EASE的阵列的创建问题

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EASE的阵列的创建问题

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EASE3.0高级运用之扬声器簇的创建       谢勇


扬声器簇与线阵列
目前，在大中型演出中几乎都离不开阵列系统了。特别是室外演出，几乎处处都能见到它们的身影。阵列系统的优点是很明显的：投射距离远、声压覆盖均匀，声压级高等等……。当然阵列之间也有区别，除了运用较广的线阵列Line Array,另一种也可以叫做Cluster的，即音箱簇。它也是有多只音箱组合到一起进行扩声的，我们可以把它理解为音箱阵列、音箱群，属于传统的阵列技术，在线阵列技术大行其道的今天，它的运用仍然很广泛。应该指出扬声器簇Cluster和线阵列Line Array,之间有许多共同点，但也有一些区别。它们的共同点都可以实现远距离投射，声压覆盖均匀。线性阵列要实现远距离投射，必须由多只单元同相叠加，来形成线声源以实现全频的声耦合，从而实现远距离投射。其单元之间的夹角很小，一般在零度和十度之间可调。线阵列还有一个优点就是改变了距离加倍声压减少6dB的传播特性，在临界范围内可以只减少3dB.。这些都是大型演出中线阵列的重要作用。而传统的音箱阵列要想实现远距离投射，一般中、高音都设计成号角形式，并使中、高音号角的指向变得很尖锐，这样能量非常集中，从而实现远距离定向覆盖观众区域。这样以来，就产生了一个矛盾：由于中、高音号角的指向很窄，那么它们的覆盖范围就很小，要想实现大角度的均匀覆盖，就必须由多只并列使用。那么这些音箱在组成簇时，到底应注意些什么呢？难道是随意堆放、排列吗？当然不是，这些我们可以经过模拟测试，就会有一个令人满意的答案。否则，随意的、没有设计的堆砌只会增加大量由声波交叉重叠产生的声干涉，这在实际的使用中是没有太大意义的。通过以上的介绍，我想大家已对阵列系统有了一个大概的认识，这对我们以下的学习是很有帮助的。本章将详细的结合实例来介绍如何通过EASE3.0来创建簇。在EASE3.0中,我们可以通过计算与模拟显示，来了解不同音箱组成阵列后的不同性能，以及如何调整阵列各个单元之间的位置、水平、垂直指向角度。通过比较，你可以把常用的音箱组成几个不同的簇（大、中、小型）分别保存下来作为一个单独的音箱来使用，这是一项提前的工作，可以为以后的工程设计提供方便。让我们来看如何操作。（注：本文讨论范围不是针对线阵列Line Array而言。）

