超大型綜合體育館聲學設(shè)計實踐
——以深圳體育中心為例

張光耀，王紅衛(wèi)，熊 威，楊晨曦

（華南理工大學 建筑學院，廣東 廣州 510641）

關(guān)鍵字：超大型體育館；建筑聲學設(shè)計；混響時間

0 引言

對于超大型體育建筑，由于室內(nèi)容積巨大，且室內(nèi)可用于布置吸聲材料的位置非常有限，導(dǎo)致混響時間較難控制，容易產(chǎn)生回聲等聲學缺陷。因此針對體育館的使用需求進行聲學設(shè)計非常重要[1]。

根據(jù)《體育建筑設(shè)計規(guī)范》JGJ 31—2003 標準可知，觀眾席容量（座）在10 000 座以上的體育館定義為特大型體育館[2]。隨著社會的發(fā)展，此類特大型體育館不僅僅用于舉行競技比賽，還兼顧文藝演出，不同的使用模式對應(yīng)的聲學指標各不相 同[3，6]。本文以廣東省深圳市深圳體育中心特大型綜合體育館與體育場為例，通過聲學設(shè)計手法實現(xiàn)特大型體育場館良好的室內(nèi)聲環(huán)境。

1 綜合體育館

1.1 工程概況

深圳市體育中心位于深圳市福田區(qū)，占地面積0.28 km2，建筑包括改建建筑與新建建筑，主要功能包括體育設(shè)施、文化設(shè)施及配套辦公。其中，綜合體育館按特大型場館規(guī)模進行聲學設(shè)計，功能布局除滿足競技比賽使用要求外，同時兼顧文化、娛樂等多種業(yè)態(tài)，滿足賽后利用的經(jīng)濟性與便利性。綜合體育館長132.8 m，寬132.8 m，平面為正方形，最高處高度45 m，空間體積約40.7 萬 m3，共設(shè) 15 000 個坐席。根據(jù)不同規(guī)模的活動提供可伸縮和移動的座椅。下層看臺坐席數(shù)目約為9 000 個，其中可伸縮坐席數(shù)目占下層看臺總坐席數(shù)比例約30%。體育館屋面為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，且設(shè)置可開合屋面，體育館平面如圖1 所示，剖面如圖2、圖3 所示。

圖1 綜合體育館平面圖

圖2 綜合體育館橫剖面圖

圖3 綜合體育館縱剖面圖

1.2 音質(zhì)控制

1.2.1 音質(zhì)控制難點

根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境及使用需求進行評估，該體育館聲學設(shè)計方面音質(zhì)控制主要面臨以下難點：

（1）比賽大廳容積超大，是規(guī)范中對應(yīng)最大容積（16 萬 m3）的2.54 倍，超大的室內(nèi)空間造成混響時間過長；

（2）特大型空間降低混響難度大；

（3）體育館除最高層觀眾廳后墻可布置吸聲材料，其他墻面均難以實現(xiàn)，且三層與四層大面積的玻璃墻面存在強反射；

（4）屋面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)對吊掛荷載的限制，使大面積鋪設(shè)空間吸聲體的措施難以實現(xiàn)。

1.2.2 音質(zhì)控制措施

針對以上難點，根據(jù)現(xiàn)場可利用的環(huán)境，制定如下音質(zhì)控制措施：

（1）充分利用金屬屋面，結(jié)合屋面構(gòu)造做吸聲面；

（2）在屋面下的網(wǎng)架吊掛一定數(shù)量的空間吸聲體，墻面設(shè)置全頻吸聲材料構(gòu)造；

（3）利用大面積的觀眾坐席，補充低頻吸聲量。

2 聲學設(shè)計

體育館比賽大廳應(yīng)控制背景噪聲的干擾，應(yīng)具有良好的混響時間與語言清晰度，聲場分布均勻，不產(chǎn)生回聲、聲聚焦等聲學缺陷[3]。

2.1 背景噪聲

為使聽音不受噪聲干擾，應(yīng)控制設(shè)備間的振動與噪聲、空調(diào)系統(tǒng)噪聲輻射，防止外部噪聲傳入室內(nèi)，保證比賽大廳的背景噪聲值≤NR40。

2.2 隔聲設(shè)計

本設(shè)計中，設(shè)備機房與噪聲敏感房間之間隔墻的計權(quán)隔聲量≥50 dB，直接面向噪聲敏感空間隔聲門計權(quán)隔聲量≥35 dB；同聲傳譯室、評論員室/評述間、播音室、采訪室窗專業(yè)隔聲窗的計權(quán)隔聲量≥40 dB。馬道上方機房的金屬隔板計權(quán)隔聲量≥50 dB。

2.3 混響時間

根據(jù)現(xiàn)行標準《體育場館聲學設(shè)計及測量規(guī)程》JGJ/T 131—2012 的要求，比賽大廳內(nèi)滿場（80%觀眾量）混響時間的選擇宜符合表1 的規(guī)定。

