EASE建模技術在演播廳擴聲系統設計中的應用

【摘要】本文以400平米演播廳為實例，通過聲學仿真軟件EASE進行測試，綜合探討了分散式、集中式和混合式三種基本的揚聲器擺位方案。

【關鍵詞】演播廳 擴聲系統 揚聲器 EASE 仿真建模

演播廳擴聲系統利用電聲手段來使現場聽眾獲得聲音信息，揚聲器作為擴聲系統的末級輸出端，其配置將直接決定聲音信號在現場的重放效果。為了便于采購設備與施工，首先要確定揚聲器的數量和擺位方案，避免實際問題出現了再去復工，因此，在軟件層面上實現聲場模擬就顯得尤為重要。

一.演播廳EASE建模實例

EASE的全稱是Enhanced Acoustic Simulator forEngineers，即“為工程師應用的增強聲學模擬軟件”。在該軟件中繪制出3D模型，為各個內面鋪設好吸聲材料，再添置揚聲器和測試聽音區，即可通過運算來得出復雜的聲學參數結果。EASE可以算出的主要聲學參數包括：

（1）廳堂混響時間與頻率的關系曲線

（2）聽音區在不同頻率下的直達聲聲場聲壓級分布圖

（3）聽音區在不同頻率下的直達聲、混響聲總聲場聲壓級分布圖

（4）揚聲器在聽音區的瞄準點及聲場的等聲壓級圖

（5）顯示揚聲器在-3dB/-6dB/-9dB覆蓋角的聲線圖

以上計算結果是在揚聲器擺位測試中需要用到的參考數據。其中的總聲場聲壓級、聲線覆蓋圖是在擴聲系統設計中的重要參考標準。

在實現上述功能之前，第一步要根據實際場地進行建模。實例中的演播廳占地面積約400平方米，舞臺區域寬17米，深6.5米，觀眾區域為8層階梯構造，最后排距地面高2.4米，長11.3米，觀眾席兩邊有約2米寬的走廊連接進出門。如圖1即為演播廳的3D模型圖，是根據建筑圖紙詳細繪制出來的。

第二步是聽音區的繪制，將聽眾席（圖1所示的臺階）的平面向上拉伸至1.2米處即可得到聽音面，因為坐姿中的人耳是大約處在這個高度的。然后在聽音面上添設測試點，包括前、中、后、中左、中右、后左、后右7個測試點。在該點上可以計算出相對應的聲學參數的結果。如圖2所示。

第三步是在EASE中選擇與實際情況匹配的吸聲材料，各個面上的材料影響著EASE在混響聲方面的計算。建模中應用了如下吸聲材料：

二 . 楊聲器擺位的幾種設計思路

該演播廳用于拍攝各類訪談節目和綜藝節目，屬于語言和音樂兼用擴聲系統。音樂的動態范圍較大，需要較大的聲級。一般的最大聲壓級應該大于95dB，大的聲壓級勢必需要更大的功率，需要更多的揚聲器與功率放大器。但是，在實際中不可能無限度的增加揚聲器和功率放大器，要盡可能的合理布置揚聲器，讓它們發揮出最佳的性能。

1.分散式擺位

在舞臺臺口兩側或觀眾席四周分散布置揚聲器。由于臺口兩側的揚聲器的位置相對較低，觀眾會感覺聲音貼的比較近，消除前區觀眾席聲音從舞臺上方傳來的感覺。分散式擺位聲波覆蓋面很廣，聲音的清晰度也較好，但聽音區的中間部分聲場并不均勻。

2.集中式擺位

將揚聲器集中到一個鄰近區域、向聽眾方向輻射的一種安裝方式。通常將主揚聲器安裝在舞臺上方。這個位置的可以使聲音盡可能覆蓋全場，有利于提高觀眾席的聲場均勻度，同時也有利于提高傳聲增益，但聲波的覆蓋面仍然存在“死角”，如后排兩側的聽區部分。

3.混合式擺位

這種方法是在集中式的基礎上加裝分散式的揚聲器，即補音揚聲器。由于觀眾席橫向的長度非常大，導致集中式的主揚聲器對后排兩側的直達聲輻射不足。因此要選擇側墻的中后位置，加裝補音揚聲器。

根據以上設計思路，可以分別確定三種對應的方案。方案A（分散式擺位），方案B（集中式擺位），方案C（混合式擺位）。

三.在EASE中模擬測試三種方案

首先是方案A：

方案A直接使用舞臺兩邊的一對HK-VTll5揚聲器進行擴聲，HK揚聲器具有相對較寬的指向特性，在EASE中只需要使其軸線瞄向中間第四排的位置，確定然后向內扭轉一定的角度，參考聲線覆蓋面（如圖3所示），進行微調，使之覆蓋絕大多數觀眾席區。然后，再用MAPPING功能計算出總聲壓級。

由圖4可看出，在兩個揚聲器全部打開，測試頻率為1000Hz的情況下，前排最大聲壓級為112dB，最小聲壓級為后排的l05dB，差值是7dB。根據《廳堂擴聲系統技術指標（GYJ25-86），中頻段最大與最小聲壓級差值應小于6dB為適宜的聲壓級分布，可見這個方案中的前排和后排的聲壓級差距明顯大了一些，聲能分布不均勻。

接下來測試方案B：

如圖5所示，在舞臺上方集中安裝三個主揚聲器，首先以y軸為對稱軸定位中置揚聲器，在中置揚聲器的兩邊加裝略微下傾的揚聲器，與主揚聲器拉開一定的距離，讓其指向聽音前區，同樣可以起到拉聲像的作用。原來的主揚聲器可調整的稍微上揚一些以照顧后排觀眾。這樣一來，前、后的聲能分布就均勻多了。

由圖6數據可看出，在三個揚聲器全部打開，測試頻率為1000Hz的情況下，前排最大聲壓級為111.75dB，最小聲壓級為后排的106dB，差值是5dB。這說明相比方案A而言，在保持了同樣聲壓級大小的同時，讓最大聲壓級和最小聲壓級保持在了6dB的容差以內，在聲場均勻方面有很大的改善。

最后測試方案C：

這實際上是在方案B的基礎上加裝兩個補音揚聲器的方案，由圖6可以看出，由于觀眾席橫向的長度比較大，使得吊裝的主揚聲器對后排兩側的聲壓級的直達聲輻射不足，所以選擇側墻的中后位置，加裝補音揚聲器。

以上是根據方案C裝好的補音揚聲器。令揚聲器的指向朝著觀眾席后排的7、8排的兩側，彌補了主揚聲器的不足，再來看一下方案C的總聲壓級的分布情況。

如圖8所示，與方案B相比，方案C的聲壓級的分布更加均勻。應該說方案B和C都達到了標準，但為了更好的擴聲效果，在資金允許的條件下，應該選擇方案C為最佳。

四。結論

如EASE的測試結果所示，方案C混合式擺位是考慮的最為全面的方案，既能保證最大聲壓級的要求，又能實現很好的聲場均勻度。通過對上述演播廳建模實例的分析，我們可以確定一套標準的擴聲系統設計程序：先在EASE中對演播廳進行建模，在充分了解演播廳用途的基礎上設計多個揚聲器配置方案，然后用軟件進行聲場模擬測試，通過測試結果來確定最佳的方案。大型演播廳是電視節目制作的重要場所，體現了一個電視臺的技術水準和綜合實力，希望本文能為以后的演播廳建設工作提供一些參考意義。