声学设计软件EASE系列模块介绍

1.  EASE软件原厂商介绍

Ahnert Feistel Media Group AFMG)集团成立于20世纪80年代末。Ing.habil. Wolfgang Ahnert博士在为AKG公司研发Delta立体声系统时认识到,拥有一个精确的声学设计分析软件十分重要。在完成莫斯科Lomonossov大学的学业后,他与Rostock大学理论物理学教授Rer. nat. habil. Rainer Feistel博士一起开发出了模拟Delta立体声系统的计算机程序。Ahnert博士利用他扎实的声学理论基础和丰富的实践经验提出了软件的设计思路,Feistel博士则编写了先进的软件算法与用户界面。

1989年,Acoustic Design Ahnert ADA)公司成立。在对之前的软件雏形进行改进,添加功能界面之后,将其命名为如今大家所熟悉的EASE Electro-Acoustic Simulator for Engineers电声模拟软件)。EASE首次引入音响行业是在1990年第88届蒙特勒AES Audio Engineering Society音响工程学会)大会上。EASE迅速被众多专业声学工程师和音响系统设计师接受并获得良好的口碑,这使得开发团队不断的对软件功能进行拓展,完善其准确性,在1994年推出MS DOS系统下的最后一个软件版本EASE2.1。之后Stefan Feistel1995年加入开发团队,将EASE移植到Windows系统。并于1999年发布了EASE 3.0,这是独立运行在操作友好的Windows系统下的第一个软件版本。

随着台式机和笔记本电脑计算能力的不断提高,以及对EASE扩展模块需求的增加,开发团队决定成立新的公司,在更高的专业基础上进行软件开发。在1999年,SDASoftwareDesign Ahnert)公司成立,公司的第一个目标是开发一个新的测量软件平台,能够将已有的测量方法整合其中。于是EASE RA2004年年底正式发布。同时独立于扬声器厂商的线阵模拟建模软件EASE Focus与其他音响工具软件包也在不久之后推出。

如今的AFMG Ahnert Feistel Media Group)集团由ADASDA以及非营利性组织ADA基金会组成。其中ADA公司在埃及开罗和卡塔尔多哈都设立了办事处。ADA基金会通过与世界范围内的大学进行合作,为学生和研究人员提供学术折扣优惠,以支持声学研究。

ADA公司与SDA公司正在对EASE及相关软件进行联合开发。EASE具有开放的数据库,严谨的理论研究基础,持续不断的功能和用户界面的改进,以及适应不断增长的计算机处理速度的能力,基于以上原因,EASE已经成为声学行业进行分析和设计的标准。

2.  EASE软件模块介绍

EASE由一系列的模块所组成,如下图1所示,包含EASEJREASEAURAEARS。目前最新版本为4.3版。

1 EASE软件模块

最新的EASE4.3版本提供许多新功能,4.04.14.2版本用户可以免费升级:

支持AutoCADGoogleSketchUp DXF图形文件导入,也支持EASE图形文件导出到AutoCADSketchUp

按照IEC16标准IEC60268-16:2003的规定,利用调制传递指数MTIModulatedTransfer Index)来计算语言传输指数STISpeechtransmission index),使得EASE EASEJR可以计算开放空间和封闭房间的STI

STI计算得出辅音清晰度损失率AlconsPercentageArticulation Loss of Consonants)和快速语言传递指数RaSTIRapidSpeech Transmission Index),结果更加精确。

增加粉红谱激励信号以增强细节和仿真精度。

增加A计权频响曲线。

下文将详细介绍各模块的功能特性。

2.1 EASE JR—功能强大的声学模型设计软件

EASEJR是为那些不需要利用到EASE所有功能的设计师专门设计的。许多专业人士发现EASEJR具备的高效的声学设计功能和强大的演示工具已经足以满足他们的需求。

 Ø 强大的设计工具

EASEJR工具包的特点:

友好的Windows用户界面。

简单易用的3D建模和绘图功能,包括常见建筑类型的自定义模板。

支持AutoCADSketchUpDXF图形文件导入

业界最完整的开放扬声器数据库,持续更新80多家主流扬声器厂商的数千种模型数据。

开放的墙面材料数据库,包括超过175种表面材料。

            

