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體育館吸音改造 體育館建筑建聲設(shè)計(jì)的技術(shù)要點(diǎn) 2.1 控制混響時(shí)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(lèi)建筑設(shè)計(jì)中也有體現(xiàn)。大體量、高空間、圓形、蛋形等不同體型的場(chǎng)館比比皆是，而體育場(chǎng)館聲環(huán)境的設(shè)計(jì)中對(duì)混響時(shí)間的控制和避免聲缺陷的設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵，這給建聲設(shè)計(jì)帶來(lái)不少困難。混響時(shí)間的設(shè)計(jì)指標(biāo)跟場(chǎng)館的體積和單人容積有著必然的聯(lián)系，在 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JGJ/T131-2012體育場(chǎng)館聲學(xué)設(shè)計(jì)及測(cè)量規(guī)程）中就對(duì)不同容積的體育館提出了明確的中頻混響時(shí)間設(shè)計(jì)要求（見(jiàn)表1），而在近十年內(nèi)由我所承擔(dān)建聲設(shè)計(jì)的體育建筑工程實(shí)踐聲學(xué)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可見(jiàn)，容積在80000m3以上的大型場(chǎng)館占到80%，單人容積大于20m3/人的體育場(chǎng)館也約占70%（見(jiàn)表2）。有的體育場(chǎng)館單人容積甚至達(dá)到30m3/人以上，這對(duì)混響控制、吸聲面積和空調(diào)節(jié)能都不甚合理。 為體育場(chǎng)館確定了合適的混響時(shí)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(chǎng)館內(nèi)產(chǎn)生聲聚焦和顫動(dòng)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(jié)合室內(nèi)裝修設(shè)計(jì)采用聲擴(kuò)散體，從而改變?cè)薪ㄖA弧形墻和平行墻的外觀，使得場(chǎng)館內(nèi)的聲場(chǎng)更為均勻。聲擴(kuò)散體的形式可結(jié)合室內(nèi)裝修和吸聲處理設(shè)計(jì)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(wú)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(kuò)散反射作用的石膏板、GRG板等，不僅豐富了室內(nèi)的裝修風(fēng)格，也能使聲場(chǎng)更為均勻，達(dá)到令人滿意的聲學(xué)效果。 2.2 體育館建筑的噪聲與振動(dòng)控制設(shè)計(jì) 合適的背景噪聲是實(shí)現(xiàn)音質(zhì)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是體育場(chǎng)館建聲專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一。在中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JGJ/T131-2012體育場(chǎng)館聲學(xué)設(shè)計(jì)及測(cè)量規(guī)程）為設(shè)計(jì)確定體育類(lèi)建筑背景噪聲提供了依據(jù)。（見(jiàn)表-3） 表3體育館比賽大廳等廳（室）的背景噪聲限值 標(biāo)準(zhǔn)總則中已提出建聲設(shè)計(jì)應(yīng)參與體育館工程設(shè)計(jì)的全過(guò)程，因此要求在建筑擴(kuò)初設(shè)計(jì)階段就由建筑聲學(xué)專(zhuān)業(yè)參與其中，并為建筑做好隔聲隔振設(shè)計(jì)。在建筑平剖面布局中，空調(diào)機(jī)房、冷凍機(jī)房等噪聲及振動(dòng)較大的設(shè)備機(jī)房應(yīng)遠(yuǎn)離比賽大廳，并做好機(jī)房?jī)?nèi)的隔聲吸聲處理及機(jī)組隔振設(shè)計(jì)。 