特大型多用途體育館聲學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)踐

於秀，楊玉琦，王紅衛(wèi)

（華南理工大學(xué)，建筑學(xué)院，廣州 510640）

前言

多用途體育場館不僅可以舉行體育賽事、運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練等體育活動(dòng)，為人民群眾的日常體育鍛煉提供場地，還可以作為舉辦展覽、演唱會(huì)以及大型會(huì)議等多種豐富活動(dòng)的場地。與劇院建筑相比，體育館的室內(nèi)容積巨大，混響時(shí)間較長，容易產(chǎn)生回聲、顫動(dòng)回聲、聲聚焦等聲缺陷，且體育館可布置吸聲材料或結(jié)構(gòu)的面積也很有限。為滿足體育館多種用途使用需要，針對(duì)各種不同使用狀態(tài)下的聲學(xué)設(shè)計(jì)顯得尤為重要。

根據(jù)建筑工程行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《體育建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ 31—2003）規(guī)定，觀眾席容量超過10 000座以上的體育館規(guī)模為特大型體育館。這種特大型體育館在城市中經(jīng)常擔(dān)任著城市形象與標(biāo)志建筑的作用，所以這種特大型的多用途體育館有著多種使用方式。然而，各種不同使用形式對(duì)建筑聲學(xué)指標(biāo)的要求并不一樣，如體育賽事與文娛演出對(duì)室內(nèi)混響時(shí)間的要求就不一樣。本文以廣東省順德市德勝體育中心的一個(gè)特大型多用途體育館為例，探討體育賽事狀態(tài)下與文藝演出狀態(tài)下的不同的聲學(xué)設(shè)計(jì)目標(biāo)以及如何實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。

1 工程概況

德勝體育中心主要包括多用途體育館、游泳館和綜合體育場，可以滿足大型體育賽事與文藝演出的需求。其中多用途體育館需容納1.2萬～1.3萬人，可舉行大型室內(nèi)體育賽事、文藝演出、大型會(huì)議等活動(dòng)的功能。

該多用途體育館的平、剖面如圖1、圖2所示，觀眾席共12 040座，其中活動(dòng)座椅3172座，固定座椅8868座。觀眾席圍繞比賽場地四周布置，控制室、評(píng)論員控制室、導(dǎo)播控制室等比賽服務(wù)用房位于一層，比賽大廳總長度為117.8m、寬度為98.8m、最高處為38.4m，比賽大廳容積約為26.3萬m3，內(nèi)表面總面積約為32 370m2，每座容積約為21.8m3。屋頂采用桁架結(jié)構(gòu)，跨度大，屋面則采用輕質(zhì)金屬材料。

2 聲學(xué)設(shè)計(jì)指標(biāo)的確定

體育館聲學(xué)設(shè)計(jì)目標(biāo)為：1）比賽大廳具有合適的混響時(shí)間及語言清晰度；2）聲場分布均勻；3）沒有回聲、顫動(dòng)回聲、聲聚焦等聲缺陷；4）無噪聲干擾。

圖1 多用途體育館平面圖

圖2 多用途體育館縱剖面圖

2.1 混響時(shí)間及其頻率特性

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《體育場館聲學(xué)設(shè)計(jì)及測量規(guī)程》（JGJ/T 13—2012）要求，綜合體育館比賽大廳滿場混響時(shí)間的選擇宜符合下列規(guī)定：1）在頻率為500～1000Hz時(shí)，不同容積比賽大廳的滿場混響時(shí)間宜滿足表1的要求；2）相對(duì)于500～1000Hz，各頻率混響時(shí)間的比值宜符合表2的規(guī)定。

表1 不同容積比賽大廳500～1000Hz滿場混響時(shí)間

表2 各頻率混響時(shí)間相對(duì)于500～1000Hz混響時(shí)間的比值

該多用途體育館比賽大廳的室內(nèi)容積約為26.3萬m3，根據(jù)以上內(nèi)容，超過了表1中的最大容積值。文藝演出狀態(tài)下可布置吸聲材料的面積多于體育賽事狀態(tài)，因此文藝演出狀態(tài)下的混響時(shí)間設(shè)計(jì)值可比體育賽事狀態(tài)下稍低些。該多用途體育館在不同使用狀態(tài)下比賽大廳滿場各頻率混響時(shí)間設(shè)計(jì)建議值如表3。

表3 不同使用狀態(tài)下比賽大廳滿場（80%）各頻率混響時(shí)間設(shè)計(jì)指標(biāo)值/s

2.2 語言清晰度

根據(jù)規(guī)范要求，體育館應(yīng)保證使用擴(kuò)聲系統(tǒng)時(shí)的語言清晰度。為滿足此體育館多樣的使用要求，需對(duì)擴(kuò)聲系統(tǒng)語言清晰度進(jìn)行控制。主觀語言清晰度或語言可懂度與客觀指標(biāo)語言傳輸指數(shù)STI之間有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，見表4。

表4 語言傳輸指數(shù)STI與語言可懂度之間的關(guān)系

由表4可確定，體育賽事狀態(tài)與文藝演出狀態(tài)的語言傳輸指數(shù)STI設(shè)計(jì)目標(biāo)均可為：90%的座位區(qū)域空?qǐng)鰰r(shí)不低于0.50，滿場時(shí)不低于0.60。

