1.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件的發(fā)展

早在1933年，德國(guó)人Spandock教授就試圖在1/5的房間腔體模型內(nèi)通過改變聲源、傳聲器的位置來總結(jié)出混響時(shí)間以外的其他參數(shù)，可惜由于當(dāng)時(shí)的技能能力所限，收獲甚微，1965年Spandock等人在大型計(jì)算機(jī)中建立數(shù)學(xué)模型，開始了計(jì)算機(jī)參與室內(nèi)聲學(xué)設(shè)計(jì)的應(yīng)用。

利用計(jì)算機(jī)對(duì)廳堂建聲和擴(kuò)聲系統(tǒng)聲學(xué)特性進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)的實(shí)用化系統(tǒng)軟件源于20世紀(jì)80年代中期的美國(guó)，1986年，出現(xiàn)了商品化的室內(nèi)聲學(xué)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，即一套由博世公司推出的，基于APOLE機(jī)上的軟件，用于確定音箱最佳擺放位置，由于這套軟件僅適合PA應(yīng)用，而且?guī)煳募兄荒苁褂貌┦辣緩S音箱的參數(shù)，因而未受到廣泛的重視。90年代后期，國(guó)際上著名的音響生產(chǎn)廠商相繼開發(fā)出多種建筑聲學(xué)仿真CAD，計(jì)算機(jī)(輔助設(shè)計(jì))軟件，并不斷完善計(jì)算方法和結(jié)果展示，這些軟件的揚(yáng)聲器數(shù)據(jù)庫中基本涵蓋了世界著名音箱廠商的產(chǎn)品系列，以供設(shè)計(jì)工程師選用，其中最具代表性的有美國(guó)JB L公司的CADP2，美國(guó)博士公司的THE BOSE SPEAKER，丹麥技術(shù)大學(xué)的ODEON，美國(guó)MARKIV'S集團(tuán)的ACOUSTA CADD和日本TOA公司與日本東京大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的CAD軟件等，目前國(guó)際上最具盛名并被廣泛采用的是德國(guó)ADA聲學(xué)設(shè)計(jì)公司在90年代初期開始開發(fā)的通用數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)軟件EASE，其后，EAW、EV、Turbosound、Mayer、RCF等都推出了自己的音箱位置、廳堂建聲設(shè)計(jì)軟件，但在這些軟件的背后都有軟件EASE的影子。

EASE聲學(xué)CAD設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有很好的可信度，其計(jì)算結(jié)果與實(shí)際測(cè)試結(jié)果比較接近，如果廳堂的建聲數(shù)據(jù)足夠準(zhǔn)確，計(jì)算的數(shù)據(jù)與最終的電聲實(shí)測(cè)結(jié)果相比較，其誤差率可控制在正負(fù)1db之內(nèi)，對(duì)工程設(shè)計(jì)而言具有很好的指導(dǎo)性，但是計(jì)算機(jī)聲學(xué)建模不過是一個(gè)設(shè)計(jì)模擬的工具，從本質(zhì)上講它和計(jì)算器、尺一樣，只是利用所提供的信息計(jì)算出結(jié)果，比如它雖然能顯示出揚(yáng)聲器擺位在環(huán)境中的效果，但并不能分析放在何處最合理，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件對(duì)于專業(yè)的音響工作者而言是非常有效的工具，隨著技術(shù)的不斷成熟，軟件在音箱工程設(shè)計(jì)安裝調(diào)試中的應(yīng)用會(huì)越來越廣泛。

2.EASE軟件功能

在擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，揚(yáng)聲器位置、安裝角度、以及揚(yáng)聲器的組合等是決定擴(kuò)聲器設(shè)計(jì)質(zhì)量的關(guān)鍵問題，在大型體育場(chǎng)館、會(huì)場(chǎng)和劇場(chǎng)的擴(kuò)聲設(shè)計(jì)中，觀眾席的面積較大，所需揚(yáng)聲器的數(shù)量較多，為保證生產(chǎn)均勻度和其他擴(kuò)聲指標(biāo)，揚(yáng)聲器的布局設(shè)計(jì)是十分繁瑣和費(fèi)時(shí)的工作，傳統(tǒng)的方法是先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和粗略的計(jì)算得出每組揚(yáng)聲器的大致覆蓋范圍，再根據(jù)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，在這種設(shè)計(jì)方法中，因?yàn)槿狈ψ銐虻亩繑?shù)據(jù)，所以揚(yáng)聲器產(chǎn)生的總體擴(kuò)聲效果很難在各揚(yáng)聲器安裝之前得到準(zhǔn)確反映。需要在揚(yáng)聲器的實(shí)際安裝中做較大調(diào)整，這不僅影響了工程的進(jìn)度，也增加了費(fèi)用，因此針對(duì)具體的擴(kuò)聲工程，如何得到揚(yáng)聲器布局的優(yōu)化方案，最大限度的發(fā)揮各揚(yáng)聲器的作用是擴(kuò)聲設(shè)計(jì)中需要解決的問題。

