聲學(xué)模擬軟件的發(fā)展

如今，當(dāng)我們設(shè)計一套聲音系統(tǒng)的時候，無論是固定安裝還是演出系統(tǒng)，聲學(xué)模擬軟件肯定是我們首先要使用的工具。這種由學(xué)院派于上世紀(jì)70年代研發(fā)出來的簡單函數(shù)，如今已經(jīng)發(fā)生了巨大的變化，對專業(yè)音頻領(lǐng)域產(chǎn)生了復(fù)雜而深遠(yuǎn)的影響。它被視為系統(tǒng)設(shè)計師最為重要的工具，同時這項技術(shù)也在不斷地發(fā)展更新。

聲學(xué)模擬軟件的發(fā)展來自兩方面，一是如Bose,L-Acoustics和Yamaha等設(shè)備制造商伴隨相關(guān)設(shè)備提供軟件，另一方面則是一些獨立的軟件研發(fā)機構(gòu)如Catt, EASE,Odeon和Ulysses等的不斷努力。雖然這些程序都是獨一無二的，但它們的研發(fā)卻都直接影響著專業(yè)音頻領(lǐng)域，同時為設(shè)備在某一場地將以何種狀態(tài)來工作的預(yù)測提供了更為可靠的保障。

大多數(shù)獨立解決方案都起源于教育機構(gòu)的研發(fā)活動。舉例來說，Odeon最初是丹麥技術(shù)大學(xué)聲學(xué)技術(shù)研究所和一些有著準(zhǔn)確房間聲學(xué)效果需求的公司共同合作的結(jié)果。而EASE的研發(fā)起點則是文化建筑協(xié)會的Wolfgang Ahnert博士和來自柏林洪堡大學(xué)理論物理研究所的Rainer Feistel博士聯(lián)手的結(jié)果，他們組成的團(tuán)隊致力于編寫聲學(xué)建模程序，用于模擬延時以及大型揚聲器系統(tǒng)的電平調(diào)整。 “和現(xiàn)在相比，早期的Odeon所實現(xiàn)的功能十分原始，”O(jiān)deon A/S的研發(fā)部門總監(jiān)Claus Lynge Christensen說道?！笆聦嵣希?984年還是電腦的童年時期，它的性能不允許你做如今看來十分簡單的事情。因此這些建模的計算也并不成熟，它們只是十分粗略的估算?！?/p>

“1990年的EASE 1.0和2011年的EASE 4.3相比簡直就是自行車和汽車的區(qū)別，”AFMGTechnologies總經(jīng)理Stefan Feistel補充道?！澳憧梢院茌p松地獲得想要的結(jié)果，但速度和質(zhì)量則有著極大的不同。” 個人電腦工作性能的發(fā)展也使得建模軟件從一個錦上添花的工具逐漸變成了設(shè)計者必不可少的武器。我們知道，立體視圖效果是當(dāng)前軟件的優(yōu)勢，但這種優(yōu)勢的本質(zhì)卻在于處理速度和新的功能，比如頻率散射的統(tǒng)計功能等等。

“這些軟件的圖形顯像能力是隨著個人電腦的不斷進(jìn)化而逐步增強的。用戶界面也是如此，”教育機構(gòu)Synergetic Audio Concepts主席Pat Brown說道?！帮@示界面越來越好看，而計算時間也僅僅是原先的一個零頭?！?/p>

“包括使用CAD建模在內(nèi)的軟件更新是十分重要的，”Christensen先生補充道。“更多先進(jìn)算法都必須圍繞這一技術(shù)而展開，如統(tǒng)計物體周圍的衍射情況、距離相關(guān)參數(shù)、實際聽音模擬、常規(guī)揚聲器模擬以及線陣列揚聲器模擬等等。”

這些技術(shù)進(jìn)步都為系統(tǒng)設(shè)計者們提供了具有實際意義的巨大幫助?！半娔X對復(fù)雜揚聲器系統(tǒng)和惡劣聲學(xué)環(huán)境的分析和設(shè)計能夠節(jié)省時間和金錢。它能夠在近乎零成本的條件下提出具體的系統(tǒng)方案，”Feistel先生說道?！巴戎匾氖?，它能夠協(xié)助用戶了解揚聲器之間的相互關(guān)系、房間聲學(xué)所產(chǎn)生的影響以及可以進(jìn)行優(yōu)化的潛能。”

“通過使用Odeon這樣的高級房間聲學(xué)模擬軟件，你不僅可以了解系統(tǒng)直達(dá)聲將如何覆蓋觀眾區(qū)域，還可以知道這套系統(tǒng)在某間具體的房屋里表現(xiàn)如何。它將房間幾何形狀、表面材料和聲音系統(tǒng)同時列入計算范圍，”Christensen先生補充道?！笆聦嵣?，你甚至有可能通過耳機聽到聲音設(shè)計的結(jié)果?！?/p>

但即使技術(shù)是如此先進(jìn)，最重要的部分仍然是終端用戶，過分以來軟件的準(zhǔn)確性也將產(chǎn)生一定的問題?！叭绻到y(tǒng)設(shè)計者能力不足，這些快速計算，并通過漂亮的圖形呈現(xiàn)在人們面前的結(jié)果則有可能是徹底錯誤的，”Brown先生說道?！俺窃O(shè)計者了解這些算法的機制，他們就無法知道他們要模擬什么，要相信什么?！?/p>

“當(dāng)今，用于模擬計算的函數(shù)所遭遇的潛在問題與20年前沒有什么不同，”他接著說道?！斑@些程序視聲音為光束，并通過光的傳播規(guī)律來預(yù)測聲音的輻射情況，”Brown先生解釋道?！斑@種假設(shè)對于高頻來說較為適用，但對低頻則行不通，它們兩者之間有一種漸變的規(guī)律。這意味著建模軟件程序可能給出一個很好的高頻單元模擬，完全錯誤的超低揚聲器設(shè)置以及湊合能用的中頻揚聲器設(shè)置，”SynAudCon的主席說道。

