EASE高级运用之如何进行声场设计？

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通常，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。


' T0 Z4 n" L1 A5 R4 r  ?+ N* L声场设计的原则



拿到工程图纸时，在脑海中首先就可以大概确立扬声器系统的扩声形式。无论采用哪种，都要围绕以下几点来指导设计：
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3 u1 X$ f& d) Y0 Z, a. d1. 根据不同类型的厅堂来定义合理的混响时间；
0 R- @9 ~/ n) s4 A. N9 |/ U/ X! w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，很多建筑材料并不是我们能决定的，但是，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。
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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。


0 j( j2 A. C$ @; N' i２. 确定适当的声压级；
: Y  n/ z# h2 w# v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。




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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；
' Q3 W5 D% F. F, C9 }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。


; E8 Z6 M$ q% E1 x４. 尽量减少声压的重叠与干涉；
) v/ Z* b& e) k. S  B! @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；
& c! }4 I6 t9 @& c9 R" [2 B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。
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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。
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７. 避免常见的声缺陷；
2 H9 L8 e# a! E  h, L7 r! g- E' `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。
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８. 考虑甲方提出的特殊要求；
! S: P& e- b3 F! S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。


# C5 G# p$ b  |0 k. {' ~. @下面，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。


# c+ v! p( Z( S一.集中式扩声



如下图1，这是一个体育馆。
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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。另外，还有模拟音频的传输损耗。
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2 L1 d& F  A  A& w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，






) E/ x( B* c5 Z" @" X) W1 m) L+ [这是不太合理的设计。基于这样众多因素的考虑，当体育馆在建设时，考虑的还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。
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" y: b& A- Y0 i' ]: q$ i- g结合这个实例来看如何设计音箱的摆放才能满足标准规定的要求。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。
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现在我们打开此案例，启动EASE的EditProject 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,MeyerSound的4只CQ-1来覆盖南北方向的观众区域。分布方式如图3。
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8 g' x: T  {. h+ Y+ G* t& U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。


8 \, N/ A" X) |1 q但是我们应该小心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？依据是啥？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 toDraw选项卡，在右下角有个Aiming选项，如图4。


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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。


1 g& F  R. H" ^& E- e- L9 J$ ?若没看到显示情况，请把扬声器属性页中的Show dBCov.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：


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6 C7 i: S+ b9 W按照以上表格里的数据定义好音箱的参数之后，再把每个音箱的功率开到最大，方法是在每个扬声器的属性页里点击All ToMax。所有数据调整好之后，下面可以来看看模拟的效果如何。
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3 _0 q3 c+ k' Q# ?+ Y9 e1 f完整的模型是包含每个面的吸音材料和大厅的听音模拟面的，为了简化教学，这个模型的吸音材料和听音面已经被设置好了。模拟之前一定要查看一下模型是否封闭。封闭之后，接着再按F5看看数据能否通过检测，如果通过检测则按一下F6保存数据，则EASE会把此改变加载到别的子程序中去。
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! O/ c5 A  a$ f. n$ G9 Y现在，把此模型编辑程序最小化，在EASE主程序中打开Calcuations\StanddardMapping程序。



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。
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  y- `* p; `  y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Mapping\TotalSPL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，如图5。
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如果你的模拟效果不同，请注意选择模拟频率段是2000Hz。从图中可以看出：图形中上下两片红色和桃红色的声压级的分布是相当均匀的，不均匀度在1dB左右，而左右就相差很大了，几乎超过了5dB。
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你可以试着再看其他的频率段的均匀度分布情况，基本上这两片区域在中频段和中高频段都不同程度的高于其他区域。这就说明我们需要调整扬声器的输入功率或者是声压级的大小。方法是在属性中让他们的声压级统一下降4dB，全部改成127dB,点击All ToOne,再点确定。4只音箱调整好之后，我们再进行模拟，结果如图6。
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6 [! V6 N4 z! [* u很显然，这次的均匀度就好了许多了，总体不均匀度没有超过3dB。



从实际模拟的情况来看，虽然均匀度达到了要求，但最大声压级是不够的。怎么办？其实细心的朋友会从扬声器的覆盖图中发现，远程的音箱并没有完全覆盖整个上层观众区域。而是间隔的在覆盖，这其实是造成声压级不够的一个很大原因。



解决办法就是增加远程音箱。从模拟图中可以清晰的看到，目前的声压级是97db左右，为了能达到100dB以上，必须每一边再增加3只QF2212音箱。而左右4只CQ-1在不减少输入功率的情况下正好满足要求，所以不必增加。
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还有个问题，我们目前主要讲解的是上层观众席的覆盖方案。而最靠竞技场一圈的观众席和中间的竞技场地并没有配置音箱，那么一旦配上音箱之后室内声压级是绝对没有任何问题的。不妨作一个试验：在其中一边添加3只QF2212A，另一边不加，我们来看得到的直达声就能说明问题，如图7。




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（注意，重新添加了扬声器之后，则这6只喇叭的垂直指向分别调高了2度，为的是声音的能量更加集中在最远处的观众。）从图中可以看出下面的声压级比上面的高出3dB多，而且均匀度也好很多。
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$ i5 O" X' k0 [  y3 O. x一般来说，只要直达声覆盖的很好，那么加上反射和混响的混合声场就更有保障了。各位不妨试试，根据讲的方法，把剩下的设计工作完成。最后看辅音清晰度和语言清晰度的模拟情况是否满足要求。答案是肯定的。因为即使目前没有添加音箱的情况下，清晰度已经比较满意了。



注意：计算公式和采用LongForm,频率选择默认1000Hz，结果如图8。
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图中可以看出语言清晰度最低是0.544，最高达到0.58，已经达到良好级别。（具体参数请参见以下标准：）







二.分散式扩声


8 ]" ~+ }7 C* y! p1 A. l. a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。由于这些地方往往扩声面积较大，活动区域很广，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。以下是常见的分散式扩声案例，供大家设计参考。
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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。




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第二案例就是大家所熟悉的体育场。由于体育场的跳台往往跨度很大，观众席位分布很广，而且上下落差也很大，因为体育场一般都是上下两层观众席，再加上一个致命的缺点就是体育场是没有封顶的。所以采用集中式是不大可能的。
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* k: l  i1 s6 \) _所以一般均采用在眺棚上分组来吊挂音箱群的方法，以覆盖各个观众席。这里所要考虑的不仅仅是音箱的覆盖情况，还应该考虑眺棚的承重问题。因为大量的音箱群的重量是绝对不能忽视的。必须要考虑安全，这也是做设计必须考虑的因素。
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2 N. Z% h" x, K& c5 i1 {! p6 S! {三.集中加分散式扩声
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1 h5 k+ K$ `! z! _4 B  L% c/ ^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，将在之后进行探讨。

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