特大型多用途体育馆声学设计实践

於秀，杨玉琦，王红卫

（华南理工大学，建筑学院，广州 510640）

前言

多用途体育场馆不仅可以举行体育赛事、运动员训练等体育活动，为人民群众的日常体育锻炼提供场地，还可以作为举办展览、演唱会以及大型会议等多种丰富活动的场地。与剧院建筑相比，体育馆的室内容积巨大，混响时间较长，容易产生回声、颤动回声、声聚焦等声缺陷，且体育馆可布置吸声材料或结构的面积也很有限。为满足体育馆多种用途使用需要，针对各种不同使用状态下的声学设计显得尤为重要。

根据建筑工程行业标准《体育建筑设计规范》（JGJ 31—2003）规定，观众席容量超过10 000座以上的体育馆规模为特大型体育馆。这种特大型体育馆在城市中经常担任着城市形象与标志建筑的作用，所以这种特大型的多用途体育馆有着多种使用方式。然而，各种不同使用形式对建筑声学指标的要求并不一样，如体育赛事与文娱演出对室内混响时间的要求就不一样。本文以广东省顺德市德胜体育中心的一个特大型多用途体育馆为例，探讨体育赛事状态下与文艺演出状态下的不同的声学设计目标以及如何实现这些目标。

1 工程概况

德胜体育中心主要包括多用途体育馆、游泳馆和综合体育场，可以满足大型体育赛事与文艺演出的需求。其中多用途体育馆需容纳1.2万～1.3万人，可举行大型室内体育赛事、文艺演出、大型会议等活动的功能。

该多用途体育馆的平、剖面如图1、图2所示，观众席共12 040座，其中活动座椅3172座，固定座椅8868座。观众席围绕比赛场地四周布置，控制室、评论员控制室、导播控制室等比赛服务用房位于一层，比赛大厅总长度为117.8m、宽度为98.8m、最高处为38.4m，比赛大厅容积约为26.3万m3，内表面总面积约为32 370m2，每座容积约为21.8m3。屋顶采用桁架结构，跨度大，屋面则采用轻质金属材料。

2 声学设计指标的确定

体育馆声学设计目标为：1）比赛大厅具有合适的混响时间及语言清晰度；2）声场分布均匀；3）没有回声、颤动回声、声聚焦等声缺陷；4）无噪声干扰。

图1 多用途体育馆平面图

图2 多用途体育馆纵剖面图

2.1 混响时间及其频率特性

根据标准《体育场馆声学设计及测量规程》（JGJ/T 13—2012）要求，综合体育馆比赛大厅满场混响时间的选择宜符合下列规定：1）在频率为500～1000Hz时，不同容积比赛大厅的满场混响时间宜满足表1的要求；2）相对于500～1000Hz，各频率混响时间的比值宜符合表2的规定。

表1 不同容积比赛大厅500～1000Hz满场混响时间

表2 各频率混响时间相对于500～1000Hz混响时间的比值

该多用途体育馆比赛大厅的室内容积约为26.3万m3，根据以上内容，超过了表1中的最大容积值。文艺演出状态下可布置吸声材料的面积多于体育赛事状态，因此文艺演出状态下的混响时间设计值可比体育赛事状态下稍低些。该多用途体育馆在不同使用状态下比赛大厅满场各频率混响时间设计建议值如表3。

表3 不同使用状态下比赛大厅满场（80%）各频率混响时间设计指标值/s

2.2 语言清晰度

根据规范要求，体育馆应保证使用扩声系统时的语言清晰度。为满足此体育馆多样的使用要求，需对扩声系统语言清晰度进行控制。主观语言清晰度或语言可懂度与客观指标语言传输指数STI之间有良好的对应关系，见表4。

表4 语言传输指数STI与语言可懂度之间的关系

由表4可确定，体育赛事状态与文艺演出状态的语言传输指数STI设计目标均可为：90%的座位区域空场时不低于0.50，满场时不低于0.60。

2.3 噪声控制

根据《体育场馆声学设计及测量规程》（JGJ/T 13—2012）与《民用建筑隔声设计规范》（GB 50118—2010）要求，当体育馆比赛大厅内无人时，在通风、空调、照明等设备正常工作条件下，该多用途体育馆比赛大厅及其辅助房间的室内背景噪声限值宜符合表5中的规定。

