在室内声场的研究中，计算机作为数据处理的重要工具，测试自动化的控制手段以及理论研究的辅助工具而获得了越来越广泛的应用。计算机室内声场模拟是计算机在室内中应用的一个重要方面。虽然通过声波的传播理论方程能够在一定范围内得到解析解，但是对于复杂的边界条件解析求解波动方程依然是十分困难的；而另一种传统的研究方法—缩尺模型方法，则无论从时间、经济以及技术上，都存在着无法避免的不足。使用计算机仿真技术来研究声波在室内的传播规律，预测室内声学性质比其他传统的方法快速、高效、便利得多，因而具有重大的研究价值和应用前景。
第一节室内声场计算机模拟技术的发展
到目前为止，室内声学计算机模拟技术主要有两大类：基于波动方程的数字计算方法和基于几何声学的数字模拟方法。前者主要包括有限元法和边界元法两种。这类方法需要很大的计算机容量，运算时间较长，尤其是对较大的复杂形状的室内空间更是如此。基于这一局限，这类直接应用波动方程的数字计算方法在室内声学中并没有获得广泛的应用。人们更着重于探求基于几何声学的数字模拟方法，它主要包括声线跟踪法和虚声源法(亦称声像法)两类基本的模拟方法。声线跟踪法是将室内声源发出的球面波设想为由许多条声线组成，每一条声线携带一定的能量，以直线形式遵循几何声学规律传播，遇到墙面时反射，同时也损耗部分能量。计算机在对所有声线传播跟踪的基础上合成接收点处的声场。虚声源法则将声波在墙面处的反射效应用声源对该墙所形成的虚声源(声)等效，室内所有的反射声都假定由相应的虚声源发出。声源与所有虚声源发出的声波在接收点合成总的声场。这两类方法都是基于几何声学中声波以直线形式传播这一基本假设的。
室内声场的计算机模拟自1989年公开发表的第一篇论文至今，已有了很大的发展。在这篇文章中，阿尔勒德( Allred)和纽豪斯( Newhouse)首次运用蒙特卡洛法来计算声线在边界的碰撞几率。这可以说是室内声学中计算机模拟的首次尝次。1962年，施罗德（Schroeder)利用计算机模拟音乐厅的声传输特性以评价厅堂音质。但是，由于当时计算机软硬件等条件的限制，这项工作并没有引起足够的重视。1968年，克罗斯塔德（Kroks-tad）等人首次发表了用声线跟踪法模拟室内声场的方法。他们用该方法研究音乐厅观众席上早期反射声的分布。1970年，施罗德用声线跟踪法对两维平面“房间”的混响过程进行了模拟。1971年，库特鲁夫(Ku)用声线跟踪法进行了在不同房间内混响曲线的研究工作。而利用虚声源法模拟室内声场的工作，则最早见于琼斯( Jones)和吉勃斯(Gibs)于1972年发表的文章。他们用虚声源法模拟了长方体房间内不同吸声量的声压分布，并通过模拟房间的实验将测量结果、模拟结果与经典公式计算结果进行了比较。第二篇有关虚声源法的文章由桑通( Santon)于1973年发表。70年代末，阿伦(Alen)和伯尔列( Berkley)利用虚声源法研究了正方体房间内声压分布的问题。至80年代初为止，计算机模拟技术在室内声学的研究中已开始占领了一席之地。
80年代以后，随着计算机技术的突飞猛进，有更多的声学工作者涉足这一领域，促进这方面的研究成果层出不穷。研究工作主要沿着两条路线展开：一方面利用计算机模拟，对经典理论及其成立的前提进行检验，以及用计算机实验的形式找出房间形状、吸声材料分布、声源和接收点位置等因素对室内声场影响的规律；另一方面，则是致力于模拟技术的实用化，将它应用于指导实际音质工程设计。
如果说室内声场计算机模拟早期工作的重点是通过模拟各种室内形状和吸声材料分布下的声场，研究混响理论，探讨室内声传播规律的话，那么随着模拟技术的不断发展，近年来则着重于对模拟方法进行改进和完善以期取得更为逼真的模拟效果。这方面的新设想和新技术屡见发表。例如维安(Van)等人提出的圆锥束方法使模拟的准确度有所提高。又如日本的 Sekiguchi提出用声线跟踪法对有限平面的反射面积积分，较好地描述了接收点“看到”的声反射情况。近来一项引人注目的成就是进入室内声场的双耳模拟阶段，并利用卷积过程将模拟处的声学性能与“干”信号源结合产生可听声。
