级衰减3dB、6dB、9dB的声场覆盖范围。下图是扬声器瞄向和声压级衰减范围图。图 19 扬声器瞄向编辑窗口图 20 扬声器声压级衰减窗口6 厅堂模型电声系统调试 在EASE声学模型中加入扬声器系统后，要参照设计标准和具体厅堂功能要求，对国标中所要求的具体声学特性指标和由使用功能决定的其他辅助声学特性指标进行预模拟计算，在保证各项声学特性指标满足国标要求的基础上，微调扬声器的声压级、频响、指向角和安装方位使其将一些由使用功能决定的特殊指标达到最优范围，在实际工程安装中这一步工作就是电声系统安装完成之后的声场调试工作。7 电声系统声学特性指标的模拟计算 EASE软件不仅能直接模拟国标中要求的一些

11、声学特性指标外，而且能准确模拟影响音质质量和声能水平的许多指标，另外还包括扬声器的重叠率等指标。这些模拟计算的具体数据可通过二维或三维的图片表示，也可以直接导在EXCEL表或将数据直接粘贴在Word上，同时计算的数据也可以以统计图表的形式显示，同时也可以看到各指标在100Hz至10kHz之间三分之一倍频程之间所有频点的具体数据。下面是一些指标具体结果的显示形式。图 21 总声压级结果的三维显示形式图 22 不同声压级所占比例统计结果图 23 计算结果的平面显示图 24 计算结果的频响显示8 EASE视觉效果（Vision）编辑视觉（Vision）程序模块主要用于加强模型的视觉效果，将单调的模型

12、进行照片化处理。视觉效果程序模块是个基础模块，它需要Light Source Editor（光源编辑器）和Texture Editor（材质编辑器）来辅助生成所需的灯光库和材质库。下面是 EASE 视觉效果模块窗口启动界面。图 25 视觉效果模块窗口启动界面设计者需要在EASE视觉效果模块中创造新的光源，主要步骤为：主程序菜单，FileMain DatabasesLight Sources，新建点光源，如下图所示。图 26光源编辑器窗口在EASE声学模型中加入光源后需要激活，点光源激活后灯具会由蓝色变为红色，就可以查看灯光效果，如下图所示。图 27查看灯光效果 9 在EASE中创造新的材质在E

13、ASE中创建新的材质，其主要程序为：主程序菜单，FileMain Databases Textures，另外需要导入*.bmp或*.tga格式的图片作为材质的外形。如下图所示。图 28 材质编辑窗口 等创建完材质后，可以查看灯光材质效果，其主要步骤为：主程序窗口，ViewArchitectural Rendering，如下图所示。图 29 灯光材质效果 10 EASE其他功能使用介绍 EASE软件中还有其他一些在电声系统设计中不常用的功能主要包括EASE扬声器簇（Cluster）创建，创建扬声器箱体，定点衰减时间显示与分析，带反射的标准绘图（Standard Mapping With Refl

14、ection），直达声模拟试听（Auralization），声学探针（Probe）编辑，定点声线追踪（Local Ray Tracing），声线追踪设置，声线追踪命中设置，脉冲响应IR和能量时间曲线ETC分析，创建双耳脉冲响应文件（Binaural Impulse Response File），墙面材料散射系数计算，添加IR设备等。下面是一些特殊功能的简单介绍。 EASE扬声器簇主要用于远场计算，它是性能相同或相近的单个扬声器设备的组合。簇的概念与传统声柱或音柱的概念相似，以*.fla为文件名保存。EASE可以对簇进行总功率计算，复积分计算，计算其不同角度和频率上的表现，并且可以查看簇的单元组

15、成。下面是 EASE扬声器簇的渲染图。图 29 簇渲染图 定点衰减时间能够快速计算定点混响时间（Local RT Time），其主要操作步骤为：标准绘图窗口，MappingLocal Decay Times。下面是定点衰减时间设置窗口。图 30 定点衰减时间计算直达声模拟试听主要在厅堂里模拟直达声的实际听感效果，其主要步骤为：标准绘图窗口，ToolsAuralize Direct Sound 。下面直达声模拟试听编辑窗口。图 31 直达声模拟试听编辑窗口 定点声线追踪（Local Ray Tracing）主要就是查看扬声器声线在空间里的衰减情况，其主要步骤为：标准绘图窗口，ToolsLocal

