湘潭大學(xué)體育館建聲設(shè)計(jì)

鐘丹

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(jì)及施工的全過(guò)程，通過(guò)分析湘潭大學(xué)體育館原有的室內(nèi)聲學(xué)現(xiàn)狀，計(jì)算設(shè)計(jì)出實(shí)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(jì)包括體育館建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)特點(diǎn)、混響時(shí)間控制、音質(zhì)缺陷的控制和聲學(xué)測(cè)量等內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：體育館；建聲設(shè)計(jì)；混響時(shí)間；構(gòu)造措施

Abstract： the author was fortunate to participate in xiangtan university gymnasium interior architectural acoustics design and the whole process of construction， through the analysis of the interior acoustics of xiangtan university gymnasium original situation， design a practical calculation of absorption， noise reduction measures and construction materials. This paper mainly introduces the architectural acoustics design of the museum includes the gym architectural acoustics design characteristics， reverberation time control， the control of the quality defects and acoustic measurement， etc.

Key words： the gym； Building acoustic design； Reverberation time； Construction measures

1.湘潭大學(xué)體育館概況

湘潭大學(xué)體育館建成于2005年，由湖南大學(xué)設(shè)計(jì)研究院負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)，是校園乃至整個(gè)湘潭市的一個(gè)標(biāo)志性建筑。

湘潭大學(xué)體育館總建筑面積14500平方米，總投資5000多萬(wàn)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(kāi)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(huì)、報(bào)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。

2.建聲設(shè)計(jì)要求

體育館比賽大廳的聲環(huán)境質(zhì)量主要決定于建聲設(shè)計(jì)和擴(kuò)聲設(shè)計(jì)兩部分。建聲設(shè)計(jì)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(gè)方面，而擴(kuò)聲設(shè)計(jì)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(chǎng)頻率響應(yīng)特性及館內(nèi)聲級(jí)比較均勻等三個(gè)方面。該文主要介紹的是體育館的建聲設(shè)計(jì)。

受校方委托，筆者有幸參與了該工程聲學(xué)裝修的全過(guò)程，起初經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)簡(jiǎn)單測(cè)試，館內(nèi)存在先天聲學(xué)（早期反射聲、顫聲、回聲等）缺陷，致使混響時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，大約為7.5s。在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和實(shí)測(cè)的基礎(chǔ)上，首先確定了如下的建聲設(shè)計(jì)主要目標(biāo)：

2.1 中頻最佳混響時(shí)間

我國(guó)現(xiàn)行的《體育館聲學(xué)設(shè)計(jì)及測(cè)量規(guī)程》（JGJ/T131-2000）中，提出了體育館聲學(xué)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)[2]：

（1）體育館比賽大廳以保證語(yǔ)言清晰為主；

（2）在觀眾席和比賽場(chǎng)地不得出現(xiàn)回聲、顫動(dòng)回聲和聲聚焦等音質(zhì)缺陷；

（3）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(chǎng)地的配置、揚(yáng)聲器設(shè)置、以及防火、防潮要求。

另外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：比賽大廳容積超過(guò)80000m3的為大型體育館；比賽大廳容積40000-80000m3之間為中型體育館；比賽大廳容積小于40000m3為小型體育館。針對(duì)不同類型的體育館，規(guī)定其合適的混響時(shí)間。綜合體育館比賽大廳滿場(chǎng)500-1000HZ混響時(shí)間及各頻率混響時(shí)間相對(duì)于500-1000HZ混響時(shí)間的比值宜采用表1、表2規(guī)定的指標(biāo)。

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(shí)間宜為1.3-1.6秒。考慮到該館的多功能用途，設(shè)計(jì)時(shí)確定中頻的最佳混響時(shí)間為：

T60（滿場(chǎng)）=1.4±0.1s

T60（空?qǐng)觯?1.8±0.1s

2.2 混響時(shí)間頻率特性

根據(jù)體育館多功能用途的要求，設(shè)計(jì)建議的湘潭大學(xué)體育館混響特性如表3所示：

2.3 噪聲控制

噪聲及振動(dòng)控制是體育館聲學(xué)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要的方面。噪聲及振動(dòng)控制又包括室外噪聲及振動(dòng)控制和室內(nèi)噪聲及振動(dòng)控制兩部分。

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(huì)超過(guò)65dBA，夜間不會(huì)超過(guò)45dBA。室外環(huán)境噪聲對(duì)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(dòng)可以不多加考慮。

