EASE存疑二三

Ease_CAD

刚来这个板块，简单浏览一些文章，看到有些观点并不同意，还有一些东西很多人不知道：
1 EASE软件，看起来复杂，但不是神话。且不要说界面极其不友好，单说其STANDARE MAPPING，其实基本没有参考价值，都是基于扩散声场假设公式推出来的结果。而大部分用扩声的场合，吸声也不少，扩散声场的假设很难成立，这样的模拟结果跟实际存在较大差异。
2 由于其弱智的公式计算，导致EASE的模型需要很多规则，而这一起都源自其需要计算模型的体积！！！不信你把模型调成开放，然后混响时间固定，跟你封闭模型布置材料保证混响相同，两者STANDARD MAPPING算算无任何区别。
3 模型封闭不是AURA或声线或者虚声源的必要条件。其实几何声学的算法，只要存在界面就可以计算，不需要封闭。实际中也一样，你开个窗，声线一样漏出去，我们还照样听到声音。

wxf_zjhz

太高深了 我只知道大家就认它
赶快来个懂行的解说一下

mochang1985

本来EASE做出的数据就只是参考用的，会与实际有的出入这并不奇怪。何况世上那会有十全十美的产品呢？将就将就吧。

xycad

楼主讲的有道理，但也有不妥的地方。其实，没有多少人当EASE是神话。大家确实需要理性对待这个工具，在没有完全掌握EASE的全面功能的时候不要轻易下太绝对的结论。包括高玉龙老师在内，他老人家仍然会与我等做工程的实际使用进行经验交流，探讨其中的偏差。
EASE确实是有简化的方式，比如几何方式的。也有稍微复杂点的射线跟踪方式，也有AURA的波动升学模拟计算。论准确性，当然是最后一种最准确。但实际运用起来仍然受限。比如，模型的精确程度，不要认为我们平时所画的模型已经非常精细了，其实离实际还有距离，因为模型毕竟是模型，已经被“量化”了，充其量上万个面而已嘛，那么，大家想想一个真正的房间是无数个面的，是模拟量。所以，所谓计算只是某些给定条件下的一种运算手段，计算本身没有错，错的是条件的是否符合实际和完全。
还有，AURA的复杂运算，目前民用最高级别的电脑得运算好多天，仍然是近似值，你试过连续计算1---2个月的运算吗？
我曾说过，在中国最影响EASE计算准确性的不是EASE本身，而是中国建筑装饰行业和电声行业是独立的两个行业，相互的合作仅仅是个开始，还停留在相互推诿状态，充其量也处于相互呼吁要配合的状态，并没有形成成熟的合作模式和行规。所以学术界和商业界是矛盾的。经常运作项目的都知道，这是现状，也就是说，做装修的想法跟咱们做电声的不是对头就是两张皮，何谈模拟与运算？
大家平时进行模拟的EASE项目里面的材料跟装饰放的装饰方案有多少相同？有50%吗？

Ease_CAD

1 AURA 非波动声学模拟计算 用的是几何声学的算法：声线跟踪与虚声源之类。你说的射线跟踪（还有虚声源法），是EASE早期就有的，但只能单独算，AURA只是EASE4后买了别人的算法，是综合声线跟踪与虚声源。这是EASE帮助里面说的。况且看看计算设置时候要设置粒子数和计算时间长度，包括扩散系设定，这些都是为界定声线极其反射的，典型的几何声学算法。另外，AURA计算同样要加混响尾巴（提供了几种方法），保证脉冲的完整，不知道4.0版之前的脉冲是否也有这个功能，没弄过，不知道
2 另外，请教一个问题，计算中有个split time设置，应该设置多少毫秒。

5# xycad

Ease_CAD

5# xycad

Ease_CAD

另外，AURA的计算时间太长，其他的软件如CATT ODEON之类，计算都非常迅速。为什么需要这么多声线？我实验过一个模型，50K声线跟500K声线计算%ALCONS之间没有显著差别。况且,ODEON也有GRID计算，类似AREA MAPPING, 一个面上的计算，接收点也很多，并不需要这么长的时间。

7# Ease_CAD

Ease_CAD

另外，直觉告诉我：并非面越多越好，越细越好。
例如一个例，如坐席，有的人把一级一级升起都建得很清楚。有必要么？百瑞耐克的书里面对坐席的吸声，都是按面积来算的。作为几何算法的软件模拟，如果直接用面来代替坐席我想是比较合适的。

