来源: XYCAD中国音响设计网
[摘要] 本文简述了声学模拟软件EASE的发展历史，基本结构，功能,使用方法及可靠性。特别介绍了EASE4.0版相对于EASE3.0版的改进，及EASE由扩声系统设计软件向声学设计软件方向发展的趋势，最后给出该软件在工程上的一个应用实例。
[关键词] 声学设计 模拟软件 EASE
[Abstract]
[Key words]
1 引言
EASE是the Enhanced Acoustic Simulator for Engineers的缩写，意为增强的工程师声学模拟软件。作为优秀的商品化扩声建声设计软件，EASE使建筑师,音响工程师,声学顾问和建筑商可以预计建筑的声学特性和扩声系统（特别是扬声器布置方案设计）特性。EASE最早是在1990年，ADA(Ahnert声学设计公司)在Montreux举行的88届AES大会上介绍的。99年，该公司发布了ESAE3.0版。此后不久，JBL公司便决定停止开发他们自己的声学设计软件CADP2而转向使用EASE。99年年末，ADA公司开始致力于EASE4.0的开发，并于2002年八月正式发布EASE4.0及相关的使用手册和指南，这是EASE目前的最新版。本文主要介绍EASE软件的基本结构，特点和使用，特别是EASE4.0的相对于3.0版所作的改进。
2 EASE4.0简介
2．1 EASE4.0结构简介
EASE4.0可以在Window98, Window2000, Window NT和Window XP的环境运行，不支持Window95,也不推荐WindowsME。软件混合使用了声线跟踪法和声像法，结合了前者模拟速度快而后者精度高的特点。由于EASE4.0在出售时封装的不同，在主程序之外，会包括不同的计算模块，这些计算模块是ADA向别的公司或大学购买的。完整的计算模块包括AURA, 房间声学分析软件（基于CAESAR算法）； EARS 4.0 双耳试听模块4.0版，包含Vmax ?Transaural Stereo Imaging Software； EARS RT 4.0双耳试听模块4.0版，包括Lake?Convolution ａｎｄ Vmax ? Transaural Stereo Imaging Software 。这些外挂的计算模块和EASE 主程序中的各大计算模块一起完成建声扩声设计的任务。
2.2 EASE4.0的新特点
EASE4.0继承了EASE 3.0版的所有功能，读入所有3.0中的扬声器数据和工程数据（建筑的数据，形状质地等等）自动转换成新的格式。在此基础上EASE4.0比3.0作了相当多改进。EASE4.0的新特点如下。
改进的用户界面
4.0的新外观更加亲切，图标和菜单使用起来更便利。现在程序可以直接从一个模块跳到另一个。无论是建立一个新工程，计算Mapping(绘制)还是声线追踪，都更简便。4.0更倾向于以任务为导向，改变了以往的以数据为导向，这样便于理解和使用。
新的图标直接指向各个功能，如计算直达声，可以直接用鼠标选择。还可以享受灵活的桌面，自己制定快捷键，直接进入各个子程序和模块。
更便利的模型导入和导出
EASE 4.0中建筑模型的导入相对于EASE3.0更为简单。局部模型的对象定义使房间的建模更简化。这个功能相当于AutoCAD中的生成块，允许使用者选择建筑模型中的任何项目包括线，面，边缘，光，或扬声器等等，把它们编成一组作为一个对象单独存在。这个对象可以导入到模型里去，可以在三维空间里复制，旋转，移动，也可以编辑和修正。这个功能大大节省了使用者的时间，缩短了25％-50％导入模型花费的时间。
增加了EASE Viewer（ EASE阅读器）
EASE4.0另外一个节省时间的飞跃是增加了EASE阅读器，用户可以保存和加载 EASEOpenGL 或 Mapping文件。以前的EASE版本，mapping计算完之后要么打印，要么丢掉。如果再想看得话需要重新计算一遍，因为EASE没有保存的选项。EASE4.0版改变了这种情况，允许将计算结果保存为EASEOpenGL 文件。载入这个文件可以显示Mapping的计算结果，也可以随时给mapping重新着色。OpenGL文件的使用使得Mapping中的所有的计算可以一次完成，然后保存、显示而不用再次计算。EASE4.0也允许用户将计算结果保存为文本或图片格式。.
