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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%。
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
一、现代体育场馆电声系统的主要特征大体可以概括为三个方面：
1、更加注重场馆观众席和场地的声音效果;
2、为满足大型体育比赛的开幕式、闭幕式或文艺演出的使用需要，更加注重配备相应的"流动"扩声系统 ;
3、电声系统更加注重采用数字化网络传输与控制系统等。
二、体育场馆电声系统主要包括有
1、满足体育比赛的现场扩声系统
2、满足开幕式、闭幕式和大型文艺演出的流动扩声系统
3、满足多级广播(含紧急广播)的自动优先播出系统
4、数字网络化信号传递和控制系统
5、功放及信号传送故障自动检测系统等
三、体育场馆对扩声系统的基本要求
1、体育场馆经常性的使用是体育比赛或群众集会，因而对扩声系统的基求要求是，首先要保证语言扩声的可懂度(或清晰度)。这看似简单在实施中要能真正满足体育场馆观众座席(或大多数观众座席)具有良好的听闻并非易事。
2、体育场馆的使用如果有大型运动会的开幕式 、闭幕式或大型高水平的文艺演出，这时扩声系统配以高质量的"流动系统"与原有的"固定"安装系统联合使用，会效果较佳也是比较经济的方式。
3、现代体育场馆的观众群体有别于传统的"观众"，更多的是支持参赛队的"球迷"拉拉队，体育比赛过程气氛热烈。但是对扩声而言"背景噪声"级增大了且是无规的，在扩声系统设计中应予以充分注意。
四、体育场馆设计依据及声学特性规范
1、体育场馆设计依据
《厅堂、体育场馆扩声系统设计规范》GB/ T 28049-2011
《体育场馆声学设计及测量规程》JGJ/T131-2000
《厅堂扩声系统设计规范》GB50371-2006
《客观评价厅堂语言可懂度的“RASTI”法》GB/T14476-1993
《声系统设计互联的优选配接值》GB/T14197-93
《综合布线系统设计规范》GB503116-98
《体育建筑设计规范》JGJ31-2003
《建筑设计防火规范》GB50016-2006
《工人体育场馆奥运工程设计大纲》
《体育馆声学设计及测量规程》由中国建筑科学研究院主编，经建设部批准的全国行业标准，自2001年3月1日起施行。其主要内容包括：总则;建筑声学设计;噪声控制;扩声设计和声学测量等五个部分(详参见JGJ/T131-2000J42-2000)。
比赛大厅基本分为，综合体育馆比赛大厅;游泳馆比赛大厅和溜冰馆等。
扩声系统完全满足体育馆演艺、会议、比赛时声音清晰、动态范围大的要求，并达到国标JGJ/T131-2000中体育馆声学设计及测量规范的声学设计的一级标准。
2、体育场馆的声学特性
体育场声学特性目前国内尚无成文的规范可循。近来世界足联(FIFA)和德国足协(DFB)的有关资料表明，对体育场观众席扩声稳态声压级的要求为105dB左右。
2008北京奥运会对新建或改建体育场馆主扩声系统的声学特性指标要求;
声压级：正常使用95dB;大声压级(紧急广播)106dB。
传输频率特性：语言使用100Hz～ 5KHz ±5dB;
音乐使用100Hz～15KHz ±5dB。
语言清晰度：快速语言传递指数RASTI≥0.5。
需要指出的是虽然体育场是非封闭空间，在扩声设计中也不能简单地以自由声场来对待这是非常重要的。大多体育场观众席上方多带有"挑棚"存在声反射，一个典型的可容纳几万人座席的体育场空场混响时间会长达5秒左右，满场带观众时的混响时间也会有3秒左右。因而，在扩声系统设计时要予以充分的注意。
3、扩声系统的设计原则
体育馆内声场均匀
体育馆内的频率传输特性平直
体育馆内视听方向一致
并有利于克服回输，提高传声增益
还要兼顾音乐及语音混响时间频率特性
4、扩声系统特点及优越性
