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體育館吸音改造 多功能體育館建筑聲學設(shè)計特點！ 體育館不僅具備體育訓練和比賽的功能，還承擔集會、展覽、慶典、文藝演出甚至放電影等多樣功能。 據(jù)資料介紹，美國舊金山某體育設(shè)施的使用比率中 體育比賽占51.7% 音樂會占19.4% 馬戲、冰上舞蹈占7.1% 展覽及其它活動占21.8%。澳大利亞墨爾本某體育館，音樂演出占50%左右。這是體育産業(yè)化、社會化帶來的發(fā)展動向。 體育館建筑聲學設(shè)計的有關(guān)標淮 ° 建設(shè)部近年先后頒發(fā)了JGJ/T131-2000<體育館聲學設(shè)計及測量規(guī)程>和JGJ/31-2003<體育建筑設(shè)計規(guī)范>兩個文件，其中有關(guān)建聲設(shè)計的指標及要求有以下幾點： 1、通常在場地一側(cè)設(shè)置固定的舞臺，用作會議的講臺及文藝演出活動的表演場地。 2、除在比賽場地安裝體育比賽專用照明系統(tǒng)和語言廣播擴聲系統(tǒng)外，還要參照劇場的模式增加設(shè)置舞臺燈光和文藝演出(語言與音樂兼用)的擴聲系統(tǒng)。 3、對建聲設(shè)計的要求應(yīng)高于"純"體育功能的場館。這是本文討論的主題。 體育館建筑聲學設(shè)計的有關(guān)標淮 ° 建設(shè)部近年先后頒發(fā)了JGJ/T131-2000<體育館聲學設(shè)計及測量規(guī)程>和JGJ/31-2003<體育建筑設(shè)計規(guī)范>兩個文件，其中有關(guān)建聲設(shè)計的指標及要求有以下幾點： 〔1〕體育館建筑聲學條件應(yīng)以保證語言清晰爲主。 〔2〕不得産生明顯的聲聚焦、回聲、顫動回聲等音質(zhì)缺陷。 〔3〕中小型體育館混響時間在500-1000Hz范圍內(nèi)宜設(shè)置:1.3-1.5s。 各頻率混響時間相對于500-1000Hz混響時間的比值： 頻率〔Hz〕 125 250 2000 4000 比值 1.0-1.3 1.0-1.1 0.9-1.0 0.8-0.9 〔4〕大廳上空應(yīng)設(shè)置吸聲材料或吸聲構(gòu)造。 〔5〕大廳四周的玻璃窗應(yīng)設(shè)有吸聲效果的窗簾。 〔6〕大面積牆面應(yīng)做吸聲處理。 〔7〕比賽場地周圍的矮牆、看臺欄板宜設(shè)置吸聲構(gòu)造，或控制傾斜角度和造型。 體育館常見的聲學缺陷 °近年體育館的建筑造型和結(jié)構(gòu)大量采用暴露網(wǎng)架、不設(shè)吊頂甚至采用透光的屋頂材料，并流行弧形拱頂、圓形牆體和大面積玻璃窗或玻璃幕牆形式，這都極易造成較嚴重的聲學缺陷。如： 聲聚焦　　 聲音在遇到凹的牆面或天花棚頂時將會産生聲聚焦，使某些點或某些區(qū)域的聲壓級遠遠大于其它位置，導致聲場分布極不均勻，出現(xiàn)"聲染色"和"聲反饋嘯叫"等音質(zhì)缺陷。體育館的弧形拱頂和圓形牆體，是典型的容易産生聲聚焦的結(jié)構(gòu)。 顫動回聲　　 在室內(nèi)的一對平行牆之間，一個聲音在兩牆壁間來回反射産生多個重複的聲音，稱爲顫動回聲 。這在體育館的大面積牆面以及比賽場地周圍的矮牆和看臺欄板等處易産生。 混響時間偏長 和一般劇場、音樂廳、會議廳等廳堂相比，體育館能做吸聲處理的表面積比較少，所以混響時間普遍偏長。 解決體育館聲學缺陷的可行措施 綜上所述，體育館存在的聲學缺陷通常主要包括兩個問題： 一是混響時間過長； 二是存在較嚴重的聲聚焦和顫動回聲。 解決 個問題的難度不算很大，只需在館內(nèi)增加適量的吸聲材料（充分利用牆面和頂部），即把混響時間縮短下來，其中的技術(shù)難點是設(shè)計計算的性和施工工藝的嚴謹性。 解決體育館聲學缺陷的較大難點在于： °如何由于弧形拱頂和圓形牆體所引起的嚴重聲聚焦和顫動回聲，而又不導致改變該館原建筑設(shè)計和裝飾設(shè)計所定下來的的整體造型、外觀、采光功能和建筑風格，這才是建聲設(shè)計中 挑戰(zhàn)性和創(chuàng)造性的關(guān)鍵。 體育館吸音改造 目前，從國內(nèi)到國外，不論是新建館還是舊館改造普遍都設(shè)計成" 多功能"的模式。不僅具備體育訓練和比賽的功能，還承擔集會、展覽、慶典、文藝演出甚至放電影等多樣功能。