特大型多用途體育館聲學設計實踐

於秀，楊玉琦，王紅衛

（華南理工大學，建筑學院，廣州 510640）

前言

多用途體育場館不僅可以舉行體育賽事、運動員訓練等體育活動，為人民群眾的日常體育鍛煉提供場地，還可以作為舉辦展覽、演唱會以及大型會議等多種豐富活動的場地。與劇院建筑相比，體育館的室內容積巨大，混響時間較長，容易產生回聲、顫動回聲、聲聚焦等聲缺陷，且體育館可布置吸聲材料或結構的面積也很有限。為滿足體育館多種用途使用需要，針對各種不同使用狀態下的聲學設計顯得尤為重要。

根據建筑工程行業標準《體育建筑設計規范》（JGJ 31—2003）規定，觀眾席容量超過10 000座以上的體育館規模為特大型體育館。這種特大型體育館在城市中經常擔任著城市形象與標志建筑的作用，所以這種特大型的多用途體育館有著多種使用方式。然而，各種不同使用形式對建筑聲學指標的要求并不一樣，如體育賽事與文娛演出對室內混響時間的要求就不一樣。本文以廣東省順德市德勝體育中心的一個特大型多用途體育館為例，探討體育賽事狀態下與文藝演出狀態下的不同的聲學設計目標以及如何實現這些目標。

1 工程概況

德勝體育中心主要包括多用途體育館、游泳館和綜合體育場，可以滿足大型體育賽事與文藝演出的需求。其中多用途體育館需容納1.2萬～1.3萬人，可舉行大型室內體育賽事、文藝演出、大型會議等活動的功能。

該多用途體育館的平、剖面如圖1、圖2所示，觀眾席共12 040座，其中活動座椅3172座，固定座椅8868座。觀眾席圍繞比賽場地四周布置，控制室、評論員控制室、導播控制室等比賽服務用房位于一層，比賽大廳總長度為117.8m、寬度為98.8m、最高處為38.4m，比賽大廳容積約為26.3萬m3，內表面總面積約為32 370m2，每座容積約為21.8m3。屋頂采用桁架結構，跨度大，屋面則采用輕質金屬材料。

2 聲學設計指標的確定

體育館聲學設計目標為：1）比賽大廳具有合適的混響時間及語言清晰度；2）聲場分布均勻；3）沒有回聲、顫動回聲、聲聚焦等聲缺陷；4）無噪聲干擾。

圖1 多用途體育館平面圖

圖2 多用途體育館縱剖面圖

2.1 混響時間及其頻率特性

根據標準《體育場館聲學設計及測量規程》（JGJ/T 13—2012）要求，綜合體育館比賽大廳滿場混響時間的選擇宜符合下列規定：1）在頻率為500～1000Hz時，不同容積比賽大廳的滿場混響時間宜滿足表1的要求；2）相對于500～1000Hz，各頻率混響時間的比值宜符合表2的規定。

表1 不同容積比賽大廳500～1000Hz滿場混響時間

表2 各頻率混響時間相對于500～1000Hz混響時間的比值

該多用途體育館比賽大廳的室內容積約為26.3萬m3，根據以上內容，超過了表1中的最大容積值。文藝演出狀態下可布置吸聲材料的面積多于體育賽事狀態，因此文藝演出狀態下的混響時間設計值可比體育賽事狀態下稍低些。該多用途體育館在不同使用狀態下比賽大廳滿場各頻率混響時間設計建議值如表3。

表3 不同使用狀態下比賽大廳滿場（80%）各頻率混響時間設計指標值/s

2.2 語言清晰度

根據規范要求，體育館應保證使用擴聲系統時的語言清晰度。為滿足此體育館多樣的使用要求，需對擴聲系統語言清晰度進行控制。主觀語言清晰度或語言可懂度與客觀指標語言傳輸指數STI之間有良好的對應關系，見表4。

表4 語言傳輸指數STI與語言可懂度之間的關系

由表4可確定，體育賽事狀態與文藝演出狀態的語言傳輸指數STI設計目標均可為：90%的座位區域空場時不低于0.50，滿場時不低于0.60。

2.3 噪聲控制

根據《體育場館聲學設計及測量規程》（JGJ/T 13—2012）與《民用建筑隔聲設計規范》（GB 50118—2010）要求，當體育館比賽大廳內無人時，在通風、空調、照明等設備正常工作條件下，該多用途體育館比賽大廳及其輔助房間的室內背景噪聲限值宜符合表5中的規定。

