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体育馆吸音改造 体育馆声学缺陷分析 2.1 改造项目概况 该体育馆为矩形平面，长约87m，宽约52m，屋面中部为凹曲面穹顶，屋面两侧均为膜结构，室内总体积约54700m3， 容座2333座。该体育中心主要功能是用于学生平时体育锻炼，但需兼顾会议及文艺活动的功能需要（图1）。 应使用方要求，我方对该体育中心室内音质进行现场主观试听与测试，室内墙面虽采用了较大面积的吸声材料，但由于未根据体型特点及膜结构特性进行针对性设计，导致室内声场分布不均匀，音质效果较差。扩声系统布局不合理，不仅未能减弱音质缺陷的不利影响，反而进一步加剧了声缺陷的程度。 2.2 声学改造目标 根据现场测量数据并结合主观感受可知改造方案应重点解决下列几个问题。 (1)改善混响时间频率特性，解决“起包”现象。根据混响时间测量结果可知，改造前该体育馆空场混响时间f=1000Hz时为4.1s，且在此频率位置曲线出现峰值。空场各频段混响时间实测值详见表1。 (2)凹曲面穹形顶棚存在声聚焦现象[1415]。由于原有凹曲面顶棚未考虑吸声和扩散处理，声线聚焦位置恰在人耳高度附近。根据实测结果可知，在无指向性声源作用下，聚焦点位置的平均声压级（线性计权）比其他位置高2.5d B。 体育馆吸音改造 近年来，随着经济社会的快速发展，人民的生活水平也不断提高，对幸福生活的追求已不仅仅局限于物质生活水平的改善。走在街头、小区、广场等地，随处都能看到运动的身影。可以看出，身心的理念已深入人心。 建筑声学与建筑造型的协调体育馆的容积及体型往往根据使用功能及艺术造型确定，而他们对音质影响极大。就容积而言，容积与混响时间成正比，容积越大，一方面使混响时间延长，另一方面加大了室内反射声传播的平均路程，导致长延时反射声出现。体育馆是否设置吊顶，对容积影响很大。采用空间网架结构的体育馆，网架部分的体积约占总容积的1/3。目前大多数体育馆都采用暴露的网架结构，通过在顶下做吊装吸声板来进行吸声处理，并在比赛池墙面需要做大面积的吸声处理，观众席墙面也要做适当的处理，从而有效控制管内混响时间，回声、多重回声和比赛场地颤动回声等声学问题，管内声音清晰度。混响时间决定体育馆声场 体育馆容积很大，而且每座容积也较大，很多情况下会有部分观众缺席。因此，观众吸声所占比例较小。为控制混响时间必须用较多的吸声材料和结构。对于大多数体育馆，由于作为升起，大厅墙面面积相对不多。为保证大厅总吸声量，必须充分利用可做吸声的墙面，通常是全频吸声结构。主席台、裁判席附近的墙面应作强吸声，虽然这部分面积不大，但可以减少进入话筒的反射声，有益于提高扩声系统的传声增益。由于体育馆顶部面积较大，容易在场内形成回声，故而需要通过吊顶选择合适的吸声材料和结构，一般不难达到所要求的混响时间。对于不设置吊顶的体育馆，则可通过吧空间牺牲提安置在网架内部，然后在顶部空间悬吊吸声体来来增加吸声量，从而达到一定的吸音效果。 声学环境是体育馆重要指标之一，并不是仅针对建筑造型和混响时间锁确定，还需要对其他方面进行声学设计处理：1、比赛大厅需要利用休息廊等隔绝外界噪声干扰，休息廊做吸声降噪处理。2、电视评论室之间的隔墙应有足够的计权声量Rw值；评论员室的混响时间在频率125~4000Hz的频率范围内不应大于0.5秒，因而室内必须做吸声处理。3、通往比赛大厅、贵宾休息室、扩声控制室等房间的送、回风管道采取消声、降噪和减振措施。封口处不宜有引起再生噪声的阻挡物。4、空调机房等各种设备用房应远离比赛大厅等有安静要求的用房。 通过对不同厅室噪音的控制，结合建筑造型方能打造出优质的混响环境，营造良好的比健身运动氛围。 体育馆吸音改造 目前，从国内到国外，不论是新建馆还是旧馆改造普遍都设计成" 多功能"的模式。不仅具备体育训练和比赛的功能，还承担集会、展览、庆典、文艺演出甚至放电影等多样功能。据资料介绍，美国旧金山某体育设施的使用比率 中 体育比赛占51.7% 音乐会占19.4% 马戏、冰上舞蹈占7.1% 展览及其它活动占21.8%。澳大利亚墨尔本某体育馆，音乐演出占50%左右。这是体育产业化、社会化带来的发展动向。 　　