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體育館吸音改造 一、浙江溫州中學(xué)體育館聲學(xué)工程項(xiàng)目概況 溫州中學(xué)體育館是浙江省溫州中學(xué)內(nèi)一改造的的體育活動(dòng)場(chǎng)所，占地面積是2380 ㎡，主要用于體育比賽、會(huì)議、和文藝晚會(huì)等。浙江省溫州中學(xué)是一個(gè)具有百年歷史的老校，它的精神內(nèi)涵尤為厚重。場(chǎng)館在裝飾上運(yùn)用現(xiàn)代簡(jiǎn)約風(fēng)格，采用經(jīng)典的紅黃藍(lán)三原色作為主要色彩，并融入了白、灰兩種具有現(xiàn)代主義的風(fēng)格的顏色作為鋪墊，把溫州中學(xué)經(jīng)典傳統(tǒng)的文化底蘊(yùn)通過裝飾設(shè)計(jì)完美的表現(xiàn)了出來。 浙江溫州中學(xué)體育館聲學(xué)設(shè)計(jì)工程 二、浙江溫州中學(xué)體育館聲學(xué)工程設(shè)計(jì)方案及效果 該體育館在建設(shè)過程中建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)也同時(shí)進(jìn)行。根據(jù)該體育館建筑設(shè)計(jì)方案，存在的建筑聲學(xué)問題主要有： 1）比賽大廳、比賽池呈規(guī)則的矩形，平行相對(duì)的山墻和比賽池墻面易使聲音多次反射，形成顫動(dòng)回聲，影響比賽池中的聽音效果。 2）鋼結(jié)構(gòu)頂棚會(huì)使聲音在比賽場(chǎng)內(nèi)產(chǎn)生多重回聲，致使廳內(nèi)聲場(chǎng)分布不均勻。 3）該館為了節(jié)能，在墻面頂部及觀眾席后墻頂部布置大量的采光通風(fēng)窗，這使得大廳內(nèi)可裝修面積變少，增加了建筑聲學(xué)處理難度。 于是，我們選擇在體育館比賽池四周墻面采用防污、抗撞擊性能較好的槽木吸音板，以運(yùn)動(dòng)員的腳步聲和擊球聲等噪聲，經(jīng)過吸音處理后，可以降低廳內(nèi)混響時(shí)間、廳內(nèi)回聲。 槽木吸音板 槽木吸音板是一種在密度板的正面開槽、背面穿孔的狹縫共振吸音材料，多孔式吸音設(shè)計(jì)，有效使聲波的能量消耗變換成熱能達(dá)到吸音效果。 本次浙江溫州中學(xué)體育館主要設(shè)計(jì)范圍有籃球場(chǎng)、羽毛球場(chǎng)、乒乓球室、醫(yī)療室、更衣室、休息室、過道等， 經(jīng)過專業(yè)聲學(xué)設(shè)計(jì)處理后，該體育館的混響時(shí)間可達(dá)到1.5 s。
體育館吸音改造 體育館聲學(xué)缺陷分析 2.1 改造項(xiàng)目概況 該體育館為矩形平面，長(zhǎng)約87m，寬約52m，屋面中部為凹曲面穹頂，屋面兩側(cè)均為膜結(jié)構(gòu)，室內(nèi)總體積約54700m3， 容座2333座。該體育中心主要功能是用于學(xué)生平時(shí)體育鍛煉，但需兼顧會(huì)議及文藝活動(dòng)的功能需要（圖1）。 應(yīng)使用方要求，我方對(duì)該體育中心室內(nèi)音質(zhì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)主觀試聽與測(cè)試，室內(nèi)墻面雖采用了較大面積的吸聲材料，但由于未根據(jù)體型特點(diǎn)及膜結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，導(dǎo)致室內(nèi)聲場(chǎng)分布不均勻，音質(zhì)效果較差。擴(kuò)聲系統(tǒng)布局不合理，不僅未能減弱音質(zhì)缺陷的不利影響，反而進(jìn)一步加劇了聲缺陷的程度。 2.2 聲學(xué)改造目標(biāo) 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)并結(jié)合主觀感受可知改造方案應(yīng)重點(diǎn)解決下列幾個(gè)問題。 (1)改善混響時(shí)間頻率特性，解決“起包”現(xiàn)象。根據(jù)混響時(shí)間測(cè)量結(jié)果可知，改造前該體育館空?qǐng)龌祉憰r(shí)間f=1000Hz時(shí)為4.1s，且在此頻率位置曲線出現(xiàn)峰值?？?qǐng)龈黝l段混響時(shí)間實(shí)測(cè)值詳見表1。 (2)凹曲面穹形頂棚存在聲聚焦現(xiàn)象[14,15]。由于原有凹曲面頂棚未考慮吸聲和擴(kuò)散處理，聲線聚焦位置恰在人耳高度附近。根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果可知，在無指向性聲源作用下，聚焦點(diǎn)位置的平均聲壓級(jí)（線性計(jì)權(quán)）比其他位置高2.5d B。
體育館吸音改造 體育館舉辦各類文藝晚會(huì)、會(huì)議、體育比賽時(shí)，擴(kuò)聲系統(tǒng)信號(hào)需從舞臺(tái)傳輸?shù)娇刂剖?，文藝演出舞臺(tái)的音源比較多，比如：架子鼓、吉他、貝斯、電子琴、鋼琴、小提琴等樂器，這些音源要傳輸?shù)娇刂剖?，必須每路?dú)立通過信號(hào)電纜傳輸?shù)娇刂剖艺{(diào)音臺(tái)，模擬傳輸方式會(huì)產(chǎn)生信號(hào)干擾、信號(hào)衰減、信號(hào)損耗等問題，因?yàn)閭鬏斁嚯x比較遠(yuǎn)，音頻信號(hào)質(zhì)量必然受損。這里我們?cè)O(shè)計(jì)采用網(wǎng)絡(luò)音頻傳輸器進(jìn)行傳輸，在舞臺(tái)側(cè)的設(shè)備機(jī)房放置一臺(tái)16路模擬音頻輸入的網(wǎng)絡(luò)音頻傳輸器，通過一條網(wǎng)線就能將16路音頻信號(hào)無損的傳輸?shù)綄?duì)面的控制室，通過控制室的兩臺(tái)8進(jìn)8出的網(wǎng)絡(luò)音頻傳輸器轉(zhuǎn)換成模擬音頻信號(hào)輸出到調(diào)音臺(tái)。