據(jù)資料介紹，美國舊金山某體育設(shè)施的使用比率 中 體育比賽占51.7% 音樂會占19.4% 馬戲、冰上舞蹈占7.1% 展覽及其它活動占21.8%。澳大利亞墨爾本某體育館，音樂演出占50%左右。這是體育產(chǎn)業(yè)化、社會化帶來的發(fā)展動向。 　　一、多功能體育館的主要特點 與一般“純”體育功能的體育館對比，多功能體育館主要有以下一些特點： 　　1、通常在場地一側(cè)設(shè)置固定的舞臺，用作會議的講臺及文藝演出活動的表演場地。 　　2、除在比賽場地安裝體育比賽用照明系統(tǒng)和語言廣播擴聲系統(tǒng)外，還要參照劇場的模式增加設(shè)置舞臺燈光和文藝演出(語言與音樂兼用)的擴聲系統(tǒng)。 　　3、對建聲設(shè)計的要求應(yīng)高于"純"體育功能的場館。這是本文討論的主題。 　　二、 體育館建筑聲學設(shè)計的有關(guān)標準 　　 建設(shè)部近年先后頒發(fā)了JGJ/T131-2012 《體育場館聲學設(shè)計及測量規(guī)程》和JGJ31-2003《體育建筑設(shè)計規(guī)范》兩個文件，其中有關(guān)建聲設(shè)計的指標及要求有以下幾點： 　　〔1〕體育館建筑聲學條件應(yīng)以保證語言清晰為主。 　　〔2〕不得產(chǎn)生明顯的聲聚焦、回聲、顫動回聲等音質(zhì)缺陷。 　　〔3〕中小型體育館混響時間在500-1000Hz范圍內(nèi)宜設(shè)置:1.3-1.5s。 　　 各頻率混響時間相對于500-1000Hz混響時間的比值： 　　 頻率〔Hz〕 125 250 2000 4000 比值 1.0-1.3 1.0-1.1 0.9-1.0 0.8-0.9 　 　 　　〔4〕大廳上空應(yīng)設(shè)置吸聲材料或吸聲構(gòu)造。 　　〔5〕大廳四周的玻璃窗應(yīng)設(shè)有吸聲效果的窗簾。 　　〔6〕大面積墻面應(yīng)做吸聲處理。 　　〔7〕比賽場地周圍的矮墻、看臺欄板宜設(shè)置吸聲構(gòu)造，或控制傾斜角度和造型。 　　 　近年體育館的建筑造型和結(jié)構(gòu)大量采用暴露網(wǎng)架、不設(shè)吊頂甚至采用透光的屋頂材料，并流行弧形拱頂、圓形墻體和大面積玻璃窗或玻璃幕墻等形式，這都容易造成較嚴重的聲學缺陷。而且建筑聲學的設(shè)計項目往往是在建筑土建設(shè)計、裝飾設(shè)計甚至施工的后期才介入，由于基本的建筑造型方面已難以改變，解決辦法是從聲學裝修結(jié)構(gòu)方面進行調(diào)整和改造。這就大大增加了設(shè)計和施工的難度。 建筑結(jié)構(gòu)造成的常見聲學缺陷如： 　　1、聲聚焦 　　聲音在遇到凹的墻面或天花棚頂時將會產(chǎn)生聲聚焦，使某些點或某些區(qū)域的聲壓級遠遠大于其它位置，導致聲場分布很不均勻，出現(xiàn)"聲染色"和"聲反饋嘯叫"等音質(zhì)缺陷。體育館的弧形拱頂和圓形墻體，是典型的容易產(chǎn)生聲聚焦的結(jié)構(gòu)。 　　2、顫動回聲 　　在室內(nèi)的一對平行墻之間，一個聲音在兩墻壁間來回反射產(chǎn)生多個重復的聲音，稱為顫動回聲。這在體育館的大面積墻面以及比賽場地周圍的矮墻和看臺欄板等處容易產(chǎn)生。 　　3、混響時間偏長 體育館吸音改造 體育館聲學改造策略 由上述分析可知，該體育館改造的難點在于頂面膜結(jié)構(gòu)面積較大，常見的大空間聲學處理方式難以適用，同時在不破壞原有結(jié)構(gòu)的條件下，需精準而又針對性地解決存在的若干聲學問題。對此，在保證聲學效果同時兼顧裝飾、經(jīng)濟性的前提下，我們針對性地提出了相應(yīng)的解決方案（圖2）。 改善頻率特性（“起包”）可結(jié)合聲聚焦問題一并考慮。由于需選擇性地降低某些頻率的混響時間。同時盡可能中低頻聚焦產(chǎn)生的不良影響，因此我們對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于其聲學性能具有關(guān)鍵性作用，為了保證吸聲體能夠針對性地解決該體育館的問題，在確定材料各項參數(shù)后由專業(yè)的檢測機構(gòu)在混響室中測量吸聲體單元的吸聲系數(shù)，并以此修正計算結(jié)果。吸聲體混響室各頻段吸聲系數(shù)實測值參看表2。