鐘丹 周擁軍

摘要：筆者有幸參與湘潭大學體育館內(nèi)部建筑聲學設計及施工的全過程，通過分析湘潭大學體育館原有的室內(nèi)聲學現(xiàn)狀，計算設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設計包括體育館建筑聲學設計特點、混響時間控制、音質(zhì)缺陷的控制和聲學測量等內(nèi)容。

關鍵詞：體育館；建聲設計；混響時間；構(gòu)造措施

1.湘潭大學體育館概況

湘潭大學體育館建成于2005年，由湖南大學設計研究院負責設計，是校園乃至整個湘潭市的一個標志性建筑。

湘潭大學體育館總建筑面積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。該體育館屬于一座多功能體育館，其中的比賽大廳，除了應滿足體育訓練和比賽的要求外，還應具有集會、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45900m³，每座的容積為11.5m³。

2.建聲設計要求

體育館比賽大廳的聲環(huán)境質(zhì)量主要決定于建聲設計和擴聲設計兩部分。建聲設計的主要技術(shù)要求可概括為：比賽大廳不產(chǎn)生如早期反射聲、顫聲、回聲等聲學缺陷，混響適當及背景噪聲符合要求三個方面，而擴聲設計的主要技術(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計。

受校方委托，筆者有幸參與了該工程聲學裝修的全過程，起初經(jīng)過現(xiàn)場簡單測試，館內(nèi)存在先天聲學（早期反射聲、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)研和實測的基礎上，首先確定了如下的建聲設計主要目標：

2.1中頻最佳混響時間

我國現(xiàn)行的《體育館聲學設計及測量規(guī)程》（JGJ/T131-2000）中，提出了體育館聲學設計的標準：

（1）體育館比賽大廳以保證語言清晰為主；

（2）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；

（3）比賽大廳的建筑聲學處理，應結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)形式、觀眾席和比賽場地的配置、揚聲器設置、以及防火、防潮要求。

另外標準規(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。

參照上述標準，湘潭大學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。考慮到該館的多功能用途，設計時確定中頻的最佳混響時間為：

T₆₀（滿場）=1.4±0.1s

T₆₀（空場）=1.8±0.1s

2.2混響時間頻率特性

根據(jù)體育館多功能用途的要求，設計建議的湘潭大學體育館混響特性如表3所示：

2.3噪聲控制

噪聲及振動控制是體育館聲學設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。

該體育館建設地址位于湘潭大學校園東南角，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準范圍內(nèi)。所以，室外環(huán)境噪聲及振動可以不多加考慮。

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，噪聲標準要求不高，又采用擴聲系統(tǒng)。因此，在對體育館進行建聲設計時，一般只要對館內(nèi)主要噪聲源——空調(diào)制冷系統(tǒng)作適當?shù)南?、隔振處理，通常都能達到允許噪聲標準。

3.湘潭大學體育館建聲設計

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墻面建聲設計

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，我們在設計時盡可能地考慮利用這三面較完整墻面進行建聲裝修?？紤]到湘潭大學體育館設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，具有很強的美觀性。具體做法如下：

環(huán)比賽場地的整個一層墻面全部采用丹麥產(chǎn)HerakuatikStar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。在板材的內(nèi)部，無數(shù)充滿了空氣的間隙共同作用，從而達到最佳的吸音效果。這種材料還有一個非常突出的優(yōu)點，即它的強度和剛度較高，有一定的耐撞擊能力。我們都知道如果在大廳內(nèi)進行球類訓練或者比賽時，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，這些材料強度不高，很容易損壞，勢必會增加后期的維護費用。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度，也是一種非常理想的做法。

在標高為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，設計時我們對此精心考慮，打破了原設計較為平淡的墻面，而是利用木絲吸聲板在此做了多個突出呈棱形狀吸聲墻面（圖4 b）。

3.2頂部建聲設計

單純考慮墻面的建聲設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需求，但又不能影響?zhàn)^內(nèi)的自然采光，設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，布置在網(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)效果評價

通過使用EASE3.0對該館建模，在模型內(nèi)表面設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）。

該館在建聲裝修竣工后，我們對該體育館內(nèi)進行了空場混響時間的測量。湘潭大學體育館的平面為矩形，基于其對稱的特點，我們在體育館內(nèi)選擇了具有代表性的6個點進行了空場混響時間的測量，測量數(shù)據(jù)記錄見表5所示。

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。

湘潭大學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），各項指標基本滿足體育比賽、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可。

5.結(jié)束語

隨著我國體育事業(yè)的蓬勃發(fā)展，特別是2008年北京奧運會的順利召開，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。本文以湘潭大學體育館為例，總結(jié)此類體育館的建聲裝修設計的一般設計方法，希望對讀者具有借鑒作用。