体育馆声学设计的实践经验总结

秦兆海 2020-04-29

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1 概述

随着我国北京奥运会、广州亚运会和深圳大运会的成功申办和圆满落幕，各地掀起了兴建及改造体育建筑的热潮。近年来，国内一、二、三线城市都在规划建造体育中心、综合体育馆、游泳馆、体操馆、体育场等体育建筑，另一方面，有些老旧体育场馆由于不能满足新的使用需求亟待更新改造，这推动了我国文化经济建设的飞速发展，人民在追求物质和精神文明的同时，对体育设施的需求也不断增涨，使得我国处于体育事业发展的高潮期。

自2008年至今，华东都市建筑设计研究总院声学及剧院专项设计研究所（以下简称“华东院声学所”）先后承担了20多项体育场馆建筑的建筑声学设计，涵盖了体育中心、综合体育馆、游泳馆、网球馆、训练馆等，工程的规模和数量都较前几年有很大程度的飞跃，对体育类建筑的建声设计更为重视，技术要求也在不断提高。尤其是很多体育馆都要求具有多功能的使用要求，除了要满足基本的篮球、排球、手球、乒乓、羽毛球及体操等多种赛事之外，还要兼具各类大型演唱会、综艺晚会、音乐演出和大型会议的使用功能，这样能带来更大的经济效益和社会知名度，但对体育馆的声环境设计就提出了更多的要求，如合适的混响时间，无回声等声学缺陷，均匀的声场分布和足够低的背景噪声等。因此，在各类体育类建筑工程的设计建设过程中必须重视上述的声学要求，并进行必要的建筑声学设计。

2 体育馆建筑建声设计的技术要点

2.1 控制混响时间和避免声缺陷

如今建筑师在创作建筑外型上往往追求“高、大、奇”，在体育类建筑设计中也有体现。大体量、高空间、圆形、蛋形等不同体型的场馆比比皆是，而体育场馆声环境的设计中对混响时间的控制和避免声缺陷的设计尤为关键，这给建声设计带来不少困难。混响时间的设计指标跟场馆的体积和单人容积有着必然的联系，在国家行业标准（JGJ/T131-2012体育场馆声学设计及测量规程）中就对不同容积的体育馆提出了明确的中频混响时间设计要求（见表1），而在近十年内由我所承担建声设计的体育建筑工程实践声学设计数据可见，容积在80000m³以上的大型场馆占到80%，单人容积大于20m³/人的体育场馆也约占70%（见表2）。有的体育场馆单人容积甚至达到30m³/人以上，这对混响控制、吸声面积和空调节能都不甚合理。

为体育场馆确定了合适的混响时间和频率特性后，还要注意避免因圆弧形墙面、平行墙面等让场馆内产生声聚焦和颤动回声等声缺陷，通常解决这些建筑平剖面体型欠佳的方法是结合室内装修设计采用声扩散体，从而改变原有建筑圆弧形墙和平行墙的外观，使得场馆内的声场更为均匀。声扩散体的形式可结合室内装修和吸声处理设计成各种形式，如折线形、三角形、圆弧形、锥形甚至是不规则形，排列形式可以是有序或无序，覆面材料可以是起到吸声作用的穿孔金属板、木条纹板、软包织物吸声板等或起扩散反射作用的石膏板、GRG板等，不仅丰富了室内的装修风格，也能使声场更为均匀，达到令人满意的声学效果。

2.2 体育馆建筑的噪声与振动控制设计

合适的背景噪声是实现音质设计的基础，也是体育场馆建声专业设计的重要内容之一。在中华人民共和国行业标准（JGJ/T131-2012体育场馆声学设计及测量规程）为设计确定体育类建筑背景噪声提供了依据。（见表-3）

