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体育馆吸音改造 体育馆声学缺陷分析 2.1 改造项目概况 该体育馆为矩形平面，长约87m，宽约52m，屋面中部为凹曲面穹顶，屋面两侧均为膜结构，室内总体积约54700m3， 容座2333座。该体育中心主要功能是用于学生平时体育锻炼，但需兼顾会议及文艺活动的功能需要（图1）。 应使用方要求，我方对该体育中心室内音质进行现场主观试听与测试，室内墙面虽采用了较大面积的吸声材料，但由于未根据体型特点及膜结构特性进行针对性设计，导致室内声场分布不均匀，音质效果较差。扩声系统布局不合理，不仅未能减弱音质缺陷的不利影响，反而进一步加剧了声缺陷的程度。 2.2 声学改造目标 根据现场测量数据并结合主观感受可知改造方案应重点解决下列几个问题。 (1)改善混响时间频率特性，解决“起包”现象。根据混响时间测量结果可知，改造前该体育馆空场混响时间f=1000Hz时为4.1s，且在此频率位置曲线出现峰值。空场各频段混响时间实测值详见表1。 (2)凹曲面穹形顶棚存在声聚焦现象[1415]。由于原有凹曲面顶棚未考虑吸声和扩散处理，声线聚焦位置恰在人耳高度附近。根据实测结果可知，在无指向性声源作用下，聚焦点位置的平均声压级（线性计权）比其他位置高2.5d B。
体育馆吸音改造 一、浙江温州中学体育馆声学工程项目概况 温州中学体育馆是浙江省温州中学内一改造的的体育活动场所，占地面积是2380 ㎡，主要用于体育比赛、会议、和文艺晚会等。浙江省温州中学是一个具有百年历史的老校，它的精神内涵尤为厚重。场馆在装饰上运用现代简约风格，采用经典的红黄蓝三原色作为主要色彩，并融入了白、灰两种具有现代主义的风格的颜色作为铺垫，把温州中学经典传统的文化底蕴通过装饰设计完美的表现了出来。 浙江温州中学体育馆声学设计工程 二、浙江温州中学体育馆声学工程设计方案及效果 该体育馆在建设过程中建筑声学设计也同时进行。根据该体育馆建筑设计方案，存在的建筑声学问题主要有： 1）比赛大厅、比赛池呈规则的矩形，平行相对的山墙和比赛池墙面易使声音多次反射，形成颤动回声，影响比赛池中的听音效果。 2）钢结构顶棚会使声音在比赛场内产生多重回声，致使厅内声场分布不均匀。 3）该馆为了节能，在墙面顶部及观众席后墙顶部布置大量的采光通风窗，这使得大厅内可装修面积变少，增加了建筑声学处理难度。 于是，我们选择在体育馆比赛池四周墙面采用防污、抗撞击性能较好的槽木吸音板，以运动员的脚步声和击球声等噪声，经过吸音处理后，可以降低厅内混响时间、厅内回声。 槽木吸音板 槽木吸音板是一种在密度板的正面开槽、背面穿孔的狭缝共振吸音材料，多孔式吸音设计，有效使声波的能量消耗变换成热能达到吸音效果。 本次浙江温州中学体育馆主要设计范围有篮球场、羽毛球场、乒乓球室、医疗室、更衣室、休息室、过道等， 经过专业声学设计处理后，该体育馆的混响时间可达到1.5 s。