主扬声器程序下的簇创建方法
启动EASE3.0选择主菜单File\Main speaker Base命令，打开主扬声器数据库程序。点击File\New Cluster, 我们来新建一个扬声器簇。此时会弹出Edit Project项目编辑窗口，大家也许会注意到此窗口在很多时候都会被调用：在工程建模时；在编辑音箱的外形尺寸时；在作射线跟踪时；同样这里当创建簇时也需要它。把这个窗口最大化，然后单击File\options (F9)我们来作一些必要的设置。在弹出的设置窗口里单击Items选项卡，然后选中show symbols and cases(显示音箱符号和箱体)，这样扬声器的观察更直观，也更有利于我们的调试。再打开Editing 选项卡，Editing plane里选择xy-plane Value中输入0；这一选择是确立你所输入的平面的基准值。例如，你在这里输入了一个10，当你插入一个二维平面或者一个扬声器时，则此二维平面或扬声器的Z轴值便会自动变成10，当然，这里前提是你选择的基准面是xy-plane ，其它两个分别对应的改变的是x、y轴值。在后文将还会再次用到这一选项。最后打开Mirror选项卡，复选上Auto Mirror Insertion；单击Change Axis，在弹出的窗口里选择x-Axis。设置好后点击确定。
在健盘上按L健（插入扬声器的快捷健），在绘图的区域内任意一位置点击，此时会立刻自动弹出此扬声器属性窗口。作为尝试，我们在扬声器属性叶中的X坐标输入0.5米，然后点击Change来改变音箱的型号：点击Browse如图1， 在左边窗口里选择RH公司Trap系统下的TRAP406.spk，然后单击add,则此扬声器便被加到此项目的音箱数据库中了，当然你也可以同时选择多只音箱加载到这个项目中，以方便你后来更改型号作对比。选择好后，点OK。此时我们已经作好了第一只音箱的参数设置，不必关闭此扬声器属性页，只单击左上方标题栏下方的小箭头，则会自动选择下一只音箱，从而对其进行设置。注意这只音箱，我们并没有手动插入它，而是刚才开启了扬声器自动插入功能产生的。把此扬声器的X点坐标改成-0.5，型号同样选择TRAP406，单击OK。音箱的摆位如图2。 大家可以看到音箱的外形图和声学中心符号图，以及整体摆位状况。我们分别在两只音箱的声学符号上点击选中它们，再单击右健，选择Activate,把两只音箱激活开启。开启后你会发现两只音箱的声学符号已变成了红色，软件默认设置用红色来表示音箱处于开启状态，若没有变成红色，则看看设置窗口（F9）Items,选项卡中loudspeakers一栏的Act是否选择为yes，若没有请选择它。
接下来的一步是按一下F5检查音箱数据，如果一切顺利，那么我们可以来看看两只音箱组成簇后性能到底如何了。下面单击Insert\Recompute Cluster命令，则会弹出关于这个Cluster的设置窗口，如图3。
其中：
①Position 和Aiming分别设置簇的三维坐标和投射角度。这两个选项主要用于编辑项目模式下的设置，它依据具体项目中的扬声器指向需求来改变，这里我们不须要改变，默认即可。
②Main Lspk：若选中此项，则会弹出一个让你选择了扬声器的窗口，若你选择了其中一个则整个扬声器簇的声学中心位置和指向将会以此扬声器的位置和指向为中心。而Avevage则是选择平均值。Complex Integration:扬声器簇的运算方式：复杂综合方式。它将考虑扬声器之间声压相互的叠加与相位干涉等等复杂因素，以计算簇的覆盖衰减球图；而Power summation则只是把各扬声器之间的功率简单的相加合并，扬声器之间的相互影响则不作运算。关于这两个概念的理解，可以参考本刊2002年第6期《音响工程中的计算机辅助设计软件 ----CADP2<二>》一文，有详细的介绍。最后点击OK。几秒钟之后，结果便出来了。在主扬声器程序窗口下便会显示此簇的三维点阵球图。如图4。
由于画面线条太多不容易观察，我们来打开Mapping\Render Balloon命令对其进行渲染。渲染的效果非常直观、清晰，大大方便了我们的观察，用鼠标拖动一下右侧和下面的滚动条来观察此球图。如图5。
我们看到此球图的衰减图中分布着许多波浪形的这种波瓣，很不圆滑、均匀，这说明两只音箱的辐射区域存在严重的声干涉现象。这种现象广泛的存在于随便摆放在一起的扬声器簇中。这就是我们要研究它的意义所在。好了，现在让我们来尽可能的改善这一现象。
返回到Edit Cluster窗口下（从任务栏中单击激活它），通过按Z键选择x、y平面我们从俯视图中直观的把这两只音箱靠拢。重新选择两只音箱，并分别改变它们的x 轴坐标值为—0.07m和0.07m，由于TRAP406的覆盖范围为40°，两只会在一起，为了避免声干涉产生其指向要分别左右分开，不能重叠，各自取其覆盖范围的一半20即可，这里水平指向分别输入—20°和20。最后点OK。如下图6，
音箱的位置及指向已经发生了改变。我来看看此调整过的簇的性能是否会有改善呢？同上面的步骤一样，计算完后，程序会询问你是否覆盖刚才建立的簇，我们可以选择“是”。之后，打开Render Ballon来观察此簇的衰减球图，很明显所有不正常的那些波瓣已经消失了，显得很均匀、圆滑。如图7。
你也可以单击工具栏中的图标，来看看不同频率段下的衰减球图的波瓣是否满意。需要说明的是随着你所选频率的越来越高，其球图的波瓣可能会变得越来越多，这是由于频率越高其指向性越来越尖锐的缘故。只要不是那种多而杂的小波瓣，我们认为是能接受的。
如果你对此扬声器簇的性能比较满意的话，我们可以把它作为一个单一的音箱保存下来，以方便我们日后调用。回到主扬声器主窗口，单击file\save speaker之后，为其取一个名字即可。
你可以尝试在一个项目里插入刚刚新建的这个簇，你会发现两只音箱的声学中心只有一个不再是两个了，就是在它们正中间。可见程序已经自动把它们作为一个单一的音箱来处理了。如图8。