調(diào)音臺(tái)進(jìn)行增益、處理、分配后輸出給到一臺(tái)8進(jìn)8出的網(wǎng)絡(luò)音頻傳輸器，轉(zhuǎn)換成數(shù)字音頻信號(hào)并經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)音頻處理器處理過后通過網(wǎng)線傳輸給到每只網(wǎng)絡(luò)有源音箱。傳輸及處理都是在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行，避免了音質(zhì)劣化。 五、擴(kuò)聲聲場(chǎng)控制是擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)的根本 擴(kuò)聲屬于應(yīng)用聲學(xué)的范疇，無論是室內(nèi)或是室外擴(kuò)聲都不能脫離使用擴(kuò)聲所處的聲學(xué)環(huán)境(或聲場(chǎng))。擴(kuò)聲的終效果是建聲與電聲綜合效果的體現(xiàn)，所以擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本問題是聲學(xué)問題，它是在建聲的基礎(chǔ)上完成擴(kuò)聲聲場(chǎng)的分析與設(shè)計(jì)計(jì)算工作。 如果從擴(kuò)聲系統(tǒng)聲學(xué)特性指標(biāo)來測(cè)評(píng)一個(gè)擴(kuò)聲聲場(chǎng)，主要有大聲壓級(jí)、傳輸頻率特性、聲場(chǎng)不均勻度和傳聲增益等。如果從聽感來評(píng)價(jià)一個(gè)擴(kuò)聲聲場(chǎng)，主要有語言清晰度和音樂的明晰度以及聲音"諸多屬性"重放的音質(zhì)效果等。 無論是室內(nèi)或是室外擴(kuò)聲其擴(kuò)聲聲場(chǎng)都或多或少存在有聲干涉，或許這是不可避免的。擴(kuò)聲聲場(chǎng)聲干涉的存在，會(huì)影響到擴(kuò)聲的語言清晰度和音樂的明晰度，有損于擴(kuò)聲重放的音質(zhì)效果?，F(xiàn)代擴(kuò)聲設(shè)計(jì)已不在"滿足"于一般意義上的擴(kuò)聲聲壓級(jí)和聲場(chǎng)不均勻度，而十分注重?cái)U(kuò)聲聲場(chǎng)的聲干涉問題，在設(shè)計(jì)中力圖把聲干涉減少到小，這是現(xiàn)代擴(kuò)聲設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。
體育館吸音改造 膜結(jié)構(gòu)頂棚以其輕質(zhì)、高強(qiáng)度、造型可塑性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)在高大空間建筑設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用，然而該結(jié)構(gòu)由于其自身材質(zhì)的特殊性又對(duì)室內(nèi)音質(zhì)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。傳統(tǒng)的大空間音質(zhì)設(shè)計(jì)以控制全頻混響時(shí)間和避免聲缺陷為重點(diǎn)，較低的混響時(shí)間及平直的頻率特性有利于擴(kuò)聲系統(tǒng)的使用。常見的處理方式即在頂面結(jié)合金屬屋面做聲學(xué)處理或者大面積懸掛吸聲體，而在膜結(jié)構(gòu)的高大空間中這些方法將受到較大的限制，一方面是基于膜自身的吸聲特性，由于自振頻率較低且面積較大，膜結(jié)構(gòu)低頻吸聲性能較好，同時(shí)較大的平均自由程使得空氣吸聲量在總吸聲量中的比例增大，頻率特性在高頻段斜率急劇減小，從而在中低頻段某處出現(xiàn)拐點(diǎn)（“起包”現(xiàn)象）；另一方面，吸聲界面受到限制，在已有膜結(jié)構(gòu)的表面難以懸掛較大的荷載且難以進(jìn)行聲學(xué)處理，若頂棚較高，則平整的膜表面與地面之間容易產(chǎn)生顫動(dòng)回聲的音質(zhì)缺陷。由此可見，分析已有的膜結(jié)構(gòu)聲學(xué)設(shè)計(jì)案例并探索其音質(zhì)設(shè)計(jì)策略具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。 高大空間建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)是當(dāng)代建筑聲學(xué)工程技術(shù)的重要研究方向，文獻(xiàn)[1,2,3,4,5]中闡述了體育館、主題樂園、展廳等不同功能的高大空間聲學(xué)設(shè)計(jì)方案，這些方案具有一定共性，即頂面往往能夠作為重要的吸聲面且限制較?。欢P(guān)于膜結(jié)構(gòu)聲學(xué)性能的研究較少，僅有的文獻(xiàn)則更多關(guān)注膜結(jié)構(gòu)的空氣聲隔聲性能[6,7]。本文以某膜結(jié)構(gòu)體育館的聲學(xué)改造工程為例，通過分析改造前室內(nèi)聲場(chǎng)的音質(zhì)缺陷，提出合理的建聲和電聲解決方案，采用聲學(xué)模擬軟件仿真計(jì)算室內(nèi)聲場(chǎng)，并通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量驗(yàn)證方案的可行性。
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