一、多功能体育馆的主要特点 与一般“纯”体育功能的体育馆对比，多功能体育馆主要有以下一些特点： 　　1、通常在场地一侧设置固定的舞台，用作会议的讲台及文艺演出活动的表演场地。 　　2、除在比赛场地安装体育比赛用照明系统和语言广播扩声系统外，还要参照剧场的模式增加设置舞台灯光和文艺演出(语言与音乐兼用)的扩声系统。 　　3、对建声设计的要求应高于"纯"体育功能的场馆。这是本文讨论的主题。 　　二、 体育馆建筑声学设计的有关标准 　　 建设部近年先后颁发了JGJ/T131-2012 《体育场馆声学设计及测量规程》和JGJ31-2003《体育建筑设计规范》两个文件，其中有关建声设计的指标及要求有以下几点： 　　〔1〕体育馆建筑声学条件应以保证语言清晰为主。 　　〔2〕不得产生明显的声聚焦、回声、颤动回声等音质缺陷。 　　〔3〕中小型体育馆混响时间在500-1000Hz范围内宜设置:1.3-1.5s。 　　 各频率混响时间相对于500-1000Hz混响时间的比值： 　　 频率〔Hz〕 125 250 2000 4000 比值 1.0-1.3 1.0-1.1 0.9-1.0 0.8-0.9 　 　 　　〔4〕大厅上空应设置吸声材料或吸声构造。 　　〔5〕大厅四周的玻璃窗应设有吸声效果的窗帘。 　　〔6〕大面积墙面应做吸声处理。 　　〔7〕比赛场地周围的矮墙、看台栏板宜设置吸声构造，或控制倾斜角度和造型。 　　 　近年体育馆的建筑造型和结构大量采用暴露网架、不设吊顶甚至采用透光的屋顶材料，并流行弧形拱顶、圆形墙体和大面积玻璃窗或玻璃幕墙等形式，这都容易造成较严重的声学缺陷。而且建筑声学的设计项目往往是在建筑土建设计、装饰设计甚至施工的后期才介入，由于基本的建筑造型方面已难以改变，解决办法是从声学装修结构方面进行调整和改造。这就大大增加了设计和施工的难度。 建筑结构造成的常见声学缺陷如： 　　1、声聚焦 　　声音在遇到凹的墙面或天花棚顶时将会产生声聚焦，使某些点或某些区域的声压级远远大于其它位置，导致声场分布很不均匀，出现"声染色"和"声反馈啸叫"等音质缺陷。体育馆的弧形拱顶和圆形墙体，是典型的容易产生声聚焦的结构。 　　2、颤动回声 　　在室内的一对平行墙之间，一个声音在两墙壁间来回反射产生多个重复的声音，称为颤动回声。这在体育馆的大面积墙面以及比赛场地周围的矮墙和看台栏板等处容易产生。 　　3、混响时间偏长体育馆吸音改造 体育馆举办各类文艺晚会、会议、体育比赛时，扩声系统信号需从舞台传输到控制室，文艺演出舞台的音源比较多，比如：架子鼓、吉他、贝斯、电子琴、钢琴、小提琴等乐器，这些音源要传输到控制室，必须每路独立通过信号电缆传输到控制室调音台，模拟传输方式会产生信号干扰、信号衰减、信号损耗等问题，因为传输距离比较远，音频信号质量必然受损。这里我们设计采用网络音频传输器进行传输，在舞台侧的设备机房放置一台16路模拟音频输入的网络音频传输器，通过一条网线就能将16路音频信号无损的传输到对面的控制室，通过控制室的两台8进8出的网络音频传输器转换成模拟音频信号输出到调音台。调音台进行增益、处理、分配后输出给到一台8进8出的网络音频传输器，转换成数字音频信号并经过网络音频处理器处理过后通过网线传输给到每只网络有源音箱。传输及处理都是在网络上进行，避免了音质劣化。 　　五、扩声声场控制是扩声系统设计的根本 　　扩声属于应用声学的范畴，无论是室内或是室外扩声都不能脱离使用扩声所处的声学环境(或声场)。扩声的终效果是建声与电声综合效果的体现，所以扩声系统设计的基本问题是声学问题，它是在建声的基础上完成扩声声场的分析与设计计算工作。 　　如果从扩声系统声学特性指标来测评一个扩声声场，主要有大声压级、传输频率特性、声场不均匀度和传声增益等。如果从听感来评价一个扩声声场，主要有语言清晰度和音乐的明晰度以及声音"诸多属性"重放的音质效果等。 　　无论是室内或是室外扩声其扩声声场都或多或少存在有声干涉，或许这是不可避免的。扩声声场声干涉的存在，会影响到扩声的语言清晰度和音乐的明晰度，有损于扩声重放的音质效果。现代扩声设计已不在"满足"于一般意义上的扩声声压级和声场不均匀度，而十分注重扩声声场的声干涉问题，在设计中力图把声干涉减少到小，这是现代扩声设计的重点。 体育馆吸音改造 体育馆声学改造策略 由上述分析可知，该体育馆改造的难点在于顶面膜结构面积较大，常见的大空间声学处理方式难以适用，同时在不破坏原有结构的条件下，需精准而又针对性地解决存在的若干声学问题。