编辑项目程序下的簇创建方法
朋友们也许早已注意到Edit Project (编辑项目)程序里也具有创建簇（Cluster）的功能。如何使用呢？与主扬声器程序里的方法有何区别呢？大家是否还记得上期笔者在通过射线跟踪程序来获得房间反射图数据所列举的那个工程项目吗？（参见上期相关文章及配图），在那个项目中主音箱使用了好几只音箱，我们讲过，射线跟踪的运算中，运算时间不仅与所设置的反射次数、射束数量有关，还有一个重要的因素就是和参与运算的音箱数目。所以当我们把这几只靠在一起的音箱组成一个音箱簇的话（也即只当作一只音箱）来处理的话，则运算时间将成几倍减少，当然，这改善的仅仅是时间，对于其它的运算的准确性不受任何影响。而且在这里创建的簇性能和在主扬声器主程序下创建的扬声器簇是一样的。为了和主扬声器程序创建的簇作以比较，而且为了方便我们学习，我们把那个项目中的主扬声器先删掉，而后改为用两只，来看这两只是如何组成簇的。由于项目中的主音箱的高度为7米，这时我们再次打开设置窗口（F9）把Editing选项下的Editing plane\plane Value 改为7，并单击OK。在文章开头我们讲过它的用法，其实，这个命令在对拥有较多的扬声器时显得很有用。现在重复我们刚开始学习创建簇时的步骤：①插入扬声器，在弹出的属性页中，我们只需改变x轴坐标为1m,Ver垂直指向为15度。Z轴坐标已经自动改为 7 米了。改变另一只的x轴坐标为-1m，Ver为15度②开启扬声器；③按F5检查数据；创建并运算簇。在簇的运算设置窗口里，我们会看到簇的Aiming（指向）数据由于具体项目中的地运用不同，已经不再是一成不变，在这里它的垂直指向（Ver）已经自动变成-15.9。运算完后，程序会提示你是否要重新激活扬声器，单击“是”。并会继续提示是否显示簇的衰减渲染球图。回答“是”。（你会看到在项目编辑窗口中两只音箱的声学中心已经变为单独的一个了，如图9。
同时它们组成的簇与刚开始在主扬声器程序下组成的簇在性能上是一样的，这你可以通过渲染的球图来比较。通过球图的波浪显示，说明我们要修改这个簇的位置，既和先前一样把它们靠拢，但这时我们要先拆开它们，才能进行重组。打开Insert\ungroup Cluster,你会发现在Edit project中，刚才的新建的簇的声学图标由一个又变为两个了，这时我们可以重新调整组建簇了。
通过再实践证明，在Edit project程序中和主扬声器程序中创建的簇的性能是一样，大家可以在使用中依据具体情况灵活运用。以给你的设计带来方便。需要特别指出的是，在实际的组合中我们并非严格按照每只音箱特定的覆盖范围来进行平均分配的，比如一个水平范围为90度的范围观众区域，并不是只能用两只水平角为45度的音箱来组成簇才会有全面的性能，有时也用3只甚至更多来完成。这时，他们之间的覆盖区域会有交叉重叠。由于有些音箱即使按照各自的覆盖范围来平均分配，也未必都能组合成全频段都很优秀的簇。这种情况下，通过反复实验，有时我们只能折中的选择较多只，虽然不可避免有些干涉，但某些时候可能更需要它们产生的更远的投射距离和较高的声压，也即文章开头所讨论的线阵列Line Array技术的运用尝试。但并不是所有的单元都能适用，所以不能一概而论。