建筑电子工程论文

1、计算机辅助设计技术在扩声系统工程设计中的应用电气1208 黄子戌 U201211931【摘要】计算机辅助设计指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作，简称CAD。而扩声系统工程是现代厅堂建设过程中非常重要的一个环节，扩声系统好坏直接影响厅堂的使用功能。在我国，应用于扩声系统工程的计算机辅助技术主要是EASE，本文主要介绍EASE这一软件，及其在扩声系统设计中发挥的作用。【关键词】计算机辅助技术、扩声系统工程、EASE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

2、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，20 世纪 90 年代末,ADA 公司在其基础上升级并开发出 EASE3.0 模拟软件,它是运行在 WINDOWS 环境下的版本。2002 年 8 月,ADA公司又推出了 EASE4.0 版本,它延续了 EASE3.0 版本的所有功能,并做出了很多改进,主要有:更人性化的用户界面、更方便的模型导

3、入与导出、更丰富的扬声器数据库,特别是增加了线性阵列扬声器系统的数据库,目前国内外广泛使用EASE 软件进行扩声声场的模拟。EASE 软件进入国内电声设计领域是在本世纪初,并在几年的时间里得到了普及,目前为止从各大专业研究员到各个大型工程公司,都不同程度上引入了 EASE 设计软件,在许多大型工程得到了很好的应用。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； （1）计算和显示直达声声场的声压级分布曲线 （2）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

4、显示厅堂的声音质量； （1）辅音清晰度损失 （2）快速语言传递指数 （3）声音清晰度 5查看声音的传输特性； （1）声线跟踪 （2）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曲线。三EASE在扩声系统工程中的应用EASE 软件在扩声系统工程中进行声学模拟是由一系列的步骤组成，流程图见图一：1. 建模开始 从新建一个项目开始,填写项目的名称。此时在编辑

5、器窗口产生一个 x,y,z 空的三维坐标系统,这直接影响到后期设计的进展。2项目数据设置 在项目编辑器窗口的 x,y,z 三维坐标系中,单击鼠标右键弹出鼠标菜单,用鼠标单击 ROOM DATA ,屏幕弹出 EDIT ROOM DATA 选项卡,在 DATA 卡中 TOWN 一栏填写项目所在城市名称;在 ROOM OPEN (房间开放)一栏打勾;如果房间左右对称,则在 ROOM SYMMETRIX (房间对称)一栏打勾,如果是不规则的房间,就取消勾选 。3绘制房间模型图 根据房间图纸确定模型顶点坐标,绘制房间模型图。EASE 软件中提供了若干绘制房间模型图的方法,例如:插入二维模型、插入三维模型

6、、利用建模模板、导入 EASE低版本的模型及利用 CAD 建筑平面图等。4封闭房间 封闭房间就是完成房间模型图的绘制后,在“项目数据设置”的 ROOM OPEN (房间开放)一栏取消打勾。进行数据检查,并消除建模过程中产生的全部孔洞,即完成房间封闭。孔洞一般由顶点叠积、面翻转错误、双折层面等违反 EASE 建模规则引起,在进行建模的初期就应该引起足够的重视。 填入RT建模完成声学特性计算优化房间RT设置吸声材料封闭房间绘制房间模型图项目数据设计建模开始计算RT及房间容积 确定中频最佳RT RT不达标 扬声器选型摆放 RT达标 未达标图1.EASE建模过程5. 设置吸声材料 在 EASE 数据库

7、下包括一个完整吸声材料数据库和各吸声材料厂商数据库,用好吸声材料数据库对于控制厅堂建筑的混响时间至关重要。对房间模型图的各个吸声面所用的吸声材料进行设置,除了观众区作为可以在几种有限的坐有听众的椅子中选择外,其他吸声面都可以根据常用装饰材料选择,以满足房间混响时间曲线为设计目标。6. 计算 RT 和房间容积 计算 RT 是初步的,计算房间容积是为了根据房间使用用途和容积确定房间中频的最佳混响时间。把这一时间作为设计目标值 RT(期望值)。7优化房间 RT把初步计算的 RT 值与期望 RT 值进行比较,找出他们之间的差别,改变吸声面的吸声材料,以期获得最优的实际 RT 值。8扬声器选型摆放 EA

8、SE 软件中,提供了目前市场常见的几十种扬声器品牌,例如:meyersound、d&b、BOSE、JBL 等,包含了详尽的性能参数(功率、频率响应、指向性等)。扬声器选型要考虑该扬声器的主要功能,如对近区场供声的主扬声器与远区场供声的主扬声器在功率考虑和指向性考虑会有所不同,返听扬声器和补声扬声器也是不同的,而摆放位置要服从下列要求: （1）满足声场覆盖均匀度要求 （2）满足声场最大声压级要求 （3）满足语言清晰度要求9.声学特性计算  这里“声学特性计算”主要是为“扬声器选型和摆放”服务。计算声场覆盖均匀度和声场最大声压级是否符合要求,厅堂的语言清晰度是否符合要求