对此，在保证声学效果同时兼顾装饰、经济性的前提下，我们针对性地提出了相应的解决方案（图2）。 改善频率特性（“起包”）可结合声聚焦问题一并考虑。由于需选择性地降低某些频率的混响时间。同时尽可能中低频聚焦产生的不良影响，因此我们对于材料吸声特性的选择及吊挂形式提出了相应的要求。具体措施如下：在保持原有膜结构的情况下将局部凹曲面吊顶拆除，并按阶梯状悬挂平板空间吸声体，空间吸声体单元厚10 0 m m，平面投影尺寸为112 5m m×620 m m。单元之间采用30×30×2.5镀锌角钢固定，并采用φ6镀锌钢丝绳固定于网架下弦杆上（图3）。 空间吸声体中棉的特性及整体制作工艺对于其声学性能具有关键性作用，为了保证吸声体能够针对性地解决该体育馆的问题，在确定材料各项参数后由专业的检测机构在混响室中测量吸声体单元的吸声系数，并以此修正计算结果。吸声体混响室各频段吸声系数实测值参看表2。由此可知，500Hz吸声系数高达2.081000Hz吸声系数高达1.71，低频和高频吸声系数相对较低，可见该吸声体吸声频率特性可选择性大幅度降低某些频率的混响时间，完全适合该体育馆的声学要求。 对于体育馆内其他可能造成颤动回声的平行界面则做了针对性处理，如将原有贵宾包厢玻璃窗拆除同时后墙面作吸声处理。为了和其他界面装饰效果保持统一，改造的后墙面采用槽木吸声板，正面开槽，槽宽4mm，条面宽28mm；背面开孔，孔径10mm，孔距沿长边方向16mm，沿短边方向32mm；板后空腔100mm，内填50mm厚32kg/m3玻璃棉；原有窗帘拆除，采用200%打折密度较高吸声性能较好的天鹅绒窗帘，同时将玻璃墙面上方的玻璃挡板拆除，进一步降低颤动回声的不利影响。 重新调整扩声扬声器的定位及辐射角度。利用原有灯光吊杆吊挂9只箱式点声源扬声器，合理选择扬声器的指向性[8910111213]，避免直达声能在凹曲面顶棚下方汇聚，确保直达声可均匀覆盖比赛场地和观众席，扬声器定位及指向性参看图4。 4 计算机声学仿真计算 为了验证和预测该改造方案的实际效果，采用Raynoise声场模拟软件对音质客观参量进行仿真计算。将原体育馆室内空间做简化处理，建立三维仿真模型，根据混响时间计算结果定义室内各界面吸声系数和散射系数。仿真声源为距地1.5m高无指向性点声源，听音面包含比赛区域和观众区域，距地1.2m高。 图5和图6分别为改造前和改造后听音面中频1000Hz混响时间模拟云图。图7和图8分别为改造前和改造后听音面中频1000Hz清晰度D50模拟云图。对比图5和图6可知，经过声学改造后，原本“起包”频率混响时间明显降低，1000Hz模拟混响时间平均值小于2.4s；对比图7和图8可知，在改造前较大面积区域1000Hz语言清晰度D50均小于30%，在改造后1000Hz语言清晰度得到显著改善，听音面D50平均值>45%。体育馆吸音改造 体育馆声学缺陷分析 2.1 改造项目概况 该体育馆为矩形平面，长约87m，宽约52m，屋面中部为凹曲面穹顶，屋面两侧均为膜结构，室内总体积约54700m3， 容座2333座。该体育中心主要功能是用于学生平时体育锻炼，但需兼顾会议及文艺活动的功能需要（图1）。 应使用方要求，我方对该体育中心室内音质进行现场主观试听与测试，室内墙面虽采用了较大面积的吸声材料，但由于未根据体型特点及膜结构特性进行针对性设计，导致室内声场分布不均匀，音质效果较差。扩声系统布局不合理，不仅未能减弱音质缺陷的不利影响，反而进一步加剧了声缺陷的程度。 2.2 声学改造目标 根据现场测量数据并结合主观感受可知改造方案应重点解决下列几个问题。 (1)改善混响时间频率特性，解决“起包”现象。根据混响时间测量结果可知，改造前该体育馆空场混响时间f=1000Hz时为4.1s，且在此频率位置曲线出现峰值。空场各频段混响时间实测值详见表1。 (2)凹曲面穹形顶棚存在声聚焦现象[1415]。由于原有凹曲面顶棚未考虑吸声和扩散处理，声线聚焦位置恰在人耳高度附近。根据实测结果可知，在无指向性声源作用下，聚焦点位置的平均声压级（线性计权）比其他位置高2.5d B。

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