湘潭大學(xué)體育館建聲設(shè)計

1、<p>　　湘潭大學(xué)體育館建聲設(shè)計</p><p>　　摘 要：筆者有幸參與湘潭大學(xué)體育館內(nèi)部建筑聲學(xué)設(shè)計及施工的全過程，通過分析湘潭大學(xué)體育館原有的室內(nèi)聲學(xué)現(xiàn)狀，計算設(shè)計出實際可行的吸聲、降噪措施和材料構(gòu)造方式。本文主要介紹該館的建筑聲學(xué)設(shè)計包括體育館建筑聲學(xué)設(shè)計特點(diǎn)、混響時間控制、音質(zhì)缺陷的控制和聲學(xué)測量等內(nèi)容。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：體育館；建聲設(shè)計；混響時間；構(gòu)造

2、措施 </p><p>　　1.湘潭大學(xué)體育館概況 </p><p>　　湘潭大學(xué)體育館建成于2005年，由湖南大學(xué)設(shè)計研究院負(fù)責(zé)設(shè)計，是校園乃至整個湘潭市的一個標(biāo)志性建筑。 </p><p>　　湘潭大學(xué)體育館總建筑面積14500平方米，總投資5000多萬元。體育館造型采用兩片曲面鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、玻璃和鋁幕墻，半開敞游泳池和籃球館通透輕巧的外墻形式，使人耳目一新。該體

3、育館屬于一座多功能體育館，其中的比賽大廳，除了應(yīng)滿足體育訓(xùn)練和比賽的要求外，還應(yīng)具有集會、報告、文藝演出等多功能的要求（圖1）。該館平面呈矩形，平面尺寸為60m*56m（圖2）。大廳能容納觀眾約4000名，有效容積為45900 m3，每座的容積為11.5 m3。 </p><p><b>　　2.建聲設(shè)計要求 </b></p><p>　　體育館比賽大廳的聲環(huán)境質(zhì)量主

4、要決定于建聲設(shè)計和擴(kuò)聲設(shè)計兩部分。建聲設(shè)計的主要技術(shù)要求可概括為[1]：比賽大廳不產(chǎn)生如早期反射聲、顫聲、回聲等聲學(xué)缺陷，混響適當(dāng)及背景噪聲符合要求三個方面，而擴(kuò)聲設(shè)計的主要技術(shù)要求則是要保證有足夠的聲音響度，良好的聲場頻率響應(yīng)特性及館內(nèi)聲級比較均勻等三個方面。該文主要介紹的是體育館的建聲設(shè)計。 </p><p>　　受校方委托，筆者有幸參與了該工程聲學(xué)裝修的全過程，起初經(jīng)過現(xiàn)場簡單測試，館內(nèi)存在先天聲學(xué)（早期反

5、射聲、顫聲、回聲等）缺陷，致使混響時間過長，大約為7.5s。在現(xiàn)場調(diào)研和實測的基礎(chǔ)上，首先確定了如下的建聲設(shè)計主要目標(biāo)： </p><p>　　2.1 中頻最佳混響時間 </p><p>　　我國現(xiàn)行的《體育館聲學(xué)設(shè)計及測量規(guī)程》（JGJ/T131-2000）中，提出了體育館聲學(xué)設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)[2]： </p><p>　?。?）體育館比賽大廳以保證語言清晰為主； &l

6、t;/p><p>　?。?）在觀眾席和比賽場地不得出現(xiàn)回聲、顫動回聲和聲聚焦等音質(zhì)缺陷； </p><p>　?。?）比賽大廳的建筑聲學(xué)處理，應(yīng)結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)形式、觀眾席和比賽場地的配置、揚(yáng)聲器設(shè)置、以及防火、防潮要求。 </p><p>　　另外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：比賽大廳容積超過80000m3的為大型體育館；比賽大廳容積40000-80000m3之間為中型體育館；比賽大廳容積小

7、于40000m3為小型體育館。針對不同類型的體育館，規(guī)定其合適的混響時間。綜合體育館比賽大廳滿場500-1000HZ混響時間及各頻率混響時間相對于500-1000HZ混響時間的比值宜采用表1、表2規(guī)定的指標(biāo)。 </p><p>　　參照上述標(biāo)準(zhǔn)，湘潭大學(xué)體育館定位于一座中型的綜合性體育館，合適的中頻混響時間宜為1.3-1.6秒?？紤]到該館的多功能用途，設(shè)計時確定中頻的最佳混響時間為： </p>&l

