鐘丹 周擁軍

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

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45900m³，每座的容積為11.5m³。

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：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)：

（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?？紤]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)。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)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(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。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)觥M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。