武汉体育馆建筑声学设计方案

   

        武汉体育馆位于汉口桥口区崇仁路口，1956年4月建成，占地5.6万平方米,建筑面积14,490平方米，是武汉市的首座大型的综合性体育馆，其成功改造后承办了第6届全国城市运动会的部分赛事。本文主要介绍该馆的建筑声学设计，其中包括体育馆的建筑声学设计特点、混响时间的控制、音质缺陷的控制和声学测量等内容。

              

                              图1 改造后的武汉体育馆内景

                                       

                                         图2 武汉体育馆平面图

        1 工程概述

        武汉体育馆1956年4月由苏联人建成，是解放后武汉首座综合性体育馆，当年和武汉剧院、武汉展览馆一样，是武汉市的标志性建筑，图1为改造后的武汉体育馆内景。在上世纪80年代中期武昌洪山体育馆建成前，一直是武汉市最重要的体育比赛场地，是世界冠军韩爱萍、周继红、伏明霞、肖海亮等的启蒙地。2005年，政府投入近3000万元进行改造。去年，这里承办了第6届全国城市运动会部分赛事。武汉体育馆占地5.6万m2，建筑面积14 490 m2，比赛大厅面积约为2 345 m2，比赛大厅容积约为31 700 m3，可容纳观众1 300人（含活动座椅），馆正中是比赛馆，可供篮球、排球、羽毛球、乒乓球、拳击、举重、体操、击剑等项目的比赛，属于一座中小型综合性体育馆。

                                 图3 武汉体育馆剖面图

         2 综合性体育馆建筑声学设计特点

        一般厅堂的建筑声学设计包括音质设计与环境噪声及振动控制两大部分。音质设计可分为厅堂体形控制及音质参量的控制；环境噪声及振动控制亦可分为室内环境噪声及振动控制与室外环境噪声及振动控制。而综合性体育馆具有其特殊性：

         1）比赛大厅主要追求语音的清晰度，要求混响时间短，因此比赛大厅的体形主要由结构和功能确定，声学方面不做过多的要求；

         2）对于比赛大厅的每座容积，只是要求不宜过大，过大不仅导致投资增大，而且容易引起音质缺陷；

        3）体育馆内的允许噪声级标准要求不高，室外环境噪声及振动我们一般不做过多考虑，我们只需对主要噪声源—空调制冷系统进行处理，通常背景噪声都能达到允许标准。考虑到上述因素，我们在武汉体育馆比赛大厅建筑声学设计时主要考虑混响时间及频率特性的控制、音质缺陷的控制及混响时间测量等内容。

        3 比赛大厅的混响时间及频率特性的控制
        武汉体育馆比赛大厅容积约为31 700 m3，根据规范，容积小于40 000 m3的体育馆其中频混响时间宜取1.3～1.5s。根据实际使用功能以及该馆的重要性，建议中频满场混响时间设计指标值为1.3（1±10％）s，其各频率的混响时间相对于中频的比值如表1。

             

        该馆比赛大厅能够布置吸声材料与结构的部位仅限于顶部，山墙以及周围的矮墙。要达到设计的混响时间指标值，就要在有限的面积上获得大的吸声量，因此必须要在能够做处理的部位采用强吸声材料与结构，即材料与结构的平均吸声系数大于0.6。遵循上述原则，我们进行了如下建筑声学设计。

        墙面的声学处理：由于比赛大厅一层的周围矮墙东西两面要布置活动座椅，因此我们只能考虑南、北两向墙面做声学处理，而该处的墙面在比赛时经常要遭受撞击。针对这一情况我们采用了轻钢龙骨木制吸声板，板后填充了32kg/m3的离心玻璃吸声棉板的宽频吸声结构。这种结构不仅对各频段吸声效率高，而且解决了这段墙的抗撞击的问题（图4）。

    

        图4 木制吸声板墙面构造                          图5 穿孔FC吸声板墙面构造

        在大厅二层，由于东、西两向墙面大部分面积为窗户，能够布置吸声材料与结构的墙面很少，所以主要对南北山墙进行声学处理。墙裙部分受人为撞击较多，要求面层材料强度较高，我们选用了和一层墙面相同的吸声结构。墙裙以上部分，采用轻钢龙骨水泥纤维板（又名FC板，穿孔率为10％），板后填充32kg/m3的离心玻璃吸声棉板的复合吸声结构（图5）。这种结构不仅吸声性能好且非常经济。顶棚的声学处理：比赛大厅的顶部是弧形的现浇混凝土梁板结构，并且屋面有8条采光带。我们根据屋面弧形走向与采光带的位置设置了256块1500×1200×50定型平板式空间吸声体（图6）。这种空间吸声体是由吸声无纺布包裹50mm厚、密度为32kg/m3的超细玻璃棉板，饰面材料为穿孔的铝板组成。由于存在边缘效应，空间吸声体的吸声性能得到提高，吸声系数往往会大于1，另外它还有一定的装饰效果。

        为了确保设计的可靠性，针对设计方案，我们对比赛大厅的混响时间进行了计算，计算结果如表2从表中估算的结果来看是满足设计初衷的。

        4 比赛大厅音质缺陷的控制

        体育馆比赛大厅音质缺陷的控制往往和混响时间的控制相结合。分析该厅，它可能存在的音质缺陷有回声、颤动回声和声聚焦等。该馆南北存在大面积裸露平行墙面，容易产生回声、颤动回声等音质缺陷。在方案中我们在南北墙面进行了强吸声处理，这既能控制混响时间也能消除音质缺陷。虽然东西墙面也平行，但由于有大量的观众席和设有窗帘的玻璃窗，观众与窗帘本身就是良好的吸声体，所以不会有明显的回声和颤动回声。大厅的顶棚呈凹弧型，可能会产生声聚焦。在设计时我们在顶棚上设置了空间吸声体，这种处理方法也起到了控制混响与控制声聚焦的双重作用。

              

        5 混响时间测量

        建声装修竣工后，我们对该体育馆内进行了空场混响时间的测量。武汉体育馆的平面为矩形，我们选择了具有代表性的七个点进行测量（图7）。测量数据记录见表3。经统计计算，武汉体育馆空场时500Hz的混响时间为1.42秒，半场时的混响时间为1.23秒（500Hz），满场时的混响时间为1.14秒（500Hz）。统计估算的结果稍短于中频混响时间的设计值，实际使用时体育馆很少能达到满场，统计结果对体育馆的使用还是很有利的，符合我国体育建筑相关规范要求的中小型多功能体育比赛大厅的中频满场混响时间应为1.2～1.5秒(500Hz)。

        

                   

        6 结语

        武汉体育馆的声学改造于2006年底完成，至今该馆已接受了数十次体育赛事的检验，其中最引人注目的是它圆满地承办第六届城运会的部分赛事。该馆的声学效果得到了声学专家、领导、运动健儿、普通观众和管理人员的普遍好评。

    参考文献

    [1]体育建筑设计规范 JGJ31—2003。
    [2]体育馆声学设计及测量规范，JGJ/T131—2000。
    [3]建筑隔声评估标准GBJ 121—88。
    [4]中国建筑科学院建筑物理研究所，《建筑声学设计手册》，中国建筑工业出版社，1987，7。
    [5]项端祈，《实用建筑声学》，中国建筑工业出版社，1992，12。

     注：文章来源于网络。