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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 根據現場測量數據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”現象。根據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象[1415]。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 膜結構頂棚以其輕質、高強度、造型可塑性強等優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拐點（“起包”現象）；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[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小；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[67]。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，并通過現場測量驗證方案的可行性。