2.3 空調(diào)系統(tǒng)的消聲設(shè)計(jì) 為了達(dá)到預(yù)先設(shè)計(jì)的背景噪聲指標(biāo)，其中空調(diào)系統(tǒng)的消聲設(shè)計(jì)更是關(guān)鍵，主要包括降低沿管道傳播的風(fēng)機(jī)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(fēng)管內(nèi)的風(fēng)速，在《暖通空調(diào)設(shè)計(jì)技術(shù)措施》一書(shū)中，根據(jù)我國(guó)暖通專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員多年設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)提出了不同允許噪聲條件下管道內(nèi)氣流速度的允許值，可供暖通等相關(guān)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)空調(diào)系統(tǒng)時(shí)參考。（見(jiàn)表-4） 表4管道內(nèi)氣流速度的允許值（建議值） 3 頂面吸聲設(shè)計(jì) 由于新建的體育類(lèi)建筑的空間體積漸趨增大，廳內(nèi)所需要的總吸聲量也隨之大大增加，而通常體育場(chǎng)館內(nèi)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(jì)八十年代起，國(guó)內(nèi)很多體育館的頂部吸聲做法是結(jié)合網(wǎng)架下弦或在網(wǎng)架空間內(nèi)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(jí)防火要求，構(gòu)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(nèi)景圖。 圖-1 湖州體育館圓弧形吸聲體內(nèi)景圖 近年來(lái)，在體育館室內(nèi)裝修方面，人們的審美漸漸趨向簡(jiǎn)潔、大氣，吸聲屋蓋便應(yīng)勢(shì)而生并被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)體育場(chǎng)館。吸聲屋蓋其實(shí)是將隔聲與吸聲做了整合，此類(lèi)構(gòu)造的吸聲屋蓋以中高頻吸聲為主，其N(xiāo)RC值可達(dá)0.75（500Hz-2KHz）。既具良好的吸聲作用，同時(shí)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(yīng)用。圖-2為蘇州奧體中心體育館的內(nèi)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(nèi)景效果圖 在游泳比賽館中，若設(shè)計(jì)采用吸聲屋蓋，應(yīng)考慮館內(nèi)的高濕度對(duì)屋蓋內(nèi)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(lái)，可增強(qiáng)其耐候性且對(duì)吸聲性能影響有限。 4 墻面吸聲設(shè)計(jì) 體育館內(nèi)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，高度也很小；而矩形平面的體育館除主看臺(tái)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(nèi)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(yīng)考慮低頻吸聲與中高頻吸聲的配比，應(yīng)在進(jìn)行音質(zhì)計(jì)算后，結(jié)合室內(nèi)裝修設(shè)計(jì)達(dá)到功能與美觀的雙贏。 近年來(lái)的體育建筑形式，越來(lái)越多的玻璃幕墻出現(xiàn)在比賽大廳的周?chē)踔列纬闪笋詈峡臻g，這對(duì)控制館內(nèi)混響極為不利，聲音通過(guò)玻璃反射所產(chǎn)生的顫動(dòng)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(huì)影響電聲設(shè)備的正常使用。華東院聲學(xué)所曾經(jīng)研究采取的吸聲措施是在玻璃幕墻前設(shè)計(jì)安裝電動(dòng)式吸聲簾幕，在比賽狀態(tài)下自動(dòng)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(nèi)正常采光要求。圖-3為江蘇鹽城體育館的內(nèi)景效果圖。 圖-3 江蘇鹽城體育館內(nèi)景效果圖 5 關(guān)于體育館建筑聲學(xué)裝修設(shè)計(jì)的建議 體育館比賽狀態(tài)下，人們的目光都聚焦在賽場(chǎng)中心范圍，所以館內(nèi)的裝修設(shè)計(jì)建議應(yīng)以功能性為主，裝飾效果大氣、簡(jiǎn)潔為好。不宜采用玻璃、石材、鏡面等反光材料作為室內(nèi)裝修面層，以避免比賽狀態(tài)下對(duì)運(yùn)動(dòng)員的視覺(jué)影響。墻面上的擴(kuò)散造型也不宜過(guò)為繁復(fù)，滿足功能即可，以控制工程造價(jià)。【END】
