脉冲响应和能量时间曲线显示方式

四、脉冲响应和能量时间曲线显示方式

如果查看脉冲响应曲线，可以点击菜单Graph下的Time Response中的Impulse Response(脉冲响应)命令(如图8-54所示)。选择Time Response中的Energy Time Curve(能量时间曲线)命令，将出现如图8-55所示的曲线。Energy Time-Curve是从脉冲响应信号经过平方和变换计算得到的。

图8-54　脉冲响应图

图8-55　能量时间曲线图

1.混响时间

点击菜单Graph下的Reverberation中的Reverberation Time命令，可以获得混响时间曲线(如图8-56所示)。点击F9进入设置选项，在Reverberation Time选项卡中可以选择不同的混响时间算法(如图8-57所示)。在设置菜单中，Replace by下方的几个按钮用以选择混响时间公式所计算出的数字。Display下方的几个选项用于把公式所算出的混响时间数据绘制并显示在图上。

图8-56　查看混响时间曲线

图8-57　混响时间设置界面

设置选项中出现的Schroeder(施罗德)混响时间与Sabine(赛宾)、Eying(艾润)混响时间不同，前者与电声源的位置、指向、房间各个界面的空间位置、不同界面吸声材料的吸声系数、测试点的空间位置有关；而后者是房间容积、各个界面吸声量综合的函数，与声源无关，是评价一个房间音质的客观物理量。三种不同算法在同一测试点的混响时间曲线，如图8-58所示。

图8-58　不同混响时间曲线显示

2.反射序列图加尾

在建立反射序列图之后，经过优化处理可得到较为真实的房间模拟脉冲响应函数，以便于我们进一步进行可听化实验。为了增强真实的听觉感受，可以使用优化处理对反射序列图进行加尾处理。通常根据反射序列图的不同，有三种不同的处理方法：

(1)不必加尾

如果在生成反射序列图时，计算时间很长，并使用了高于50的反射序列，就没有必要对反射序列图加尾。如果响应文件是由AURA模块创建的，AURA用户此时可不必加尾。AURA模块能够自动加尾，包括反散射和混响声。

(2)以“随机加尾”方式加尾

在Edit下拉菜单中选择Add Random Tail(随机加尾)，系统将弹出混响拖尾的设置界面(如图8-59所示)。在界面左侧，不同设置项用于编辑“拖尾”特性，可分别用于改变拖尾的起始时间、加尾长度、脉冲密度、最大密度、随机噪声幅度和振幅增益。当设置完毕后，产生的典型结果如图8-60所示。如果对反射序列图加尾设置完毕后，可以把结果作为一个响应文件(扩展名为.rep)保存，也可以直接进到Auralization(预听)模块创建一个双耳脉冲响应文件(扩展名为.bir)。点击File的下拉菜单，选择Save Response File As并按提示操作，可以保存响应文件。

图8-59　混响拖尾设置界面

图8-60　典型统计加尾图

(3)以“预期命中”方式加尾

Add Predicted Impacts(添加预期命中)是EASE4.1增加的一种新的加尾方法，并且仅对响应时间长度有限的短时间反射序列图有效。这一方法用于分析初始反射序列图的衰减特性，并按照Mirror Dimension(镜像尺寸)、Impact Present(命中)、Impact Missing(未命中)来计算数值。

点击Edit下拉菜单中的Add Predicted Impacts选项，弹出如图8-61所示的对话框。在设置界面中，可以更改响应时间长度，包括反射序列图尾部。EASE能够以两种方法计算新的声线命中数，一种方法是对脉冲密度有限制，另一种是没有限制。建议采用Limit Pulse Density(有限脉冲密度)默认设置。如果脉冲密度不受限制，产生的文件尺寸将非常大。经过一段时间运算，产生的拖尾图如图8-62所示。我们将结果存储为文件名为probe.rep的文件，以便以后调用。

图8-61　预期命中设置界面

图8-62　按预期命中方式加尾

(4)可听化实验

厅堂的可听化计算机模拟是当前声学仿真软件都具有的新功能。所谓可听化是指利用物理或数学的方法对声场空间进行建模，再造听音效果的一个过程。换言之，就是在声学设计阶段，能够通过软件程序模块在计算机中接近真实的预听厅堂和扩声系统建成后的观众席处的音质效果。可听化技术的最大优点是在厅堂建成之前就能直观地获知不同设计方案对应的音质效果，以便及时做出改进。在EASE软件中，可听化实验可分别对直达声和直达声加混响声进行预听。下面，进行较为详细的阐述。

