湖北体育馆声学装修方案（体育场馆的声学设计）

湖北体育馆声学装修方案（体育场馆的声学设计）各频率混响时间相对于500-1000Hz混响时间的比值（JGJ/T131-2000） 综合体育馆比赛大厅满场500-1000Hz混响时间 1声学设计的标准 中华人民共和国行业标准“体育馆声学设计及测量规程”（JGJ/T131-2000 J42-2000）其主要内容为总则、建筑声学设计、噪声设计、扩声设计和声学测量等五个部分。有关建声和电声的主要特性参数见下示： 1、建筑声学特性指标

为什么体育场馆需要声学设计

曹孝振 中国建筑设计研究院 教授级高工

来源：北京维也纳声学技术有限公司

近年来，特别是成功申办2008年奥运会之后，全国各地新建和改造了很多现代化的体育场馆，随着社会的发展，人民的需要也发生了很大的变化，经济和科技的进步，审美观念的改变，体育馆建筑业出现了争奇斗艳的风姿，其内部空间也呈现出日新月异的面貌，所以体育馆建筑的设计是当代高科技和高艺术的结晶，时代感很强；也是一项多目标决策的系统工程。

1声学设计的标准

中华人民共和国行业标准“体育馆声学设计及测量规程”（JGJ/T131-2000 J42-2000）其主要内容为总则、建筑声学设计、噪声设计、扩声设计和声学测量等五个部分。有关建声和电声的主要特性参数见下示：

1、建筑声学特性指标

综合体育馆比赛大厅满场500-1000Hz混响时间

各频率混响时间相对于500-1000Hz混响时间的比值（JGJ/T131-2000）

游泳馆比赛厅的混响时间（500-1000Hz）

其它比赛厅的混响时间

花样滑冰表演功能的滑冰馆，可按容积大于80000m3的综合体育馆比赛大厅的混响时间设计。

冰球馆、速滑馆、网球馆、田径馆等专项体育馆比赛大厅的混响时间，可按游泳馆比赛厅混响时间设计。

体育馆比赛大厅等房间背景噪声限值

体育场尚无扩声设计标准。

建筑声学和扩声的特性指标对场馆的音质来说是必要的，但这并不代表音质是“优美”的。

2、设计的原则

2.1 声场特性

由于各界面围合起来的空间中，有声源发声就会有辐射、传递，接受的声场并各具特性。体育场馆因其容量多，容积大，其声场特性的复杂程度并不亚于一般的音乐厅和剧院，知识它们对音质的要求各有不同而已。因此往往被忽视，特别是体育场，实践证明，体育场中往往存在着声缺陷，影响使用，尤其是现代大型体育场具有大的挑蓬，有的还是围合的，因此实质上如同一个巨大的体育馆，只是它的场地上空是开口的，相当是场地上空具有吸声系数为1的吸声顶棚的巨型体育馆，但是吸声量是远远不够的，因此不能轻视，必须要慎重的考虑！这种实例教训已有不少。

只有慎重地进行体育馆的混响时间和有害反射声的声场分析，理解了体育场馆内的扩声声场特点，并综合建声和扩声的声场的特性，才能选择扬声器（组）的布置（空间位置），选择设备的性能，给出扩声系统声学特性，完成系统的方案，并进行多方案的比较，确定最终方案，达到系统的传输增益高，稳定性好，声压级大，声干涉小，分布均匀和音质优美、方向感好的系统。

体育场还要考虑“声外溢”对环境污染的问题

体育场馆的声学设计首先是声场的设计，建声设计是创造一个没有回声、颤动回声等音质缺陷、为扩声设计和设备性能充分发挥优势而创造一个优良的声环境，与扩声设计共同达到一个好的听闻效果，因此，体育场馆的声场设计是“扩声为主，建声为辅”为原则。

2.2 要求

2.2.1 体育场馆音质的目标，希望达到“扩声清晰、悦耳”

2.2.2 要考虑现代体育场馆的多元化使用，因此，混响时间的选择不是越短、语言清晰度越高就为上乘，而应有一个度。设备选择，扬声器（组）的布置（空间位置）等也是以多元化使用功能的要求为准。

2.2.3 建筑师是声学设计的最大群体，并是声场特性的奠基人，体育场馆的声学特性的创造，是要求建筑师与声学家（建声、扩声）共同完成，并且是贯彻始终的，因此体育场馆设计初始，必须要与建筑师相互沟通，达成共识，才能达到音质上乘，适应多元化使用的目标。

