EASE Focus聲學仿真實現中小型室內廳堂線陣列音箱的設置

劉 青 傅圣雪

中國海洋大學 山東青島 266100

EASE Focus聲學仿真實現中小型室內廳堂線陣列音箱的設置

劉 青 傅圣雪

中國海洋大學 山東青島 266100

以青島國際學校多功能廳為研究背景，利用EASE Focus聲學設計軟件對國際學校的多功能廳進行線陣列揚聲器的配置，找出線長適合中小型室內廳堂演出的線陣列揚聲器系統，以得到良好的語言清晰度。

多功能廳；EASE Focus軟件；線陣列揚聲器

Abstract: In this article, based on the background of multi-functional hall of Qingdao international school and using EASE Focus acoustical design software, we have studied line array speaker. Through that, we f nd a suitable line array speaker to the performance in small and medium-sized indoor hall with good high language articulation.

Key words: the multi-functional hall; EASE Focus software; line array speaker

線陣列揚聲器系統目前廣泛應用于室外擴聲、大型室內建筑，如中國海洋大學體育館成功利用了短線陣列。在普通中小型室內廳堂采用短線陣列、中線陣列也漸漸引起人們的重視。對于線陣列的研究主要運用EASE及EASE Focus設計軟件，前者是德國ADA公司出品的一個建筑聲學模擬軟件，后者則是其姊妹公司SDA出品的一個關于線性陣列揚聲器系統的聲場模擬軟件，它是一種基于二維空間定位投射的專用線陣列聲學仿真軟件。

青島國際學校是一所設施一流、教育資源豐富的學校，其中建設的多功能廳已經完成(如圖1所示)，主要滿足會議、語言聲的需求。在研究過程中，我們首先量取了國際學校多功能廳各個聽音面的尺寸，根據測得的數據在專用線陣列聲學仿真軟件EASE Focus中建模。以使中場觀眾區獲得最佳的聽音效果為評價準則，制定了兩種討論方案：選用了短線、中線兩種方案(分別是4個、8個音箱單元)進行仿真。最后根據仿真的結果，比較兩種方案在各頻率段的聲壓級及頻率響應曲線，結合性價比得出討論的結果，并分析最終選用方案的優劣之處和優化方法。

圖1 青島國際學校多功能廳

在EASE Focus的NEW PROJECT列表中，有QSC公司的ILA系列和WIDELINE系列的線陣列揚聲器可供選擇。對國際學校多功能廳配置了ILA系列的線陣列揚聲器(如圖2所示)，其主要指標見表1。選擇此系列揚聲器系統是因為它經濟實用且易于安裝的懸掛系統，還有足夠的陣列調整余量，其低頻范圍也足夠滿足語音和大部分音樂的使用要求，可以實現多功能廳的多功能性。

圖2 ILA系列線陣列揚聲器

表1 所選線陣列揚聲器主要指標

1 國際學校測量數據

此多功能廳總長為30m，高為7.9m，從舞臺口至大廳后墻為觀眾區，總長為24m，寬度為16.6m，大致分為3個部分：舞臺前區、中場觀眾區、后場觀眾區。其中，舞臺前區長為3.5m；觀眾區呈階梯狀，每階高為0.092m，長1.3m，共17排座椅，前8排位于中場(如圖3所示)。

圖3 多功能廳布局示意圖

2 EASE Focus聲場仿真

2.1 統一的參數

(1)在統一的外界環境參數下分別進行仿真，如溫度、大氣壓力、濕度等。

(2)線陣列揚聲器的懸掛高度均為h=6m(此多功能廳舞臺上方梁高即為6m)；各音響單元增益均調至最大0dB；Array Presets選項選擇J-Array。

(3)軟件有事先預制好的幾種聽音場地模式，由于研究的是室內封閉聲場，我們只需在“Venue Presets”選項中選擇“Hall”，即禮堂(大廳)模型，而非軟件默認的“open air”選項(戶外露天聽音場地)。

