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体育馆吸音改造 膜结构顶棚以其轻质、高强度、造型可塑性强等优点在高大空间建筑设计中被广泛应用，然而该结构由于其自身材质的特殊性又对室内音质设计提出了更高的要求。传统的大空间音质设计以控制全频混响时间和避免声缺陷为重点，较低的混响时间及平直的频率特性有利于扩声系统的使用。常见的处理方式即在顶面结合金属屋面做声学处理或者大面积悬挂吸声体，而在膜结构的高大空间中这些方法将受到较大的限制，一方面是基于膜自身的吸声特性，由于自振频率较低且面积较大，膜结构低频吸声性能较好，同时较大的平均自由程使得空气吸声量在总吸声量中的比例增大，频率特性在高频段斜率急剧减小，从而在中低频段某处出现拐点（“起包”现象）；另一方面，吸声界面受到限制，在已有膜结构的表面难以悬挂较大的荷载且难以进行声学处理，若顶棚较高，则平整的膜表面与地面之间容易产生颤动回声的音质缺陷。由此可见，分析已有的膜结构声学设计案例并探索其音质设计策略具有重要的理论和现实意义。 高大空间建筑声学设计是当代建筑声学工程技术的重要研究方向，文献[12345]中阐述了体育馆、主题乐园、展厅等不同功能的高大空间声学设计方案，这些方案具有一定共性，即顶面往往能够作为重要的吸声面且限制较小；而关于膜结构声学性能的研究较少，仅有的文献则更多关注膜结构的空气声隔声性能[67]。本文以某膜结构体育馆的声学改造工程为例，通过分析改造前室内声场的音质缺陷，提出合理的建声和电声解决方案，采用声学模拟软件仿真计算室内声场，并通过现场测量验证方案的可行性。 体育馆吸音改造 体育馆设计方案当然是需要专业的公司来帮助我们进行设计，在体育馆的设计方案中，不能忽视的一点就是声学设计。声学设计对于体育馆的重要性是毋庸置疑的。 下面聊一聊体育馆为什么要做声学设计，声学设计对于体育馆的重要性体现在那些方面，体育馆又存在那些声学问题。 首先随着声学的发展，在大型空间的建设上声学的运用是越来越多了。体育馆属于大型的比赛空间，容易产生很多的声学问题，这些声学问题会严重影响体育赛事的进行，你可以想象一下大型的体育馆如果不做声学处理，成千上万的人在一个场馆里观赛比赛所发出的声音是多么的嘈杂以及回音是多么的恐怖。 一般来说在空间的声学设计有一个重要的指标——混响时间，控制好空间的混响时间就可以很好的改善空间的声场环境，在体育馆的声学装饰过程中比赛大厅的每座容积控制在15.0立方米-25.0立方米是为合适的，整体空间的呈现出的比赛效果和观赛效果体验都是 的。 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%。