湘潭大学体育馆建声设计

湘潭大学体育馆建声设计
作者：钟丹周拥军
来源：《建筑科技与经济》2014年第02期
摘要：笔者有幸参与湘潭大学体育馆内部建筑声学设计及施工的全过程，通过分析湘潭大学体育馆原有的室内声学现状，计算设计出实际可行的吸声、降噪措施和材料构造方式。

本文主要介绍该馆的建筑声学设计包括体育馆建筑声学设计特点、混响时间控制、音质缺陷的控制和声学测量等内容。

关键词：体育馆；建声设计；混响时间；构造措施
1.湘潭大学体育馆概况
湘潭大学体育馆建成于2005年，由湖南大学设计研究院负责设计，是校园乃至整个湘潭市的一个标志性建筑。

湘潭大学体育馆总建筑面积14500平方米，总投资5000多万元。

体育馆造型采用两片曲面钢网壳结构、玻璃和铝幕墙，半开敞游泳池和篮球馆通透轻巧的外墙形式，使人耳目一新。

该体育馆属于一座多功能体育馆，其中的比赛大厅，除了应满足体育训练和比赛的要求外，还应具有集会、报告、文艺演出等多功能的要求（图1）。

该馆平面呈矩形，平面尺寸为
60m*56m（图2）。

大厅能容纳观众约4000名，有效容积为45900 m3，每座的容积为11.5
m3。

2.建声设计要求
体育馆比赛大厅的声环境质量主要决定于建声设计和扩声设计两部分。

建声设计的主要技术要求可概括为[1]：比赛大厅不产生如早期反射声、颤声、回声等声学缺陷，混响适当及背景噪声符合要求三个方面，而扩声设计的主要技术要求则是要保证有足够的声音响度，良好的声场频率响应特性及馆内声级比较均匀等三个方面。

该文主要介绍的是体育馆的建声设计。

受校方委托，笔者有幸参与了该工程声学装修的全过程，起初经过现场简单测试，馆内存在先天声学（早期反射声、颤声、回声等）缺陷，致使混响时间过长，大约为7.5s。

在现场调研和实测的基础上，首先确定了如下的建声设计主要目标：
2.1 中频最佳混响时间
我国现行的《体育馆声学设计及测量规程》（JGJ/T131-2000）中，提出了体育馆声学设计的标准[2]：
（1）体育馆比赛大厅以保证语言清晰为主；
（2）在观众席和比赛场地不得出现回声、颤动回声和声聚焦等音质缺陷；
（3）比赛大厅的建筑声学处理，应结合建筑结构形式、观众席和比赛场地的配置、扬声器设置、以及防火、防潮要求。

另外标准规定：比赛大厅容积超过80000m3的为大型体育馆；比赛大厅容积40000-80000m3之间为中型体育馆；比赛大厅容积小于40000m3为小型体育馆。

针对不同类型的体育馆，规定其合适的混响时间。

综合体育馆比赛大厅满场500-1000HZ混响时间及各频率混响时间相对于500-1000HZ混响时间的比值宜采用表1、表2规定的指标。

参照上述标准，湘潭大学体育馆定位于一座中型的综合性体育馆，合适的中频混响时间宜为1.3-1.6秒。

考虑到该馆的多功能用途，设计时确定中频的最佳混响时间为：
T60（满场）=1.4±0.1s
T60（空场）=1.8±0.1s
2.2 混响时间频率特性
根据体育馆多功能用途的要求，设计建议的湘潭大学体育馆混响特性如表3所示：
2.3 噪声控制
噪声及振动控制是体育馆声学设计的一个重要的方面。

噪声及振动控制又包括室外噪声及振动控制和室内噪声及振动控制两部分。

该体育馆建设地址位于湘潭大学校园东南角，环境噪声昼间一般不会超过65dBA，夜间不会超过45dBA。

室外环境噪声对观众厅的影响可控制在允许标准范围内。

所以，室外环境噪声及振动可以不多加考虑。

体育馆的容许噪声级在文艺演出时可取N-45，噪声评价曲线为NR-40，噪声标准要求不高，又采用扩声系统[3]。

因此，在对体育馆进行建声设计时，一般只要对馆内主要噪声源——空调制冷系统作适当的消声、隔振处理，通常都能达到允许噪声标准。

3.湘潭大学体育馆建声设计
声音的频率范围为20Hz-20000Hz，也就是我们常说的声音有低音、中音和高音之分，但是我们无法找到一种材料对于这三类声音都有很好的吸声效果。

因此，为了使整个比赛大厅的低音、中音和高音都获得比较均衡的吸收，我们要考虑运用多种吸声材料或者吸声结构的组合。

3.1 墙面建声设计
该体育馆整个比赛大厅有三面均为比较完整的墙面，另一面为玻璃幕墙，我们在设计时尽可能地考虑利用这三面较完整墙面进行建声装修。

考虑到湘潭大学体育馆设计定位为低于国家甲级、高于国家乙级的体育建筑，其功能在满足教学要求、保证师生员工体育锻炼、提高综合素质的同时，需要能接待地区性和全国单项比赛。