表1 不同容積比賽大廳500～1 000 Hz 滿場混響時間

此體育館比賽大廳容積約為40.7 萬m3，遠超規(guī)范所給的參考空間容積。對于特大型體育館建筑，不能硬套規(guī)范所給的混響時間指標[5，7]。通過對聲場的整體品質(zhì)評估，確定體育館競技比賽與文藝演出工況下大廳滿場（80%）中頻（500～ 1 000 Hz）混響時間設(shè)計指標如表2 所示。

表2 體育館混響時間設(shè)計指標

3 吸聲材料構(gòu)造

3.1 金屬屋面吸聲

3.1.1 不可開合屋面部分

該部分屋面可布置吸聲材料，構(gòu)造大致如下（從下表面向上）：0.8 mm 厚壓型鋼板（穿孔率23%）+80 mm 厚48 kg·m-3玻璃棉（不帶鋁箔，玻纖布袋裝）+100 mm 空氣層+上層保溫和飾面層。此做法目的在于提高全頻的吸聲性能，空氣層及保溫層下表面穿孔板有利于提高低頻成分的吸聲。

3.1.2 可開合屋面部分

可開合屋面部分的構(gòu)造大致如下（從下表面向上）：金屬穿孔板（鋁板或壓型鋼板均可），穿孔率23%+上鋪不低于80 mm 厚48 kg·m-3玻璃棉（不帶鋁箔，以玻纖布袋裝）+空氣層（利用已有的下層之間結(jié)構(gòu)的大空腔）+上層保溫和飾面層。此做法目的在于提高寬頻吸聲性能，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)上下層之間的大空腔有利于提高低頻成分的吸聲。

3.1.3 屋面網(wǎng)架空間

由于可以做吸聲的墻面非常有限，吸聲量嚴重不足，需在不可開合屋面的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)內(nèi)均勻布置空間吸聲體，彌補低頻、中頻及高頻的吸聲不足?？臻g吸聲體采用100 mm 厚全頻鋁制面罩空間吸聲體。

3.2 墻面吸聲

在各層觀眾席后墻非玻璃、非風口、非門窗位置，布置鋁制全頻多孔條形吸聲板，構(gòu)造后置空腔100 mm，利用有限的面積進行強吸聲處理，減少反射聲能、聲聚焦，降低混響時間[4]。

3.3 觀眾席座椅

因體育館內(nèi)低頻吸聲不足，在座椅平面投影最大的區(qū)域，利用觀眾席提供低頻吸聲。座椅坐墊部位采用中空構(gòu)造，下表面設(shè)多孔，增加低頻吸聲。

體育館主要吸聲材料的吸聲系數(shù)如表3 所示。

表3 體育館主要吸聲材料的吸聲系數(shù)表

4 仿真模擬

綜合體育館采用聲學模擬仿真軟件Odeon[8]，利用聲源法與聲線追蹤法綜合計算，使模擬結(jié)果更加接近真實效果。

4.1 競技比賽模擬仿真

綜合體育館在舉行競技比賽時，采用上述聲學設(shè)計進行聲學仿真，得出室內(nèi)中頻混響時間（500～1 000 Hz）模擬數(shù)值分別為2.60 s、2.58 s，與設(shè)計值相吻合，表明使用計算機模擬仿真聲學設(shè)計參量是切實可行的辦法，混響時間分布如圖4、圖5 所示。

圖4 體育館500 Hz 混響時間分布圖

圖5 體育館1 000 Hz 混響時間分布圖

4.2 文藝演出模擬仿真

在文藝演出情況下，綜合體育館觀眾席后墻玻璃區(qū)域增設(shè)吸聲簾幕，以此增加室內(nèi)吸聲量，在一定程度上降低混響時間值。通過對文藝演出時的體育館模擬仿真可知，體育館中頻混響時間（500～1 000 Hz）分別為2.26 s、2.09 s，約比競技比賽模式下的混響時間值小0.3 s，一定程度上提高了語言清晰度?；祉憰r間分布如圖6、圖7 所示。

圖6 體育館滿場混響時間T30 分布圖（T30 at 500 Hz）

圖7 體育館滿場混響時間T30 分布圖（T30 at 1 000 Hz）

5 結(jié)語

對于超大型體育館、體育場建筑，由于容積超越標準規(guī)定限值，混響時間不易確定，不能硬套標準規(guī)范。本文以深圳體育中心綜合體育館、體育場為例，確定室內(nèi)混響時間指標，充分利用室內(nèi)界面布置強吸聲材料，設(shè)計一定空間吸聲體，并進行室內(nèi)聲環(huán)境模擬仿真，得到不同運營模式下與設(shè)計數(shù)據(jù)吻合較好的混響時間仿真數(shù)據(jù)。仿真結(jié)果表明，充分利用室內(nèi)界面、屋頂網(wǎng)架布置強吸聲材料，在適當位置吊掛吸聲簾幕，可以控制超大型體育建筑的混響時間，使之處于理想范圍之內(nèi)。