更完整的音箱数据
EASE在它音箱数据库里存储了丰富的音箱参数，将音箱的幅度和相位分别画在一个每格5度的球中，频率为100到10KHz的1/3倍频程。更精密的音箱数据包括每格1度和1/24倍频程。除此之外，EASE的声源还包括人声（男声和女声），并且提供管弦乐器和乐队的方向性。
EASE的早期版本不考虑音箱相位的不同。EASE4.0升级了原有的音箱数据，一旦制造商提供了相位信息，可以直接添加到EASE的音箱数据库。用户也可以添加和修改音箱的相位信息。这使计算音箱组合的数据结果比以前更为精确。如果音箱数据来自EASE3.0，EASE4.0的计算则基于音箱频率响应的最小相位行为。
EASE3.0中有一项扩展功能，在计算音箱组合的时候，EASE3.0的音箱合成滤波器允许用户设定一个数以确定音箱组合中各个音箱的相对电平。新的滤波器允许在计算音箱或音箱组合的完全响应时使用相位/延时数据。这不仅使现有的模拟更接近实际情况，而且使用户设计新的音箱成为可能。例如设计需要相位信息的DSP处理器音箱或控制音箱。添加的相位信息和相位球使模拟利用相位变化控制音箱阵列方向性的新的复杂阵列也成为可能。
EASE4.0也为音箱阵列提供了数据库。用户也可以在balloon程序下计算自定义自己的数据库。
目前EASE的音箱数据库内包括的品牌如下：
A.C.E., Altec, APL, Apogee, Atlas, Bag End, B.E.S.T, Beyer ，Cannon, Celestion, Cervin Vega, Community，d & b, D.A.S., Dynacord, EAW, EVI，Fourjay, Frazier, Galaxy, H-Design, Icela，JBL, K & F, Klipsch, MacPherson., Meyer，Nexo, OAP, PAS, Philips, Quam, Ramsa，RCF, Renkus-Heinz, Sammi, Sound Sphere，Tannoy, TOA, Turbosound, University, Yamaha, Yorkville
更完整的工程数据
EASE4.0支持长文件名（255个字节）；EASE 4.0的材料数据库支持长文件名，支持对所有材料的完整描述；在工程数据检查程序中提供更详细的信息；提供所用能得到的音箱制造商电话和地址。
Mapping程序了添加了反射能量
EASE4.0中的stａｎｄard mapping和render mapping函数也有所增强。用户可以自己规定一个时间作为早期反射声的界限，EASE4.0会在stａｎｄard mapping和render mapping中计算这个反射声。EASE4.0中的局部声线跟踪法允许用户在任意一个位置发出一条声线，用来计算局部衰变时间。
EASE3.0中所有的mapping都是在单个频率下计算的。EASE4.0则可以选择一次计算所有频率（倍频程可以选择）下的所有参数，当然也可以选择一次只计算所有频率下的一个参数，或单个频率下的一个或某些参数等等。
探针模块Probe的进步
Probe探针模块是声线跟踪ray tracing模块的定点声线跟踪ray tracing impacts下的一个程序，用来计算房间某一点的脉冲相应等参数。EASE4.0中的Probe也有增强，可以计算调制转移函数MTF (Modulated Transfer Function) 和快速语言传输指数 RaSTI (Rapid Speech Transmission Index)。EASE3.0中的RaSTI是由辅音清晰度损失Alcons计算而来的，而EASE 4.0则根据 RaSTI公式计算所有相关频率下的值。probe可以计算房间脉冲响应的整个序列尾部或者ETC（能量时间曲线），对房间响应的描述更符合实际情况，并使局部衰减的计算也成为可能。实际上局部衰减时间即EASE2.1中的局部观众席混响时间。以上这些改进都将使EARS试听模块和ETC计算更加精确。
增加了灯光，纹理和Vision子程序
EASE4.0中添加了3个附件，分别为EASE Vision着色引擎，纹理编辑器和灯光编辑器。加上了纹理，灯光，颜色，阴影后的建筑看上去会更加真实。
EASE Vision模块是一个建筑着色引擎，EASE 4.0赋予建筑物的阴影更多的细节和更细腻的颜色，使建筑模型看上去更真实，虽然还没有达到照片质量，但是已经比较接近。
纹理编辑器和灯光编辑器提高了模型的真实感。灯光编辑器为模型加入了照明细节。可以通过鼠标来选择灯源的位置，方向，颜色和强度。纹理编辑器使用户可以输入位图格式的纹理，比如砖块，地毯甚至是窗户。这些纹理不仅可以模拟墙上的散射光，也可以模拟反射光（镜面），透射光（玻璃），金属光泽,自发光体（如监视器）等。
新的计算模块AURA
Ahnert博士和Feistel博士开始开发用于电声顾问工作的声学分析软件（即后来的EASE1.0）时，只考虑了直达声。后来他们加上了反射声，引入了可听化模块Auralization。
