摘要：本文以室内小空间的声场为研究对象，针对两个同等规模的室内小空间分别采用ODEON和CARA CAD对其声场进行了设计和模拟，其后根据声场设计方案和仿真结果对两个室内小空间实施声学装修，完工后再分别对两个室内小空间的声场进行检测和分析。全文旨在通过室内小空间的对比声场设计和实践来阐述基于ODEON及CARA两种声场设计软件设计的效果及特点，最后从声学设计的正确性、合理性、实施性三个方面对声场设计指标进行了验证和分析，对这两种软件在室内小空间声场设计中的表现给出了评价和建议。

关键词：声学；室内音质；设计与实践；ODEON；CARA，声场设计，音质设计

中图分类号：TB556    文献标识码：A

Abstract: This article is based on indoor acoustic field of small room as the research object. According to two of the same size small rooms, we use ODEON and CARA CAD to design and simulate the sound field. After that we decorate the two rooms according to sound field design and simulation results. When the decoration finished we test and analyse the sound field of the two rooms respectively. The whole text aims at expounding the effect and characteristic of ODEON and CARA by the sound quality design and practice in two small rooms. Finally, we verify and analyse the rusults of sound field design from the correctness ,rationality and operability. In the end, the evaluation and suggestion of ODEON and CARA used in design of small rooms are given.

Key Word: Acoustics; Room acoustics; Design and practice; ODEON; CARA CAD

0 引 言¹

近几年，建筑声学行业在诸如歌剧院、影剧院、演艺厅、体育场馆、会展中心等大体量空间中的发展较为迅速，无论是建声设计、设计预算、基建造价、施工监理、电声器材比选及采购以及最后的工程验收等都有一系列的正规流程可以参考及实施，然而针对普通民众的例如家庭影院、视听室、琴房、练音间等室内小空间的声学设计及实践普遍就显得随意化、业余化。

2 室内音质设计方法

本文以我们针对成都某高校两间同等规模的小型演播室进行了不同方法的对比室内音质设计及实践来阐述基于ODEON和CARA CAD两种声场设计软件设计的效果及特点，最后从声学设计的正确性，声学设计合理性，声学设计实施性的保证这三个方面对它们的设计指标进行了验证。

2.1 ODEON建模分析

ODEON是由丹麦技术大学基于几何声学理论发展起来的一款建筑音质设计软件，它通过虚声源法与声线跟踪法相结合的理论进行声场仿真，在全世界范围内已经得到了声学行业较为广泛认可[1]。目前ODEON已经在各个建筑设计领域发挥了作用，马歇尔戴等国际知名声学设计公司也将ODEON作为常用软件在进行厅堂场馆的声场设计；就国内来说，北京人民大会堂音质改造工程中也用到了ODEON进行声场模拟。其他还有属于厅堂场馆类的东方艺术中心、上海黄埔青少年宫；属于演播播音类的西南民族大学演播厅；还有许多电影院和剧场的设计都用到了ODEON模拟。

图1是一个用ODEON建模进行声场模拟的流程图[2]。

2.2 CARA CAD建模分析

CARA(Computer Aided Room Acoustics) CAD是一款由德国ETS Services GmbH & Co. KG公司开发的专门针对家庭影院、视听室等室内声场的设计软件。CARA

以有限元分析为基础，它将房间分割成若干小单元，根据对每个小单元的声学性能进行计算组合完成整个声场的声环境分析和结果数据计算，更加适合小房间的声学设计。可以通过软件进行室内声场的建模、造型、选材、选设备、模拟、试听等一系列的声学设计及模拟操作。软件目前已经在德国、美国、澳大利亚、奥地利、芬兰、瑞士、印度等国有了不错的销量。

图1 ODEON建模声场模拟流程图

Fig.1 Flow chart of the sound field simulation by ODEON modeling

CARA目前在国内应用量较少，因其功能与ODEON、EASE、RAYNOISE等声学软件相比较为简单，音响设备库、声学材料库等虽然能够自定义但是还是存在数据库基数不够大等问题。CARA在针对大体量空间的声学设计可能与实际声场参数有一些差异，但是它在室内小空间的声场设计和后期验收中还是具有比较高的设计还原度，所以本次我们就用ODEON和CARA针对同等规模的演播室分别进行室内声场设计，然后按照设计方案施工，最后对比ODEON和CARA之间声场设计实践结果。

3 室内小空间声场设计及实践

房间长5.9米，宽4.1米，高3.75米，建成后室内计划放置一张演播台、两张旋转座椅、一盆绿色植物、背景布、三基色落地灯、艺术画等物件，我们分别用ODEON和CARA建模对房间内的声场进行设计及模拟。