8、t;p>　　T60（滿場）=1.4±0.1s </p><p>　　T60（空場）=1.8±0.1s </p><p>　　2.2 混響時間頻率特性 </p><p>　　根據(jù)體育館多功能用途的要求，設(shè)計建議的湘潭大學(xué)體育館混響特性如表3所示： </p><p><b>　　2.3 噪聲控制 </b&

9、gt;</p><p>　　噪聲及振動控制是體育館聲學(xué)設(shè)計的一個重要的方面。噪聲及振動控制又包括室外噪聲及振動控制和室內(nèi)噪聲及振動控制兩部分。 </p><p>　　該體育館建設(shè)地址位于湘潭大學(xué)校園東南角，環(huán)境噪聲晝間一般不會超過65dBA，夜間不會超過45dBA。室外環(huán)境噪聲對觀眾廳的影響可控制在允許標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。所以，室外環(huán)境噪聲及振動可以不多加考慮。 </p><p

10、>　　體育館的容許噪聲級在文藝演出時可取N-45，噪聲評價曲線為NR-40，噪聲標(biāo)準(zhǔn)要求不高，又采用擴(kuò)聲系統(tǒng)[3]。因此，在對體育館進(jìn)行建聲設(shè)計時，一般只要對館內(nèi)主要噪聲源——空調(diào)制冷系統(tǒng)作適當(dāng)?shù)南暋⒏粽裉幚?，通常都能達(dá)到允許噪聲標(biāo)準(zhǔn)。 </p><p>　　3.湘潭大學(xué)體育館建聲設(shè)計 </p><p>　　聲音的頻率范圍為20Hz-20000Hz，也就是我們常說的聲音有低音、中音

11、和高音之分，但是我們無法找到一種材料對于這三類聲音都有很好的吸聲效果。因此，為了使整個比賽大廳的低音、中音和高音都獲得比較均衡的吸收，我們要考慮運(yùn)用多種吸聲材料或者吸聲結(jié)構(gòu)的組合。 </p><p>　　3.1 墻面建聲設(shè)計 </p><p>　　該體育館整個比賽大廳有三面均為比較完整的墻面，另一面為玻璃幕墻，我們在設(shè)計時盡可能地考慮利用這三面較完整墻面進(jìn)行建聲裝修。考慮到湘潭大學(xué)體育館設(shè)

12、計定位為低于國家甲級、高于國家乙級的體育建筑，其功能在滿足教學(xué)要求、保證師生員工體育鍛煉、提高綜合素質(zhì)的同時，需要能接待地區(qū)性和全國單項比賽。因此在設(shè)計時我們沒有采用一般的穿孔板墻面，選材上比較講究。墻面主要采用的材料為丹麥產(chǎn)Herakuatik Star木絲吸聲板和部分1.2厚穿孔的鋁板（圖3），整個大廳墻面的色調(diào)主要為暗紅色（木絲吸聲板）和銀灰色（1.2厚穿孔的鋁板），顯得非常的和諧，具有很強(qiáng)的美觀性。具體做法如下： </p&

13、gt;<p>　　環(huán)比賽場地的整個一層墻面全部采用丹麥產(chǎn)Herakuatik Star木絲吸聲板吸聲墻面，這種木絲吸聲板屬于多孔性吸聲材料，對高頻吸聲性能比較高，它是一種由質(zhì)地優(yōu)良的長纖維木絨和優(yōu)質(zhì)的天然菱鎂礦粉壓制而成的環(huán)保材料[4]。在板材的內(nèi)部，無數(shù)充滿了空氣的間隙共同作用，從而達(dá)到最佳的吸音效果。這種材料還有一個非常突出的優(yōu)點(diǎn)，即它的強(qiáng)度和剛度較高，有一定的耐撞擊能力。我們都知道如果在大廳內(nèi)進(jìn)行球類訓(xùn)練或者比賽時，

14、墻面常會受到球體的撞擊，有不少體育館，如益陽市奧林匹克體育中心體育館，由于采用普通的穿孔高壓水泥板，如穿孔FC板，這些材料強(qiáng)度不高，很容易損壞，勢必會增加后期的維護(hù)費(fèi)用。我們利用120*60槽鋼，與墻面形成一個空氣層，采用鍍鋅鋼絲網(wǎng)與30*50木龍骨的結(jié)構(gòu)填充50mm厚吸聲玻璃棉，最后再固定Herakuatik Star木絲吸聲板（圖4a），這樣處理可提高對低頻的吸收。 　　二層觀眾席處的墻裙主要采用的材料是1.2厚的穿孔鋁板，內(nèi)填2

