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體育建筑音質設計
1、 概述：
1.1 體育建筑作為體育競技、體育教學、體育娛樂、體育鍛煉等活動之用的建筑物，是體育運動的基礎設施；
1.2 體育建筑的音質設計，應為運動員創造良好的比賽和訓練環境；為觀眾創造安全和良好的視聽環境；為工作人員創造方便有效的工作環境；
1.3 體育建筑有“場”與“館”之分，“館”又有“綜合”與“單項”之別，賽場在露天的體育建筑稱之為“場”，賽場在封閉空間的建筑稱之為“館”，能進行各種體育賽事，同時又能演戲、開會等大型群眾性文化娛樂活動的稱之為綜合館，僅供舉行單項體育比賽與訓練的館稱之為單項體育館，也稱專用體育館。“場”及“專項館”音質設計要求較為簡單，只要保證一定的語言清晰度，不出現音質缺陷及噪聲干擾即可，而多功能體育館（綜合館）音質設計要求較高，設計難度較大，不僅要控制大廳的混響時間和防止可能出現的音質缺陷，并要保證廳內有足夠的聲壓級ktv隔音。
因此，本章節授課的重點放在多功能體育館音質設計，繼而再按場、館分類提出音質設計的要點與關鍵措施ktv隔音材料。
2、 多功能體育館音質設計：
2.1 音質設計要求：
2.1.1 體育館的音質設計應從建筑方案設計階段開始，建聲設計、擴聲設計、噪聲控制設計應協調同步進行。
2.1.2 體育館的音質設計應根據等級、規模、用途和使用特點，按其主要使用功能確定其音質設計指標，并在設計中采用實現預定指標的相應措施。
2.1.3 音質設計方案應結合建筑結構形式、觀眾席和比賽場地的配置、揚聲器設置以及防火、耐潮等要求，在處理比賽大廳內吸聲、反射和避免音質缺陷等問題時，應把自然聲源、擴聲揚聲器作為主要聲源。
2.1.4 場內噪聲應控制在所規定的背景噪聲限值內。
2.2 體育館音質設計程序與方法：
2.2.1 確定音質指標：
混響時間：綜合體育館比賽大廳500HZ~1000HZ時滿場的混響時間采用下表規定的指標：
比賽大廳容積（m³） <40000 40000~80000 >80000
混響時間（S） 1.2~1.4 1.3~1.6 1.5~1.9
頻率特性：各頻率混響時間對應于500HZ~1000HZ混響時間的比值采用下表規定指標：
頻率 125 250 2000 4000
比值 1.0~1.3 1.0~1.15 0.9~1.0 0.8~1.0
背景噪聲限值：
比賽大廳和有關用房的噪聲控制設計應從總體設計、平面布置以及建筑物的隔聲、吸聲、消聲、隔振等方面采取措施，背景噪聲不得超過下表背景噪聲限值。
廳、室類別 體育館不同等級廳、室的噪聲限值
特級、甲級 乙級、丙級
比賽大廳 NR-35 NR-40
貴賓休息室 NR-30 NR-35
擴聲控制室 NR-35 NR-40
評論員室 NR-30 NR-30
擴聲播音室 NR-30 NR-30
2.2.2 明確使用功能
前節中我們已介紹過多功能體育館不僅要滿足體育賽事及訓練的功能，還要滿足文藝演出、大型集會、雜技等使用功能，在音質設計上無法同時實現各種使用功能的最佳效果，（只有一種，采用可調混響，從投資來說是不現實的），我們只要求業主明確主要使用功能，從而按照主要使用功能確定音質設計指標，但都必須滿足下列使用功能條件：
有較高的語言清晰度
使用擴聲時，傳播音樂要有一定的音樂豐滿度
滿足規定的聲場不均勻度（無擴聲時≤±3dB,有擴聲時<8dB（一級）、<10dB（二、三級）
觀眾席有足夠的聲壓級
2.2.3 剖析建筑方案、提音質設計對建筑造型等技術兼顧方面的建議
建筑與音質設計要求上是同步進行，但客觀操作上總是建筑方案先行，其他專業逐步介入，音質設計也是這樣。因此：
音質設計工程師首先要根據建筑師所設計的觀眾廳空間型體進行聲環境先天性條件分析，盡量避免聲缺陷的型體，如容易造成聲聚焦、多重回聲的穹形、弧形頂及容易引起回聲或顫動回聲的墻面，還有大面積的玻璃幕墻等，為建聲深化設計創造一個良好的先天條件，為此向建筑師提出音質設計的合理化建議。
向結構工程師提出聲裝修及擴聲系統布置位置所預留空間與載荷要求ktv隔音。