由此可知，500Hz吸聲系數(shù)高達2.081000Hz吸聲系數(shù)高達1.71，低頻和高頻吸聲系數(shù)相對較低，可見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間，完全適合該體育館的聲學要求。 對于體育館內(nèi)其他可能造成顫動回聲的平行界面則做了針對性處理，如將原有貴賓包廂玻璃窗拆除同時后墻面作吸聲處理。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，正面開槽，槽寬4mm，條面寬28mm；背面開孔，孔徑10mm，孔距沿長邊方向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，同時將玻璃墻面上方的玻璃擋板拆除，進一步降低顫動回聲的不利影響。 重新調(diào)整擴聲揚聲器的定位及輻射角度。利用原有燈光吊桿吊掛9只箱式點聲源揚聲器，合理選擇揚聲器的指向性[8910111213]，避免直達聲能在凹曲面頂棚下方匯聚，確保直達聲可均勻覆蓋比賽場地和觀眾席，揚聲器定位及指向性參看圖4。 4 計算機聲學仿真計算 為了驗證和預測該改造方案的實際效果，采用Raynoise聲場模擬軟件對音質(zhì)客觀參量進行仿真計算。將原體育館室內(nèi)空間做簡化處理，建立三維仿真模型，根據(jù)混響時間計算結(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高無指向性點聲源，聽音面包含比賽區(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音面中頻1000Hz混響時間模擬云圖。圖7和圖8分別為改造前和改造后聽音面中頻1000Hz清晰度D50模擬云圖。對比圖5和圖6可知，經(jīng)過聲學改造后，原本“起包”頻率混響時間明顯降低，1000Hz模擬混響時間平均值小于2.4s；對比圖7和圖8可知，在改造前較大面積區(qū)域1000Hz語言清晰度D50均小于30%，在改造后1000Hz語言清晰度得到顯著改善，聽音面D50平均值>45%。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(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)體型特點及膜結(jié)構(gòu)特性進行針對性設(shè)計，導致室內(nèi)聲場分布不均勻，音質(zhì)效果較差。擴聲系統(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(jié)合主觀感受可知改造方案應(yīng)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(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散處理，聲線聚焦位置恰在人耳高度附近。根據(jù)實測結(jié)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(quán)）比其他位置高2.5d B。體育館吸音改造 體育館聲學改造策略 由上述分析可知，該體育館改造的難點在于頂面膜結(jié)構(gòu)面積較大，常見的大空間聲學處理方式難以適用，同時在不破壞原有結(jié)構(gòu)的條件下，需精準而又針對性地解決存在的若干聲學問題。對此，在保證聲學效果同時兼顧裝飾、經(jīng)濟性的前提下，我們針對性地提出了相應(yīng)的解決方案（圖2）。 改善頻率特性（“起包”）可結(jié)合聲聚焦問題一并考慮。由于需選擇性地降低某些頻率的混響時間。同時盡可能中低頻聚焦產(chǎn)生的不良影響，因此我們對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于其聲學性能具有關(guān)鍵性作用，為了保證吸聲體能夠針對性地解決該體育館的問題，在確定材料各項參數(shù)后由專業(yè)的檢測機構(gòu)在混響室中測量吸聲體單元的吸聲系數(shù)，并以此修正計算結(jié)果。吸聲體混響室各頻段吸聲系數(shù)實測值參看表2。由此可知，500Hz吸聲系數(shù)高達2.081000Hz吸聲系數(shù)高達1.71，低頻和高頻吸聲系數(shù)相對較低，可見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間，完全適合該體育館的聲學要求。 