體育館吸音改造 膜結(jié)構(gòu)頂棚以其輕質(zhì)、高強(qiáng)度、造型可塑性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)在高大空間建筑設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用，然而該結(jié)構(gòu)由于其自身材質(zhì)的特殊性又對(duì)室內(nèi)音質(zhì)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。傳統(tǒng)的大空間音質(zhì)設(shè)計(jì)以控制全頻混響時(shí)間和避免聲缺陷為重點(diǎn)，較低的混響時(shí)間及平直的頻率特性有利于擴(kuò)聲系統(tǒng)的使用。常見(jiàn)的處理方式即在頂面結(jié)合金屬屋面做聲學(xué)處理或者大面積懸掛吸聲體，而在膜結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)低頻吸聲性能較好，同時(shí)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(diǎn)（“起包”現(xiàn)象）；另一方面，吸聲界面受到限制，在已有膜結(jié)構(gòu)的表面難以懸掛較大的荷載且難以進(jìn)行聲學(xué)處理，若頂棚較高，則平整的膜表面與地面之間容易產(chǎn)生顫動(dòng)回聲的音質(zhì)缺陷。由此可見(jiàn)，分析已有的膜結(jié)構(gòu)聲學(xué)設(shè)計(jì)案例并探索其音質(zhì)設(shè)計(jì)策略具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。 高大空間建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)是當(dāng)代建筑聲學(xué)工程技術(shù)的重要研究方向，文獻(xiàn)[1,2,3,4,5]中闡述了體育館、主題樂(lè)園、展廳等不同功能的高大空間聲學(xué)設(shè)計(jì)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小；而關(guān)于膜結(jié)構(gòu)聲學(xué)性能的研究較少，僅有的文獻(xiàn)則更多關(guān)注膜結(jié)構(gòu)的空氣聲隔聲性能[6,7]。本文以某膜結(jié)構(gòu)體育館的聲學(xué)改造工程為例，通過(guò)分析改造前室內(nèi)聲場(chǎng)的音質(zhì)缺陷，提出合理的建聲和電聲解決方案，采用聲學(xué)模擬軟件仿真計(jì)算室內(nèi)聲場(chǎng)，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量驗(yàn)證方案的可行性。
體育館吸音改造 體育館設(shè)計(jì)方案當(dāng)然是需要專(zhuān)業(yè)的公司來(lái)幫助我們進(jìn)行設(shè)計(jì)，在體育館的設(shè)計(jì)方案中，不能忽視的一點(diǎn)就是聲學(xué)設(shè)計(jì)。聲學(xué)設(shè)計(jì)對(duì)于體育館的重要性是毋庸置疑的。 下面聊一聊體育館為什么要做聲學(xué)設(shè)計(jì)，聲學(xué)設(shè)計(jì)對(duì)于體育館的重要性體現(xiàn)在那些方面，體育館又存在那些聲學(xué)問(wèn)題。 首先隨著聲學(xué)的發(fā)展，在大型空間的建設(shè)上聲學(xué)的運(yùn)用是越來(lái)越多了。體育館屬于大型的比賽空間，容易產(chǎn)生很多的聲學(xué)問(wèn)題，這些聲學(xué)問(wèn)題會(huì)嚴(yán)重影響體育賽事的進(jìn)行，你可以想象一下大型的體育館如果不做聲學(xué)處理，成千上萬(wàn)的人在一個(gè)場(chǎng)館里觀賽比賽所發(fā)出的聲音是多么的嘈雜以及回音是多么的恐怖。 一般來(lái)說(shuō)在空間的聲學(xué)設(shè)計(jì)有一個(gè)重要的指標(biāo)——混響時(shí)間，控制好空間的混響時(shí)間就可以很好的改善空間的聲場(chǎng)環(huán)境，在體育館的聲學(xué)裝飾過(guò)程中比賽大廳的每座容積控制在15.0立方米-25.0立方米是為合適的，整體空間的呈現(xiàn)出的比賽效果和觀賽效果體驗(yàn)都是 的。