2.2.4 概算總吸聲量A
混響時間計算公式：
T60= kV
-Sln(1- ā)+4mV
這個公式是我們已知大廳容積、吸聲量等因素后計算大廳的混響時間，我們不可能等到聲學材料定下來再去計算混響時間，而是根據已知大廳容積，已定下的混響時間指標去確定需要多少吸聲量，這就要將公式倒過來使用，通常為簡便直觀起見，在音質設計方案階段采用以下公式進行概算：
T60= kV
Sā
kV
ā= ST60 A=ΣSā
總吸聲量便求出，下一步的工作就是我們如何選擇適合的材料布置到適合的位置上去。
2.2.5 混響時間控制及吸聲材料的選用
從T60= kV/Sā公式可見，控制混響時間有兩個主要因素，混響時間與大廳容積成正比，與總吸聲量A成反比，這就要求音質設計工程師協同建筑統籌運作。
選擇最佳容積
體育館的使用要求已決定了其最低凈高，這樣就有了一個基本容積，過去我們是設置吊頂天花來調整其容積，現在的體育館大部份是采用空間網架結構，而且是全暴露型的鋼結構網架，即在同樣的條件下，要實現原有的混響時間，必須加大吸聲材料的使用量，那么音質設計時根據大廳造型，盡量考慮壓低空間容積的措施，比如增加局部吊頂，懸吊空間吸聲體，隔斷不需要的空間等。
選擇合適的吸聲材料和吸聲結構
吸聲材料品種較多，結構形式也是多種多樣：
纖維狀
多孔吸聲材料 顆粒狀
泡沫狀
單個共振器
吸聲材料 穿孔板共振吸聲結構
（結構） 共振吸聲結構 薄膜共振吸聲結構
薄板共振吸聲結構
特殊吸收結構 植物纖維噴覆式吸聲涂料
空間吸聲體、尖劈等
a) 選用全頻域強吸聲結構
因為體育館空間容積大，而能布置吸聲材料的地方相對較少，選擇吸聲頻帶寬、系數高的材料可以有效地控制吸聲材料的使用量，對于個別頻率吸聲量不足部分再有針對性地選擇相應材料，比如低頻混響較長，就增加共振吸聲結構ktv隔音；
b) 結合建筑構造，選擇相輔相成的材料與結構，既不影響裝潢的觀瞻效果，又起到吸收作用，比如網架結構就選擇在網架上方屋面內板進行吸聲處理，至于特殊圍護結構，如大面積的玻璃幕墻就選擇雙折式吸聲簾幕或透明薄膜吸聲材料與結構處理ktv隔音材料。
c) 選擇最有效的吸聲部位布置吸聲材料
體育館頂部是主要布置吸聲材料的地方，尤其比賽場地上方最容易產生多重回聲，從而也是吸聲效率較高的位置。
比賽場地四周及主席臺、裁判席周圍墻面采用強吸聲處理，可以有效地減少進入話筒的反射聲，有益于提高擴聲系統的傳聲增益。
3、 專用體育館音質設計
專用體育館也稱單項體育館，在體育館建設中僅占少數，因為多數項目，如籃球、排球、乒乓球、羽毛球、擊劍、拳擊和體操等項目均可在綜合館進行，目前建造的單項館主要有游泳館、網球館、田徑館、射擊館等，這些館一般不作為多功能使用，工藝要求單一，因此，音質要求不高，但在聲學處理上各有其特點。
3.1 游泳館的音質設計：
游泳館每座容積大，特別是有跳水池的游泳館，每座容積都在
25m³以上；
地面為瓷磚，瓷磚和水面對聲波產生強烈的反射；
館內相對濕度高，為控制混響時間和抑制音質缺陷，選擇的材料與吸聲結構除有強吸聲性能外，同時必須防潮乃至防水。
3.1.1 游泳館的音質指標：
混響時間，在500HZ~1000HZ時滿場的混響時間按下表執行：
游泳館等級 在不同每座容積（m³/座）下的混響時間（S）
特級、甲級 <2.0 <2.5
乙級、丙級 <2.5 <3.0
頻率特性（相對于500HZ~1000HZ混響時間的比值）
頻率（HZ） 125 250 2000 4000
比值 1.0~1.2 1.0~1.1 0.9~1.0 0.8~0.9
聲場不均勻度：
在500HZ~1000HZ時<±3dB
3.1.2 游泳館音質設計要點與材料的選擇：
游泳館音質設計有三大特點和難點，也是在工程設計中必須加以解決的問題，游泳館音質要求不高，通常要求聽清簡短的致辭，通報運動員比賽成績和人員名單為目的，也是我們平時所講的語言可懂度，不允許有回聲和顫動回聲等聲缺陷，但其中幾個設計要點與材料選擇原則是必須把握的。
水面幾乎是百分之百的聲反射面，也叫做鏡面反射。因此，與水面所對應的游泳館頂面必須作強吸聲處理。
