EASE Focus声学仿真实现中小型室内厅堂线阵列音箱的设置

刘 青 傅圣雪

中国海洋大学 山东青岛 266100

EASE Focus声学仿真实现中小型室内厅堂线阵列音箱的设置

刘 青 傅圣雪

中国海洋大学 山东青岛 266100

以青岛国际学校多功能厅为研究背景，利用EASE Focus声学设计软件对国际学校的多功能厅进行线阵列扬声器的配置，找出线长适合中小型室内厅堂演出的线阵列扬声器系统，以得到良好的语言清晰度。

多功能厅；EASE Focus软件；线阵列扬声器

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

线阵列扬声器系统目前广泛应用于室外扩声、大型室内建筑，如中国海洋大学体育馆成功利用了短线阵列。在普通中小型室内厅堂采用短线阵列、中线阵列也渐渐引起人们的重视。对于线阵列的研究主要运用EASE及EASE Focus设计软件，前者是德国ADA公司出品的一个建筑声学模拟软件，后者则是其姊妹公司SDA出品的一个关于线性阵列扬声器系统的声场模拟软件，它是一种基于二维空间定位投射的专用线阵列声学仿真软件。

青岛国际学校是一所设施一流、教育资源丰富的学校，其中建设的多功能厅已经完成(如图1所示)，主要满足会议、语言声的需求。在研究过程中，我们首先量取了国际学校多功能厅各个听音面的尺寸，根据测得的数据在专用线阵列声学仿真软件EASE Focus中建模。以使中场观众区获得最佳的听音效果为评价准则，制定了两种讨论方案：选用了短线、中线两种方案(分别是4个、8个音箱单元)进行仿真。最后根据仿真的结果，比较两种方案在各频率段的声压级及频率响应曲线，结合性价比得出讨论的结果，并分析最终选用方案的优劣之处和优化方法。

图1 青岛国际学校多功能厅

在EASE Focus的NEW PROJECT列表中，有QSC公司的ILA系列和WIDELINE系列的线阵列扬声器可供选择。对国际学校多功能厅配置了ILA系列的线阵列扬声器(如图2所示)，其主要指标见表1。选择此系列扬声器系统是因为它经济实用且易于安装的悬挂系统，还有足够的阵列调整余量，其低频范围也足够满足语音和大部分音乐的使用要求，可以实现多功能厅的多功能性。

图2 ILA系列线阵列扬声器

表1 所选线阵列扬声器主要指标

1 国际学校测量数据

此多功能厅总长为30m，高为7.9m，从舞台口至大厅后墙为观众区，总长为24m，宽度为16.6m，大致分为3个部分：舞台前区、中场观众区、后场观众区。其中，舞台前区长为3.5m；观众区呈阶梯状，每阶高为0.092m，长1.3m，共17排座椅，前8排位于中场(如图3所示)。

图3 多功能厅布局示意图

2 EASE Focus声场仿真

2.1 统一的参数

(1)在统一的外界环境参数下分别进行仿真，如温度、大气压力、湿度等。

(2)线阵列扬声器的悬挂高度均为h=6m(此多功能厅舞台上方梁高即为6m)；各音响单元增益均调至最大0dB；Array Presets选项选择J-Array。

(3)软件有事先预制好的几种听音场地模式，由于研究的是室内封闭声场，我们只需在“Venue Presets”选项中选择“Hall”，即礼堂(大厅)模型，而非软件默认的“open air”选项(户外露天听音场地)。

(4)使用F9键调出软件选项菜单，在ear heights(人耳听音平面)设置“听音面”的高度。“听音面”位于观众座位区上方，是距离地面1.2m的一个虚拟平面，是计算和显示厅堂声学特性的一个重要指标。结合此多功能厅的面积考虑，把其听音面大致分为两个部分：中场观众区和后场观众区。值得注意的是，由于此多功能厅观众区地面为阶梯分布，所以它的听音面也是由前至后逐渐升高的斜面。

2.2 仿真结果对比

2.2.1 同一频率段内的组合直达声压电平

在这里，我们首先选取3个典型的频率段，分别为125Hz to 250Hz，500Hz to 1KHz，2KHz to 4KHz；然后分别在上面3个频率段内观察、对比短线及中线阵列在每个频率段内的组合直达声压电平。仿真结果如图4图5所示。

图4 使用短线阵列后的组合直达声压电平

图5 使用中线阵列后的组合直达声压电平

从图4和图5可以看出，对于低、中频而言，使用短线阵列和中线阵列后的组合直达声电平曲线均比较平滑，组合直达声电平最高值与最低值差别不大。但是对于高频而言，舞台前区在使用短线阵列情况下的组合直达声压电平波动较大。

2.2.2 中、后场观众区在同一频率段内的声压对比

考虑中、后场是因为我们一般选取线阵列扬声器的原则是使声音尽量向远的地方传播，即线阵列扬声器的优势是把声音往中后场传送。在这里，我们同样选取上述3个典型的频率段，分别以中、后场观众区为例，观察对比短线、中线阵列在每个频率段内的声压电平组合。

对比图6和图7可以看出，使用短线阵列和使用中线阵列对中场观众区处的声压影响没有明显差别。

图6 中场使用短线阵列后的声压

图7 中场使用中线阵列后的声压

从图8和图9可以看出，使用短线阵列的情况下，在中、低频，后场声压不足96dB，对比短线阵列，中线阵列能较好地满足听音要求。

图8 后场使用短线阵列后的声压

图9 后场使用中线阵列后的声压

2.2.3 频率响应的对比分析

用均衡调节工具条均衡后的频率响应曲线如图10及图11所示。其中，以125Hz为参考点，其频响曲线对应的值由大到小依次表示舞台前区处的频响、中场观众区处的频响及后场观众区的频响。

图10 使用短线阵列后的均衡频率响应

图11 使用中线阵列后的均衡频率响应

通过对比图10和图11可以看出，对于舞台前区及后场观众区，短线阵列在全频下前后声压差约9dB，中线阵列仅相差约为3dB；对于中场观众区处，短线阵列在全频下声压差也高达15dB，中线阵列频响曲线在全频下的声压差约为8dB。但是总体而言，中线阵列扬声器组合的频率响应曲线较为理想。

3 结束语

从EASE Focus仿真的结果看来,中线阵列比较适合国际学校多功能厅选用。仿真前我们是将每个音箱单元的增益都调至最大0dB,其可调范围为－60～0dB,因此,在现场操作时只需对声压进行适当调节,便可更加完善地满足听音要求。

唯一不足的是，较之4个音箱单元的短线阵列，其成本相对较高，所以我们在国际学校多功能厅内最终只选用了2组中线阵列。此外，EASE Focus软件在使用中还有许多细节需要完善，如水平覆盖角度的估算调整等。

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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 稿件编号：1101010

刘青,在读硕士研究生。傅圣雪,本科,教授。