第二节 室内声场计算机模拟的基本方法
建立在几何声学基础上的室内声场计算机数字模拟主要有两种方法：声线跟踪法和虚声源法(亦称声像法)。前者是应用声线的反射定律逐一跟踪各条声线的传播过程；后者是应用虚声源原理来确定房间界面所引起的声反射。
一、声线跟踪法
(一)声线的概念
在几何声学，常常用声线的概念来代替声波的概念。如图201所示，将室内点声源发出的球面波假设为由许多声线组成，每条声线携带一定的声能，沿直线形式以声速传播，并遵循几何声学的规律。在遇到房间界面时，部分声能被吸收，其余的声能被反射。若界面非常光滑，则遵循镜像反射定律，即反射角等于入射角；若界面粗糙不平时，则发生扩散反射。
(二)声线跟踪法的模拟过程
声线跟踪法首先从声线的起始点出发，沿着初始方向，确定声线的方程，然后计算该声线与房间某界面之间的交点，并按镜像反射或扩散反射的规则确定反射方向，同时有部分声能被吸收；再以反射点为新的起点，反射方向为新的传播方向继续前进，再次与某界面相交，直到满足一定的截止条件而终止该声线的跟踪，转而跟踪下一条声线。在此过程中，还可按需要考虑空气的吸声及遇到障碍物等的情况。最后，在完成对所有声线跟踪的基础上，合成接收点处的声场。
二、虚声源法
（一）什么是虚声源
虚声源是声源对某个界面所形成的镜像声源。该界面可用相应的虚声源来代替，来自界面的反射声可以看作是从虚声源发出的。
(二) 虚声源法的模拟过程
虚声源法首先要按照精度的要求逐阶求出房间各个界面对声源所形成的虚声源，然后连接从各阶虚声源到接收点的直线，从而得到各次反射声的历程、方向、强度和反射点的位置，并考虑各次反射时界面对声能的吸收和传播过程中空气的吸声，最终得到接收点处各次反射声强度的时间和方向分布。
声线跟踪法与虚声源法各有利弊。一般来说，声线跟踪法主要用于模拟声场某处的回声以及与声能有关的声学特性；而虚声源法则主要用于模拟与声压及声能有关的声场性质。此外，如果考虑多次反射，且房间的几何形状较为复杂，界面数较多，那么声线跟踪法较虚声源法来得简单，计算耗时少；但反之，如果仅考虑二次反射声，且房间的边界条件比较简单，尤其是房间的几何形状对称时，则用虚声源法更为便利。
第三节 室内声场计算机模拟软件介绍
随着室内声场计算机模拟技术的不断发展，相应的软件也日趋成熟，在实际工程中得到了广泛的应用和验证，碧昂七人必将在声学设计职工发挥越来越大的作用。下面，我们简要地介绍一个目前比较成熟的三维声场模拟软件--EASE。
EASE是德国ADA声学设计公司在90年代初为声学工程师所开发的一个计算机模拟软件，并已在许多国家注册为商品化软件。该软件可在PC机上运行，对硬件的要求不高，只要有4M以上的内存，MSDOS3.1以上的版本，SVGA显示器，以及协处理器的配置就可以了。另外，该软件化具有良好的用户界面和较强的推行编辑功能。近年来，EASE在国外的许多厅堂音质设计中得到了应用。在我国也有应用软件成功地设计体育场、音乐厅等的报道。
EASE软件综合使用了声线跟踪法和虚声源法这两类方法，故而具有较高的计算精度和较短的计算时间。它首先建立厅堂的三维几何模型，即输入各表面的几何特性及其对各频带的吸声系数，然后通过对厅堂中任意位置上脉冲响应的模拟，得出一系列的厅堂音质参数，为厅堂音质的优化设计提供了客观依据。同时，还可通过可听化模拟模块EASR对模拟得到的脉冲响应同“干”的语言或音乐信号进行卷积，经过外耳传输函数得到实际的音质效果，进行可听化评价，便于对设计方案进行调整。在输入厅堂的几何参量时，由于厅堂几何形状可能比较复杂，且各界面使用的材料也各不相同，所以将使输入过程变得非常繁琐。对此，EASE还设计了吸声材料及其吸声系数的数据库 EASE BASE，可供用户调用，还可直接调用 Auto-CAD中建立的厅堂三维几何图形，大大方便了建筑师们的使用。
类似的厅堂音质模拟软件还有90年代后期由丹麦技术大学研制的 ODEON软件，目前已推出第四版。
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