體育館的容許噪聲級(jí)在文藝演出時(shí)可取N-45，噪聲評(píng)價(jià)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(duì)體育館進(jìn)行建聲設(shè)計(jì)時(shí)，一般只要對(duì)館內(nèi)主要噪聲源——空調(diào)制冷系統(tǒng)作適當(dāng)?shù)南?、隔振處理，通常都能達(dá)到允許噪聲標(biāo)準(zhǔn)。

3.湘潭大學(xué)體育館建聲設(shè)計(jì)

聲音的頻率范圍為20Hz-20000Hz，也就是我們常說(shuō)的聲音有低音、中音和高音之分，但是我們無(wú)法找到一種材料對(duì)于這三類聲音都有很好的吸聲效果。因此，為了使整個(gè)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。

3.1 墻面建聲設(shè)計(jì)

該體育館整個(gè)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?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)盡可能地考慮利用這三面較完整墻面進(jìn)行建聲裝修?？紤]到湘潭大學(xué)體育館設(shè)計(jì)定位為低于國(guó)家甲級(jí)、高于國(guó)家乙級(jí)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(shí)，需要能接待地區(qū)性和全國(guó)單項(xiàng)比賽。因此在設(shè)計(jì)時(shí)我們沒(méi)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(gè)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：

環(huán)比賽場(chǎng)地的整個(gè)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(duì)高頻吸聲性能比較高，它是一種由質(zhì)地優(yōu)良的長(zhǎng)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(wú)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(gè)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(shí)，墻面常會(huì)受到球體的撞擊，有不少體育館，如益陽(yáng)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(shì)必會(huì)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(gè)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(duì)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24kg/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有一定的強(qiáng)度，也是一種非常理想的做法。

在標(biāo)高為9.000m處開(kāi)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(shí)墻，為避免該部位產(chǎn)生顫動(dòng)回聲，設(shè)計(jì)時(shí)我們對(duì)此精心考慮，打破了原設(shè)計(jì)較為平淡的墻面，而是利用木絲吸聲板在此做了多個(gè)突出呈棱形狀吸聲墻面（圖4 b）。

3.2 頂部建聲設(shè)計(jì)

單純考慮墻面的建聲設(shè)計(jì)還不能滿足該館的使用，因此比賽大廳頂部是一個(gè)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(jì)時(shí)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)，布置在網(wǎng)架下弦。因?yàn)椴晒獯暗拿娣e比較大，這種平板型空間吸聲體布置數(shù)量不多，共計(jì)72塊，但是這些還不夠，因此我們?cè)诰W(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(huì)給人凌亂的感覺(jué)，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。

4.音質(zhì)效果評(píng)價(jià)

通過(guò)使用EASE3.0對(duì)該館建模，在模型內(nèi)表面設(shè)定與實(shí)際情況相同或相似的材料吸聲系數(shù)，通過(guò)軟件內(nèi)的混響時(shí)間計(jì)算公式計(jì)算，得出體育館內(nèi)空?qǐng)?、滿場(chǎng)的混響時(shí)間（表4）。

該館在建聲裝修竣工后，我們對(duì)該體育館內(nèi)進(jìn)行了空?qǐng)龌祉憰r(shí)間的測(cè)量。湘潭大學(xué)體育館的平面為矩形，基于其對(duì)稱的特點(diǎn)，我們?cè)隗w育館內(nèi)選擇了具有代表性的6個(gè)點(diǎn)進(jìn)行了空?qǐng)龌祉憰r(shí)間的測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)記錄見(jiàn)表5所示。

根據(jù)以上測(cè)量結(jié)果，我們得知該體育館500Hz時(shí)混響時(shí)間為1.87秒，并可推出半場(chǎng)時(shí)混響時(shí)間為1.54秒，滿場(chǎng)時(shí)混響時(shí)間為1.30秒。至此，測(cè)量的結(jié)果完全符合設(shè)計(jì)時(shí)所擬定的數(shù)值，同樣也滿足國(guó)家對(duì)于中型多功能體育館的要求，即滿場(chǎng)500-1000Hz混響時(shí)間為1.3-1.6秒。

湘潭大學(xué)體育館比賽大廳按上述方案及與之配套的施工圖施工完工后（圖6-7），各項(xiàng)指標(biāo)基本滿足體育比賽、集會(huì)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。

5.結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)體育事業(yè)的蓬勃發(fā)展，特別是2008年北京奧運(yùn)會(huì)的順利召開(kāi)，中國(guó)的體育事業(yè)走上了一個(gè)新臺(tái)階，國(guó)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育館，而且場(chǎng)館規(guī)模越來(lái)越大，體育館的功能也越來(lái)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(jì)的一般設(shè)計(jì)方法，希望對(duì)讀者具有借鑒作用。

參考文獻(xiàn)

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