9、。厅堂的声学设计要严格以国家相关行业规范为基准来进行。10完成建模 厅堂内表面吸声材料的设置和扬声器的选型和摆放,都要经过一个反复调整的过程而趋于完善,最后才能完成建模工作,达到预期的设计要求。四有关EASE的小结 在中国，众多声学模拟软件中，EASE的使用用户最多。在这种舆论和业界的推动下，在扩声系统工程招标中，把EASE声学设计作为招标的一道门槛，要求扩声系统工程设计中必须采用EASE声场模拟软件，对厅堂扩声系统建成后声学参量(指标)作出预测(计算)。如果不用EASE作声学设计就等同于没有人场券。由此可见，声学模拟软件EASE在厅堂扩声系统工程中的重要性。 有的用户把EASE软件用于小会议

10、室或录音棚的声学设计，这些房间容积通常都在二三百立方米以下;有的用户则用于几千立方米的剧场声学设计。EASE软件仅适用于声学大房间，这个声学大房间不能是藕合空间。 把房间看作是一个封闭空间。当封闭空间内被激发起足够多的简正方式时，由于不同方式有各自特定的传播方向，因而使达到空间内某点的声波包括了各种可能的人射方向。在这种情况下，除了在临界距离内的自由声场区和距离界面1 /4波长范围内的固定干涉区之外，空间内各点的声能密度相等;从各个方向到达某点的声强相等;到达某点的各声线之间的相位是无规则的。具备这种统计特性的声场称为扩散声场或混响声场。如果一个房间内的声场满足扩散声场或混响声场的生成条件，就

11、把该房间称之为大房间。大房间中可以采用赛宾公式或艾润公式计算封闭房间的混响时间。如果一个房间内的声场不满足扩散声场或混响声场的生成条件，从声学观点上应把它看作小房间。小房间不能采用统计声学来处理。 声学大房间是指单独一个封闭房间，它不适用于藕合空间，即两个互相贯通的单独房间。藕合空间具有声能双斜率衰变曲线属于特殊的扩散声场中的现象，它与主、副空间的容积、吸声量以及藕合开口面积大小有关。简单地采用赛宾公式或艾润公式计算这类房间的混响时间是不恰当的。常见的剧场建筑就属于藕合空间，它是由观众厅和舞台构成。两个房间通过台口连接起来。根据GB /T 50356-2005据场、电影院和多用途厅堂建筑声学设

12、计规范对观众厅满场合适混响时间作出规定。观众厅容积计算以大幕线为界，即不包含舞台空间。因此采用EASE软件对此类耦合式房间进行建筑声学设计时，只考虑观众厅声环境的营造，并在此基础上进行声学参量预测。EASE 软件在厅堂音质和扩声系统设计中发挥着重要作用。但建筑中存在着对声学环境有严格要求房间，如录音室、混响室、视听室等等，这类房间体积不大,尺度较小（与低频声波波长相比）。在这里，我们将这类界面尺度相对较小的房间统一称为“小房间”。在土建设计中，为方便家具布置和施工方便，一般都将其设计为矩形房间，其房间的尺寸和三向尺度比例有不少未进行声学上的分析，比例不适当。对于这一类“小房间”，由于室内简正频

13、率的影响，房间中容易形成驻波，产生共振现象，使得某些频率（主要是低频）的声音在空间分布不均匀，声场波动特性较为明显。为此，需要运用波动声学的分析方法来分析这样的问题。而目前在国内，声学工作者主要采用 ODEON 软件对“小房间”的室内声场进行模拟，把其作为声学设计的一种主要的辅助工具。由于 ODEON 软件的理论基础是几何声学，使得其在低频范围计算准确性不够稳定，这一问题在大空间的低频范围也同样存在。由于篇幅关系，有关ODEON软件的详情在这里不予赘述。五全文总结随着声学事业蓬勃发展，声学计算机辅助设计在工程领域得到广泛应用。建筑声学软件在工程实践、设计中也日益得到普及；厅堂音质设计从传统经典

14、设计模式（形体设计、容积设计、混响设计等）向计算机辅助模式转变。而EASE这类软件在扩声系统设计中发挥着重要作用,已经成为电声设计工作者手中的一件得心应手的武器,同时相关单位也开始逐渐开始重视。随着 EASE 软件应用的普及,越来越多的建筑声学机构、厅堂扩声系统设计单位、装修设计单位家及相应高校师生开始学习和掌握这门技术。像其他任何工具一样,单纯的软件并不能代替人的设计经验,更不能代替人的声学基础知识和人的创造性思考。所以掌握设计所需的声学基础知识、软件运行的工作原理和适用条件十分必要,同时也不能把音质设计软件模拟结果绝对化、抽象化。软件采用几何声学的算法通常适用于中、高频频率,在低频的模拟效果比较差。所以预测结果仅供设计者参考,而不能代替