2.2.4 由于容量大，必须要考虑座椅的声学特性。

2.2.5 广播、电视传播设施的场所的声学处理，数字网络的应用，控制室的声学处理，也应重视。

3 空间模式

3.1 体育馆

3.1.1 看台、比赛场地和馆内高地组成的功能空间

看台布局是以视觉质量为依据：

大型体育馆的座位往往是沿着周边布置的，场地长边两侧的座位是主要的，也有加挑台的。

中、小型的也有像大型的那样是周边式的，多数是沿着场地长边布置，或者是一侧为主，另一侧为辅，也有加挑台的。兼顾文艺演出的，则以不对称布置为佳，观众厅的布置方式，有效形状为矩形，最佳形状近于椭圆形。

中型体育馆的视距（最后排端部的座位到比赛场地最远的一角），一般在50m以内，大型体育馆则在60m以外，所以，大约有50%-80%的座位的明视性是低于中型馆。

看台高度是随规模大小、布置方式而不同，但是大、中、小的平面布置和高度的模式，变化不大。

一般球类馆的高度：

大型管（8000座以上）平均为16.4m，中型馆（5000-6000左右）为11.5m，小型馆（4000座以下）为11m以下。看台最后座位上空的高度一般为3m。所以看台的高度是一个常数。

比赛场地的面积有具体规定（不小于22X44m），是一个常数。

比赛场地上面的高度也是一个常数，中、小型馆是按排球要求取12.5m-13m，网球则取15m，大型馆可取15m。

所以体育馆的功能空间随着规模大小而变化，并日趋定型化。

3.1.2 屋盖模式的声学特性

近年来，体育馆的屋盖结构，除了已广泛使用的空间网架外，其它新型结构如悬索、壳体、网壳等结构也被重视起来。利用屋盖结构的特殊形态与内外环境取得协调，表现为多层次的文化形象，在变化中取得和谐的整体效果。这类屋盖结构通常不作吊顶，暴露结构。由于结构构件简洁和谐，轻灵剔透，减轻了高空间的压抑感，又显示了科技美。因此，体育馆的屋盖形式会出现上凸、水平和下凹的三种基本模式。它们的声学特性，将直接影响馆内的声场特性。

上凸形结构：

奈尔维（1891-1978）所设计的罗马小体育馆（1956-1957），是一个直径为60m的圆形平面，屋盖体系是由1620个壁厚为25mm的菱形槽板拼装起来的，在板缝中布筋现浇成肋形而成为波形拱。整个穹顶像一个反扣过来的荷叶，轻盈灵巧。并用暴露在外的36根Y形斜撑直接支撑在地环上。该建筑无论从外或从内，其力的传递脉络清晰，又不感到在卖弄技术，充分体现简约、对称、和谐的科学美，确具自在美的内涵，所以充分表现了“力量”，显示出体育建筑的特征。该馆由一条条精致的肋所组成的馆内的围合结构，构成了迷人的图案。而Y形斜撑的支撑拱支点很小，并且正好连接着三块菱形槽板，使交织成网的肋都顺势汇合到Y形的斜撑上，并流向地环，正是水银泻池，天衣无缝，无尚的和谐。从内部望去整个穹顶就像悬浮在空中一般，意境似诗如梦。

这样形体的建筑无论从平面、剖面来看都是存在着声学缺陷的，但是由于在菱形槽板内铺设了具有足够吸声量的吸声材料，可以使如此大的空间中混响时间达到所需要的要求。另外，由于砼的肋与菱形槽板内的吸声材料交替地组合，这样，软硬交替使整个界面具有非常好的声扩散性能。所以馆内无声学缺陷且声能分布均匀。因此，罗马小体育馆具有良好音质，并在建筑史上也是一座名作。

罗马大体育馆（1958-1960）也是奈尔维的名作，容纳16000座的大体育馆，平面也是圆的，直径达100m，围合结构是预制装配的钢筋砼三角形空透的波形拱。它截面是V形的，富有节奏感，其一条条拱肋像巨龙腾空而起，非常有力；由于起拱高度变换合理，显示了亲切、灵巧，消除了如此大的跨度所具有的沉重感，成选出动人的空间形象。哦那个样在预制装配构件的拱肋中布置了吸声材料，并且还在拱肋中布置了空调管道，其外包吸声保温材料，所以取得了同样良好的音质效果。

2003年初建成的深圳游泳跳水馆，容量为4300座，作为举行国际、洲际及国内大型比赛的场所。它的设备是国内一流的，能满足国际、国内的比赛。形状是长1100m，跨度近80m，曲线屋面最高点为19m，容积为117767m3，除玻璃天窗外，屋面板下和部分墙面铺设铝穿孔吸声板，实测空场混响时间为2.20s（中频），效果很好，倍受体育界称赞。

下凹形结构：

悬索结构多数是这样的，可以减小馆内容量和混响时间以及平均自由行程（4v/s v——容积m3，S——总的表面积m2）因此也减少了吸声材料的用量；同时由于下凹顶界面，能把比赛场上的声音均匀地扩散到馆内各矛，所以这种形体是对声学有利的，建筑内部声学空间形态与结构造型相符。

