王曉東 閔一建 夏澤虎

(陜西師范大學(xué),西安 710062)

近年來(lái)新建的體育館通常超越了固有的功能,且有很大的擴(kuò)展,綜合性體育館尤為突出.在體育館內(nèi)舉行各種會(huì)議、各種大型文娛表演以及演奏交響樂(lè)和流行音樂(lè),已經(jīng)不是偶然或額外的事,而是把它作為一項(xiàng)提高社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的內(nèi)容列入設(shè)計(jì)任務(wù)書中.因此,目前的體育館實(shí)質(zhì)上成為多功能大廳,因而在聲學(xué)設(shè)計(jì)上有較高的要求.由于體育館的容量(容積和容座)大,混響時(shí)間長(zhǎng),平均自由程遠(yuǎn)超出一般會(huì)堂,容易引起各種音質(zhì)缺陷,而可以用作吸聲處理的部位和面積極為有限,從而增加了聲學(xué)設(shè)計(jì)的難度.自然聲演出僅限于在小型體育館內(nèi)的交響樂(lè)和鋼管樂(lè)演奏,機(jī)會(huì)甚少,因此在聲學(xué)設(shè)計(jì)中要考慮用擴(kuò)聲系統(tǒng)的演出方式.但優(yōu)質(zhì)的擴(kuò)聲效果必須通過(guò)合理的建聲設(shè)計(jì)才能得以實(shí)現(xiàn),兩者是相輔相成的,只有相互密切配合,才有可能用最低的投資獲得良好的音質(zhì)和視聽(tīng)效果.體育館的聲學(xué)設(shè)計(jì)與館的類別、規(guī)模(容量)和使用功能有關(guān).因此,根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范和建設(shè)要求選擇合理的聲學(xué)設(shè)計(jì)指標(biāo)是聲學(xué)設(shè)計(jì)的首要任務(wù).

體育訓(xùn)練館在體育館中又是特殊的一種,由于沒(méi)有座位,它的自然混響時(shí)間比同容積的有座位的體育館長(zhǎng).體育訓(xùn)練館也可作為多功能體育館使用,除了滿足正常的體育訓(xùn)練、比賽外,還要作為文藝演出場(chǎng)地,所以體育訓(xùn)練館還應(yīng)考慮滿足文藝演出的混響時(shí)間.

本文以陜西師范大學(xué)新建的體育訓(xùn)練館為例,它是一座多功能的體育館.為了滿足使用要求,在館內(nèi)做了必要的布置和聲學(xué)處理.館內(nèi)可同時(shí)設(shè)兩個(gè)籃球場(chǎng),而西側(cè)籃球場(chǎng)在演出時(shí)作為舞臺(tái)區(qū).南、北、東方向設(shè)有二層和三層走廊.室內(nèi)平面如圖1所示.

圖1 體育訓(xùn)練館平面圖

1 室內(nèi)聲學(xué)設(shè)計(jì)

陜西師范大學(xué)訓(xùn)練館是用于訓(xùn)練、比賽兼顧小型演出、會(huì)議的場(chǎng)館,體積約22814 m3.在該場(chǎng)館的設(shè)計(jì)中建筑聲學(xué)和電聲學(xué)是影響室內(nèi)聲學(xué)效果的兩大組成部分,建筑聲學(xué)是訓(xùn)練館建設(shè)的基礎(chǔ),而電聲學(xué)具有進(jìn)一步美化完善室內(nèi)聽(tīng)音效果的功能.因此該廳堂的聲音的聽(tīng)聞條件、視覺(jué)效果是由建筑聲學(xué)、擴(kuò)聲系統(tǒng)以及大廳空間建筑設(shè)計(jì)等要求所組成的一個(gè)系統(tǒng).為了保證室內(nèi)聲學(xué)音質(zhì)的質(zhì)量,訓(xùn)練館內(nèi)的裝修材料要結(jié)合良好聲學(xué)擴(kuò)散和均勻吸聲效果,同時(shí)要考慮到墻裙的材料對(duì)運(yùn)動(dòng)員的保護(hù)與耐撞功能,另外考慮整個(gè)室內(nèi)的裝飾風(fēng)格與色調(diào)的搭配,既滿足使用的要求又讓人的視覺(jué)感覺(jué)和諧統(tǒng)一.

