本文首先采用有限元的方法对声学小房间进行墙面优化结构设计。在60Hz到120Hz的低频范围内，为获得最佳的频响曲线，用不同的阶梯形状作为墙面将平坦墙面替代。优化过程中引入频响标准偏差与最大偏离值概念，分别作为目标函数和状态函数，并利用对称性简化模型，实现了井宽和各阶梯高度同时优化。我们将优化方法应用到一个5×4.65×2.68m3的声学小房间，获得了一组最优化的墙面阶梯形状。优化后的房间频响曲线趋于平缓，消除了由于简并化带来的频响缺陷。 本文进一步用有限元的方法，对60Hz～120Hz频段内，优化后房间频响随声源位置的鲁棒性和声场能量的时空重分布进行了分析，并与平坦墙面的比照房间比较。结果显示：频响随声源位置的鲁棒性受到吸声和墙面优化结构的共同影响，而在无吸声的理想房间内，墙面优化结构使得SRD的标准偏差下降了52.5％，MD的标准偏差下降了75.1％。墙面优化结构不仅能够使房间频响变好，而且这种改善针对各位置声源激励的房间频响均有效，小房间内频响对于声源位置的敏感程度也随着墙面形状的优化而降低。墙面优化结构能够在不损失声能量的情况下，改善房间频响随声源位置的鲁棒性。此外，在墙面优化结构作用下，频率间隔系数SI从1.957下降到了1.301，说明墙面优化结构对于声模式在频域上的均匀分布是有益的；声场归一化因子D勾画出了墙面优化结构对声场能量在空间上分布的散射效应，墙面优化结构的散射效应能够有效的抑制空间上声缺陷的产生。