體育館聲學(xué)設(shè)計(jì)的建筑因素---建筑聲學(xué)處理
摘 要： 體育館建筑特點(diǎn)是容積大，聲學(xué)處理面積少，主要是在吊頂。因此大容積和吊頂?shù)穆晫W(xué)特性是解決館內(nèi)音質(zhì)問題------擴(kuò)聲清晰的關(guān)鍵。
1 聲處理
體育館內(nèi)的建筑設(shè)計(jì)與建聲處理一般為：
1.1 頂棚的處理
體育比賽、文娛演出等都在比賽場(chǎng)地上進(jìn)行，它面積大、地面的聲反射性能強(qiáng)、高度大（至少應(yīng)為12.5m）、聲反射距離長，在地面與頂棚之間具有多次反射，產(chǎn)生多重回聲，干擾運(yùn)動(dòng)員的注意力和容易判斷錯(cuò)誤。文娛演出時(shí)，話筒位于此處，接收了反射聲，會(huì)產(chǎn)生嘯叫，影響演出。所以比賽場(chǎng)地上方的頂棚無論是上凸的、下凹的和水平的，都應(yīng)有寬頻帶、強(qiáng)吸聲的聲學(xué)處理。館內(nèi)頂棚的處理方式有兩種，即有吊頂和無吊頂。有吊頂?shù)膬?yōu)點(diǎn)是減少館內(nèi)的容積對(duì)控制音質(zhì)和節(jié)能有利，在吊頂內(nèi)可以布置燈光、管道、檢修馬道以及擴(kuò)聲設(shè)備等。館內(nèi)具有整齊、美觀的效果。缺點(diǎn)是吊頂?shù)脑靸r(jià)太大，一萬平方米面積的吊頂相當(dāng)一個(gè)練習(xí)館的代價(jià)。無吊頂?shù)膬?yōu)點(diǎn)，可以接合保溫、隔熱在屋面板處加吸聲材料，一材多用，節(jié)約投資；燈具、擴(kuò)聲設(shè)備等布置靈活自由；也能達(dá)到美觀、整齊和新穎的效果。缺點(diǎn)是增加了20~30%的容積，上凸式的增加則非常大，甚至到達(dá)驚人的地步。
體育館是以擴(kuò)聲揚(yáng)聲器為主要聲源，所以自聲源反射出來的聲能的途徑一部分是到達(dá)觀眾席再反射到頂棚，另一部分到達(dá)比賽場(chǎng)地，再反射到頂棚，因此頂棚是館內(nèi)聲反射必經(jīng)之地，也是吸聲有效之地。體育館的頂棚約占館內(nèi)總表面積的40%，其吸聲量約占空?qǐng)隹偽暳康?0%。
1.2 墻面處理
體育館的墻面面積較少，約占館內(nèi)總表面積的12~16%，并且計(jì)分牌又占去很大一部分，有的墻面上還有玻璃，所以可以布置吸聲材料的面積不多，然而在墻面上布置吸聲材料或構(gòu)件是很重要的，以往布置低頻吸收的如穿孔板類較多。文娛演出時(shí)，往往以布置在比賽場(chǎng)地內(nèi)流動(dòng)的擴(kuò)聲系統(tǒng)為主，射向觀眾席的各種聲音容易被墻所反射，產(chǎn)生長距離的反射而形成回聲和由于具有平行表面產(chǎn)生的顫動(dòng)回聲，還有沿著墻爬行的現(xiàn)象，后座易受干擾。所以墻面上宜布置寬頻帶的吸聲材料和構(gòu)件，也可以布置擴(kuò)散體，改善館內(nèi)的音質(zhì)條件。
2 建聲設(shè)計(jì)中存在的問題
體育館的容積大，不僅是由于它的容量多，同時(shí)比賽功能也要求大的場(chǎng)地和足夠的高度（一般是不低于12.5m）。一般小型體育館的容積為2~4萬m3，中型的為5~7萬m3，大型的大致在8~10萬m3甚至更多。平均每個(gè)觀眾所占容積為5-10m3，特殊體型的甚至可達(dá)20~30m3。大多數(shù)的游泳館由于高臺(tái)跳水的要求，其高度更高，所以每座所占容積往往大于20m3。容積大產(chǎn)生下列的問題。
2.1 混響時(shí)間長