16、 Ray Tracing，下面是定点声线追踪的编辑窗口。图 32 定点声线追踪设置四 以金昌大剧院为例介绍EASE在实际工程中的应用通过利用ease4.3声学模拟计算软件，根据金昌大剧院的实际装修尺寸和建声设计以及装修风格建立了金昌大剧院的声学模型，具体模型如图33所示。图 33 金昌大剧院ease模型金昌大剧院模型利用了3132个点，1670个面构建成了金昌大剧院的模型，准确地模拟了实际工程的建声环境和声场情况，如图34和35所示。 图34 金昌大剧院ease模型点汇总表 图35 金昌大剧院ease模型面汇总表 金昌大剧院建声设计的混响时间为1.4s，实际工程测量数据为1.38s。在ease

17、4.3软件建声材料库里尝试了75种材质，最终利用了十多种材料通过设计模拟出了金昌大剧院的混响时间和装修风格。如图36所示。图36 金昌大剧院ease模型中的建声材料列表根据金昌大剧院的实际装修风格将不同的建声材料附到金昌大剧院ease模型的相应面上。不同的区域根据它的反射、散射、吸收等功能附于吸音系数相适应的材料，设计出中频500Hz和1000Hz混响时间平均值为1.4s的混响时间。如图37所示。图37 剧院模型混响时间频率曲线通过结合金昌大剧院的实际装修特点和风格，在金昌大剧院ease模型的所有面上附于不同的颜色，渲染出金昌大剧院的内装效果图。下面是金昌大剧院模型效果渲染图，如图38所示。图

18、38 金昌大剧院模型的效果图图39 金昌大剧院ease模型内部效果图在厅堂观众席设立听音面是ease4.3软件中模拟分析厅堂声场水平不可缺少的一个环节。金昌大剧院ease模型在观众席设置了69个听音面（Audience Areas），覆盖到了一层（池座）和二层（楼座）的所有观众席位置，如图40所示。图40 金昌大剧院模型观众席听音区覆盖图在ease4.3的声场模拟当中，为了更加形象的展现观众席声场情况，需要在听音面上设计听音点。下面是金昌大剧院模型听音区里听音点的设置图41所示。图41 金昌大剧院模型观众席听音点布置图金昌大剧院主扩系统音箱布局采用舞台口上方左、中、右三组，舞台口两侧拉声像的扩

19、声模式。扩声系统全频音箱选用剧院专业音箱品牌中的美国Meyer sound Concert系列，总共用14只全频音箱。对于三声道扩声模式，设计原则为尽量保证每个声道都覆盖全场，使其在观众席更多位置都能听到左、中、右三声道的声音，体现出三声道营造立体声的优势。下面是金昌大剧院左中右三声道扩声模式具体的音箱布局设计。图42 主扩全频扬声器布局四视图图43 主扩全频扬声器衰减3dB声场覆盖图图44 整体音响系统布局的四视图 金昌大剧院EASE模拟计算根据目前国标对于剧院扩声系统声学特性指标的最大声压级、传输频率特性、声场不均匀度、语言传输指数、早后期声能比等参数进行模拟计算。1） 直达声声压级计算结

20、果与分析在厅堂声学模拟计算当中直达声声压级模拟是最常用的，因为许多专业的声学设计师认为，在厅堂的听音区有了理想的直达声声压级覆盖，那么整个厅堂的的声学环境就是良好的，下面是直达声声压级的计算结果。图45 观众席1000Hz直达声声压级计算结果斜视图 图46 1000Hz直达声在观众席所占的比例图图47 直达声的具体值和频响图2） 总声压级计算结果与分析总声压级是直达声和混响声能量的综合，它的计算结果通常要与国标中对应的最大声压级做比较。下面是金昌大剧院总声压级计算结果。图48 1000Hz总声压级计算结果斜视图图49 8000Hz总声压级在听音区内占的比率图50 不同频点总声压级列表图 通过图