2SketchUp中显示EASE模型文件        

3 33类房间模型模板中的一种

      Ø 基于科学验证计算的大量仿真参数

STI语言传递指数

DirectSPL 直达声声压级

Alcons辅音清晰度损失率

RASTI快速语言传递指数

TotalSPL 总声压级

Direct/ReflectedSound Ratio 直达声反射声比,D/R

CriticalDistance 临界距离

CMeasures C测量参数

ArrivalTimes 到达时间

LoudspeakerCoverage Overlap 扬声器覆盖重叠数

LoudspeakerAiming 扬声器指向性

ITD(Initial Time Delay) Gap 初始时延差

4观众席STI分布图              

 

5房间各表面直达声声压级

   Ø 主要的分析功能

声线追踪

EASEJR的声线追踪功能可以显示房间内部的声线反射情况,这对于任何设计都是至关重要的。

直达声可听化

在扬声器安装前就可以亲耳听到多扬声器系统下的直达声延迟情况,这样在设计阶段能够根据试听效果及时修正方案。

2.2 EASE—世界一流的建模与声学分析软件

EASE除了EASEJR提供的所有仿真和演示功能之外,还提供了全面的声线追踪和声学分析功能。EASE高级版本包括以下工具:

 Ø 声学探头

EASE提供了两种不同的声线碰撞计算方法。都是在大于测试波长尺度的模型中,利用声线追踪法将测量点处的数据记录存贮。每条声线在不同频率下的到达时间、能量大小(声压级)、方向(入射角)都被记录下来。然后用声学探头计算、绘制并给出详细的声学数据,以寻求最佳的解决方案。

EASE提供的数据图表包括:

Reflectograms(EFC/ETC displays) 反射序列图(能量时间曲线/能量频率曲线)

Waterfalldisplays 瀑布图

PulseDirectionalit脉冲方向图

SchroederRT Times施罗德混响时间

ModularTransfer Function (MTF) 调制传递函数

STIIntelligibility Projections STI预测

ImpulseResponse Files脉冲响应图

6 EASE生成的反射序列图                    

7局部衰减时间图

   Ø 局部衰减时间

局部衰减时间提供了一种根据声线追踪法快速检查房间内各处混响时间的方法,以验证赛宾公式和依琳公式计算出的混响时间的精确度。EASEEASEJR都可以根据模型的体积和材料吸声系数利用赛宾或依琳公式计算混响时间。

但这些广义的数学公式并不适用于所有的房间模型,在有些情况计算结果往往不够精确。另外公式只能计算房间整体的混响时间,而实际情况下房间各处的混响时间是不同的。

Ø 反射图—提高计算精度

利用声线追踪法得到局部的混响时间数据,反馈给绘图过程重新计算,以提高预测的准确性。

Ø 局部声线追踪

局部声线追踪通过声线“快照”的方法可以快速找到存在问题的位置,再通过设置声学探头获得更详细的分析结果。

Ø 模块化和拓展性

EASE采用模块化设计,为不同的需求提供各种功能强大的计算和模拟扩展包。AURA模块提高了计算结果的严谨性和精度。先进的实时可听化EARS模块功能能够提供身临其境般的虚拟听觉环境。

2.3 AURA—室内声学分析软件

Ø 先进的声学模型算法

AURA是与亚琛工业大学共同合作开发的高效算法软件,可以大大减少声反射的计算时间,同时提高精度。

AURA的算法中综合了扩散反射法和声线法,提高了计算精度,丰富了模型细节。即使在处理较为复杂的房间模型和音响系统时,如线阵列音响等,都可以确保最准确的仿真结果。AURA能够计算出更详尽的脉冲响应,使得可听化模块EARS产生更真实,准确的声音效果。AURA针对多核PC进行多线程计算的优势,将计算过程分解成十个或更多线程同时处理,以减少计算时间。这样以前耗费几个小时的计算过程,现在只需几分钟即可完成。

AURA能够生成音乐和语音的回波图。利用回波图可以对能量衰减进行预测,这与语言清晰度和音乐的连续性密切相关的。AURA在设计阶段就可以找到方案存在的问题,使得调试修改更加简便,降低成本。

8 AURA生成的反射序列图                

9语音回波图谱

Ø “声学显微镜”

AURA能够模拟计算ISO3382标准中定义的所有主要的声学参数。ISO3382考虑到了聆听者的主观感受,与传统的声学参量如RT60,临界距离等相比,能提供更准确更完善的关于听众对语言、音乐接受程度的预测结果。

AURA包括的声学参量:

EarlyDecay Times 早期衰变时间,EDT

T10,T20 & T30 Reverberation Times T10,T20T30混响时间

LateralFraction (LF) 侧向反射声(LF

LateralFraction Coef (LFC) 侧向反射系数(LFC

Clarity(C80) 音乐明晰度(C80

Definition(C50) 语言可懂度(C50

SoundStrength声强

CenterTime中心时间

  PlusDirect SPL直达声压级,Total SPL总声压级,STIArticulationLoss清晰度损失。

10侧向反射声(LF)数据图                  

11 MTISTI数据图

    2.4 EARS—虚拟听觉模拟软件

真实听感是评价声学设计成功或失败的最终标准。EARS模块让您在设计阶段就可以进行主观听音测试,方便的进行反复试听,轻松的判断发现音色不良,颤动回声,回响声等问题。

应用最新的心理声学研究成果,EARS提供更加真实的双耳听感。没有比让客户直接听到声音效果更好的方式来证明一个新的声学设计方案的价值。

可听化基本原理:首先得到房间特定位置的脉冲响应,这可以由EASEAURA计算生成,或者利用EASERAEASERAPro测量得到。将源信号(通常是语音,音乐或二者皆有)与脉冲响应进行卷积。然后利用头传输函数产生单独的左、右耳的信号。这样得到的双耳信号可以使听者获得完整的临场感和空间感。

12EARS可听化功能

    2.5 IR—红外模块

红外线IR系统是最常见的听觉辅助系统,符合美国残疾人法案和其他政府法规的规定。利用IR模块,可以对红外系统的性能进行模拟,分析和准确预测。其中发射和调制系统作为红外信号源,信噪比图被用来预测性能。

13 IR信噪比图

    2.6 强大的演示工具SpeakerLab & GLL Viewer

Ø 专业的演示工具VISIONOpenGLViewer Movies

说服客户是项目成功的重要步骤。EASEJR提供强大的演示工具,使业主,管理者和其他用户能够更好的了解和欣赏设计方案。

Movie模块

Movie模块提供了直观的动画预览功能。EASEJR对声学设计方案进行详细展示的最好选择。

14动画展示室内声场的传播过程

OpenGL Viewer

EASEView Open GL View是包含在EASE中的可以单独使用的程序。利用它能够方便地与客户分享EASE图形文件。只需复制EASEView程序和EASEOpen GL图形文件,就可以随时随地的查看您的设计方案。

VISION:逼真的效果图

EASEJR VISION建筑渲染模块能够提供超越3D图形的效果。可以方便的添加光源和表面纹理,产生令人惊叹的照片般逼真的图像。

VISION3D渲染功能是EASEEASEJR的一部分。通过添加各个方向,不同颜色和强度的光源产生各种逼真的光影效果。表面填充纹理可以是反射效果,有光泽,无光泽,粗糙,或透明的。采用位图(材料,场景的照片等)填充的表面能够创建逼真的石头或砖墙,瓷砖地面,甚至是图画,装饰物或其他细节。

15 VISION中的3D渲染功能

Ø SpeakerLab&GLL—通用扬声器数据格式

GLL是是一个综合性的,描述性,具有明确对象的数据格式,可以存储和交换任何扬声器系统和任何形式的声源数据,如线阵列音箱,音柱,扬声器阵列和多路扬声器等所包含的大量数据。

传统的计算方法将各种扬声器都视为简单的声源,具有球形的指向性。但实际情况很复杂,例如线阵列扬声器通常安装在可调节的支架上,可以设置多个角度。音柱(常规的和数字控制的),扬声器簇和垂直多路扬声器组合,以上各种情况都和理想化的点声源有根本性的区别。同时交叉供音和均衡器设置也会改变扬声器系统的声学特性。现在计算机的处理能力提供了进行复杂计算的条件,所以可以考虑与真实情况更加接近的扬声器模型。

开发GLL格式的目的在于充分利用硬件的计算能力,并提供更详细和准确的数据用于仿真计算。面向对象的GLL数据文件解决了大部分传统的扬声器数据库存在的问题。每个声源(换能器)被看作独立的,而扬声器外壳定义为扬声器边界。如果有交叉供音,转向支架或外部均衡系统,也可以包含在数据文件中方便的在EASEEASEJR中使用。

EASESpeakerLab用来定义GLL工程文件,并编译成EASE使用的GLL文件。EASE用户可以加载GLL文件数据并利用它对设备进行声学仿真。

GLLViewer是一个简单的程序,允许用户自由的查看GLL扬声器模型。