3.1 ODEON声场设计（1号演播室）

因为这两间小型演播室是在一间大教室中用轻质隔墙隔断出来的，所以墙体隔声效果很差，门也是一般的普通门需要进行后期改造。整个房间挑高3.75米，不利于声场传播，需要进行吊顶处理。

根据矩形房间中共振频率的通用计算公式[3]：

c——声速；

L_x、L_y、L_z ——房间的长宽高，m；

n_x、n_y、n_z ——零或任意正整数，但不同时为零。

为了克服小房间容易出现的简并现象，我们初步设计将吊顶下降为距地3.15m处，使室内长宽高比例不同，由此使得室内共振频率的分布更加均匀。

该小型演播室功能很简单，以满足日常录播为主，整体墙面首先设计进行隔声处理，通过轻钢龙骨填棉，固定隔音毡及石膏板，再以石膏板为基层进行扩散及吸声处理。墙面进行凸弧形造型作为声场扩散，辅以天花一定程度的不规则扩散使演播室内声场更加均匀。吸声部分采用聚酯纤维板材料、环保玻璃棉等材料来实现[4]。1号演播室我们设计中频混响时间指标为0.35s，要求室内本底噪声满足NR-30，录制时声场分布均匀，没有声聚焦、二次回声、颤动回声等声场缺陷。

经设计与模拟，我们的ODEON仿真结果如图2、图3所示。

图2 ODEON混响时间模拟图

Fig2 Simulated diagram of RT by ODEON

在我们的中期监控下，施工方按照声学设计对演播间进行了装修。完工后我们对该室内声场进行了声场检测，检测设备为丹麦B&K公司3560C PULSE声分析仪、4190传声器、发令枪等[5]。经测室内中频混响时间为0.33s，本底噪声29dB(A)，室内声场分布均匀，且没有发现颤动回声、声阴影等明显声场缺陷。混响时间采用脉冲法检测，检测数据如下：

3.2 CARA声场设计（2号演播室）

CARA建模比ODEON繁琐，操作性不如ODEON简单、方便，兼容性也没有ODEON那么好。但因其独特的建模方式，使得CARA建模更直观，虽不太符合国人的操作习惯，但是在室内小空间的声场建模和设计上还是能够满足基本要求。为了与ODEON的声场设计与实践相比，我们在2号演播室中的装饰造型环节比对1号演播室来设计，隔音层的处理、墙体的凸弧形扩散、天花的吸声与扩散、墙面的软包、隔声门的处理、灯光、室内物件等都保证与1号演播室相同。同样，我们也在CARA软件中对所有室内材质进行定义，所取材料吸声系数做了少量处理，但也尽可能的采用ODEON数据库中的值。2号演播室我们设计中频混响时间指标为0.40s，同样要求室内本底噪声满足NR-30，录制时声场分布均匀，没有声聚焦、二次回声、颤动回声等明显声场缺陷。

图3 ODEON声场扩散模拟图

Fig3 Simulated diagram of sound diffusion by ODEON

图4 1号房混响时间检测图

Fig4 Tested diagram of RT in Room.1

我们的CARA仿真结果如图5、图6所示。

图5 CARA混响时间模拟图

Fig5 Simulated diagram of RT by CARA

设计完成后，在我们的中期监控下，施工方按照声学设计对2号演播间进行了装修，其间因中期检测混响时间偏

图6 CARA声场扩散模拟图

Fig6 Simulated diagram of sound diffusion by CARA

短对方案进行了一次细小调整。完工后同样用脉冲法对2号厅进行了声场检测。我们发现室内中频混响时间为0.44s，与设计值有较大误差，但是与模拟值相近。室内本底噪声31.2dB(A)，室内声场分布较为均匀，但是房间中存在一定程度的颤动回声，没有发现声阴影等其他明显声场缺陷。混响时间检测数据如下图7[6]：

图7 2号房混响时间检测图

Fig7 Tested diagram of RT in Room.2

4 结论

由上述针对体量相当的两个房间的声学设计与实践，我们发现ODEON在室内音质设计中建模方便、材料库丰富、自定义灵活，在设计过程中较为顺利地满足了声学设计师的各种需求。ODEON仿真结果与实践结果相近，在声场设计时具有较大的数据参考价值。CARA在等小体量房间中的声场模拟数据在设计中还是具有较大的参考价值，施工中期因吸声软包的填棉问题出现了混响时间偏短的现象，在对方案进行了调整后最后检测的混响时间符合预期要求。由此可见，至少在同等规模的室内小空间中，ODEON与CARA的声场设计与模拟数据都能够给声学设计提供参考[7]。今后，我们还将对稍大空间的声场模拟与实践进行验证。