2.3 噪聲控制

根據(jù)《體育場館聲學(xué)設(shè)計(jì)及測量規(guī)程》（JGJ/T 13—2012）與《民用建筑隔聲設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50118—2010）要求，當(dāng)體育館比賽大廳內(nèi)無人時(shí)，在通風(fēng)、空調(diào)、照明等設(shè)備正常工作條件下，該多用途體育館比賽大廳及其輔助房間的室內(nèi)背景噪聲限值宜符合表5中的規(guī)定。

表5 體育館比賽大廳及其輔助房間的室內(nèi)背景噪聲限值

2.4 避免聲缺陷產(chǎn)生

體育館比賽大廳的聲場應(yīng)分布均勻。由于該多用途體育館比賽大廳室內(nèi)容積巨大，可布置吸聲材料的表面相對(duì)較少，直達(dá)聲與反射聲的聲程差往往超過17m，易產(chǎn)生回聲；另外，由于屋面為穹弧形，易產(chǎn)生聲聚焦。因此在進(jìn)行聲學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取方法避免這些缺陷的產(chǎn)生。

3 吸聲材料的選擇與布置

該多用途體育館可布置吸聲材料或結(jié)構(gòu)的主要部位就是屋頂天花。屋頂呈穹弧面，穹弧面極易產(chǎn)生聲聚焦，導(dǎo)致聲場分布不均勻，因此除了要考慮在屋頂增加吸聲量，縮短混響時(shí)間外，還必須考慮如何解決穹弧面帶來的聲聚焦問題。

該體育館比賽大廳室內(nèi)容積超過26萬m3，每個(gè)座席的容積高達(dá)21.8m3，除在座席后墻、場地周圍的欄板等地布置強(qiáng)吸聲材料外，可供布置吸聲材料的界面很少。通過計(jì)算，僅在比賽大廳座席后墻以及場地周圍的擋板上布置強(qiáng)吸聲材料，不能滿足混響時(shí)間的要求，必須增加大量吸聲面積，有效的方法是懸掛空間吸聲體。空間吸聲體由于各表面都暴露在聲場中，所以吸聲效率最高，按投影面積計(jì)算，空間吸聲體的吸聲系數(shù)可大于1。空間吸聲體建議采用吸聲系數(shù)較大的板狀織物吸聲體。座席后墻、場地周圍的欄板采用木紋穿孔吸音板，內(nèi)填50mm厚48kg/m3玻璃棉，使用玻纖布包裹。這兩種材料的吸聲系數(shù)見表6。

表6 體育館主要吸聲材料吸聲系數(shù)表

該多用途體育館外形呈橢圓形，屋頂采用桁架結(jié)構(gòu)，選擇采用垂片式空間吸聲體，吸聲體呈矩形，長度為2000mm，寬度為1200mm，厚度為75mm，片間距為500mm，懸吊在桁架下弦。為了與體育館的整體風(fēng)格相協(xié)調(diào)，空間吸聲體整體形狀也呈橢圓形分布，空間吸聲體整體平行于比賽場地布置，可以有效避免穹弧形頂棚可能帶來的聲聚焦缺陷?？臻g吸聲體布置方式見圖3。

圖3 空間吸聲體平面布置示意圖

通過計(jì)算，空間吸聲體的吸聲總面積至少需3000m2。不同狀態(tài)下的混響時(shí)間計(jì)算見表7、表8。

表7 體育賽事狀態(tài)下比賽大廳滿場（80%觀眾量）混響時(shí)間計(jì)算表

表8 文藝演出狀態(tài)下比賽大廳滿場（80%觀眾量）混響時(shí)間計(jì)算表

4 噪聲控制

體育館比賽大廳利用走廊、休息廳等隔絕外界噪聲的干擾，并在這些部位的墻面及吊頂布置吸聲材料。通向比賽大廳的門采用隔聲門，隔聲門的計(jì)權(quán)隔聲量大于35dB。設(shè)備用房同樣采用隔聲門，防止機(jī)械設(shè)備噪聲傳出。通往體育館的比賽大廳、貴賓接待室、控制室等房間的送風(fēng)、回風(fēng)管道均采取消聲和減振措施。

5 軟件仿真模擬

根據(jù)以上聲學(xué)設(shè)計(jì)內(nèi)容，使用ODEON軟件仿真模擬該多用途體育館不同使用狀態(tài)下比賽大廳的聲場環(huán)境，預(yù)測該多用途體育館中頻混響時(shí)間可達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。模擬結(jié)果見圖4～圖7。

6 結(jié)語

圖4 體育賽事狀態(tài)下比賽大廳500Hz混響時(shí)間T60模擬結(jié)果圖

圖6 文藝演出狀態(tài)下比賽大廳500Hz混響時(shí)間T60模擬結(jié)果圖

圖7 文藝演出狀態(tài)下比賽大廳1000Hz混響時(shí)間T60模擬結(jié)果圖

特大型多用途體育館比賽大廳容積巨大，往往超過行業(yè)規(guī)范中的最大容積，又因?yàn)槎嘤猛镜男枰祉憰r(shí)間指標(biāo)不易確定。本文以容積超過26萬m3的多用途體育館為例，建議特大型多用途體育館中頻（500～1000Hz）滿場混響時(shí)間設(shè)計(jì)指標(biāo)體育賽事狀態(tài)下為2.0s，文藝演出狀態(tài)下為1.8s。為獲得較短的混響時(shí)間，特大型體育館一般需布置大量的吸聲材料，但僅通過在墻面布置吸聲材料是不夠的，在頂棚懸吊空間吸聲體是一種行之有效的方法。