为了使Auralization听起来自然，EASE需要计算1到4秒长的脉冲宽度。即使使用较快的计算机计算一个简单的房间，也需要很长时间。所以，进一步计算后期反射声是不现实的。所以，在开始可听化模拟程序之前，EASE用一段统计估计而不是计算的数据加到计算出来的脉冲相应的前面一部分上，得到房间的脉冲响应。模拟的结果很理想，但如上面解释过的，花费的时间很长，而且后期反射声是近似结果。为了解决这个问题，EASE4.0加入了AURA模块，即Analysis Utility for Room Acoustics,房间声学分析软件
当Ahnert博士和S.Feistel博士和ADA的其他开发者致力于研制EASE的时候，有几家欧洲大学也在开发专门的建筑声学软件。Odeon (Denmark), CATT (Sweden), Caesar (Germany) 和 Ramstete (Italy) 即为其中的佼佼者。由于加入了扩散声的计算，这些软件就可以计算所有ISO3382欧洲声学标准要求的房间声学测量参数，被推荐用于房间声学环境的完整描述。在增加了AURA后，EASE不再仅是一个扩声系统设计软件，同时也向声学设计软件迈进了一大步。这使EASE发展的趋势发生了变化，
AURA 模块原型是德国Aachen大学开发的Caesar。最初作为一个学院派软件，Caesar限制了自身的商业化用途。例如，Caesar只有一个全指向性的声源。在AURA中，ADA公司为Caesar的音箱库添加了大量商业音箱、音箱阵列和音箱组合。 与EASE中Probe的结合更增进了发展，这也是原来的Caesar中没有的。但是最重要的是，AURA可以由脉冲相应计算所有的STI，这比在3.0或者更早版本中用Alcons来估计RASTI要来的进步多了。
AURA计算房间声学参数能达到格外精度，可以计算的项目包括：直达声（Direct SPL），声压级（Total SPL），早期延迟时间(EDT)，RT,T10,T20,T30,清晰度（Definition）,重心时间（CenterTime）,LF,LFC,声强，演讲回声（Echo Speech）和音乐回声（Echo Music）。以前EASE允许使用者计算的声学参数包括直达声（Direct SPL）, 总声压级（Total SPL），辅音清晰度损失（Alcons）,快速语言传输指数（RaSTI）等，这些参数尽管包含了大量信息，但是如要完整地描述一个房间的声学性能，设计者也需要考察如早期延迟时间(EDT), 回声（Echo）, T-10, T-20和T-30等等参数，AURA妥善的解决了这个问题。AURA中的声线跟踪技术以一种新的运算法则推进了EASE的发展。质点损失运算法则（The particle loss algorithm）这一选项（另外一个是能量损失energy loss algorithm）使计算接近快了20倍，在Mapping计算中结果非常理想。但是energy loss法则的结果精确性更高。
AURA利用声线跟踪法计入了扩散的作用。EASE3.0不考虑壁面是光滑还是粗躁的。事实情况是，在现实中总有一定的散射发生。EASE4.0根据Lambert法则计入这种影响。但是EASE4.0中只有AURA模块中考虑扩散影响。
改进的声线跟踪模块 （RAY TRANING）
RAY TRANING是以声线法分析声场的方法。 EASE3.0中反射声最高阶数是19阶，EASE 4.0版取消了这个限制。
EARS模块的增强
EARS和EARS RT都是双耳可听化程序, 这些外挂的计算模块区别在于运算法则不同。EARS和EARS RT是反映人耳的听觉特性的计算模块。EARS中的测试信号的产生是“离线”的，这是因为Binaural Auralization文件通常都很大，所以它们都被保存下来以备使用。而EAR RT通过LAKE卷积滤波器产生连续的可听信号并且立即播放，信号的长度不受限制，也不被保存。
EASE4.0里的EARS和EARS RT可听化模块也有所增强。EASE 3.0中的EARS模块不会自动调节各个声源间的声压，EASE 4.0取消了这些限制。4.0在房间不同的位置维持相同的声压关系。
EASE4.0在听众名单中添加了Kemar人工头，允许计算所需的双耳计算参数。在EASE 3.0版中就有头相关传递函数HRTF，但是这个函数不能以图形表示。4.0取消了这些限制，使用近似音箱数据的球形显示HRTF 球的幅度和相位。
3 EASE在电声建声设计中的应用
（首先建立代预测厅堂的三维模型，可以在EASE中直接建模，更好的方法是利用AutoCAD等通用软件建立模型，然后输出为DXF文件，导入EASE中。为了保证可以计算，EASE需要所建厅堂是没有“洞”的，EASE提供了检查“洞”的程序 。补完洞后，为各个面选择材料，选择音箱，布置音箱位置延时等等，然后进行计算和模拟，可以根据计算结果不断调整上述选择，直到得到满意的结果为止。由于声场的复杂性和某些因素的不可预测性，没有模拟可以百分白的精确，但自90年以来，EASE的预测被证明是有效而可靠的。）
EASE软件在建筑声学、建筑扩声设计中有广泛的应用。