(4)使用F9鍵調出軟件選項菜單，在ear heights(人耳聽音平面)設置“聽音面”的高度。“聽音面”位于觀眾座位區上方，是距離地面1.2m的一個虛擬平面，是計算和顯示廳堂聲學特性的一個重要指標。結合此多功能廳的面積考慮，把其聽音面大致分為兩個部分：中場觀眾區和后場觀眾區。值得注意的是，由于此多功能廳觀眾區地面為階梯分布，所以它的聽音面也是由前至后逐漸升高的斜面。

2.2 仿真結果對比

2.2.1 同一頻率段內的組合直達聲壓電平

在這里，我們首先選取3個典型的頻率段，分別為125Hz to 250Hz，500Hz to 1KHz，2KHz to 4KHz；然后分別在上面3個頻率段內觀察、對比短線及中線陣列在每個頻率段內的組合直達聲壓電平。仿真結果如圖4圖5所示。

圖4 使用短線陣列后的組合直達聲壓電平

圖5 使用中線陣列后的組合直達聲壓電平

從圖4和圖5可以看出，對于低、中頻而言，使用短線陣列和中線陣列后的組合直達聲電平曲線均比較平滑，組合直達聲電平最高值與最低值差別不大。但是對于高頻而言，舞臺前區在使用短線陣列情況下的組合直達聲壓電平波動較大。

2.2.2 中、后場觀眾區在同一頻率段內的聲壓對比

考慮中、后場是因為我們一般選取線陣列揚聲器的原則是使聲音盡量向遠的地方傳播，即線陣列揚聲器的優勢是把聲音往中后場傳送。在這里，我們同樣選取上述3個典型的頻率段，分別以中、后場觀眾區為例，觀察對比短線、中線陣列在每個頻率段內的聲壓電平組合。

對比圖6和圖7可以看出，使用短線陣列和使用中線陣列對中場觀眾區處的聲壓影響沒有明顯差別。

圖6 中場使用短線陣列后的聲壓

圖7 中場使用中線陣列后的聲壓

從圖8和圖9可以看出，使用短線陣列的情況下，在中、低頻，后場聲壓不足96dB，對比短線陣列，中線陣列能較好地滿足聽音要求。

圖8 后場使用短線陣列后的聲壓

圖9 后場使用中線陣列后的聲壓

2.2.3 頻率響應的對比分析

用均衡調節工具條均衡后的頻率響應曲線如圖10及圖11所示。其中，以125Hz為參考點，其頻響曲線對應的值由大到小依次表示舞臺前區處的頻響、中場觀眾區處的頻響及后場觀眾區的頻響。

圖10 使用短線陣列后的均衡頻率響應

圖11 使用中線陣列后的均衡頻率響應

通過對比圖10和圖11可以看出，對于舞臺前區及后場觀眾區，短線陣列在全頻下前后聲壓差約9dB，中線陣列僅相差約為3dB；對于中場觀眾區處，短線陣列在全頻下聲壓差也高達15dB，中線陣列頻響曲線在全頻下的聲壓差約為8dB。但是總體而言，中線陣列揚聲器組合的頻率響應曲線較為理想。

3 結束語

從EASE Focus仿真的結果看來,中線陣列比較適合國際學校多功能廳選用。仿真前我們是將每個音箱單元的增益都調至最大0dB,其可調范圍為－60～0dB,因此,在現場操作時只需對聲壓進行適當調節,便可更加完善地滿足聽音要求。

唯一不足的是，較之4個音箱單元的短線陣列，其成本相對較高，所以我們在國際學校多功能廳內最終只選用了2組中線陣列。此外，EASE Focus軟件在使用中還有許多細節需要完善，如水平覆蓋角度的估算調整等。

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Line array speaker’s setting in the small and medium-sized indoor hall with the EASE Focus simulation

Liu qing, Fu shengxue
Ocean university of China, Qingdao, 266100, China

2011-01-04 稿件編號：1101010

劉青,在讀碩士研究生。傅圣雪,本科,教授。