体育馆吸音改造 目前，从国内到国外，不论是新建馆还是旧馆改造普遍都设计成" 多功能"的模式。不仅具备体育训练和比赛的功能，还承担集会、展览、庆典、文艺演出甚至放电影等多样功能。据资料介绍，美国旧金山某体育设施的使用比率 中 体育比赛占51.7% 音乐会占19.4% 马戏、冰上舞蹈占7.1% 展览及其它活动占21.8%。澳大利亚墨尔本某体育馆，音乐演出占50%左右。这是体育产业化、社会化带来的发展动向。 一、多功能体育馆的主要特点 与一般“纯”体育功能的体育馆对比，多功能体育馆主要有以下一些特点： 1、通常在场地一侧设置固定的舞台，用作会议的讲台及文艺演出活动的表演场地。 2、除在比赛场地安装体育比赛用照明系统和语言广播扩声系统外，还要参照剧场的模式增加设置舞台灯光和文艺演出(语言与音乐兼用)的扩声系统。 3、对建声设计的要求应高于"纯"体育功能的场馆。这是本文讨论的主题。 二、 体育馆建筑声学设计的有关标准 建设部近年先后颁发了JGJ/T131-2012 《体育场馆声学设计及测量规程》和JGJ31-2003《体育建筑设计规范》两个文件，其中有关建声设计的指标及要求有以下几点： 〔1〕体育馆建筑声学条件应以保证语言清晰为主。 〔2〕不得产生明显的声聚焦、回声、颤动回声等音质缺陷。 〔3〕中小型体育馆混响时间在500-1000Hz范围内宜设置:1.3-1.5s。 各频率混响时间相对于500-1000Hz混响时间的比值： 频率〔Hz〕 125 250 2000 4000 比值 1.0-1.3 1.0-1.1 0.9-1.0 0.8-0.9 〔4〕大厅上空应设置吸声材料或吸声构造。 〔5〕大厅四周的玻璃窗应设有吸声效果的窗帘。 〔6〕大面积墙面应做吸声处理。 〔7〕比赛场地周围的矮墙、看台栏板宜设置吸声构造，或控制倾斜角度和造型。 近年体育馆的建筑造型和结构大量采用暴露网架、不设吊顶甚至采用透光的屋顶材料，并流行弧形拱顶、圆形墙体和大面积玻璃窗或玻璃幕墙等形式，这都容易造成较严重的声学缺陷。而且建筑声学的设计项目往往是在建筑土建设计、装饰设计甚至施工的后期才介入，由于基本的建筑造型方面已难以改变，解决办法是从声学装修结构方面进行调整和改造。这就大大增加了设计和施工的难度。 建筑结构造成的常见声学缺陷如： 1、声聚焦 声音在遇到凹的墙面或天花棚顶时将会产生声聚焦，使某些点或某些区域的声压级远远大于其它位置，导致声场分布很不均匀，出现"声染色"和"声反馈啸叫"等音质缺陷。体育馆的弧形拱顶和圆形墙体，是典型的容易产生声聚焦的结构。 2、颤动回声 在室内的一对平行墙之间，一个声音在两墙壁间来回反射产生多个重复的声音，称为颤动回声。这在体育馆的大面积墙面以及比赛场地周围的矮墙和看台栏板等处容易产生。 3、混响时间偏长
体育馆吸音改造 体育馆声学改造策略 由上述分析可知，该体育馆改造的难点在于顶面膜结构面积较大，常见的大空间声学处理方式难以适用，同时在不破坏原有结构的条件下，需精准而又针对性地解决存在的若干声学问题。对此，在保证声学效果同时兼顾装饰、经济性的前提下，我们针对性地提出了相应的解决方案（图2）。 改善频率特性（“起包”）可结合声聚焦问题一并考虑。由于需选择性地降低某些频率的混响时间。同时尽可能中低频聚焦产生的不良影响，因此我们对于材料吸声特性的选择及吊挂形式提出了相应的要求。具体措施如下：在保持原有膜结构的情况下将局部凹曲面吊顶拆除，并按阶梯状悬挂平板空间吸声体，空间吸声体单元厚10 0 m m，平面投影尺寸为112 5m m×620 m m。单元之间采用30×30×2.5镀锌角钢固定，并采用φ6镀锌钢丝绳固定于网架下弦杆上（图3）。 空间吸声体中棉的特性及整体制作工艺对于其声学性能具有关键性作用，为了保证吸声体能够针对性地解决该体育馆的问题，在确定材料各项参数后由专业的检测机构在混响室中测量吸声体单元的吸声系数，并以此修正计算结果。吸声体混响室各频段吸声系数实测值参看表2。