5# xycad

灯光技师

粒子数好像是跟波动有关的吧？

xycad

下面这篇文章讲解了常见的集合算法、射束跟踪算法、波动声学的算法，大家可以参考一下。
建筑声学设计中，越来越多地使用计算机辅助音质设计，市场上也有许多应用软件，如丹麦的ODEON，意大利的RAMSETE，德国的EASE等等
摘要：建筑声学设计中，越来越多地使用计算机辅助音质设计，市场上也有许多应用软件，如丹麦的ODEON，意大利的RAMSETE，德国的EASE等等。声模拟软件可以猜测室内声学参数，评价调整声学方案，计算机辅助音质设计将是未来趋势。由于声学问题本身的复杂性和计算机的局限性，目前的辅助建筑声学设计软件研究只是处于起步阶段，还不能完全代替理论分析和实践经验。因此，深入了解计算机辅助设计的原理，强调其参考价值和局限性并重，注重与建筑声学实践经验相结合，是非常重要的。论文参考了国外有关文献，阐述了计算机辅助声学设计的基本原理，希望研究成果对建筑声学设计工作者有所帮助。关键词：声线追踪法；虚声源法；声线束追踪法；有限元法

准确地猜测房间的音质效果一直是建筑声学研究者追求的理想，谁不想在设计音乐厅图纸时就能听到她的声音效果呢？一百多年来，人们逐渐发现了一些物理指标，并揭示了它们与房间主观音质的关系，包括混响时间RT60、早期衰减时间EDT、脉冲声响应、清楚度指数等等。音质参量预估是室内声学设计的关键。目前，人们采用经典公式、缩尺比例模型、计算机模拟来猜测这些参数。室内声学的复杂性源于声音的波动性，任何一种模拟方法目前都不能获得绝对真实的结果。本文在参考研究国外计算机音质模拟文献的基础上，对室内声学的主要模拟方法进行汇编和总结，以便深入地了解计算机辅助建筑声学设计的基本原理、适用性和局限性。

1、比例缩尺模型模拟和计算机声场模拟
自塞宾时代起，比例缩尺模型就在室内声学中获得应用，但模型比较简单，无法得到定量结果。20世纪60年代，模拟理论、测试技术等逐渐发展完善，进行大量研究和实践后，比例模型在客观指标的测量方面已经基本达到了实用化。现在，声源、麦克风、模拟声学材料已经可以和实物对应，仪器的频带也扩展了，在模拟混响时间、声压级分布、脉冲响应等常用指标已经达到实用的精度。比例模型的原理是相似性原理，根据库特鲁夫的推导，对于1：10的模型来讲，房间尺度缩小10倍后，假如波长同样缩短10倍，即频率提高10倍时，若模型界面上的吸声系数与实际相同，那么对应位置的声压级参量不变，时间参量缩短10倍。如10倍频率的混响时间为实际频率混响时间的1/10。然而，很难依靠物理的手段完全满足相似性的要求。空气吸收、表面吸收相似性的处理是保证模拟测量精度的关键。比例模型是现阶段所知唯一能够较好模拟室内声场波动特性的实用方法，可是由于模型制作成本较高、需要利用充氮气或干燥空气法降低高频空气吸收、模拟材料吸声特性难于控制的因素，这种方法存在很大的局限性。随着软件技术的发展，使用计算机进行声场的模拟研究成为现实。从数学的观点来看，声音的传播由波动方程，即由Helmholtz方程所描述。理论上，从声源到接收点的声脉冲响应可以通过求解波动方程来获得。但是，当室内几何结构和界面声学属性非常复杂时，人们根本无法获得精确的方程形式和边界条件，也不能得到有价值的解析解。假如对方程进行简化处理，所得到的结果极不精确，不能实用，完全利用波动方程通过计算机求解室内声场是不可行的。实用角度讲，使用几何声学的声线追踪法和镜像虚声源法，通过计算机程序可以获得具有一定参考程度的房间声学参数。但由于忽略了声音的波动特性，处理高频声和近次反射声效果较好，模拟声场全部信息尚有很大不足。近年来，使用基于有限元理论的方法模拟声音的高阶波动特性，在低频模拟上获得了一些进展。

2、几何声学模拟方法
几何声学模拟方法借鉴几何光学理论，假设声音沿直线传播，并忽略其波动特性，通过计算声音传播中能量的变化及反射到达的区域进行声场模拟。由于模拟精度不高，而且高阶反射和衍射的计算量巨大，因此，大多数情况是使用几何方法计算早期反射，而使用统计模型来计算后期混响。

2.1声线追踪方法
声线追踪方法是从声源向各方向发射的“声粒子”，追踪它们的传播路径。声粒子因反射吸声不断地失去能量，并按入射角等于反射角确定新的传播方向。为了计算接收点的声场，需要定义一个接收点四周的面积或体积区域来捕捉经过的粒子。无论如何处理，都会收集到错误的声线或丢失一些应有的粒子。为了保证精度，必须有足够密的声线和足够小的接收点区域。对于一个表面积为10m2的房间中传播600ms的声音，至少需要100，000条声线。