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體育館吸音改造 體育館聲學(xué)改造策略 由上述分析可知，該體育館改造的難點(diǎn)在于頂面膜結(jié)構(gòu)面積較大，常見(jiàn)的大空間聲學(xué)處理方式難以適用，同時(shí)在不破壞原有結(jié)構(gòu)的條件下，需精準(zhǔn)而又針對(duì)性地解決存在的若干聲學(xué)問(wèn)題。對(duì)此，在保證聲學(xué)效果同時(shí)兼顧裝飾、經(jīng)濟(jì)性的前提下，我們針對(duì)性地提出了相應(yīng)的解決方案（圖2）。 改善頻率特性（“起包”）可結(jié)合聲聚焦問(wèn)題一并考慮。由于需選擇性地降低某些頻率的混響時(shí)間。同時(shí)盡可能中低頻聚焦產(chǎn)生的不良影響，因此我們對(duì)于材料吸聲特性的選擇及吊掛形式提出了相應(yīng)的要求。具體措施如下：在保持原有膜結(jié)構(gòu)的情況下將局部凹曲面吊頂拆除，并按階梯狀懸掛平板空間吸聲體，空間吸聲體單元厚10 0 m m，平面投影尺寸為112 5m m×620 m m。單元之間采用30×30×2.5鍍鋅角鋼固定，并采用φ6鍍鋅鋼絲繩固定于網(wǎng)架下弦桿上（圖3）。 空間吸聲體中棉的特性及整體制作工藝對(duì)于其聲學(xué)性能具有關(guān)鍵性作用，為了保證吸聲體能夠針對(duì)性地解決該體育館的問(wèn)題，在確定材料各項(xiàng)參數(shù)后由專(zhuān)業(yè)的檢測(cè)機(jī)構(gòu)在混響室中測(cè)量吸聲體單元的吸聲系數(shù)，并以此修正計(jì)算結(jié)果。吸聲體混響室各頻段吸聲系數(shù)實(shí)測(cè)值參看表2。由此可知，500Hz吸聲系數(shù)高達(dá)2.08,1000Hz吸聲系數(shù)高達(dá)1.71，低頻和高頻吸聲系數(shù)相對(duì)較低，可見(jiàn)該吸聲體吸聲頻率特性可選擇性大幅度降低某些頻率的混響時(shí)間，完全適合該體育館的聲學(xué)要求。 對(duì)于體育館內(nèi)其他可能造成顫動(dòng)回聲的平行界面則做了針對(duì)性處理，如將原有貴賓包廂玻璃窗拆除同時(shí)后墻面作吸聲處理。為了和其他界面裝飾效果保持統(tǒng)一，改造的后墻面采用槽木吸聲板，正面開(kāi)槽，槽寬4mm，條面寬28mm；背面開(kāi)孔，孔徑10mm，孔距沿長(zhǎng)邊方向16mm，沿短邊方向32mm；板后空腔100mm，內(nèi)填50mm厚32kg/m3玻璃棉；原有窗簾拆除，采用200%打折密度較高吸聲性能較好的天鵝絨窗簾，同時(shí)將玻璃墻面上方的玻璃擋板拆除，進(jìn)一步降低顫動(dòng)回聲的不利影響。 重新調(diào)整擴(kuò)聲揚(yáng)聲器的定位及輻射角度。利用原有燈光吊桿吊掛9只箱式點(diǎn)聲源揚(yáng)聲器，合理選擇揚(yáng)聲器的指向性[8,9,10,11,12,13]，避免直達(dá)聲能在凹曲面頂棚下方匯聚，確保直達(dá)聲可均勻覆蓋比賽場(chǎng)地和觀眾席，揚(yáng)聲器定位及指向性參看圖4。 4 計(jì)算機(jī)聲學(xué)仿真計(jì)算 為了驗(yàn)證和預(yù)測(cè)該改造方案的實(shí)際效果，采用Raynoise聲場(chǎng)模擬軟件對(duì)音質(zhì)客觀參量進(jìn)行仿真計(jì)算。將原體育館室內(nèi)空間做簡(jiǎn)化處理，建立三維仿真模型，根據(jù)混響時(shí)間計(jì)算結(jié)果定義室內(nèi)各界面吸聲系數(shù)和散射系數(shù)。仿真聲源為距地1.5m高無(wú)指向性點(diǎn)聲源，聽(tīng)音面包含比賽區(qū)域和觀眾區(qū)域，距地1.2m高。 圖5和圖6分別為改造前和改造后聽(tīng)音面中頻1000Hz混響時(shí)間模擬云圖。圖7和圖8分別為改造前和改造后聽(tīng)音面中頻1000Hz清晰度D50模擬云圖。對(duì)比圖5和圖6可知，經(jīng)過(guò)聲學(xué)改造后，原本“起包”頻率混響時(shí)間明顯降低，1000Hz模擬混響時(shí)間平均值小于2.4s；對(duì)比圖7和圖8可知，在改造前較大面積區(qū)域1000Hz語(yǔ)言清晰度D50均小于30%，在改造后1000Hz語(yǔ)言清晰度得到顯著改善，聽(tīng)音面D50平均值>45%。
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