因此在设计时我们没有采用一般的穿孔板墙面，选材上比较讲究。

墙面主要采用的材料为丹麦产Herakuatik Star木丝吸声板和部分1.2厚穿孔的铝板（图3），整个大厅墙面的色调主要为暗红色（木丝吸声板）和银灰色（1.2厚穿孔的铝板），显得非常的和谐，具有很强的美观性。

具体做法如下：
环比赛场地的整个一层墙面全部采用丹麦产Herakuatik Star木丝吸声板吸声墙面，这种木丝吸声板属于多孔性吸声材料，对高频吸声性能比较高，它是一种由质地优良的长纤维木绒和优质的天然菱镁矿粉压制而成的环保材料[4]。

在板材的内部，无数充满了空气的间隙共同作用，从而达到最佳的吸音效果。

这种材料还有一个非常突出的优点，即它的强度和刚度较高，有一定的耐撞击能力。

我们都知道如果在大厅内进行球类训练或者比赛时，墙面常会受到球体的撞击，有不少体育馆，如益阳市奥林匹克体育中心体育馆，由于采用普通的穿孔高压水泥板，如穿孔FC板，这些材料强度不高，很容易损坏，势必会增加后期的维护费用。

我们利用120*60槽钢，与墙面形成一个空气层，采用镀锌钢丝网与30*50木龙骨的结构填充50mm厚吸声玻璃棉，最后再固定Herakuatik Star木丝吸声板（图4a），这样处理可提高对低频的吸收。

二层观众席处的墙裙主要采用的材料是1.2厚的穿孔铝板，内填24kg/m3的离心玻璃吸声棉，留置50mm的空腔，这样的吸声构造兼有多孔性吸声材料吸声中、高频声音和穿孔板共振吸声结构吸声低频的特性，而且穿孔铝板同样具有一定的强度，也是一种非常理想的做法。

在标高为9.000m处开始大面积地方布置丹麦产Herakuatik Star木丝吸声板。

另记分牌两侧的墙面原为大片实墙，为避免该部位产生颤动回声，设计时我们对此精心考虑，打破了原设计较为平淡的墙面，而是利用木丝吸声板在此做了多个突出呈棱形状吸声墙面（图4 b）。

3.2 顶部建声设计
单纯考虑墙面的建声设计还不能满足该馆的使用，因此比赛大厅顶部是一个不容忽视的部位。

该体育馆顶部为大跨度网架结构，且布置了五条采光带。

既要考虑满足其声学需求，但又不能影响馆内的自然采光，设计时我们采用了两种空间吸声体：一种是尺寸为
1840mm*1240mm的平板型空间吸声体，根据采光带的位置及网架特点，布置在网架下弦。

因为采光窗的面积比较大，这种平板型空间吸声体布置数量不多，共计72块，但是这些还不够，因此我们在网架上弦杆上布置了圆筒形金属吸声体，它的布置不同于传统做法将其悬挂于上弦杆上，而是平行上弦杆布置，因此不会给人凌乱的感觉，相反具有很强的韵律感（图
5a、b）。

这两种空间吸声体做法均采用穿孔率为22%的穿孔铝板内填32kg/m3的离心玻璃吸声棉。

4.音质效果评价
通过使用EASE3.0对该馆建模，在模型内表面设定与实际情况相同或相似的材料吸声系数，通过软件内的混响时间计算公式计算，得出体育馆内空场、满场的混响时间（表4）。

该馆在建声装修竣工后，我们对该体育馆内进行了空场混响时间的测量。

湘潭大学体育馆的平面为矩形，基于其对称的特点，我们在体育馆内选择了具有代表性的6个点进行了空场混响时间的测量，测量数据记录见表5所示。

根据以上测量结果，我们得知该体育馆500Hz时混响时间为1.87秒，并可推出半场时混响时间为1.54秒，满场时混响时间为1.30秒。

至此，测量的结果完全符合设计时所拟定的数值，同样也满足国家对于中型多功能体育馆的要求，即满场500-1000Hz混响时间为1.3-1.6秒。

湘潭大学体育馆比赛大厅按上述方案及与之配套的施工图施工完工后（图6-7），各项指标基本满足体育比赛、集会及文艺演出等多功能要求，馆内的声环境及装修效果都得到了普遍的认可。

5.结束语
随着我国体育事业的蓬勃发展，特别是2008年北京奥运会的顺利召开，中国的体育事业走上了一个新台阶，国内兴起了建设体育馆的高潮，不仅在各大城市，甚至一些小县城也在修建体育馆，而且场馆规模越来越大，体育馆的功能也越来越多。

本文以湘潭大学体育馆为例，总结此类体育馆的建声装修设计的一般设计方法，希望对读者具有借鉴作用。

参考文献
[1] 章奎生.综合体育馆建声设计的实践与思考.工程建设与设计，2005（7）
[2] 中国建筑科学研究院.体育馆声学设计及测量规程（JGJ/131-2000）.北京：中国建筑工业出版社，2000
[3] 项端祈.实用建筑声学.北京：中国建筑工业出版社，1992
[4] 王峥、项端祈、陈金京等.建筑声学材料与结构——设计和应用.北京：机械工业出版社，2006。