表5 體育館比賽大廳及其輔助房間的室內背景噪聲限值

2.4 避免聲缺陷產生

體育館比賽大廳的聲場應分布均勻。由于該多用途體育館比賽大廳室內容積巨大，可布置吸聲材料的表面相對較少，直達聲與反射聲的聲程差往往超過17m，易產生回聲；另外，由于屋面為穹弧形，易產生聲聚焦。因此在進行聲學設計時應采取方法避免這些缺陷的產生。

3 吸聲材料的選擇與布置

該多用途體育館可布置吸聲材料或結構的主要部位就是屋頂天花。屋頂呈穹弧面，穹弧面極易產生聲聚焦，導致聲場分布不均勻，因此除了要考慮在屋頂增加吸聲量，縮短混響時間外，還必須考慮如何解決穹弧面帶來的聲聚焦問題。

該體育館比賽大廳室內容積超過26萬m3，每個座席的容積高達21.8m3，除在座席后墻、場地周圍的欄板等地布置強吸聲材料外，可供布置吸聲材料的界面很少。通過計算，僅在比賽大廳座席后墻以及場地周圍的擋板上布置強吸聲材料，不能滿足混響時間的要求，必須增加大量吸聲面積，有效的方法是懸掛空間吸聲體。空間吸聲體由于各表面都暴露在聲場中，所以吸聲效率最高，按投影面積計算，空間吸聲體的吸聲系數可大于1。空間吸聲體建議采用吸聲系數較大的板狀織物吸聲體。座席后墻、場地周圍的欄板采用木紋穿孔吸音板，內填50mm厚48kg/m3玻璃棉，使用玻纖布包裹。這兩種材料的吸聲系數見表6。

表6 體育館主要吸聲材料吸聲系數表

該多用途體育館外形呈橢圓形，屋頂采用桁架結構，選擇采用垂片式空間吸聲體，吸聲體呈矩形，長度為2000mm，寬度為1200mm，厚度為75mm，片間距為500mm，懸吊在桁架下弦。為了與體育館的整體風格相協調，空間吸聲體整體形狀也呈橢圓形分布，空間吸聲體整體平行于比賽場地布置，可以有效避免穹弧形頂棚可能帶來的聲聚焦缺陷。空間吸聲體布置方式見圖3。

圖3 空間吸聲體平面布置示意圖

通過計算，空間吸聲體的吸聲總面積至少需3000m2。不同狀態下的混響時間計算見表7、表8。

表7 體育賽事狀態下比賽大廳滿場（80%觀眾量）混響時間計算表

表8 文藝演出狀態下比賽大廳滿場（80%觀眾量）混響時間計算表

4 噪聲控制

體育館比賽大廳利用走廊、休息廳等隔絕外界噪聲的干擾，并在這些部位的墻面及吊頂布置吸聲材料。通向比賽大廳的門采用隔聲門，隔聲門的計權隔聲量大于35dB。設備用房同樣采用隔聲門，防止機械設備噪聲傳出。通往體育館的比賽大廳、貴賓接待室、控制室等房間的送風、回風管道均采取消聲和減振措施。

5 軟件仿真模擬

根據以上聲學設計內容，使用ODEON軟件仿真模擬該多用途體育館不同使用狀態下比賽大廳的聲場環境，預測該多用途體育館中頻混響時間可達到設計目標。模擬結果見圖4～圖7。

6 結語

圖4 體育賽事狀態下比賽大廳500Hz混響時間T60模擬結果圖

圖6 文藝演出狀態下比賽大廳500Hz混響時間T60模擬結果圖

圖7 文藝演出狀態下比賽大廳1000Hz混響時間T60模擬結果圖

特大型多用途體育館比賽大廳容積巨大，往往超過行業規范中的最大容積，又因為多用途的需要，混響時間指標不易確定。本文以容積超過26萬m3的多用途體育館為例，建議特大型多用途體育館中頻（500～1000Hz）滿場混響時間設計指標體育賽事狀態下為2.0s，文藝演出狀態下為1.8s。為獲得較短的混響時間，特大型體育館一般需布置大量的吸聲材料，但僅通過在墻面布置吸聲材料是不夠的，在頂棚懸吊空間吸聲體是一種行之有效的方法。