超大型综合体育馆声学设计实践——以深圳体育中心为例

张光耀，王红卫，熊 威，杨晨曦

（华南理工大学 建筑学院，广东 广州 510641）

关键字：超大型体育馆；建筑声学设计；混响时间

0 引言

对于超大型体育建筑，由于室内容积巨大，且室内可用于布置吸声材料的位置非常有限，导致混响时间较难控制，容易产生回声等声学缺陷。因此针对体育馆的使用需求进行声学设计非常重要[1]。

根据《体育建筑设计规范》JGJ 31—2003 标准可知，观众席容量（座）在10 000 座以上的体育馆定义为特大型体育馆[2]。随着社会的发展，此类特大型体育馆不仅仅用于举行竞技比赛，还兼顾文艺演出，不同的使用模式对应的声学指标各不相 同[3，6]。本文以广东省深圳市深圳体育中心特大型综合体育馆与体育场为例，通过声学设计手法实现特大型体育场馆良好的室内声环境。

1 综合体育馆

1.1 工程概况

深圳市体育中心位于深圳市福田区，占地面积0.28 km2，建筑包括改建建筑与新建建筑，主要功能包括体育设施、文化设施及配套办公。其中，综合体育馆按特大型场馆规模进行声学设计，功能布局除满足竞技比赛使用要求外，同时兼顾文化、娱乐等多种业态，满足赛后利用的经济性与便利性。综合体育馆长132.8 m，宽132.8 m，平面为正方形，最高处高度45 m，空间体积约40.7 万 m3，共设 15 000 个坐席。根据不同规模的活动提供可伸缩和移动的座椅。下层看台坐席数目约为9 000 个，其中可伸缩坐席数目占下层看台总坐席数比例约30%。体育馆屋面为网架结构，且设置可开合屋面，体育馆平面如图1 所示，剖面如图2、图3 所示。

图1 综合体育馆平面图

图2 综合体育馆横剖面图

图3 综合体育馆纵剖面图

1.2 音质控制

1.2.1 音质控制难点

根据现场环境及使用需求进行评估，该体育馆声学设计方面音质控制主要面临以下难点：

（1）比赛大厅容积超大，是规范中对应最大容积（16 万 m3）的2.54 倍，超大的室内空间造成混响时间过长；

（2）特大型空间降低混响难度大；

（3）体育馆除最高层观众厅后墙可布置吸声材料，其他墙面均难以实现，且三层与四层大面积的玻璃墙面存在强反射；

（4）屋面网架结构对吊挂荷载的限制，使大面积铺设空间吸声体的措施难以实现。

1.2.2 音质控制措施

针对以上难点，根据现场可利用的环境，制定如下音质控制措施：

（1）充分利用金属屋面，结合屋面构造做吸声面；

（2）在屋面下的网架吊挂一定数量的空间吸声体，墙面设置全频吸声材料构造；

（3）利用大面积的观众坐席，补充低频吸声量。

2 声学设计

体育馆比赛大厅应控制背景噪声的干扰，应具有良好的混响时间与语言清晰度，声场分布均匀，不产生回声、声聚焦等声学缺陷[3]。

2.1 背景噪声

为使听音不受噪声干扰，应控制设备间的振动与噪声、空调系统噪声辐射，防止外部噪声传入室内，保证比赛大厅的背景噪声值≤NR40。

2.2 隔声设计

本设计中，设备机房与噪声敏感房间之间隔墙的计权隔声量≥50 dB，直接面向噪声敏感空间隔声门计权隔声量≥35 dB；同声传译室、评论员室/评述间、播音室、采访室窗专业隔声窗的计权隔声量≥40 dB。马道上方机房的金属隔板计权隔声量≥50 dB。

2.3 混响时间

根据现行标准《体育场馆声学设计及测量规程》JGJ/T 131—2012 的要求，比赛大厅内满场（80%观众量）混响时间的选择宜符合表1 的规定。

表1 不同容积比赛大厅500～1 000 Hz 满场混响时间

此体育馆比赛大厅容积约为40.7 万m3，远超规范所给的参考空间容积。对于特大型体育馆建筑，不能硬套规范所给的混响时间指标[5，7]。通过对声场的整体品质评估，确定体育馆竞技比赛与文艺演出工况下大厅满场（80%）中频（500～ 1 000 Hz）混响时间设计指标如表2 所示。

