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體育館吸音改造 體育館聲學(xué)缺陷分析 2.1 改造項目概況 該體育館為矩形平面，長約87m，寬約52m，屋面中部為凹曲面穹頂，屋面兩側(cè)均為膜結(jié)構(gòu)，室內(nèi)總體積約54700m3， 容座2333座。該體育中心主要功能是用于學(xué)生平時體育鍛煉，但需兼顧會議及文藝活動的功能需要（圖1）。 應(yīng)使用方要求，我方對該體育中心室內(nèi)音質(zhì)進行現(xiàn)場主觀試聽與測試，室內(nèi)墻面雖采用了較大面積的吸聲材料，但由于未根據(jù)體型特點及膜結(jié)構(gòu)特性進行針對性設(shè)計，導(dǎo)致室內(nèi)聲場分布不均勻，音質(zhì)效果較差。擴聲系統(tǒng)布局不合理，不僅未能減弱音質(zhì)缺陷的不利影響，反而進一步加劇了聲缺陷的程度。 2.2 聲學(xué)改造目標(biāo) 根據(jù)現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)并結(jié)合主觀感受可知改造方案應(yīng)重點解決下列幾個問題。 (1)改善混響時間頻率特性，解決“起包”現(xiàn)象。根據(jù)混響時間測量結(jié)果可知，改造前該體育館空場混響時間f=1000Hz時為4.1s，且在此頻率位置曲線出現(xiàn)峰值?？請龈黝l段混響時間實測值詳見表1。 (2)凹曲面穹形頂棚存在聲聚焦現(xiàn)象[14,15]。由于原有凹曲面頂棚未考慮吸聲和擴散處理，聲線聚焦位置恰在人耳高度附近。根據(jù)實測結(jié)果可知，在無指向性聲源作用下，聚焦點位置的平均聲壓級（線性計權(quán)）比其他位置高2.5d B。
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體育館吸音改造 和一般劇場、音樂廳、會議廳等廳堂相比，體育館能做吸聲處理的表面積比較少，所以混響時間普遍偏長。 目前，從國內(nèi)到國外，不論是新建館還是舊館改造,普遍都設(shè)計成" 多功能"的模式。不僅具備體育訓(xùn)練和比賽的功能，還承擔(dān)集會、展覽、慶典、文藝演出甚至放電影等多樣功能。據(jù)資料介紹，美國舊金山某體育設(shè)施的使用比率 中, 體育比賽占51.7%, 音樂會占19.4%, 馬戲、冰上舞蹈占7.1%, 展覽及其它活動占21.8%。澳大利亞墨爾本某體育館，音樂演出占50%左右。這是體育產(chǎn)業(yè)化、社會化帶來的發(fā)展動向。 二、 體育館建筑聲學(xué)設(shè)計的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 建設(shè)部近年先后頒發(fā)了JGJ/T131-2012 《體育場館聲學(xué)設(shè)計及測量規(guī)程》和JGJ31-2003《體育建筑設(shè)計規(guī)范》兩個文件，其中有關(guān)建聲設(shè)計的指標(biāo)及要求有以下幾點： 〔1〕體育館建筑聲學(xué)條件應(yīng)以保證語言清晰為主。 〔2〕不得產(chǎn)生明顯的聲聚焦、回聲、顫動回聲等音質(zhì)缺陷。 〔3〕中小型體育館混響時間在500-1000Hz范圍內(nèi)宜設(shè)置:1.3-1.5s。 各頻率混響時間相對于500-1000Hz混響時間的比值： 頻率〔Hz〕 125 250 2000 4000 比值 1.0-1.3 1.0-1.1 0.9-1.0 0.8-0.9 〔4〕大廳上空應(yīng)設(shè)置吸聲材料或吸聲構(gòu)造。 〔5〕大廳四周的玻璃窗應(yīng)設(shè)有吸聲效果的窗簾。 〔6〕大面積墻面應(yīng)做吸聲處理。 〔7〕比賽場地周圍的矮墻、看臺欄板宜設(shè)置吸聲構(gòu)造，或控制傾斜角度和造型。
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體育館吸音改造 膜結(jié)構(gòu)頂棚以其輕質(zhì)、高強度、造型可塑性強等優(yōu)點在高大空間建筑設(shè)計中被廣泛應(yīng)用，然而該結(jié)構(gòu)由于其自身材質(zhì)的特殊性又對室內(nèi)音質(zhì)設(shè)計提出了更高的要求。傳統(tǒng)的大空間音質(zhì)設(shè)計以控制全頻混響時間和避免聲缺陷為重點，較低的混響時間及平直的頻率特性有利于擴聲系統(tǒng)的使用。常見的處理方式即在頂面結(jié)合金屬屋面做聲學(xué)處理或者大面積懸掛吸聲體，而在膜結(jié)構(gòu)的高大空間中這些方法將受到較大的限制，一方面是基于膜自身的吸聲特性，由于自振頻率較低且面積較大，膜結(jié)構(gòu)低頻吸聲性能較好，同時較大的平均自由程使得空氣吸聲量在總吸聲量中的比例增大，頻率特性在高頻段斜率急劇減小，從而在中低頻段某處出現(xiàn)拐點（“起包”現(xiàn)象）；另一方面，吸聲界面受到限制，在已有膜結(jié)構(gòu)的表面難以懸掛較大的荷載且難以進行聲學(xué)處理，若頂棚較高，則平整的膜表面與地面之間容易產(chǎn)生顫動回聲的音質(zhì)缺陷。由此可見，分析已有的膜結(jié)構(gòu)聲學(xué)設(shè)計案例并探索其音質(zhì)設(shè)計策略具有重要的理論和現(xiàn)實意義。 高大空間建筑聲學(xué)設(shè)計是當(dāng)代建筑聲學(xué)工程技術(shù)的重要研究方向，文獻[1,2,3,4,5]中闡述了體育館、主題樂園、展廳等不同功能的高大空間聲學(xué)設(shè)計方案，這些方案具有一定共性，即頂面往往能夠作為重要的吸聲面且限制較??；而關(guān)于膜結(jié)構(gòu)聲學(xué)性能的研究較少，僅有的文獻則更多關(guān)注膜結(jié)構(gòu)的空氣聲隔聲性能[6,7]。本文以某膜結(jié)構(gòu)體育館的聲學(xué)改造工程為例，通過分析改造前室內(nèi)聲場的音質(zhì)缺陷，提出合理的建聲和電聲解決方案，采用聲學(xué)模擬軟件仿真計算室內(nèi)聲場，并通過現(xiàn)場測量驗證方案的可行性。
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