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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[1,2,3,4,5]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[6,7]。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 体育馆建筑建声设计的技术要点 2.1 控制混响时间和避免声缺陷 如今建筑师在创作建筑外型上往往追求“高、大、奇”，在体育类建筑设计中也有体现。大体量、高空间、圆形、蛋形等不同体型的场馆比比皆是，而体育场馆声环境的设计中对混响时间的控制和避免声缺陷的设计尤为关键，这给建声设计带来不少困难。混响时间的设计指标跟场馆的体积和单人容积有着必然的联系，在 行业标准（JGJ/T131-2012体育场馆声学设计及测量规程）中就对不同容积的体育馆提出了明确的中频混响时间设计要求（见表1），而在近十年内由我所承担建声设计的体育建筑工程实践声学设计数据可见，容积在80000m3以上的大型场馆占到80%，单人容积大于20m3/人的体育场馆也约占70%（见表2）。有的体育场馆单人容积甚至达到30m3/人以上，这对混响控制、吸声面积和空调节能都不甚合理。 为体育场馆确定了合适的混响时间和频率特性后，还要注意避免因圆弧形墙面、平行墙面等让场馆内产生声聚焦和颤动回声等声缺陷，通常解决这些建筑平剖面体型欠佳的方法是结合室内装修设计采用声扩散体，从而改变原有建筑圆弧形墙和平行墙的外观，使得场馆内的声场更为均匀。声扩散体的形式可结合室内装修和吸声处理设计成各种形式，如折线形、三角形、圆弧形、锥形甚至是不规则形，排列形式可以是有序或无序，覆面材料可以是起到吸声作用的穿孔金属板、木条纹板、软包织物吸声板等或起扩散反射作用的石膏板、GRG板等，不仅丰富了室内的装修风格，也能使声场更为均匀，达到令人满意的声学效果。 2.2 体育馆建筑的噪声与振动控制设计 合适的背景噪声是实现音质设计的基础，也是体育场馆建声专业设计的重要内容之一。在中华人民共和国行业标准（JGJ/T131-2012体育场馆声学设计及测量规程）为设计确定体育类建筑背景噪声提供了依据。（见表-3） 表3体育馆比赛大厅等厅（室）的背景噪声限值 标准总则中已提出建声设计应参与体育馆工程设计的全过程，因此要求在建筑扩初设计阶段就由建筑声学专业参与其中，并为建筑做好隔声隔振设计。在建筑平剖面布局中，空调机房、冷冻机房等噪声及振动较大的设备机房应远离比赛大厅，并做好机房内的隔声吸声处理及机组隔振设计。 2.3 空调系统的消声设计 为了达到预先设计的背景噪声指标，其中空调系统的消声设计更是关键，主要包括降低沿管道传播的风机噪声（合理配置消声器、消声弯头、消声静压箱等）和合理控制气流噪声两方面。而控制气流噪声的根本措施就是降低风管内的风速，在《暖通空调设计技术措施》一书中，根据我国暖通专业技术人员多年设计实践经验提出了不同允许噪声条件下管道内气流速度的允许值，可供暖通等相关设计人员在设计空调系统时参考。（见表-4） 表4管道内气流速度的允许值（建议值） 3 顶面吸声设计 由于新建的体育类建筑的空间体积渐趋增大，厅内所需要的总吸声量也随之大大增加，而通常体育场馆内可作吸声处理的墙面又十分有限，为了控制混响，在体育馆顶部采取吸声措施是十分必要的。上世纪八十年代起，国内很多体育馆的顶部吸声做法是结合网架下弦或在网架空间内悬挂一定形式和数量的空间吸声体，为满足顶面材料的A级防火要求，构造多为轻钢或塑、铝骨架、离心玻璃棉吸声层，穿孔铝合金板面层。图-1为湖州体育馆圆弧形吸声体内景图。 图-1 湖州体育馆圆弧形吸声体内景图 近年来，在体育馆室内装修方面，人们的审美渐渐趋向简洁、大气，吸声屋盖便应势而生并被广泛应用于各类体育场馆。吸声屋盖其实是将隔声与吸声做了整合，此类构造的吸声屋盖以中高频吸声为主，其NRC值可达0.75（500Hz-2KHz）。既具良好的吸声作用，同时也起到保温隔热、隔绝雨水冲击噪声的效果，得到较广泛的应用。图-2为苏州奥体中心体育馆的内景效果图，建筑顶部采用了吸声屋盖的做法。 图-2 苏州奥体中心体育馆内景效果图 在游泳比赛馆中，若设计采用吸声屋盖，应考虑馆内的高湿度对屋盖内吸声材料的影响，可加做一层PVF耐候袋将吸声材料包裹起来，可增强其耐候性且对吸声性能影响有限。 4 墙面吸声设计 体育馆内可作吸声处理的墙面面积并不多，圆形平面体育馆的墙面仅为观众席末排后的墙面，高度也很小；而矩形平面的体育馆除主看台后墙面外，两端记分牌周边有较大可作吸声的墙面，因此主要吸声量是屋顶天花及观众席。 通常体育馆内的混响频率基本平直（允许低频有一定），墙面的吸声布置上应考虑低频吸声与中高频吸声的配比，应在进行音质计算后，结合室内装修设计达到功能与美观的双赢。 近年来的体育建筑形式，越来越多的玻璃幕墙出现在比赛大厅的周围，甚至形成了耦合空间，这对控制馆内混响极为不利，声音通过玻璃反射所产生的颤动回声，若不采取措施，将直接影响比赛大厅的声环境，甚至还会影响电声设备的正常使用。华东院声学所曾经研究采取的吸声措施是在玻璃幕墙前设计安装电动式吸声帘幕，在比赛状态下自动降下以增加吸声面积，在非比赛状态下则升起可满足室内正常采光要求。图-3为江苏盐城体育馆的内景效果图。 图-3 江苏盐城体育馆内景效果图 5 关于体育馆建筑声学装修设计的建议 体育馆比赛状态下，人们的目光都聚焦在赛场中心范围，所以馆内的装修设计建议应以功能性为主，装饰效果大气、简洁为好。不宜采用玻璃、石材、镜面等反光材料作为室内装修面层，以避免比赛状态下对运动员的视觉影响。墙面上的扩散造型也不宜过为繁复，满足功能即可，以控制工程造价。【END】
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