對于準(zhǔn)確模擬低頻聲音的傳播特性這一挑戰(zhàn)，各大廠商都在積極應(yīng)對，以期獲得一個很好的解決方案?！拔覀冊诘皖l的建模方面進(jìn)展很快，一些類似于錄音棚這樣的小型房間已經(jīng)可以被準(zhǔn)確模擬，”Feistel先生說道?！斑@將是EASE5.0最與眾不同的地方?！?/p>

Christensen先生也同樣意識到了這個問題?！癘deon以高頻建模為主，這意味著它無法在低頻區(qū)域做出準(zhǔn)確可靠的預(yù)測。這種建模不適合用來分析低頻染色這種小型房間的主要問題，”他解釋道?！拔覀冋趯で笃渌慕７绞揭哉莆照麄€房間的聲音輻射特點?！?/p>

“聲學(xué)建模需要你了解聲音，它們僅僅是一個計算器，”Brown先生解釋道。“它們可以讓設(shè)計者嘗試模擬一個真實的空間，但它無法做出設(shè)計上的決定。如果你不知道它模擬的是什么，那么你得到的模型就可能毫無實際意義，設(shè)計就有可能失敗。一個設(shè)計師需要電聲學(xué)知識來從建模軟件中獲取有意義的結(jié)果，”Brown先生說道。

“正如30年前那樣，一個基本的宗旨就是‘垃圾輸入，垃圾輸出’，”Feistel先生補充道?！斑@意味著建模軟件僅僅是一個工具，不是銀質(zhì)子彈。它是一個復(fù)雜的計算器，但僅限于此。如果使用者無法做出決定或無法解讀計算結(jié)果，那么EASE將無法提供幫助。”

由設(shè)備制造商提供的相關(guān)軟件，其研發(fā)則展示了他們的揚聲器和整套系統(tǒng)所具有的功能?！爱?dāng)Yamaha推出其Installation系列揚聲器時，我們希望通過Y-S3模擬軟件向客戶們展示安裝我們揚聲器的最佳方案。這充分利用了我們在聲學(xué)設(shè)計上的知識和經(jīng)驗，”Yamaha亞太地區(qū)擴(kuò)聲市場銷售和市場負(fù)責(zé)人Shinya Uchida說道。

“我們的首要概念就是通過幾個簡單的步驟來展示模擬結(jié)果，這從一開始就沒有任何改變。用戶們可以通過選擇房間形狀、揚聲器型號和輸出模式來得到模擬結(jié)果，”Uchida先生接著說道?！半S著軟件得到更新，能夠模擬的揚聲器型號變得越來越多。同時，模擬的模式也隨著更新而得到不斷地豐富。Y-S3擁有幾種模式可供用戶選擇，通過選擇這種模式，所有揚聲器都會自動調(diào)整設(shè)置，而不需要一個一個來改變設(shè)置?！?/p>

“在軟件背后的另一項技術(shù)成就，是準(zhǔn)確性越來越高的自動調(diào)試功能以及算法速度的提高。此外還有用戶界面和操作性上的提升，如幫助用戶選擇某個揚聲器或功放來避免錯誤的搭配等新功能?！边@種幫助用戶了解最終系統(tǒng)聲音狀態(tài)的概念同樣可以在Bose的Modeller軟件中找到。作為各個制造商獨立研發(fā)的軟件，這種軟件所使用的技術(shù)使得系統(tǒng)集成者在整個系統(tǒng)的設(shè)計階段就能夠看到不同的情況，并預(yù)測最終的聲音是什么樣的。

當(dāng)然，影響制造商的并不只是這些聲學(xué)模擬軟件，準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)也是極為重要的。“全世界的顧問、設(shè)計者和施工者都需要EASE提供的數(shù)據(jù)來進(jìn)行工作，”Feistel先生說道?！斑@也使得制造商們必須了解自身產(chǎn)品的技術(shù)細(xì)節(jié)，通過專業(yè)的方式對設(shè)備進(jìn)行測量以便提供軟件可以依靠的數(shù)據(jù)。雖然在這方面的發(fā)展較慢，但一個做事嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓緞荼貢峁┢淙€產(chǎn)品的高度準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)?！?/p>

“通過聲學(xué)建模，根據(jù)揚聲器的設(shè)計參數(shù)和房間特點來得到準(zhǔn)確的預(yù)測結(jié)果，這將實際安裝過程中可能出現(xiàn)的錯誤轉(zhuǎn)移到了電腦模擬階段，”Christensen先生再次高度強調(diào)了聲學(xué)模擬軟件在整個業(yè)界中的重要性?！斑@就使得問題在發(fā)生前就得到了解決，同時允許我們嘗試不同的解決方案。這些方案和房間幾何形狀、建筑材料和聲音系統(tǒng)相關(guān)，通過這些參數(shù)，測試軟件就能夠提供更佳精確、有效且經(jīng)濟(jì)的解決方案?！?/p>

盡管如此，F(xiàn)eistel先生仍然認(rèn)為，“任何一個聲音系統(tǒng)都需要通過實際聽音來進(jìn)行校準(zhǔn)。完全通過先期的模擬來設(shè)計一套系統(tǒng)是不可能的。當(dāng)然，如果一個理解軟件原理的人能夠恰當(dāng)?shù)厥褂眠@種工具，你所得到的計算結(jié)果將十分接近實際情況，可怕的錯誤就可以被避免。但人們必須使用自己的大腦、耳朵和眼睛來對復(fù)雜的電腦計算進(jìn)行補充。