對于體育館內(nèi)其他可能造成顫動回聲的平行界面則做了針對性處理，如將原有貴賓包廂玻璃窗拆除同時后墻面作吸聲處理。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，正面開槽，槽寬4mm，條面寬28mm；背面開孔，孔徑10mm，孔距沿長邊方向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，同時將玻璃墻面上方的玻璃擋板拆除，進一步降低顫動回聲的不利影響。 重新調(diào)整擴聲揚聲器的定位及輻射角度。利用原有燈光吊桿吊掛9只箱式點聲源揚聲器，合理選擇揚聲器的指向性[8910111213]，避免直達聲能在凹曲面頂棚下方匯聚，確保直達聲可均勻覆蓋比賽場地和觀眾席，揚聲器定位及指向性參看圖4。 4 計算機聲學仿真計算 為了驗證和預測該改造方案的實際效果，采用Raynoise聲場模擬軟件對音質(zhì)客觀參量進行仿真計算。將原體育館室內(nèi)空間做簡化處理，建立三維仿真模型，根據(jù)混響時間計算結(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高無指向性點聲源，聽音面包含比賽區(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音面中頻1000Hz混響時間模擬云圖。圖7和圖8分別為改造前和改造后聽音面中頻1000Hz清晰度D50模擬云圖。對比圖5和圖6可知，經(jīng)過聲學改造后，原本“起包”頻率混響時間明顯降低，1000Hz模擬混響時間平均值小于2.4s；對比圖7和圖8可知，在改造前較大面積區(qū)域1000Hz語言清晰度D50均小于30%，在改造后1000Hz語言清晰度得到顯著改善，聽音面D50平均值>45%。體育館吸音改造 體育館舉辦各類文藝晚會、會議、體育比賽時，擴聲系統(tǒng)信號需從舞臺傳輸?shù)娇刂剖遥乃囇莩鑫枧_的音源比較多，比如：架子鼓、吉他、貝斯、電子琴、鋼琴、小提琴等樂器，這些音源要傳輸?shù)娇刂剖遥仨毭柯藩毩⑼ㄟ^信號電纜傳輸?shù)娇刂剖艺{(diào)音臺，模擬傳輸方式會產(chǎn)生信號干擾、信號衰減、信號損耗等問題，因為傳輸距離比較遠，音頻信號質(zhì)量必然受損。這里我們設(shè)計采用網(wǎng)絡(luò)音頻傳輸器進行傳輸，在舞臺側(cè)的設(shè)備機房放置一臺16路模擬音頻輸入的網(wǎng)絡(luò)音頻傳輸器，通過一條網(wǎng)線就能將16路音頻信號無損的傳輸?shù)綄γ娴目刂剖遥ㄟ^控制室的兩臺8進8出的網(wǎng)絡(luò)音頻傳輸器轉(zhuǎn)換成模擬音頻信號輸出到調(diào)音臺。調(diào)音臺進行增益、處理、分配后輸出給到一臺8進8出的網(wǎng)絡(luò)音頻傳輸器，轉(zhuǎn)換成數(shù)字音頻信號并經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)音頻處理器處理過后通過網(wǎng)線傳輸給到每只網(wǎng)絡(luò)有源音箱。傳輸及處理都是在網(wǎng)絡(luò)上進行，避免了音質(zhì)劣化。 　　五、擴聲聲場控制是擴聲系統(tǒng)設(shè)計的根本 　　擴聲屬于應(yīng)用聲學的范疇，無論是室內(nèi)或是室外擴聲都不能脫離使用擴聲所處的聲學環(huán)境(或聲場)。擴聲的終效果是建聲與電聲綜合效果的體現(xiàn)，所以擴聲系統(tǒng)設(shè)計的基本問題是聲學問題，它是在建聲的基礎(chǔ)上完成擴聲聲場的分析與設(shè)計計算工作。 　　如果從擴聲系統(tǒng)聲學特性指標來測評一個擴聲聲場，主要有大聲壓級、傳輸頻率特性、聲場不均勻度和傳聲增益等。如果從聽感來評價一個擴聲聲場，主要有語言清晰度和音樂的明晰度以及聲音"諸多屬性"重放的音質(zhì)效果等。 　　無論是室內(nèi)或是室外擴聲其擴聲聲場都或多或少存在有聲干涉，或許這是不可避免的。擴聲聲場聲干涉的存在，會影響到擴聲的語言清晰度和音樂的明晰度，有損于擴聲重放的音質(zhì)效果。現(xiàn)代擴聲設(shè)計已不在"滿足"于一般意義上的擴聲聲壓級和聲場不均勻度，而十分注重擴聲聲場的聲干涉問題，在設(shè)計中力圖把聲干涉減少到小，這是現(xiàn)代擴聲設(shè)計的重點。

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