摘要：本文以室內(nèi)小空間的聲場為研究對象，針對兩個同等規(guī)模的室內(nèi)小空間分別采用ODEON和CARA CAD對其聲場進行了設(shè)計和模擬，其后根據(jù)聲場設(shè)計方案和仿真結(jié)果對兩個室內(nèi)小空間實施聲學裝修，完工后再分別對兩個室內(nèi)小空間的聲場進行檢測和分析。全文旨在通過室內(nèi)小空間的對比聲場設(shè)計和實踐來闡述基于ODEON及CARA兩種聲場設(shè)計軟件設(shè)計的效果及特點，最后從聲學設(shè)計的正確性、合理性、實施性三個方面對聲場設(shè)計指標進行了驗證和分析，對這兩種軟件在室內(nèi)小空間聲場設(shè)計中的表現(xiàn)給出了評價和建議。

關(guān)鍵詞：聲學；室內(nèi)音質(zhì)；設(shè)計與實踐；ODEON；CARA，聲場設(shè)計，音質(zhì)設(shè)計

中圖分類號：TB556    文獻標識碼：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

近幾年，建筑聲學行業(yè)在諸如歌劇院、影劇院、演藝廳、體育場館、會展中心等大體量空間中的發(fā)展較為迅速，無論是建聲設(shè)計、設(shè)計預(yù)算、基建造價、施工監(jiān)理、電聲器材比選及采購以及最后的工程驗收等都有一系列的正規(guī)流程可以參考及實施，然而針對普通民眾的例如家庭影院、視聽室、琴房、練音間等室內(nèi)小空間的聲學設(shè)計及實踐普遍就顯得隨意化、業(yè)余化。

2 室內(nèi)音質(zhì)設(shè)計方法

本文以我們針對成都某高校兩間同等規(guī)模的小型演播室進行了不同方法的對比室內(nèi)音質(zhì)設(shè)計及實踐來闡述基于ODEON和CARA CAD兩種聲場設(shè)計軟件設(shè)計的效果及特點，最后從聲學設(shè)計的正確性，聲學設(shè)計合理性，聲學設(shè)計實施性的保證這三個方面對它們的設(shè)計指標進行了驗證。

2.1 ODEON建模分析

ODEON是由丹麥技術(shù)大學基于幾何聲學理論發(fā)展起來的一款建筑音質(zhì)設(shè)計軟件，它通過虛聲源法與聲線跟蹤法相結(jié)合的理論進行聲場仿真，在全世界范圍內(nèi)已經(jīng)得到了聲學行業(yè)較為廣泛認可[1]。目前ODEON已經(jīng)在各個建筑設(shè)計領(lǐng)域發(fā)揮了作用，馬歇爾戴等國際知名聲學設(shè)計公司也將ODEON作為常用軟件在進行廳堂場館的聲場設(shè)計；就國內(nèi)來說，北京人民大會堂音質(zhì)改造工程中也用到了ODEON進行聲場模擬。其他還有屬于廳堂場館類的東方藝術(shù)中心、上海黃埔青少年宮；屬于演播播音類的西南民族大學演播廳；還有許多電影院和劇場的設(shè)計都用到了ODEON模擬。

圖1是一個用ODEON建模進行聲場模擬的流程圖[2]。

2.2 CARA CAD建模分析

CARA(Computer Aided Room Acoustics) CAD是一款由德國ETS Services GmbH & Co. KG公司開發(fā)的專門針對家庭影院、視聽室等室內(nèi)聲場的設(shè)計軟件。CARA

以有限元分析為基礎(chǔ)，它將房間分割成若干小單元，根據(jù)對每個小單元的聲學性能進行計算組合完成整個聲場的聲環(huán)境分析和結(jié)果數(shù)據(jù)計算，更加適合小房間的聲學設(shè)計。可以通過軟件進行室內(nèi)聲場的建模、造型、選材、選設(shè)備、模擬、試聽等一系列的聲學設(shè)計及模擬操作。軟件目前已經(jīng)在德國、美國、澳大利亞、奧地利、芬蘭、瑞士、印度等國有了不錯的銷量。

圖1 ODEON建模聲場模擬流程圖

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

CARA目前在國內(nèi)應(yīng)用量較少，因其功能與ODEON、EASE、RAYNOISE等聲學軟件相比較為簡單，音響設(shè)備庫、聲學材料庫等雖然能夠自定義但是還是存在數(shù)據(jù)庫基數(shù)不夠大等問題。CARA在針對大體量空間的聲學設(shè)計可能與實際聲場參數(shù)有一些差異，但是它在室內(nèi)小空間的聲場設(shè)計和后期驗收中還是具有比較高的設(shè)計還原度，所以本次我們就用ODEON和CARA針對同等規(guī)模的演播室分別進行室內(nèi)聲場設(shè)計，然后按照設(shè)計方案施工，最后對比ODEON和CARA之間聲場設(shè)計實踐結(jié)果。

3 室內(nèi)小空間聲場設(shè)計及實踐

房間長5.9米，寬4.1米，高3.75米，建成后室內(nèi)計劃放置一張演播臺、兩張旋轉(zhuǎn)座椅、一盆綠色植物、背景布、三基色落地燈、藝術(shù)畫等物件，我們分別用ODEON和CARA建模對房間內(nèi)的聲場進行設(shè)計及模擬。

3.1 ODEON聲場設(shè)計（1號演播室）

因為這兩間小型演播室是在一間大教室中用輕質(zhì)隔墻隔斷出來的，所以墻體隔聲效果很差，門也是一般的普通門需要進行后期改造。整個房間挑高3.75米，不利于聲場傳播，需要進行吊頂處理。