产品性能好，通过网络传输处理音频信号，无损耗及干扰;
性能稳定性，可满足体育馆功能要求;
可根据需求调整，有多种模块可选，适用于各种功能的工作环境，比如开会时可调用会议模式扩声，演出时可调用演出模式扩声;
兼容扩展性好，外扩设备联结容易;
使用及调整方便，可防止误操作造成的设备损坏及调乱处理参数变化造成音质变差;
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%。体育馆吸音改造
多功能体育馆建筑声学设计特点！
体育馆不仅具备体育训练和比赛的功能，还承担集会、展览、庆典、文艺演出甚至放电影等多样功能。
据资料介绍，美国旧金山某体育设施的使用比率中 体育比赛占51.7% 音乐会占19.4% 马戏、冰上舞蹈占7.1% 展览及其它活动占21.8%。澳大利亚墨尔本某体育馆，音乐演出占50%左右。这是体育産业化、社会化带来的发展动向。
体育馆建筑声学设计的有关标淮
°
建设部近年先后颁发了JGJ/T131-2000<体育馆声学设计及测量规程>和JGJ/31-2003<体育建筑设计规范>两个文件，其中有关建声设计的指标及要求有以下几点：
1、通常在场地一侧设置固定的舞台，用作会议的讲台及文艺演出活动的表演场地。
2、除在比赛场地安装体育比赛专用照明系统和语言广播扩声系统外，还要参照剧场的模式增加设置舞台灯光和文艺演出(语言与音乐兼用)的扩声系统。
3、对建声设计的要求应高于"纯"体育功能的场馆。这是本文讨论的主题。
体育馆建筑声学设计的有关标淮
° 建设部近年先后颁发了JGJ/T131-2000<体育馆声学设计及测量规程>和JGJ/31-2003<体育建筑设计规范>两个文件，其中有关建声设计的指标及要求有以下几点：
〔1〕体育馆建筑声学条件应以保证语言清晰爲主。
〔2〕不得産生明显的声聚焦、回声、颤动回声等音质缺陷。
〔3〕中小型体育馆混响时间在500-1000Hz范围内宜设置:1.3-1.5s。
各频率混响时间相对于500-1000Hz混响时间的比值：
频率〔Hz〕
125
250
2000
4000
比值
1.0-1.3
1.0-1.1
0.9-1.0
0.8-0.9
〔4〕大厅上空应设置吸声材料或吸声构造。
〔5〕大厅四周的玻璃窗应设有吸声效果的窗帘。
〔6〕大面积牆面应做吸声处理。
〔7〕比赛场地周围的矮牆、看台栏板宜设置吸声构造，或控制倾斜角度和造型。
体育馆常见的声学缺陷
°近年体育馆的建筑造型和结构大量采用暴露网架、不设吊顶甚至采用透光的屋顶材料，并流行弧形拱顶、圆形牆体和大面积玻璃窗或玻璃幕牆形式，这都极易造成较严重的声学缺陷。如：
声聚焦
声音在遇到凹的牆面或天花棚顶时将会産生声聚焦，使某些点或某些区域的声压级远远大于其它位置，导致声场分布极不均匀，出现"声染色"和"声反馈啸叫"等音质缺陷。体育馆的弧形拱顶和圆形牆体，是典型的容易産生声聚焦的结构。
颤动回声
在室内的一对平行牆之间，一个声音在两牆壁间来回反射産生多个重複的声音，称爲颤动回声 。这在体育馆的大面积牆面以及比赛场地周围的矮牆和看台栏板等处易産生。
混响时间偏长
和一般剧场、音乐厅、会议厅等厅堂相比，体育馆能做吸声处理的表面积比较少，所以混响时间普遍偏长。
解决体育馆声学缺陷的可行措施
综上所述，体育馆存在的声学缺陷通常主要包括两个问题：
一是混响时间过长；
二是存在较严重的声聚焦和颤动回声。
解决 个问题的难度不算很大，只需在馆内增加适量的吸声材料（充分利用牆面和顶部），即把混响时间缩短下来，其中的技术难点是设计计算的性和施工工艺的严谨性。
解决体育馆声学缺陷的较大难点在于：
°如何由于弧形拱顶和圆形牆体所引起的严重声聚焦和颤动回声，而又不导致改变该馆原建筑设计和装饰设计所定下来的的整体造型、外观、采光功能和建筑风格，这才是建声设计中 挑战性和创造性的关键。
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。