計(jì)算機(jī)模擬軟件為解決上述問題提供了有效的方案。利用EASE進(jìn)行輔助擴(kuò)聲設(shè)計(jì)的基本過程是在三維直角坐標(biāo)系統(tǒng)中輸入廳堂、觀眾席平面的各邊界、方向等參數(shù)，建立聽音環(huán)境的計(jì)算機(jī)三維模型→輸入各揚(yáng)聲器的初步位置（X、Y、Z）、安裝角度(俯仰角、水平角、旋轉(zhuǎn)角)及揚(yáng)聲器的型號(hào)(含功率、指向性、頻率特性等參數(shù))，建立揚(yáng)聲器布局方案的計(jì)算機(jī)模型→EASE計(jì)算、模擬出任意聽音位置上頻率響應(yīng)、信噪比及各揚(yáng)聲器在此位置上產(chǎn)生的聲壓級(jí)大小等參量→根據(jù)計(jì)算、模擬的結(jié)果對(duì)揚(yáng)聲器布局方案的各參數(shù)(型號(hào)，位置，角度，功率等)進(jìn)行調(diào)整，最終得出滿足各項(xiàng)擴(kuò)聲指標(biāo)的揚(yáng)聲器布局方案并由計(jì)算機(jī)輸出，在計(jì)算機(jī)上對(duì)揚(yáng)聲器布置方案進(jìn)行修改、調(diào)整不僅速度快，而且對(duì)各種方案的擴(kuò)聲效果可通過模擬準(zhǔn)確直觀的表示出來，便于對(duì)方案進(jìn)行有針對(duì)性的調(diào)整。

在模擬計(jì)算中，EASE調(diào)出數(shù)據(jù)庫EASE BASE中的揚(yáng)聲器參數(shù)，這些揚(yáng)聲器的參數(shù)包括靈敏度，三維指向性，最大功率，頻響等。EASE的數(shù)據(jù)庫EASE BASE是開放的，用戶可對(duì)EASE BASE中揚(yáng)聲器的參數(shù)進(jìn)行修改、更新，也可以增加庫中沒有列出的揚(yáng)聲器，使用戶有更大的選擇余地。

現(xiàn)在的EASE軟件不僅可以對(duì)擴(kuò)聲系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，還可以對(duì)建聲系統(tǒng)進(jìn)行輔助分析，如廳堂音質(zhì)的計(jì)算機(jī)模擬。廳堂音質(zhì)的計(jì)算機(jī)模擬是當(dāng)今建筑聲學(xué)發(fā)展中一個(gè)引人注目的新技術(shù)，也是該領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)，各種模擬算法及相應(yīng)的軟件相繼推出，模擬的方法大致可分為聲線法和聲像法兩大類，前者模擬速度快而后者模擬精度高，EASE混合使用兩種方法，具有較高的精度，也大大降低了計(jì)算時(shí)間，可以在較低配置的計(jì)算機(jī)上進(jìn)行音質(zhì)模擬，與擴(kuò)聲設(shè)計(jì)相似，EASE先建立廳堂的三維計(jì)算機(jī)模型，即輸入廳堂的各個(gè)面及其各頻帶的吸聲系數(shù)，通過對(duì)廳堂中任意位置上脈沖響應(yīng)的模擬計(jì)算得出一系列的廳堂音質(zhì)參量，這樣，在建筑設(shè)計(jì)的方案階段就可以評(píng)價(jià)廳堂的音質(zhì)，為廳堂音質(zhì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了客觀的數(shù)據(jù)，EASE2.0以上版本增加了聽覺模擬模塊，對(duì)模擬得到的脈沖響應(yīng)同“干”信號(hào)(語言或音樂)進(jìn)行卷積計(jì)算，經(jīng)外耳傳輸函數(shù)處理即可發(fā)出實(shí)際的音質(zhì)效果，更有助于建筑師及聲學(xué)工程師對(duì)設(shè)計(jì)方案的調(diào)整。

用EASE進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，準(zhǔn)確地建立廳堂的三維計(jì)算機(jī)模型是至關(guān)重要的，這關(guān)系到模擬的精度，實(shí)際的廳堂往往有幾百個(gè)面組成，各個(gè)面所用材料的吸聲性能也各不相同，所以建立模型的過程將十分復(fù)雜，對(duì)此設(shè)計(jì)了吸聲材料及吸聲系數(shù)的數(shù)據(jù)庫供用戶調(diào)用，這個(gè)數(shù)據(jù)庫也是開放式的。

考慮到AutoCAD在建筑設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用，EASE允許調(diào)用AutoCAD中建立的三維房間模型。