表5 体育馆比赛大厅及其辅助房间的室内背景噪声限值

2.4 避免声缺陷产生

体育馆比赛大厅的声场应分布均匀。由于该多用途体育馆比赛大厅室内容积巨大，可布置吸声材料的表面相对较少，直达声与反射声的声程差往往超过17m，易产生回声；另外，由于屋面为穹弧形，易产生声聚焦。因此在进行声学设计时应采取方法避免这些缺陷的产生。

3 吸声材料的选择与布置

该多用途体育馆可布置吸声材料或结构的主要部位就是屋顶天花。屋顶呈穹弧面，穹弧面极易产生声聚焦，导致声场分布不均匀，因此除了要考虑在屋顶增加吸声量，缩短混响时间外，还必须考虑如何解决穹弧面带来的声聚焦问题。

该体育馆比赛大厅室内容积超过26万m3，每个座席的容积高达21.8m3，除在座席后墙、场地周围的栏板等地布置强吸声材料外，可供布置吸声材料的界面很少。通过计算，仅在比赛大厅座席后墙以及场地周围的挡板上布置强吸声材料，不能满足混响时间的要求，必须增加大量吸声面积，有效的方法是悬挂空间吸声体。空间吸声体由于各表面都暴露在声场中，所以吸声效率最高，按投影面积计算，空间吸声体的吸声系数可大于1。空间吸声体建议采用吸声系数较大的板状织物吸声体。座席后墙、场地周围的栏板采用木纹穿孔吸音板，內填50mm厚48kg/m3玻璃棉，使用玻纤布包裹。这两种材料的吸声系数见表6。

表6 体育馆主要吸声材料吸声系数表

该多用途体育馆外形呈椭圆形，屋顶采用桁架结构，选择采用垂片式空间吸声体，吸声体呈矩形，长度为2000mm，宽度为1200mm，厚度为75mm，片间距为500mm，悬吊在桁架下弦。为了与体育馆的整体风格相协调，空间吸声体整体形状也呈椭圆形分布，空间吸声体整体平行于比赛场地布置，可以有效避免穹弧形顶棚可能带来的声聚焦缺陷。空间吸声体布置方式见图3。

图3 空间吸声体平面布置示意图

通过计算，空间吸声体的吸声总面积至少需3000m2。不同状态下的混响时间计算见表7、表8。

表7 体育赛事状态下比赛大厅满场（80%观众量）混响时间计算表

表8 文艺演出状态下比赛大厅满场（80%观众量）混响时间计算表

4 噪声控制

体育馆比赛大厅利用走廊、休息厅等隔绝外界噪声的干扰，并在这些部位的墙面及吊顶布置吸声材料。通向比赛大厅的门采用隔声门，隔声门的计权隔声量大于35dB。设备用房同样采用隔声门，防止机械设备噪声传出。通往体育馆的比赛大厅、贵宾接待室、控制室等房间的送风、回风管道均采取消声和减振措施。

5 软件仿真模拟

根据以上声学设计内容，使用ODEON软件仿真模拟该多用途体育馆不同使用状态下比赛大厅的声场环境，预测该多用途体育馆中频混响时间可达到设计目标。模拟结果见图4～图7。

6 结语

图4 体育赛事状态下比赛大厅500Hz混响时间T60模拟结果图

图6 文艺演出状态下比赛大厅500Hz混响时间T60模拟结果图

图7 文艺演出状态下比赛大厅1000Hz混响时间T60模拟结果图

特大型多用途体育馆比赛大厅容积巨大，往往超过行业规范中的最大容积，又因为多用途的需要，混响时间指标不易确定。本文以容积超过26万m3的多用途体育馆为例，建议特大型多用途体育馆中频（500～1000Hz）满场混响时间设计指标体育赛事状态下为2.0s，文艺演出状态下为1.8s。为获得较短的混响时间，特大型体育馆一般需布置大量的吸声材料，但仅通过在墙面布置吸声材料是不够的，在顶棚悬吊空间吸声体是一种行之有效的方法。