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體育館吸音改造 體育場館的雛形可以追溯到希臘羅馬時期，現(xiàn)代體育場館融合了建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)械、電子、材料等專業(yè)技術(shù)，并且隨著時代的發(fā)展以及使用的需求，不斷的有新技術(shù)應(yīng)用其中。體育場館作為目前規(guī)模 的公共建筑之一，對各專業(yè)的技術(shù)水平以及要求提出了更多的挑戰(zhàn)。體育場館在滿足大型比賽賽事的同時，還會舉辦大型演出等活動，隨之而來的聲學(xué)的問題愈加突顯。 體育館噪音解決方案 體育場館一般體型巨大，除專業(yè)的場館以外，為了增加利用率和市場開發(fā)效果，越來越多的體育館呈現(xiàn)多功能化，對聲學(xué)要求也越來越高。 如比賽功能，由于有現(xiàn)場解說、廣播的需求，體育館需要適當(dāng)?shù)幕祉憰r間和良好的語言清晰度;而演出功能時需要更短的混響時間和良好的聲場分布，并且嚴(yán)格避免各類聲缺陷。 新建體育館項(xiàng)目的聲學(xué)設(shè)計(jì)和顧問；也承擔(dān)過因?yàn)槁晫W(xué)問題而不得不開展的改造工程，這時候，必須將聲學(xué)測量、技術(shù)方案設(shè)計(jì)、聲學(xué)構(gòu)件的加工安裝全程執(zhí)行。 IACC經(jīng)過軟件模擬預(yù)測的方式為體育館建筑提供準(zhǔn)確的聲學(xué)分析，在設(shè)計(jì)階段模擬和預(yù)測音質(zhì)效果的優(yōu)劣，并分析各類聲缺陷存在的可能性，從而為建筑設(shè)計(jì)和室內(nèi)裝飾設(shè)計(jì)提供方案優(yōu)化的建議，將問題解決在設(shè)計(jì)階段。 大跨度、輕質(zhì)鋼結(jié)構(gòu)屋面的體育較為常見，雨水沖擊噪聲問題卻在設(shè)計(jì)和建設(shè)過程往往被忽視。經(jīng)IACC的測量普通的輕質(zhì)金屬屋面中雨天氣在場館內(nèi)產(chǎn)生的噪音可以達(dá)到72dBA，大到暴雨的天氣場館內(nèi)產(chǎn)生的噪聲污染水平甚至達(dá)到80dBA以上。這種天氣條件下體育館完全無法使用。為此，聲學(xué)設(shè)計(jì)與鋼結(jié)構(gòu)等專業(yè)協(xié)調(diào)，充分考慮造價、載荷、保溫等方面的問題，解決屋面雨水沖擊噪聲非常必要。 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(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館比比皆是，而體育場館聲環(huán)境的設(shè)計(jì)中對混響時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)帶來不少困難。混響時間的設(shè)計(jì)指標(biāo)跟場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體育場館聲學(xué)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)要求（見表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，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(dá)到30m3/人以上，這對混響控制、吸聲面積和空調(diào)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(nèi)產(chǎn)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(jié)合室內(nèi)裝修設(shè)計(jì)采用聲擴(kuò)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(nèi)的聲場更為均勻。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)，也是體育場館建聲專業(yè)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一。在中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JGJ/T131-2012體育場館聲學(xué)設(shè)計(jì)及測量規(guī)程）為設(shè)計(jì)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(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)房等噪聲及振動較大的設(shè)備機(jī)房應(yīng)遠(yuǎn)離比賽大廳，并做好機(jī)房內(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》一書中，根據(jù)我國暖通專業(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)時參考。（見表-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，在體育館室內(nèi)裝修方面，人們的審美漸漸趨向簡潔、大氣，吸聲屋蓋便應(yīng)勢而生并被廣泛應(yīng)用于各類體育場館。吸聲屋蓋其實(shí)是將隔聲與吸聲做了整合，此類構(gòu)造的吸聲屋蓋以中高頻吸聲為主，其NRC值可達(dá)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(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，可增強(qiáng)其耐候性且對吸聲性能影響有限。 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??；而矩形平面的體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(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(nèi)混響極為不利，聲音通過玻璃反射所產(chǎn)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(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(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)下對運(yùn)動員的視覺影響。墻面上的擴(kuò)散造型也不宜過為繁復(fù)，滿足功能即可，以控制工程造價?！綞ND】 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)以控制全頻混響時間和避免聲缺陷為重點(diǎn)，較低的混響時間及平直的頻率特性有利于擴(kuò)聲系統(tǒng)的使用。常見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)生顫動回聲的音質(zhì)缺陷。由此可見，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)[12345]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(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?。欢P(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[67]。本文以某膜結(jié)構(gòu)體育館的聲學(xué)改造工程為例，通過分析改造前室內(nèi)聲場的音質(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，并通過現(xiàn)場測量驗(yàn)證方案的可行性。 體育館吸音改造 體育館聲學(xué)缺陷分析 2.1 改造項(xiàng)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(cè)均為膜結(jié)構(gòu)，室內(nèi)總體積約54700m3， 容座2333座。該體育中心主要功能是用于學(xué)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(yīng)使用方要求，我方對該體育中心室內(nèi)音質(zhì)進(jìn)行現(xiàn)場主觀試聽與測試，室內(nèi)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(diǎn)及膜結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行針對性設(shè)計(jì)，導(dǎo)致室內(nèi)聲場分布不均勻，音質(zhì)效果較差。擴(kuò)聲系統(tǒng)布局不合理，不僅未能減弱音質(zhì)缺陷的不利影響，反而進(jìn)一步加劇了聲缺陷的程度。 2.2 聲學(xué)改造目標(biāo) 根據(jù)現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)并結(jié)合主觀感受可知改造方案應(yīng)重點(diǎn)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(jié)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(shí)測值詳見表1。 (2)凹曲面穹形頂棚存在聲聚焦現(xiàn)象[1415]。由于原有凹曲面頂棚未考慮吸聲和擴(kuò)散處理，聲線聚焦位置恰在人耳高度附近。根據(jù)實(shí)測結(jié)果可知，在無指向性聲源作用下，聚焦點(diǎn)位置的平均聲壓級（線性計(jì)權(quán)）比其他位置高2.5d B。