EASE設(shè)計(jì)軟件的主要功率功能包括：

（1）顯示建聲特性中125~8000Hz間7個(gè)頻率對(duì)應(yīng)的混響時(shí)間。

（2）顯示建聲特性中125~8000Hz間7個(gè)頻率對(duì)應(yīng)的需要清晰度C50。

（3）顯示建聲特性中125~8000Hz間7個(gè)頻率對(duì)應(yīng)的音樂透明度C80。

（4）顯示擴(kuò)聲系統(tǒng)直達(dá)聲場(chǎng)的最大聲壓級(jí)和聲場(chǎng)分布(不均勻度)。

（5）顯示擴(kuò)聲系統(tǒng)混響聲場(chǎng)的最大聲壓級(jí)和聲場(chǎng)分布(不均勻度)。

（6）顯示輔音損失率(輔音清晰度，Alcons)計(jì)算結(jié)果。

（7）顯示語言可懂度（快速傳遞指數(shù)，RASTI)計(jì)算結(jié)果。

（8）顯示揚(yáng)聲器至其聲音覆蓋區(qū)的直達(dá)聲及多次反射聲的“聲域”路徑。

（9）顯示揚(yáng)聲器-3db/-6db/-9db覆蓋范圍角的聲線圖。

在設(shè)計(jì)階段，利用EASE軟件的上述功能，在提供一定建聲條件(在廳堂幾何尺寸確定的前提下，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定廳堂內(nèi)表面的吸聲材料)和一定電聲條件(設(shè)定揚(yáng)聲器的型號(hào)，數(shù)量，擺位，角度等)下可以得到廳堂的建聲、電聲模擬效果及簡(jiǎn)單的分析，承接系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工程師就可以給裝修提出材料選用的建議，也可為擴(kuò)聲系統(tǒng)工程的一項(xiàng)安裝調(diào)試提出指導(dǎo)性建議。

3.EASE軟件版本

EASE是由德國(guó)學(xué)者Rainer Feistel& Rostock主持開發(fā)，德國(guó)ADA公司發(fā)行的全球現(xiàn)今最好用、最專業(yè)音響工程輔助設(shè)計(jì)軟件。

從20世紀(jì)90年代初的1.0版到1995年推出的EASE2.13版，都是DOS版本，隨后，AOA公司推出了Windows版EASE 3.0，從基本功能上講，Windows版比DOS版大幅提升，如變成Windows界面外，揚(yáng)聲器數(shù)據(jù)精確度大幅提高，輸出圖形更加漂亮，很多操作和功能出現(xiàn)并細(xì)化，通過建立數(shù)學(xué)模型可以在計(jì)算機(jī)中以圖形的方式完全模擬音響系統(tǒng)在實(shí)際場(chǎng)所安裝后的效果，甚至可以播放用戶指定聽音區(qū)指定位置的模擬聽音效果，在易用性和分析能力上有了明顯提高。

在2.13版，EASE是“Electro Acoustic Simulator for Engineers”的縮寫，意思是"工程師所用的電聲工程仿真(模擬)軟件"。自3.0版開始，EASE是"Enhanced Acoustic Simulator for Engineers"的縮寫，意思是“高性能的聲學(xué)工程仿真模擬軟件”，一字之差說明后者比前者在性能上有了顯著增強(qiáng)。

EASE 3.0包含多個(gè)版本，如DEMO版、JUNIOR版、FULL版、DEMO版只具備簡(jiǎn)單的查看功能而沒有任何編輯和模擬的功能。JUNIOR版能建立和編輯模型，也能進(jìn)行一般的模擬，但一些特殊功能除外，因此是個(gè)經(jīng)濟(jì)實(shí)用的版本，F(xiàn)ULL版沒有任何功能限制。

EASE 3.0在完成室內(nèi)聲學(xué)的輔助設(shè)計(jì)時(shí)所需要的參數(shù)分為聲源及界面兩大類，其中聲源類參數(shù)主要是指音箱的聲學(xué)指標(biāo)，需說明音箱的指向性因數(shù)Q值、指向坐標(biāo)(分辨率為5°)、頻響特性(100Hz-10kHz，精確到1/3CT)、聲中心等，在音箱生產(chǎn)廠商的網(wǎng)頁上，一般都提供EASE專用格式的庫文件，另外一個(gè)重要參數(shù)是界面的吸聲情況，主要是裝修材料的吸聲值與頻率的關(guān)系。

2003年，ADA公司推出了EASE 4.0，和EASE 3.0相比，主要增加的功能有：

（1）界面和操作更加直觀、方便。

（2）分析數(shù)據(jù)徹底改變EASE 3.0的單一頻率計(jì)算，而是改為自定義頻段分析，即分析繪制的圖形是10Hz~10kHz的全頻分析，更加符合實(shí)際和準(zhǔn)確。

（3）所有分析的數(shù)據(jù)既可以用圖形表示，也可以用數(shù)據(jù)圖表表示。

（4）繪制三維圖形，更加逼真，增加燈光效果，照射的效果更接近實(shí)物。

（5）增加線性矩陣功能，在分析音箱矩陣時(shí)更加方便調(diào)整各個(gè)矩陣音箱的安裝參數(shù)和校正時(shí)間。