2.2镜像虚声源法
虚声源法建立在镜面反射虚像原理上，用几何法作图求得反射声的传播范围，如图2。虚声源法的优点是准确度较高，缺点是计算工作量过大。假如房间不是规则的矩形，且有n个表面，就有可能有n个一次反射虚声源，并且每个又可能产生个二次反射的虚声源。例如，一个15，000m3的房间，共有30个表面，600ms内约有13次反射，这时可能出现的虚声源数目约是2913≈1019。其算法复杂度为指数级，高阶虚声源将爆炸式增长。然而，在一个特定的接收点位置，大多数虚声源不产生反射声，大部分计算是徒劳的。上例中，只有1019中的2500个虚声源对于给定的接收点有意义。虚声源模型只适用于平面较少的简单房间或是只考虑近次反射声的电声系统。


2.3声线束追踪方法
声线束追踪方法是声线追踪的发展，通过跟踪三角锥形声线束，获得界面对声源的反射路径，如图3。简单的说，建立从声源产生的一系列布满二维空间的声线束，对每一个声线束，假如与空间中的物体表面相交，就把穿透物体表面的声线束部分进行镜像，得到反射声线束，同时记录所出现虚声源的位置，用于进一步的跟踪。与虚声源法比较，声线束追踪的主要优点在于在非矩形空间中，从几何上可以考虑更少的虚声源数目。
举例说明，如图4，考虑从声源经过面a镜像的虚声源Sa，那么全部可以见到Sa的点都在声线束Ra中。相似的，声线束Ra与平面c，d的交线，是Sa产生二次虚声源的反射面。而其他的平面，将不会产生对Sa的二次反射。这样，声线束追踪方法能够大大地减少虚声源的数目。另一方面，镜像虚声源方法更适于矩形房间，因为所有的虚声源几乎都是可见的。声线束追踪法的缺点是三维空间的几何操作相对复杂，每一条声束都可能被不同的表面反射或阻碍；另一个限制是弯曲表面上的反射和折射很难模拟。


2.4第二声源法
一种有效的方法综合了几何声学和波动统计特性，被称为第二声源法。第二声源法将反射阶段分为早期反射和后期反射，人为地确定一个早期反射和后期反射的反射次数界线，称为“转换阶数”。高于转换阶数的反射属于后期反射，声线将被当作能量线而不是镜面反射线，此时，声线撞击表面后，撞击点产生一个第二声源。第二声源的能量是声线初始能量乘以此前传播中撞击到的所有表面的反射系数的乘积。如图5，两个相邻的声线进行了6次反射，转换阶数设为2，大于2次反射的声线将按Lamberts余弦法则计算，同时镜面反射的方向依据镜面反射法则计算。取值在0到1之间的散射系数决定这两个方向矢量之间的比例。图6中表示了不同散射系数作用下的声线反射。为了简化，例子用二维来表现，但实际上散射是三维的。没有散射的情况下，声线追踪完全是镜面反射，实际上，0.2的散射系数足够用来得到较好的散射效果。
通过对计算机模拟和实测比较，发现散射系数在大而平的表面上需人为地设置为0.1左右，而在非常不规则的表面上需达到0.7。0或1的极端值在计算机模拟中必须避免，一是因为这不切实际，二是计算可能出现恶化的结果。不同频率散射系数也不同，因表面尺寸产生的散射一般出现在低频，而因表面起伏产生的散射一般出现在高频。散射系数难于确定是影响几何方法模拟精度的障碍之一。

4、有限元法和边界元方法
几何声学的方法忽视了声音的波动特性，因此无法对声波的波动特性进行模拟，如声波的衍射、绕射等。在低频段，声波的波长较长，能够越过高频声波不能越过的障碍物。因此，几何声学模型得不到准确的低频计算结果。为了解决这个问题，提出了有限元和边界元方法。利用声波动方程能够得到精确的结果，但是现阶段只有具有刚性墙的矩型房间才能够进行解析求解。这就是说，一般房间无法使用解析的方法求解其波动方程。事实上，任何房间声场都存在其波动方程，并遵从波动规律，因此可以使用数字化的方法来模拟和逼进房间的波动方程的解。具体方法是把空间细分为元，然后，波动方程以一系列这些元的线性方程表达，迭代计算求数值解。在有限元法中，空间中的元是离散的，而在边界元法中，空间中的边界才是离散的。这就意味着，有限元法产生的矩阵比较大且稀疏，而边界元法产生的矩阵比较小且稠密。由于计算和存储开销随频率增加变得无法承受，“元”的方法只适用于小封闭房间和低频段。
有限元和边界元法的优点在于能够在需要的地方产生稠密网格，如墙角等的对房间声传播影响较大的地方。另一个优点是可以处理耦合空间。缺点在于，边界条件难于确定。一般来说，需要复数阻抗，但是在现有的文献中很难找到相关的数据。这两种方法的特点表现在对于单一频率的结果非常精确，但当具有带宽的倍频程时，结果常有大的出入，在实际应用中还没有能够达到如几何声学一样的实用效果，尚需进一步研究。

参考文献：
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