表2 体育馆混响时间设计指标

3 吸声材料构造

3.1 金属屋面吸声

3.1.1 不可开合屋面部分

该部分屋面可布置吸声材料，构造大致如下（从下表面向上）：0.8 mm 厚压型钢板（穿孔率23%）+80 mm 厚48 kg·m-3玻璃棉（不带铝箔，玻纤布袋装）+100 mm 空气层+上层保温和饰面层。此做法目的在于提高全频的吸声性能，空气层及保温层下表面穿孔板有利于提高低频成分的吸声。

3.1.2 可开合屋面部分

可开合屋面部分的构造大致如下（从下表面向上）：金属穿孔板（铝板或压型钢板均可），穿孔率23%+上铺不低于80 mm 厚48 kg·m-3玻璃棉（不带铝箔，以玻纤布袋装）+空气层（利用已有的下层之间结构的大空腔）+上层保温和饰面层。此做法目的在于提高宽频吸声性能，网架结构上下层之间的大空腔有利于提高低频成分的吸声。

3.1.3 屋面网架空间

由于可以做吸声的墙面非常有限，吸声量严重不足，需在不可开合屋面的网架结构内均匀布置空间吸声体，弥补低频、中频及高频的吸声不足。空间吸声体采用100 mm 厚全频铝制面罩空间吸声体。

3.2 墙面吸声

在各层观众席后墙非玻璃、非风口、非门窗位置，布置铝制全频多孔条形吸声板，构造后置空腔100 mm，利用有限的面积进行强吸声处理，减少反射声能、声聚焦，降低混响时间[4]。

3.3 观众席座椅

因体育馆内低频吸声不足，在座椅平面投影最大的区域，利用观众席提供低频吸声。座椅坐垫部位采用中空构造，下表面设多孔，增加低频吸声。

体育馆主要吸声材料的吸声系数如表3 所示。

表3 体育馆主要吸声材料的吸声系数表

4 仿真模拟

综合体育馆采用声学模拟仿真软件Odeon[8]，利用声源法与声线追踪法综合计算，使模拟结果更加接近真实效果。

4.1 竞技比赛模拟仿真

综合体育馆在举行竞技比赛时，采用上述声学设计进行声学仿真，得出室内中频混响时间（500～1 000 Hz）模拟数值分别为2.60 s、2.58 s，与设计值相吻合，表明使用计算机模拟仿真声学设计参量是切实可行的办法，混响时间分布如图4、图5 所示。

图4 体育馆500 Hz 混响时间分布图

图5 体育馆1 000 Hz 混响时间分布图

4.2 文艺演出模拟仿真

在文艺演出情况下，综合体育馆观众席后墙玻璃区域增设吸声帘幕，以此增加室内吸声量，在一定程度上降低混响时间值。通过对文艺演出时的体育馆模拟仿真可知，体育馆中频混响时间（500～1 000 Hz）分别为2.26 s、2.09 s，约比竞技比赛模式下的混响时间值小0.3 s，一定程度上提高了语言清晰度。混响时间分布如图6、图7 所示。

图6 体育馆满场混响时间T30 分布图（T30 at 500 Hz）

图7 体育馆满场混响时间T30 分布图（T30 at 1 000 Hz）

5 结语

对于超大型体育馆、体育场建筑，由于容积超越标准规定限值，混响时间不易确定，不能硬套标准规范。本文以深圳体育中心综合体育馆、体育场为例，确定室内混响时间指标，充分利用室内界面布置强吸声材料，设计一定空间吸声体，并进行室内声环境模拟仿真，得到不同运营模式下与设计数据吻合较好的混响时间仿真数据。仿真结果表明，充分利用室内界面、屋顶网架布置强吸声材料，在适当位置吊挂吸声帘幕，可以控制超大型体育建筑的混响时间，使之处于理想范围之内。