由此可知，500Hz吸声系数高达2.081000Hz吸声系数高达1.71，低频和高频吸声系数相对较低，可见该吸声体吸声频率特性可选择性大幅度降低某些频率的混响时间，完全适合该体育馆的声学要求。 对于体育馆内其他可能造成颤动回声的平行界面则做了针对性处理，如将原有贵宾包厢玻璃窗拆除同时后墙面作吸声处理。为了和其他界面装饰效果保持统一，改造的后墙面采用槽木吸声板，正面开槽，槽宽4mm，条面宽28mm；背面开孔，孔径10mm，孔距沿长边方向16mm，沿短边方向32mm；板后空腔100mm，内填50mm厚32kg/m3玻璃棉；原有窗帘拆除，采用200%打折密度较高吸声性能较好的天鹅绒窗帘，同时将玻璃墙面上方的玻璃挡板拆除，进一步降低颤动回声的不利影响。 重新调整扩声扬声器的定位及辐射角度。利用原有灯光吊杆吊挂9只箱式点声源扬声器，合理选择扬声器的指向性[8910111213]，避免直达声能在凹曲面顶棚下方汇聚，确保直达声可均匀覆盖比赛场地和观众席，扬声器定位及指向性参看图4。 4 计算机声学仿真计算 为了验证和预测该改造方案的实际效果，采用Raynoise声场模拟软件对音质客观参量进行仿真计算。将原体育馆室内空间做简化处理，建立三维仿真模型，根据混响时间计算结果定义室内各界面吸声系数和散射系数。仿真声源为距地1.5m高无指向性点声源，听音面包含比赛区域和观众区域，距地1.2m高。 图5和图6分别为改造前和改造后听音面中频1000Hz混响时间模拟云图。图7和图8分别为改造前和改造后听音面中频1000Hz清晰度D50模拟云图。对比图5和图6可知，经过声学改造后，原本“起包”频率混响时间明显降低，1000Hz模拟混响时间平均值小于2.4s；对比图7和图8可知，在改造前较大面积区域1000Hz语言清晰度D50均小于30%，在改造后1000Hz语言清晰度得到显著改善，听音面D50平均值>45%。
目前我国学校的基础建设正在大力发展，在硬件配套上面也在逐步完善，而体育场馆是每个学校必须建设的项目，既丰富了学生的课外活动生活，又锻炼了体质，还在文化娱乐方面提高了学校的教学质量。当今建设的学校体育场馆都设计了舞台，比如篮球馆、羽毛球馆或者是综合体育馆等，在馆内一侧设计了100-200m的室内舞台，体育馆即可作为体育锻炼的场地，又可作为举办一些文艺汇演的场地，可以容纳整个学校的学生、老师参与演出。这对体育馆的装修方面、扩声方面、灯光照明方面、通风方面及建声方面提出了新的要求。本文主要从建声、扩声方面为学校的体育场馆提供一套体育场馆扩声系统解决方案 。体育馆吸音改造 一个体育场馆要有好的声场必须有的建声方面的设计，由于体育场馆的建声不好，那么再好的扩声系统都不可能有好的演出效果，混响时间长，声音出来就会浑浊不清，所以必须在建筑、装修方法想办法去除混响。体育场馆的地面、墙壁、玻璃、天花等地方都需要添加吸音体，把原来声音反射较为强烈的地方加入吸音和隔音效果的材料，不让声音过多的反射。还有就是噪音的问题，比如室内的排风扇、空调、电机等可能产生噪声的设备需要隔音，靠近马路的体育场馆要考虑室外噪音的影响，需要用隔音玻璃或隔断来阻止室外噪音，靠近居民区的体育场馆也要考虑采用隔音来防止声音扰民。 体育场馆举办一些大型的表演活动，或者是全校的一些会议、讲座、体育比赛等，这就需要一套功能齐全的扩声系统，可以采用模拟的一些设备搭配使用，但功能及可扩展性不强，而且由于场地改造布线方面限制，功能上满足不了演艺扩声的要求。