由于采用擴(kuò)聲系統(tǒng),必須充分發(fā)揮電聲設(shè)備性能,使其具有明顯的方向感、人工混響等效應(yīng),同時(shí)要保證語(yǔ)言清晰度、音樂(lè)的頻響及動(dòng)態(tài)范圍等指標(biāo).建筑聲學(xué)參照《體育建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》(JGJ 31-2003),按體育功能設(shè)計(jì).電聲擴(kuò)聲系統(tǒng)參照《體育館聲學(xué)設(shè)計(jì)及測(cè)量規(guī)程》(JGJ/T131-2000),按擴(kuò)聲系統(tǒng)二級(jí)設(shè)計(jì),主要技術(shù)指標(biāo)如下:

建筑聲學(xué)特性指標(biāo):根據(jù)規(guī)范按丙級(jí)體育館設(shè)計(jì),選擇合適的混響時(shí)間,做好吸聲與擴(kuò)散處理,建立良好的混響聲場(chǎng),降低背景噪聲,以保證語(yǔ)言清晰度和豐滿度.平均混響時(shí)間(滿場(chǎng)):1.5±0.15s;背景噪聲:NR40dB;擴(kuò)聲系統(tǒng)特性指標(biāo):聲場(chǎng)不均勻度＜10 db(1～4kHz);傳輸頻率特性:+4～-6db(0.25～4 kHz);傳聲增益＞-12 db(0.25～4 kHz);最大聲壓級(jí):98db(0.25～4kHz).

2 室內(nèi)聲學(xué)裝飾與擴(kuò)聲

該訓(xùn)練館頂部處理:頂部采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu),為做到自然采光和節(jié)能需求,屋面近2/3的面積采用雙層鋼化加膠中空玻璃,其余的屋面采用彩鋼板屋面.玻璃屋面、二層和三層的南北側(cè)有大量的玻璃窗,地面采用運(yùn)動(dòng)體育木地板,這些都會(huì)對(duì)聲音產(chǎn)生強(qiáng)反射作用,出現(xiàn)顫動(dòng)回聲和長(zhǎng)混響.為解決這些難點(diǎn),我們從吊頂、墻面兩大部分進(jìn)行聲學(xué)處理.

本館采用頂部吸聲以低、中頻為主,從三方面解決吸音問(wèn)題:

(1)為解決玻璃屋面下與地面之間因硬反射而引起的顫動(dòng)回聲,通過(guò)均布30個(gè)懸掛空間吸聲體,加強(qiáng)空間吸聲與聲擴(kuò)散,有效地解決了顫動(dòng)回聲.

(2)在屋面彩鋼板下,增加一層穿孔鋁塑板,在彩鋼板下與穿孔鋁塑板之間留0.30m空隙,用0.05m吸聲棉填充,以增加頂部吸聲效果.

(3)一、二、三層周邊圍繞訓(xùn)練館走廊頂部采用鋁格柵吊頂,在鋁格柵吊頂上部用防火布上鋪0.05m吸音棉,后空腔大于0.50m,既起到了裝飾作用又增強(qiáng)吸音.

側(cè)墻吸聲重點(diǎn)在西側(cè)的舞臺(tái)背后和東側(cè)墻面.南北墻只考慮墻裙部分的吸聲處理.由于訓(xùn)練館西面的籃球場(chǎng)也是多功能使用時(shí)的舞臺(tái)區(qū),因此在西面墻面布置了柚木色木質(zhì)穿孔板和淡黃色木絲板,在控制混響時(shí)間的同時(shí),以獲得較好的音質(zhì)環(huán)境.