表3　体育馆比赛大厅等厅（室）的背景噪声限值

厅、室类别	室内背景噪声限值
体育馆比赛大厅	NR-40
贵宾休息室	NR-35
扩声控制室	NR-35
评论员室	NR-30
扩声播音室	NR-30

标准总则中已提出建声设计应参与体育馆工程设计的全过程，因此要求在建筑扩初设计阶段就由建筑声学专业参与其中，并为建筑做好隔声隔振设计。在建筑平剖面布局中，空调机房、冷冻机房等噪声及振动较大的设备机房应远离比赛大厅，并做好机房内的隔声吸声处理及机组隔振设计。

2.3 空调系统的消声设计

为了达到预先设计的背景噪声指标，其中空调系统的消声设计更是关键，主要包括降低沿管道传播的风机噪声（合理配置消声器、消声弯头、消声静压箱等）和合理控制气流噪声两方面。而控制气流噪声的根本措施就是降低风管内的风速，在《暖通空调设计技术措施》一书中，根据我国暖通专业技术人员多年设计实践经验提出了不同允许噪声条件下管道内气流速度的允许值，可供暖通等相关设计人员在设计空调系统时参考。（见表-4）

表4　管道内气流速度的允许值（建议值）

噪声标准评价曲线	管道内气流速度的允许值（m/s）
NR评价曲线	主风管	支风管	房间出风口
30	≤6.5	≤5.5	≤3.3
35	≤7.5	≤6.0	≤4.0
40	≤9.0	≤7.0	≤5.0

3 顶面吸声设计

由于新建的体育类建筑的空间体积渐趋增大，厅内所需要的总吸声量也随之大大增加，而通常体育场馆内可作吸声处理的墙面又十分有限，为了控制混响，在体育馆顶部采取吸声措施是十分必要的。上世纪八十年代起，国内很多体育馆的顶部吸声做法是结合网架下弦或在网架空间内悬挂一定形式和数量的空间吸声体，为满足顶面材料的A级防火要求，构造多为轻钢或塑、铝骨架、离心玻璃棉吸声层，穿孔铝合金板面层。图-1为湖州体育馆圆弧形吸声体内景图。

图-1 湖州体育馆圆弧形吸声体内景图

近年来，在体育馆室内装修方面，人们的审美渐渐趋向简洁、大气，吸声屋盖便应势而生并被广泛应用于各类体育场馆。吸声屋盖其实是将隔声与吸声做了整合，此类构造的吸声屋盖以中高频吸声为主，其NRC值可达0.75（500Hz-2KHz）。既具良好的吸声作用，同时也起到保温隔热、隔绝雨水冲击噪声的效果，得到较广泛的应用。图-2为苏州奥体中心体育馆的内景效果图，建筑顶部采用了吸声屋盖的做法。

图-2 苏州奥体中心体育馆内景效果图

在游泳比赛馆中，若设计采用吸声屋盖，应考虑馆内的高湿度对屋盖内吸声材料的影响，可加做一层PVF耐候袋将吸声材料包裹起来，可增强其耐候性且对吸声性能影响有限。

4 墙面吸声设计

体育馆内可作吸声处理的墙面面积并不多，圆形平面体育馆的墙面仅为观众席末排后的墙面，高度也很小；而矩形平面的体育馆除主看台后墙面外，两端记分牌周边有较大可作吸声的墙面，因此主要吸声量是屋顶天花及观众席。

通常体育馆内的混响频率基本平直（允许低频有一定提升），墙面的吸声布置上应考虑低频吸声与中高频吸声的配比，应在进行音质计算后，结合室内装修设计达到功能与美观的双赢。

近年来的体育建筑形式，越来越多的玻璃幕墙出现在比赛大厅的周围，甚至形成了耦合空间，这对控制馆内混响极为不利，声音通过玻璃反射所产生的颤动回声，若不采取措施，将直接影响比赛大厅的声环境，甚至还会影响电声设备的正常使用。华东院声学所曾经研究采取的吸声措施是在玻璃幕墙前设计安装电动式吸声帘幕，在比赛状态下自动降下以增加吸声面积，在非比赛状态下则升起可满足室内正常采光要求。图-3为江苏盐城体育馆的内景效果图。