體育館吸音改造 體育館聲學缺陷分析 2.1 改造項目概況 該體育館為矩形平面，長約87m，寬約52m，屋面中部為凹曲面穹頂，屋面兩側均為膜結構，室內總體積約54700m3， 容座2333座。該體育中心主要功能是用于學生平時體育鍛煉，但需兼顧會議及文藝活動的功能需要（圖1）。 應使用方要求，我方對該體育中心室內音質進行現(xiàn)場主觀試聽與測試，室內墻面雖采用了較大面積的吸聲材料，但由于未根據(jù)體型特點及膜結構特性進行針對性設計，導致室內聲場分布不均勻，音質效果較差。擴聲系統(tǒng)布局不合理，不僅未能減弱音質缺陷的不利影響，反而進一步加劇了聲缺陷的程度。 2.2 聲學改造目標 根據(jù)現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)并結合主觀感受可知改造方案應重點解決下列幾個問題。 (1)改善混響時間頻率特性，解決“起包”現(xiàn)象。根據(jù)混響時間測量結果可知，改造前該體育館空場混響時間f=1000Hz時為4.1s，且在此頻率位置曲線出現(xiàn)峰值。空場各頻段混響時間實測值詳見表1。 (2)凹曲面穹形頂棚存在聲聚焦現(xiàn)象[14,15]。由于原有凹曲面頂棚未考慮吸聲和擴散處理，聲線聚焦位置恰在人耳高度附近。根據(jù)實測結果可知，在無指向性聲源作用下，聚焦點位置的平均聲壓級（線性計權）比其他位置高2.5d B。

體育館吸音改造 體育館建筑建聲設計的技術要點 2.1 控制混響時間和避免聲缺陷 如今建筑師在創(chuàng)作建筑外型上往往追求“高、大、奇”，在體育類建筑設計中也有體現(xiàn)。大體量、高空間、圓形、蛋形等不同體型的場館比比皆是，而體育場館聲環(huán)境的設計中對混響時間的控制和避免聲缺陷的設計尤為關鍵，這給建聲設計帶來不少困難?；祉憰r間的設計指標跟場館的體積和單人容積有著必然的聯(lián)系，在 行業(yè)標準（JGJ/T131-2012體育場館聲學設計及測量規(guī)程）中就對不同容積的體育館提出了明確的中頻混響時間設計要求（見表1），而在近十年內由我所承擔建聲設計的體育建筑工程實踐聲學設計數(shù)據(jù)可見，容積在80000m3以上的大型場館占到80%，單人容積大于20m3/人的體育場館也約占70%（見表2）。有的體育場館單人容積甚至達到30m3/人以上，這對混響控制、吸聲面積和空調節(jié)能都不甚合理。 為體育場館確定了合適的混響時間和頻率特性后，還要注意避免因圓弧形墻面、平行墻面等讓場館內產生聲聚焦和顫動回聲等聲缺陷，通常解決這些建筑平剖面體型欠佳的方法是結合室內裝修設計采用聲擴散體，從而改變原有建筑圓弧形墻和平行墻的外觀，使得場館內的聲場更為均勻。聲擴散體的形式可結合室內裝修和吸聲處理設計成各種形式，如折線形、三角形、圓弧形、錐形甚至是不規(guī)則形，排列形式可以是有序或無序，覆面材料可以是起到吸聲作用的穿孔金屬板、木條紋板、軟包織物吸聲板等或起擴散反射作用的石膏板、GRG板等，不僅豐富了室內的裝修風格，也能使聲場更為均勻，達到令人滿意的聲學效果。 2.2 體育館建筑的噪聲與振動控制設計 合適的背景噪聲是實現(xiàn)音質設計的基礎，也是體育場館建聲專業(yè)設計的重要內容之一。在中華人民共和國行業(yè)標準（JGJ/T131-2012體育場館聲學設計及測量規(guī)程）為設計確定體育類建筑背景噪聲提供了依據(jù)。（見表-3） 表3體育館比賽大廳等廳（室）的背景噪聲限值 標準總則中已提出建聲設計應參與體育館工程設計的全過程，因此要求在建筑擴初設計階段就由建筑聲學專業(yè)參與其中，并為建筑做好隔聲隔振設計。在建筑平剖面布局中，空調機房、冷凍機房等噪聲及振動較大的設備機房應遠離比賽大廳，并做好機房內的隔聲吸聲處理及機組隔振設計。 2.3 空調系統(tǒng)的消聲設計 為了達到預先設計的背景噪聲指標，其中空調系統(tǒng)的消聲設計更是關鍵，主要包括降低沿管道傳播的風機噪聲（合理配置消聲器、消聲彎頭、消聲靜壓箱等）和合理控制氣流噪聲兩方面。而控制氣流噪聲的根本措施就是降低風管內的風速，在《暖通空調設計技術措施》一書中，根據(jù)我國暖通專業(yè)技術人員多年設計實踐經驗提出了不同允許噪聲條件下管道內氣流速度的允許值，可供暖通等相關設計人員在設計空調系統(tǒng)時參考。