被誉为60年代划时代的体育建筑杰作——丹下健三所设计的国立室内综合竞技场，即代代木体育中心，采用了悬索结构，其屋盖是下凹形的。

a.游泳馆

15000坐席，容积16万m3，混响时间空场为3s，满场为1.9s。其跨度为126m，悬索部分在外立面形成屋脊，屋脊两侧面是采光面；在馆内形成了一条美丽新颖的光带，该光带内部空间的设计为：以百叶窗作为外界面，变直射的自然光为散射光，内部具有人工照明以满足馆内照明的需求；另外，设有排风系统。在光带下面是穿孔铝板内填充超细玻璃棉的吸声和散光两用的大隔栅板。

该馆的顶界面完全保持了悬索结构下凹的优美曲线，在屋面板下铺设了穿孔铝板，内填玻璃棉作为吸声和保温两用。自然光沿着顶界面的曲面，渐渐地散开，馆内笼罩在淡淡的光线中，曲面顶棚似乎向上，向中间升起，呈现一种朝气蓬勃的气氛。馆内声学效果较好。

b.体育馆

体育馆为螺旋形悬索结构，圆形平面，4000座席。其支撑结构柱位于一侧的观众席后的通道处，由于支撑柱的顶部是采光口，自然光由此口漫射而入，随着馆内的顶棚自下而上逐渐螺旋般地渐渐明亮起来，光线柔和而飘逸，加强了螺丝旋形悬索构件所构成旋形线条的顶棚所创造的向上动势，高攀搏击、焕发活力的气氛。比赛场地正处于悬索结构下凹曲面下，馆内的顶棚也是穿孔铝板，其后填玻璃棉，吸声处理同游泳馆，音质效果令人满意。

丹下健三的这个杰作对后来的体育馆建筑影响很大，尤其是自然采光和人工照明组成的光带的形式，更为风靡，其中不乏好例，但也有由于缺乏系统思想指导设计，顾此失彼，整体效果不良。假如屋盖是采用上凸的钢网壳，其内凹的曲体面会产生聚焦和回声，有的还产生多重反射，形成多重回声。另外这些自然采光的光带大都是直射式的，直射光很强，产生眩光，影响使用；目前更有甚者，取消了屋面板，采用透明的或透光的屋面，对声、光效果和空调系统的设计更为复杂，有待探索和研究。

水平结构

空间桁架、网架结构多属此类，也是目前我国体育建筑中常见的类型，由于这种拉平取齐的顶界面，容易产生呆滞乏味的感觉，缺乏新意，所以更需要从界面形状、构件等特点，材料质地等空间构图上着意，创造空间环境，使其产生多样的变化，生动的意趣。

天津市河西体育馆是把空间吸声体布置在网架的下弦杆，它们与方筒形的灯具和通风口组成一个空透、变化、立体感很强的吸声顶棚，虽未暴露结构，仍保留了不作吊顶的灵活性和通透感。由于十字形倒椎体的空间吸声体具有视幻的感觉，他们与同面积方筒的灯具和通风口的重复、交替的出现，节奏和流动感受很强。如同乐曲中的主题和变奏，产生了很生动的和活跃的气氛，美的视觉效果就油然而生。十字形的空间吸声体是白色的，其边框是铝合金的，在灯光中产生细条的光浑，闪烁不定，增添了华丽多姿的装饰效果，唤起视觉，起了主导的作用。

北京月坛体育馆内的空间吸声体，在下弦杆悬挂与照明结合的圆形空间吸声体，隐喻体育馆的馆名，装饰和声学性能都很好。

广州市天和体育中心游泳馆、容积86045m3，平均每座位占有25m3。馆内现有的能敷设吸声材料的表面，即使都布置了能适应于潮湿空气条件的穿孔铝板，还达不到所要求的吸声量。结合空间钢桁架屋盖结构，采取在桁架的下弦杆和腹杆上铺设微穿孔铝板，形成倒四方锥形的空间吸声体，增加了吸声面积，满足了吸声要求。这种具有雕塑感的多棱形顶棚，统一了结构、声学处理和装饰的需求，颇具时代感，也能与平静如镜或跳跃波动的水面相协调，所以很受各界的赞赏。该中心的体育馆是在钢网的上弦悬挂超细玻璃棉吸声体。

广州华南师范大学手球馆的处理也是利用空间钢桁架为骨架，做成倒四方锥形的空间吸声体，如同天河体育中心游泳馆的倒四方锥形空间吸声体，声学特性很好又很经济。

上述设计的五个馆的声学效果都很好。

3.2 体育场

体育场看台的布局也是以视觉质量为依据，由于容量多，看台都为周边式布置，比赛场地是确定的，所以体育场的功能空间同体育馆，因为容积达，往往在百万立方米以上，是体育馆所无法比拟的。