通過實(shí)踐和調(diào)研，在擴(kuò)聲清晰的前提下，體育館的容積雖然相差很大 (幾乎相差八倍)。大、中和小型的體育館的混響時(shí)間在1.6~2.0s（中頻），游泳館為2~2.5s，頻率比（中頻與125Hz之比）在1: 1.0~1.3，允許噪聲為NR35~40,達(dá)到了這些要求一般都能獲得較好的效果，甚至“體積為30多萬m3，混響時(shí)間長達(dá)3-3.5s的特大型體育館中控制揚(yáng)聲系統(tǒng)的中頻指向性因素（10左右），也能較好地解決擴(kuò)聲清晰問題”[1]。所以，體育館內(nèi)的音質(zhì)設(shè)計(jì)宜采用多種綜合辦法來解決，也就是在爭(zhēng)取減短館內(nèi)混響時(shí)間的前題下，合理布置揚(yáng)聲器系統(tǒng)，控制揚(yáng)聲器系統(tǒng)的指向性特性，獲得良好的擴(kuò)聲直達(dá)聲能與混響聲能之比，達(dá)到擴(kuò)聲清晰是擴(kuò)聲設(shè)計(jì)的有效方法。
2.2 低頻振動(dòng)
體育館建聲設(shè)計(jì)一般只考慮125~4000Hz范圍，習(xí)慣認(rèn)為在大容積的空間內(nèi)，它的簡(jiǎn)正方式的分布是無規(guī)的，可以忽略低頻振動(dòng)的問題。實(shí)際上，大容積空間存在著低頻振動(dòng)，并且能量很大，作用的頻率范圍很寬（20~500Hz），對(duì)音質(zhì)影響很大，這是不容忽視的[2]（圖1）。大多數(shù)體育館對(duì)于低頻的聲學(xué)處理只是在兩側(cè)墻面采用穿孔率P=10%左右的穿孔板，由于該兩處的面積有限，僅占館內(nèi)總表面積的12~16%，所以在吸聲量和頻率要求上是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求。
有的擴(kuò)聲系統(tǒng)中設(shè)有信號(hào)處理器，可以不增加總功率，提高對(duì)語言清晰度有貢獻(xiàn)的頻段（中、高頻）的聲能比（或信噪比），改善擴(kuò)聲清晰。這對(duì)具有低頻振動(dòng)的情況，因低頻混響時(shí)間過長有低頻掩蔽產(chǎn)生“拖泥帶水”的感覺，導(dǎo)致語言不清晰的改善也可采用這措施。
 |
2.3 混響時(shí)間計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的誤差大
2.3.1混響室的容積約為200m3，其高約為5m；體育館的容積至少為2萬m3，甚至可達(dá)15~20萬m3，其高度至少12.5m，所以二者的聲場(chǎng)是非常不同的，因此同一材料或構(gòu)件所表現(xiàn)的吸聲性能的差別必然是很不同的，（從表1可知試驗(yàn)值與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的推算值有很大差異）。
2.3.2努特生曾在以他命名的實(shí)驗(yàn)室中對(duì)吸聲材料進(jìn)行不同高度測(cè)量，發(fā)現(xiàn)離材料越近吸聲性能越好。
2.3.3空間大，聲程長，高頻聲能衰減多，所以會(huì)影響材料的高頻吸聲系數(shù)。
2.3.4假如是深空間吊頂，則存在著透射現(xiàn)象，吸收低頻聲能力強(qiáng)。
2.3.5空間吸聲體懸掛位置的不同也表現(xiàn)了其吸聲性能有很大差別。（見表2所示）
|
表1 混響時(shí)間計(jì)算與實(shí)測(cè)值比較（空?qǐng)觯?/p>
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