根據(jù)矩形房間中共振頻率的通用計算公式[3]：

c——聲速；

L_x、L_y、L_z ——房間的長寬高，m；

n_x、n_y、n_z ——零或任意正整數(shù)，但不同時為零。

為了克服小房間容易出現(xiàn)的簡并現(xiàn)象，我們初步設(shè)計將吊頂下降為距地3.15m處，使室內(nèi)長寬高比例不同，由此使得室內(nèi)共振頻率的分布更加均勻。

該小型演播室功能很簡單，以滿足日常錄播為主，整體墻面首先設(shè)計進行隔聲處理，通過輕鋼龍骨填棉，固定隔音氈及石膏板，再以石膏板為基層進行擴散及吸聲處理。墻面進行凸弧形造型作為聲場擴散，輔以天花一定程度的不規(guī)則擴散使演播室內(nèi)聲場更加均勻。吸聲部分采用聚酯纖維板材料、環(huán)保玻璃棉等材料來實現(xiàn)[4]。1號演播室我們設(shè)計中頻混響時間指標為0.35s，要求室內(nèi)本底噪聲滿足NR-30，錄制時聲場分布均勻，沒有聲聚焦、二次回聲、顫動回聲等聲場缺陷。

經(jīng)設(shè)計與模擬，我們的ODEON仿真結(jié)果如圖2、圖3所示。

圖2 ODEON混響時間模擬圖

Fig2 Simulated diagram of RT by ODEON

在我們的中期監(jiān)控下，施工方按照聲學設(shè)計對演播間進行了裝修。完工后我們對該室內(nèi)聲場進行了聲場檢測，檢測設(shè)備為丹麥B&K公司3560C PULSE聲分析儀、4190傳聲器、發(fā)令槍等[5]。經(jīng)測室內(nèi)中頻混響時間為0.33s，本底噪聲29dB(A)，室內(nèi)聲場分布均勻，且沒有發(fā)現(xiàn)顫動回聲、聲陰影等明顯聲場缺陷。混響時間采用脈沖法檢測，檢測數(shù)據(jù)如下：

3.2 CARA聲場設(shè)計（2號演播室）

CARA建模比ODEON繁瑣，操作性不如ODEON簡單、方便，兼容性也沒有ODEON那么好。但因其獨特的建模方式，使得CARA建模更直觀，雖不太符合國人的操作習慣，但是在室內(nèi)小空間的聲場建模和設(shè)計上還是能夠滿足基本要求。為了與ODEON的聲場設(shè)計與實踐相比，我們在2號演播室中的裝飾造型環(huán)節(jié)比對1號演播室來設(shè)計，隔音層的處理、墻體的凸弧形擴散、天花的吸聲與擴散、墻面的軟包、隔聲門的處理、燈光、室內(nèi)物件等都保證與1號演播室相同。同樣，我們也在CARA軟件中對所有室內(nèi)材質(zhì)進行定義，所取材料吸聲系數(shù)做了少量處理，但也盡可能的采用ODEON數(shù)據(jù)庫中的值。2號演播室我們設(shè)計中頻混響時間指標為0.40s，同樣要求室內(nèi)本底噪聲滿足NR-30，錄制時聲場分布均勻，沒有聲聚焦、二次回聲、顫動回聲等明顯聲場缺陷。

圖3 ODEON聲場擴散模擬圖

Fig3 Simulated diagram of sound diffusion by ODEON

圖4 1號房混響時間檢測圖

Fig4 Tested diagram of RT in Room.1

我們的CARA仿真結(jié)果如圖5、圖6所示。

圖5 CARA混響時間模擬圖

Fig5 Simulated diagram of RT by CARA

設(shè)計完成后，在我們的中期監(jiān)控下，施工方按照聲學設(shè)計對2號演播間進行了裝修，其間因中期檢測混響時間偏

圖6 CARA聲場擴散模擬圖

Fig6 Simulated diagram of sound diffusion by CARA

短對方案進行了一次細小調(diào)整。完工后同樣用脈沖法對2號廳進行了聲場檢測。我們發(fā)現(xiàn)室內(nèi)中頻混響時間為0.44s，與設(shè)計值有較大誤差，但是與模擬值相近。室內(nèi)本底噪聲31.2dB(A)，室內(nèi)聲場分布較為均勻，但是房間中存在一定程度的顫動回聲，沒有發(fā)現(xiàn)聲陰影等其他明顯聲場缺陷。混響時間檢測數(shù)據(jù)如下圖7[6]：

圖7 2號房混響時間檢測圖

Fig7 Tested diagram of RT in Room.2

4 結(jié)論

由上述針對體量相當?shù)膬蓚€房間的聲學設(shè)計與實踐，我們發(fā)現(xiàn)ODEON在室內(nèi)音質(zhì)設(shè)計中建模方便、材料庫豐富、自定義靈活，在設(shè)計過程中較為順利地滿足了聲學設(shè)計師的各種需求。ODEON仿真結(jié)果與實踐結(jié)果相近，在聲場設(shè)計時具有較大的數(shù)據(jù)參考價值。CARA在等小體量房間中的聲場模擬數(shù)據(jù)在設(shè)計中還是具有較大的參考價值，施工中期因吸聲軟包的填棉問題出現(xiàn)了混響時間偏短的現(xiàn)象，在對方案進行了調(diào)整后最后檢測的混響時間符合預(yù)期要求。由此可見，至少在同等規(guī)模的室內(nèi)小空間中，ODEON與CARA的聲場設(shè)計與模擬數(shù)據(jù)都能夠給聲學設(shè)計提供參考[7]。今后，我們還將對稍大空間的聲場模擬與實踐進行驗證。