21、50可以看金昌大剧院稳态声场不均匀度，在100Hz时为 1.59dB（国标：10dB）；在1000Hz时为2.9dB（国标：6dB）；在8000Hz时5.2dB，（国标：8dB）完全满足国标中声场不均匀度的要求。3） C7的计算结果与分析C值主要是评估厅堂及其扬声器系统性能的指标，在欧洲C值的测量被广泛采用。C7是美国广泛用于评价直达声/混响声（D/R）比率的参数，它表示了查看直达声场强度的另一种方法。如图所示。图51 金昌大剧院主扩声系统1000Hz C7的计算结果俯视图4 ）语言可懂度C50的计算结果与分析C50用于反应语言可懂度（Intelligibility），它显示了50ms之前与之

22、后的声能比率，它和以50ms为分界的Alcons参量是相似的。下面是金昌大剧院主扩系统C50计算结果。图52 主扩声系统1000Hz C50计算结果的俯视图5） 明晰度比率C80的计算结果与分析C80是乐器演出的明晰度比率（Clarity Ratio），它以80ms前、后的声能比来预测不同类型音乐的清晰程度，它提供了一种检验房间音乐表现的方法。下面是金昌大剧院主扩系统C80计算结果。图53 金昌大剧院主扩声系统1000Hz C80计算结果俯视图图54 金昌大剧院主扩声系统500Hz C80计算结果比例6 ）到达时间的计算结果与分析第一次到达时间（Arrival Time）是用来以毫秒显示来自扬

23、声器的直达声到达听音面上的时间，此参量对于分布式扬声器系统中扬声器所需要的延时时间有重要的参考价值。图55 主扩声系统第一次到达时间渲染图图56 主扩声系统第一次到达时间比例图通过图55和56的对比可知金昌大剧院观众席后区第一次到达的时间为60ms左右，计算结果与利用金昌大剧院的实际尺寸和声速在理想环境下的传播速度计算得到的数值一致，检验了模拟的可靠性和准确性。7） L50的计算结果与分析L50是指50ms内直达声和混响声的能量总和。下面是金昌大剧院50ms内直达声和混响声的能量总和。图57 主扩声系统1000Hz L50计算结果俯视图从图57可知金昌大剧院L50值在观众席均匀合理，声压级都在

24、103dB110dB，完全能满足演出需求。8） 直达声与混响声比率的计算结果与分析对于直达声与混响声比率而言，0dB表示两者声压级相同，小于0表示混响声声压级大于直达声声压级，下面是金昌大剧院直达声与混响声比例的计算结果。图58 主扩声系统1000Hz D/R（直达声/混响声）计算结果俯视图图59 主扩声系统1000Hz D/R（直达声/混响声）计算结果比例图从图58和59可知金昌大剧院80%左右的D/R值小于0，说明剧院以混响声为主，这也符合剧院混响时间较大的情况。不过对于金昌大剧院观众席黄金区域而言，是以直达声为主的。9 ） 初始时延差的计算结果与分析初始时延差是指首先达到的两个直达声之间

25、的时间差，它对于确定扬声器摆位以及分布式扬声器系统所需的延迟时间具有现实的参考价值，下面是金昌大剧院初始时延差计算结果。图60 初始时延差计算结果三维图通过图60可知金昌大剧院90%以上观众席的初始时延差都小于1ms，说明另两个音箱的直达声几乎是同时达到，这也验证了金昌大剧院主扩系统音箱布局的对称性和合理性。10 ） Alcons计算结果与分析Alcons（Articulation Loss）定义为美语辅音清晰度损失率，它以百分比的形式表示了语言的清晰度，通常Alcons值越小，代表语言清晰度越高。下面是金昌大剧院三分之一倍频程的Alcons值计算结果。图61 Alcons值计算结果俯视图图62 Alcons值在观众席所占的比例图图63 全频带Alcons曲线图通过图61和图62可知金昌大剧院观众席听音区的Alcons值主要集中在4.5、5.5、6.5、6，因为本次计算时间设置为35ms，所以与Alcons长期公式的参考值作比较，可知金昌大剧院辅音清晰度损失率主要在0%7%，属于优秀水平。11 ） 快速语言传输指数计算结果与分析 RaSTI（Rapid Speech Transmission Index）是测量