15、4kg/m3的離心玻璃吸聲棉，留置50mm的空腔，這樣的吸聲構(gòu)造兼有多孔性吸聲材料吸聲中、高頻聲音和穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)吸聲低頻的特性，而且穿孔鋁板同樣具</p><p>　　在標(biāo)高為9.000m處開始大面積地方布置丹麥產(chǎn)Herakuatik Star木絲吸聲板。另記分牌兩側(cè)的墻面原為大片實墻，為避免該部位產(chǎn)生顫動回聲，設(shè)計時我們對此精心考慮，打破了原設(shè)計較為平淡的墻面，而是利用木絲吸聲板在此做了多個突出呈棱形狀吸

16、聲墻面（圖4 b）。 </p><p>　　3.2 頂部建聲設(shè)計 </p><p>　　單純考慮墻面的建聲設(shè)計還不能滿足該館的使用，因此比賽大廳頂部是一個不容忽視的部位。該體育館頂部為大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，且布置了五條采光帶。既要考慮滿足其聲學(xué)需求，但又不能影響?zhàn)^內(nèi)的自然采光，設(shè)計時我們采用了兩種空間吸聲體：一種是尺寸為1840mm*1240mm的平板型空間吸聲體，根據(jù)采光帶的位置及網(wǎng)架特點(diǎn)，布

17、置在網(wǎng)架下弦。因為采光窗的面積比較大，這種平板型空間吸聲體布置數(shù)量不多，共計72塊，但是這些還不夠，因此我們在網(wǎng)架上弦桿上布置了圓筒形金屬吸聲體，它的布置不同于傳統(tǒng)做法將其懸掛于上弦桿上，而是平行上弦桿布置，因此不會給人凌亂的感覺，相反具有很強(qiáng)的韻律感（圖5a、b）。這兩種空間吸聲體做法均采用穿孔率為22%的穿孔鋁板內(nèi)填32kg/m3的離心玻璃吸聲棉。 </p><p><b>　　4.音質(zhì)效果評價 &

18、lt;/b></p><p>　　通過使用EASE3.0對該館建模，在模型內(nèi)表面設(shè)定與實際情況相同或相似的材料吸聲系數(shù)，通過軟件內(nèi)的混響時間計算公式計算，得出體育館內(nèi)空場、滿場的混響時間（表4）。 </p><p>　　該館在建聲裝修竣工后，我們對該體育館內(nèi)進(jìn)行了空場混響時間的測量。湘潭大學(xué)體育館的平面為矩形，基于其對稱的特點(diǎn)，我們在體育館內(nèi)選擇了具有代表性的6個點(diǎn)進(jìn)行了空場混響時間

19、的測量，測量數(shù)據(jù)記錄見表5所示。 </p><p>　　根據(jù)以上測量結(jié)果，我們得知該體育館500Hz時混響時間為1.87秒，并可推出半場時混響時間為1.54秒，滿場時混響時間為1.30秒。至此，測量的結(jié)果完全符合設(shè)計時所擬定的數(shù)值，同樣也滿足國家對于中型多功能體育館的要求，即滿場500-1000Hz混響時間為1.3-1.6秒。 </p><p>　　湘潭大學(xué)體育館比賽大廳按上述方案及與之配

20、套的施工圖施工完工后（圖6-7），各項指標(biāo)基本滿足體育比賽、集會及文藝演出等多功能要求，館內(nèi)的聲環(huán)境及裝修效果都得到了普遍的認(rèn)可。 </p><p><b>　　5.結(jié)束語 </b></p><p>　　隨著我國體育事業(yè)的蓬勃發(fā)展，特別是2008年北京奧運(yùn)會的順利召開，中國的體育事業(yè)走上了一個新臺階，國內(nèi)興起了建設(shè)體育館的高潮，不僅在各大城市，甚至一些小縣城也在修建體

21、育館，而且場館規(guī)模越來越大，體育館的功能也越來越多。本文以湘潭大學(xué)體育館為例，總結(jié)此類體育館的建聲裝修設(shè)計的一般設(shè)計方法，希望對讀者具有借鑒作用。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 章奎生.綜合體育館建聲設(shè)計的實踐與思考.工程建設(shè)與設(shè)計，2005（7） </p><p>　　[2] 中國建筑科學(xué)研究院