①直达声预听

直达声预听功能使用户可以快速检查多扬声器系统中扬声器的对准和电平调整(如图8-63所示)。从声音传输系统方面利用头部相关传输函数HRTF反映人耳对声源进行空间定位的情况。通过与“干信号”(厅堂扬声器输出的声信号)卷积，产生具有空间方位感的可用耳机或双声道扬声器倾听的声信号。卷积器输出信号与听音点至扬声器间的距离、听音点位置、扬声器摆放方位以及有无声阻挡等有关，而与建筑模型的界面无关。这种功能可在Area Mapping模块或Room Mapping模块中激活。

图8-63　直达声可听化框图

在Area Mapping模块中，点击Tools菜单下的Auralize Direct Sound(预听直达声)选项，在听音区上点击鼠标选中某一点作为听音点，随后弹出如图8-64所示的对话框。当前对话框仅有Eject(开仓)键可用，此外在input字段下面是默认的输入声音文件MALEVOICE.WAV，可在播放之前更改输入文件。单击Eject键，右侧Convolver(卷积器)部分消失(如图8-65所示)。其中自动加载文件是名为FIR_0.bir的双耳脉冲响应文件。此时在相应的EASE安装程序路径EASE4.0/Easepath/Dir$ 0002.ea$目录下可以发现生成两个文件：FIR_0.bir(双耳脉冲响应文件)和FIR_0.rsp(脉冲响应文件)。

图8-64　预听控制界面

图8-65　预听控制界面

当单击播放键Go时，会弹出如图8-66所示的播放界面，通过声卡可以预听效果。此时在Dir $ 0002.ea$目录下，可以发现新产生了Male-Voice(FIR_0).wav声音文件，可以方便以后再次播放。

图8-66　播放界面

②直达声加混响声预听

该预听功能可以较为真实地模拟厅堂模型的听音效果(如图8-67所示)。首先把房间脉冲响应与头部相关传输函数进行卷积产生双耳脉冲响应，再与“干”信号进行卷积产生具有空间方位感和混响感的可用耳机或双声道扬声器倾听的声信号。卷积器输出信号与听音点至扬声器之间的距离、听音点位置、扬声器摆放方位以及有无声阻挡等有关。与直达声预听不同的是，建筑模型的界面布置、各界面材料吸声系数等因素也与卷积器输出信号有关。

图8-67　直达声加混响声可听化框图

在进行可听化实验之前，首先要生成双耳脉冲响应函数。双耳脉冲响应函数需要房间模拟脉冲响应函数和头部相关传递函数。房间模拟脉冲响应函数在Probe模块中已经生成，并以.rep格式进行保存，可在EARS程序中调用打开；而头部相关传递函数在EASE软件中已经嵌入，直接调用即可。在主程序界面中点击图标，可以进入EARS程序。点击菜单File下的Open Response File(打开响应文件)选项，选中保存好的probe.rep，出现如图8-68所示的画面。

图8-68　房间脉冲响应文件摘要

然后创建用于倾听的双耳脉冲响应函数。选择菜单Edit下的Make Binaural Response(生成双耳响应)选项，会弹出对话框(如图8-69所示)。在对话框的左上角显示调用的房间模拟脉冲响应函数的相关信息，包括文件名称、存储地址。左下方是使用FFT(快速傅立叶变换)进行卷积时的相关设置。右上方显示生成的双耳脉冲响应函数的名称和存储位置，用户可以进行修改，一般建议采用默认设置。右下方是关于HRTF的相关设置，可以旋转人工头(例如Dummy Head)的方位，并选择使用人工头的Transfer Function(头部传递函数)。头部相关传递函数有7种选项，默认选项为Dummy Head。全部设置完毕后，点击OK，开始卷积过程。卷积过程可能会花费几分钟，具体时间取决于脉冲响应文件的大小和所用计算机的速度。

图8-69　双耳脉冲响应设置

卷积运算完成后，会弹出对话框提示是否Show Filter Info(显示滤波器信息)，点击yes，将出现滤波器信息显示界面(如图8-70、图8-71所示)。

图8-70　双耳脉冲响应时域信息

图8-71　双耳脉冲响应频域信息

最后，我们来进行预听。选择菜单Tools下的Auralization选项，弹出如图8-72所示的对话框。这个对话框与直达声预听的对话框相同，唯一不同的是FIR Filter下的文件换成了Probe.bir。右侧Convolver(卷积器)字段下面有Lake和EARS两个卷积器图标，用于决定使用卷积的方法。采用EARS RT软件版本的用户，可以任选其一，否则只能选择EARS图标。这两种方法都是使用FFT进行卷积，两者的不同之处在于Lake卷积器是使用澳大利亚Lake技术有限公司开发的专门“Lake滤波器”算法完成卷积运算过程，可提供实时运算或是离线运算两种算法。而EARS卷积器是德国ADA公司开发的一种卷积算法，只能提供离线运算，运算结果将被保留下来以备使用。其他操作与直达声预听相同，不再赘述。

图8-72　EARS卷积器界面