（見表-4） 表4管道內氣流速度的允許值（建議值） 3 頂面吸聲設計 由于新建的體育類建筑的空間體積漸趨增大，廳內所需要的總吸聲量也隨之大大增加，而通常體育場館內可作吸聲處理的墻面又十分有限，為了控制混響，在體育館頂部采取吸聲措施是十分必要的。上世紀八十年代起，國內很多體育館的頂部吸聲做法是結合網架下弦或在網架空間內懸掛一定形式和數(shù)量的空間吸聲體，為滿足頂面材料的A級防火要求，構造多為輕鋼或塑、鋁骨架、離心玻璃棉吸聲層，穿孔鋁合金板面層。圖-1為湖州體育館圓弧形吸聲體內景圖。 圖-1 湖州體育館圓弧形吸聲體內景圖 近年來，在體育館室內裝修方面，人們的審美漸漸趨向簡潔、大氣，吸聲屋蓋便應勢而生并被廣泛應用于各類體育場館。吸聲屋蓋其實是將隔聲與吸聲做了整合，此類構造的吸聲屋蓋以中高頻吸聲為主，其NRC值可達0.75（500Hz-2KHz）。既具良好的吸聲作用，同時也起到保溫隔熱、隔絕雨水沖擊噪聲的效果，得到較廣泛的應用。圖-2為蘇州奧體中心體育館的內景效果圖，建筑頂部采用了吸聲屋蓋的做法。 圖-2 蘇州奧體中心體育館內景效果圖 在游泳比賽館中，若設計采用吸聲屋蓋，應考慮館內的高濕度對屋蓋內吸聲材料的影響，可加做一層PVF耐候袋將吸聲材料包裹起來，可增強其耐候性且對吸聲性能影響有限。 4 墻面吸聲設計 體育館內可作吸聲處理的墻面面積并不多，圓形平面體育館的墻面僅為觀眾席末排后的墻面，高度也很?。欢匦纹矫娴捏w育館除主看臺后墻面外，兩端記分牌周邊有較大可作吸聲的墻面，因此主要吸聲量是屋頂天花及觀眾席。 通常體育館內的混響頻率基本平直（允許低頻有一定），墻面的吸聲布置上應考慮低頻吸聲與中高頻吸聲的配比，應在進行音質計算后，結合室內裝修設計達到功能與美觀的雙贏。 近年來的體育建筑形式，越來越多的玻璃幕墻出現(xiàn)在比賽大廳的周圍，甚至形成了耦合空間，這對控制館內混響極為不利，聲音通過玻璃反射所產生的顫動回聲，若不采取措施，將直接影響比賽大廳的聲環(huán)境，甚至還會影響電聲設備的正常使用。華東院聲學所曾經研究采取的吸聲措施是在玻璃幕墻前設計安裝電動式吸聲簾幕，在比賽狀態(tài)下自動降下以增加吸聲面積，在非比賽狀態(tài)下則升起可滿足室內正常采光要求。圖-3為江蘇鹽城體育館的內景效果圖。 圖-3 江蘇鹽城體育館內景效果圖 5 關于體育館建筑聲學裝修設計的建議 體育館比賽狀態(tài)下，人們的目光都聚焦在賽場中心范圍，所以館內的裝修設計建議應以功能性為主，裝飾效果大氣、簡潔為好。不宜采用玻璃、石材、鏡面等反光材料作為室內裝修面層，以避免比賽狀態(tài)下對運動員的視覺影響。墻面上的擴散造型也不宜過為繁復，滿足功能即可，以控制工程造價?！綞ND】

體育館吸音改造 膜結構頂棚以其輕質、高強度、造型可塑性強等優(yōu)點在高大空間建筑設計中被廣泛應用，然而該結構由于其自身材質的特殊性又對室內音質設計提出了更高的要求。傳統(tǒng)的大空間音質設計以控制全頻混響時間和避免聲缺陷為重點，較低的混響時間及平直的頻率特性有利于擴聲系統(tǒng)的使用。常見的處理方式即在頂面結合金屬屋面做聲學處理或者大面積懸掛吸聲體，而在膜結構的高大空間中這些方法將受到較大的限制，一方面是基于膜自身的吸聲特性，由于自振頻率較低且面積較大，膜結構低頻吸聲性能較好，同時較大的平均自由程使得空氣吸聲量在總吸聲量中的比例增大，頻率特性在高頻段斜率急劇減小，從而在中低頻段某處出現(xiàn)拐點（“起包”現(xiàn)象）；另一方面，吸聲界面受到限制，在已有膜結構的表面難以懸掛較大的荷載且難以進行聲學處理，若頂棚較高，則平整的膜表面與地面之間容易產生顫動回聲的音質缺陷。由此可見，分析已有的膜結構聲學設計案例并探索其音質設計策略具有重要的理論和現(xiàn)實意義。 高大空間建筑聲學設計是當代建筑聲學工程技術的重要研究方向，文獻[1,2,3,4,5]中闡述了體育館、主題樂園、展廳等不同功能的高大空間聲學設計方案，這些方案具有一定共性，即頂面往往能夠作為重要的吸聲面且限制較??；而關于膜結構聲學性能的研究較少，僅有的文獻則更多關注膜結構的空氣聲隔聲性能[6,7]。本文以某膜結構體育館的聲學改造工程為例，通過分析改造前室內聲場的音質缺陷，提出合理的建聲和電聲解決方案，采用聲學模擬軟件仿真計算室內聲場，并通過現(xiàn)場測量驗證方案的可行性。