在舞臺(tái)區(qū)的后面布置了可升降的幕布,方便了文藝演出的需要,在舞臺(tái)區(qū)的正上方布置了一對(duì)線陣列音響系統(tǒng)和舞臺(tái)燈光,通過(guò)中控室可以調(diào)節(jié)音響系統(tǒng)、燈光的顏色和強(qiáng)度,以滿足在多功能使用時(shí)的音質(zhì)和燈光要求.在大廳上空均布了8只高保真音箱,保證比賽時(shí)的擴(kuò)聲.如圖2所示.

圖2 大廳屋面下舞臺(tái)音響、燈光與空間吸聲體布置

3 聲學(xué)測(cè)量與方法

采用SZTS自動(dòng)測(cè)量混響時(shí)間系統(tǒng),建筑聲學(xué)測(cè)量?jī)x自帶的粉紅噪聲源,輸給M1000功率放大器,經(jīng)過(guò)十二面體的SZSY無(wú)指向性聲源把噪聲擴(kuò)散到整個(gè)館中.無(wú)指向性傳聲器將接受到的聲信號(hào)傳輸給SZTS建筑聲學(xué)測(cè)量?jī)x,把接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),經(jīng)1/3窄帶濾波器濾波,進(jìn)行混響時(shí)間自動(dòng)測(cè)量.測(cè)試系統(tǒng)如圖3所示.

圖3 訓(xùn)練館測(cè)量系統(tǒng)示意圖

測(cè)量用的無(wú)指向性聲源置于大幕線中心舞臺(tái)區(qū).測(cè)量混響時(shí)間選擇12個(gè)測(cè)點(diǎn),測(cè)點(diǎn)1、2、3位于館內(nèi)西面籃球場(chǎng),也是多功能使用時(shí)的舞臺(tái)區(qū).測(cè)點(diǎn)4位于整個(gè)訓(xùn)練場(chǎng)地中央,測(cè)點(diǎn)5、6、7位于館東面籃球場(chǎng).測(cè)點(diǎn)8、9、10位于一層場(chǎng)地北邊的走廊.11、12測(cè)點(diǎn)分別在二層、三層北側(cè).接受傳聲器離地面高度為1.60m.

根據(jù)《廳堂擴(kuò)聲特性測(cè)量方法》(GB/T 4959-1995),對(duì)訓(xùn)練館的擴(kuò)聲系統(tǒng)進(jìn)行聲學(xué)測(cè)試,測(cè)點(diǎn)分布為1～34號(hào).測(cè)點(diǎn)選取如圖4所示.

圖4 各層平面測(cè)點(diǎn)示意圖

4 測(cè)量數(shù)據(jù)及分析

混響時(shí)間測(cè)量:對(duì)訓(xùn)練館12個(gè)測(cè)點(diǎn)逐一測(cè)量,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)記錄下每個(gè)測(cè)點(diǎn)的各個(gè)頻率段的混響時(shí)間值,并自動(dòng)計(jì)算出平均值.給出4號(hào)測(cè)點(diǎn)自動(dòng)測(cè)量全頻段的混響時(shí)間頻率特性圖,如圖5所示.

圖5 4號(hào)測(cè)點(diǎn)混響時(shí)間頻率特性圖

將大廳各測(cè)點(diǎn)6個(gè)頻率段的混響時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì),計(jì)算得出各頻率下的總平均混響時(shí)間頻率特性,見(jiàn)表1.

表1 大廳各頻率下的總平均混響時(shí)間和背景噪聲

根據(jù)以上數(shù)據(jù),得出該館空?qǐng)龌祉憰r(shí)間頻率特性曲線圖,如圖6所示.

圖6 總平均混響時(shí)間頻率特性曲線(空?qǐng)?