側墻無論有無觀眾席，兩兩對應墻面必須有一面作吸聲處理。
頂面材料表面必須具備不結露性能。
所有吸聲材料必須具備防潮乃至防水、防霉變的物理性能。
頂面材料中布置的燈光槽必須與泳道平行。
跳臺上方燈光布置必須平衡。
3.2 其他專用館音質設計特點及其不同點
3.2.1溜冰館
音質設計要求與游泳館相似。
室內外溫差大，屋頂結露滴水影響使用功能，影響材料吸聲性能ktv隔音。
用于冰球和速滑的溜冰館音質要求不高，主要是控制館內噪聲，但用于花樣滑冰表演時，音質要求較高，混響時間過長會影響音樂的力度和節奏感以及解說詞的清晰度，而過短會影響音樂的豐滿度，這類功能為主的溜冰館宜采用多功能體育館進行設計，滿場混響時間建議1.5S左右。
3.2.2田徑館
田徑館通常大于游泳館，但它的特點是大面積的地面均為土地或草坪，混響時間控制不難，在頂部或容易引起回聲的部位配置吸聲材料就可以確保館內必要的語言清晰度。
3.2.3網球館
網球館特點是容積大、觀眾少、每座容積大，音質設計只要求語言可懂度，混響時間<3.0S即可滿足，但應特別注意防止平行墻面間引起回聲和顫動回聲，因為這一缺陷會使運動員對網球落地聲音的方向性判斷受誤導而造成失誤。因此，墻面的回聲和顫動回聲必須通過吸聲與聲擴散方式解決。
3.2.4室內靶場
靶場音質設計主要是控制噪聲，這不僅是為了觀眾和運動員、裁判員聽聞的需要，而更重要的是保護運動員的健康和聽覺器官ktv隔音材料。
靶場聲學設計主要包括如下幾個方面內容：
降低混響聲
盡量降低射擊聲在室內引起的聲反射，建議混響時間≤1.0S。
消除回聲
防止由槍聲引起的回聲和顫動回聲。
射擊時，運動員耳邊位置的聲壓級不應大于105dB（A）
比賽時，來自毗鄰靶位射擊聲壓級應低于105 dB（A）（125HZ~4000HZ平均值）
設計時把握的關鍵措施：
為了降低槍口噪聲、回聲和室內側墻的顫動回聲，除了在槍口附近作強吸聲處理外，在靶后墻也要作強吸聲處理，但是在室內靶場靶位后墻所選材料又要防止造成滑彈或跳彈，不宜選擇金屬穿孔材料。
以上重點講了綜合性體育館音質設計及專業體育館音質設計，這是從基本理論與措施來介紹的，但在實際具體工程設計中，不斷有新的問題出現，需要聲學工作者去一一探索解決。下面介紹現代體育建筑的時代特征給音質設計提出的新課題。
4、 現代體育建筑的時代特征給音質設計提出的新課題：
音質設計主要是服從和適應建筑師的造型設計和裝飾格局，聲學工程師由過去的顧問型變成配合挑戰應對型。
體育建筑空間愈來愈大，能布置吸聲材料的地方愈來愈少，因此，選擇材料首選強吸聲材料、強吸聲結構。
體育場有混響、沒有混響時間，過去局部有頂，現在觀眾席上空全部有天蓬，過去觀眾席后面透空，現在被若干會議室、接待室、貴賓室所排滿，變成全封閉的圍護結構。
5、 設計體會：
音質設計的基本原理很簡單、很明確，要求什么、反對什么都非常清楚，但把這些原理用于具體工程實踐，答案則是多種多樣，具體的音質設計是豐富多彩、具有高度創造性的工作，因而不能認為我知道基本概念就可以從事音質設計了，因為建筑聲學是一門科學，隨著研究工作的不斷深入和發展，基本原理在細節上和具體認識上也會不斷發展，新的問題不斷出現，而且就目前而言，多功能體育館較為普遍，業主與領導們常要求建造多功能廳堂，以為做什么用都可以，可以演戲，可以做報告，可以放電影，其實是辦不到的，只能是一個妥協的結果，既能演戲，又能做報告，當然很好，只是演戲也達不到最佳效果，報告也達不到最佳效果，怎么辦，聲學工程師按主要使用功能設計，然后借助擴聲系統適當加以調整與補償。
由于近幾年體育建筑處于建設高潮，本人有機會參與了體育場館的聲學設計，根據十運會場館——南京奧林匹克體育中心、江蘇省運會場館——南通體育會展中心，也有高校及中小型企業體育建筑聲學設計實踐，積累了一些經驗，也有不少教訓，深有感觸的是聲學工程的成敗，不僅取決于聲學工作者的才能，在很大程度上建筑師的良好協作起到了至關重要的作用，而這種協作必須建立在建筑師對聲學有更多的了解上，從而有共同語言的基礎上。