现代体育场要求讲究，设施先进，数字化程度高，常设有VIP房，看台挑蓬很大，伸出很深，必要时还有能自动控制封闭透空的开口，所以现代的体育场实质就是一个巨型的体育馆，其开口犹同是一个吸声系数为1的吸声顶棚，由于坐席的材质大都是硬塑、玻璃钢等，吸声量很少，因此看台后墙、挑蓬结构的形状和挑出的深度及其材质对场内的声场特性起着决定性作用，并且问题比体育馆的复杂的多。

著名法国圣丹尼斯体育场，容量为10万座，看台围绕着场地成一椭圆形，看台上有大型的挑蓬顶，顶内有铝穿孔吸声板，由看台后的10m高的双柱顶着，像悬浮在上空的一个光环，轻快而有动感。没有后墙，并且看台各出入口也是开敞的，从体育场的土建结构选型上给了充分的声学考虑，声学效果很好。

广东奥林匹克体育场也是一个椭圆形的场地，有80120个座位，看台上面两条飘带式的顶棚覆盖，并且不对称地向东西两个方向延续，呈现着东西两个缺口，顶棚飘逸而生动，由空腹钢架支撑着，高约10m，前后空透，同样也是在覆盖结构造型上给予声学的考虑，效果很好。

杭州黄龙体育场则仅在看台后墙上开了大面积孔洞，也取得较好的声学效果。

体育场馆的声学特性，往往是与屋盖、顶棚等结构造型和后墙处理具有决定性的作用。

4、声学处理方式

4.1 顶棚的处理

体育比赛、文娱演出等都在比赛场地上进行，它面积大、地面的声反射性能强、高度大（至少应为12.5m）、声反射距离长，在地面与顶棚之间具有多次反射，产生多重回声，干扰运动员的注意力和容易判断错误。文娱演出时，传声器位于此处，接受了反射声，会产生啸叫，影响演出。所以在比赛场地上方的顶棚无论是上凸的、下凹的和水平的，都应有宽频带、强吸声的声学处理。馆内顶棚的处理方式有两种，即有吊顶和无吊顶；有吊顶的有点是减少馆内的容积对控制音质条件和节能有利，在吊顶内可以布置灯光、管道、检修马道以及扩声设备等。馆内具有整齐、美观的效果。缺点是吊顶的造价太大，一万平方米面积的吊顶相当一个练习馆的代价。无吊顶的有点，可以接合保温、隔热在屋面板处加吸声材料，一材多用，节约投资；灯具、扩声设备等布置灵活自由；也能达到美观、整齐和新颖的效果。缺点是增加了20-30%的容积，上凸式的增加则非常大，甚至到达惊人的地步。

体育馆是以扩声扬声器为主要声源，所以自声源反射处理的声能的途径一部分是到达观众席再反射到顶棚，另一部分到达比赛场地，再反射到顶棚，因此顶棚是馆内声反射必经之地，也是吸声有效之地。体育馆的顶棚约占馆内总表面积的40%，其吸声量约占空场总吸声量的70%。

体育场无顶棚，可以把透空的开口看作具有吸声系数为1的顶棚，但是吸声量是不够的，因为在体育馆中该处顶棚都是吸声系数大于1的空间吸声体，并且也只能占到吸声量的70%，因此必须考虑看台上部的顶棚的吸声处理来补充吸声量。

4.2 墙面的处理

体育馆的墙面面积较少，约占有馆内总表面积的12-16%，并且计分牌又占去很大一部分，有的墙面上还有玻璃，所以可以布置吸声材料的面积不多，然而在墙面上布置吸声材料或构件是很重要的，以往布置低频吸收材料如穿孔板类较多。文娱演出时，往往以布置在比赛场地内流动的扩声系统为主，射向观众席的各种声音容易被墙所反射，产生长距离的反射而形成回声和由于具有平行表面产生的颤动回声，还有沿着墙爬行的现象，使后座易受干扰。所以墙面上宜布置宽频带的吸声材料和构件，也可以布置扩散体，可以改善馆内的音质条件。

体育场不同于体育馆，除场地上部的开口外，其它的界面也以通透为佳，所以，可以在看台的最高处与顶棚相联接的界面处，任其开口，出入口也可以不封闭，甚至看台的台阶也可以是通透的，如50年代所建的南宁体育场的做法，可通风也可以“透”声。

5 存在的问题

体育场馆的容积达，会产生很多的问题，难度很大，首先是混响时间长，对语言清晰度有掩蔽，不利听闻，并且处理费用很大，而且不容易解决；其次是低频振动大，甚至在很低的频带，直到中频都会存在，这对语言的掩蔽作用很大，并且用一般材料很难解决，要特别设计低频吸声结构才有可能；第三，由于混响实验室所测的材料吸声系数与实际使用情况相差很大，所以计算的误差很大

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