通過(guò)對(duì)空?qǐng)鰧?shí)測(cè)混響時(shí)間頻率特性曲線圖分析,可以發(fā)現(xiàn),125～500Hz在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi),500～4000 Hz頻段的混響時(shí)間高于滿場(chǎng)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)值,但是這樣的變化有益于提高訓(xùn)練館的語(yǔ)言清晰度.由于平時(shí)訓(xùn)練時(shí)館內(nèi)人數(shù)較少,只有運(yùn)動(dòng)員與教練員,使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)他們之間進(jìn)行語(yǔ)言交流時(shí),聽(tīng)音清晰,能清楚地明白對(duì)方的意思.當(dāng)訓(xùn)練館進(jìn)行文藝演出時(shí),人數(shù)超過(guò)1/2滿場(chǎng)時(shí),由于人們衣服在1000～4000Hz有一個(gè)吸聲峰,此時(shí)中高頻段的混響時(shí)間將會(huì)降低,使得館內(nèi)的混響時(shí)間頻響變得比較平滑.

擴(kuò)聲系統(tǒng)特性測(cè)試:測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2.

表2 擴(kuò)聲系統(tǒng)測(cè)試參數(shù)

聲場(chǎng)缺陷分析:采用猝發(fā)聲信號(hào),頻率從125～8000Hz,觀察大廳內(nèi)有無(wú)顫動(dòng)回聲現(xiàn)象,通過(guò)分析發(fā)現(xiàn),接受到的猝發(fā)聲很快衰減下來(lái),沒(méi)有出現(xiàn)明顯顫動(dòng)回聲現(xiàn)象.圖7是接收到的800 Hz猝發(fā)聲信號(hào)時(shí)域譜圖.

圖7 訓(xùn)練館大廳800Hz猝發(fā)聲接收信號(hào)

5 結(jié) 論

作為多功能的訓(xùn)練館,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況,合理地利用了頂棚空間,設(shè)計(jì)了中低頻吸聲結(jié)構(gòu),獲得較大的吸聲量.并在玻璃頂棚下均布了空間吸聲體,解決了該區(qū)域的吸聲和顫動(dòng)回聲問(wèn)題,獲得較合理的混響時(shí)間.通過(guò)猝發(fā)聲實(shí)驗(yàn),沒(méi)有發(fā)現(xiàn)顫動(dòng)回聲現(xiàn)象.在擴(kuò)聲系統(tǒng)中主聲場(chǎng)區(qū)采用線陣列音響,四周均布高保真音箱,獲得了均勻的聲場(chǎng)及良好的音質(zhì)效果.經(jīng)嚴(yán)格測(cè)試,其空?qǐng)銎骄祉憰r(shí)間1.69s,聲場(chǎng)不均勻度6.5 dB,背景噪聲達(dá)到NR33 dB.各項(xiàng)擴(kuò)聲指標(biāo)除了最大聲壓級(jí)略小外,均達(dá)到設(shè)計(jì)要求,主觀試聽(tīng)滿意.當(dāng)館內(nèi)的人數(shù)達(dá)到滿場(chǎng)或者1/2滿場(chǎng)時(shí),由于人們衣服高頻吸聲的原因,在2000 Hz附近的混響時(shí)間將會(huì)降低,使得館內(nèi)的混響時(shí)間頻響變得比較平滑,滿足該廳堂建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)的要求.在文藝演出時(shí),采用電子混響器調(diào)節(jié)館內(nèi)的混響時(shí)間,可以滿足文娛演出的需求.2008年12月的陜西省排球聯(lián)賽在該館舉辦,經(jīng)受使用的考驗(yàn),受到人們好評(píng),是一座較優(yōu)秀的多功能體育館.如圖8所示.

圖8 訓(xùn)練館現(xiàn)場(chǎng)比賽

通過(guò)對(duì)體育訓(xùn)練館的建筑聲學(xué)設(shè)計(jì),聲學(xué)裝飾材料選擇,擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì),到聲場(chǎng)測(cè)試、分析整個(gè)研究過(guò)程,進(jìn)一步明確了聲學(xué)設(shè)計(jì)在建筑工程中的重要意義.建聲處理對(duì)能否達(dá)到合理的混響時(shí)間,來(lái)滿足室內(nèi)聽(tīng)音要求,起著決定性作用.

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