表2 空間吸聲體不同位置的吸聲系數(shù)與試驗(yàn)室值結(jié)果比較
|
3 吊頂?shù)穆晫W(xué)特性
體育館吊頂聲學(xué)處理大概有下述四種：在精心聲學(xué)設(shè)計(jì)下它們都能達(dá)到技術(shù)指標(biāo)要求。
3.1 大后空
這類吊頂一般都采用多孔材料，吊頂后的空間很深（約2~3m） 它們的吸聲系數(shù)約為0.70左右（中頻）， 125、250Hz的吸聲系數(shù)大約為0.75~0.80；頻率比都能達(dá)到1:1.0~1.3的要求，能以擴(kuò)聲清晰。表明這類吊頂固具有高大的后空，具有很強(qiáng)的透射吸收低頻的能力（見表3）
3.2 共振型
這類吊頂一般是硬質(zhì)金屬的、化學(xué)的、木質(zhì)的板材，一般都進(jìn)行穿孔（P<10%），至實(shí)際中它們的頻率比往往大于1:1.3(125Hz)，有的還超出很多。所以達(dá)不到擴(kuò)聲清晰的要求。這現(xiàn)象表明輕質(zhì)材料吊頂?shù)耐干湮盏皖l能力遠(yuǎn)大于硬質(zhì)材料吊頂?shù)墓舱裎暤哪芰浚▓D2）。表示穿孔板的吸聲性能在后空為27cm、50cm時(shí)較好，但在中頻段有反 共振現(xiàn)象，則不利。
 |
3.3 空間吸聲體
空間吸聲體多半是由輕質(zhì)材料板吊掛在弦桿上組合成，其性能特點(diǎn)：因其位置而異，差別很大見表2。低頻的差異仍為透射吸收的作用，而高頻的差異是空間吸聲體在混響室中因繞射作用的關(guān)系。但是，這類吊頂因忽視大空間的低頻聲的處理，雖然中頻的指標(biāo)是達(dá)到了，而低頻超出1:1.13的頻率比，擴(kuò)聲清晰較差，不如大后空的，但比共振型的效果好。
|
表3 體育館中不同吊頂?shù)穆晫W(xué)性能（混響室和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的比較）
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3.4混合式的
以空間吸聲體為主，采用其高吸聲系數(shù)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又具有通透輕盈多變化的特點(diǎn)。在看臺(tái)上部采用輕質(zhì)材料為吊頂，具有深的空間，所以產(chǎn)生透射效應(yīng)彌補(bǔ)了低頻吸收的不足，如天津河西體育館的處理，其125Hz的頻率比為1:1.14，擴(kuò)聲清晰。另外，以空間吸聲體為吊頂?shù)，在屋面板與吸聲體之間的空間中增加低頻吸聲結(jié)構(gòu)，這是在廣州中山紀(jì)念堂采用低頻吸聲結(jié)構(gòu)之外的又一例，也取得很好的效果125Hz的頻率比為1:1.10，擴(kuò)聲清晰。
參考文獻(xiàn)：
[1] 駱學(xué)聰：“體育館擴(kuò)聲聲學(xué)問題簡(jiǎn)報(bào)”電聲技術(shù)，12/2002
[2] 曹孝振 周方紅：“廣州中山紀(jì)念堂的音質(zhì)改造”電聲技術(shù)，2/2000
[3] 曹孝振 李志良：“廣東韶關(guān)大學(xué)多功能體育館的音質(zhì)設(shè)計(jì)”電聲技術(shù)，4/1999
[4] 曹孝振“天津河西體育館的音質(zhì)設(shè)計(jì)”電聲技術(shù) 2/1997
[5] 曹孝振“天津市河西體育館室內(nèi)環(huán)境設(shè)計(jì)”室內(nèi)設(shè)計(jì)與裝修 2/1997
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
