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体育馆吸音改造
体育馆声学缺陷分析
2.1 改造项目概况
该体育馆为矩形平面，长约87m，宽约52m，屋面中部为凹曲面穹顶，屋面两侧均为膜结构，室内总体积约54700m3， 容座2333座。该体育中心主要功能是用于学生平时体育锻炼，但需兼顾会议及文艺活动的功能需要（图1）。
应使用方要求，我方对该体育中心室内音质进行现场主观试听与测试，室内墙面虽采用了较大面积的吸声材料，但由于未根据体型特点及膜结构特性进行针对性设计，导致室内声场分布不均匀，音质效果较差。扩声系统布局不合理，不仅未能减弱音质缺陷的不利影响，反而进一步加剧了声缺陷的程度。
2.2 声学改造目标
根据现场测量数据并结合主观感受可知改造方案应重点解决下列几个问题。
(1)改善混响时间频率特性，解决“起包”现象。根据混响时间测量结果可知，改造前该体育馆空场混响时间f=1000Hz时为4.1s，且在此频率位置曲线出现峰值。空场各频段混响时间实测值详见表1。
(2)凹曲面穹形顶棚存在声聚焦现象[1415]。由于原有凹曲面顶棚未考虑吸声和扩散处理，声线聚焦位置恰在人耳高度附近。根据实测结果可知，在无指向性声源作用下，聚焦点位置的平均声压级（线性计权）比其他位置高2.5d B。
体育馆吸音改造
体育馆声学改造策略
由上述分析可知，该体育馆改造的难点在于顶面膜结构面积较大，常见的大空间声学处理方式难以适用，同时在不破坏原有结构的条件下，需精准而又针对性地解决存在的若干声学问题。对此，在保证声学效果同时兼顾装饰、经济性的前提下，我们针对性地提出了相应的解决方案（图2）。
改善频率特性（“起包”）可结合声聚焦问题一并考虑。由于需选择性地降低某些频率的混响时间。同时尽可能中低频聚焦产生的不良影响，因此我们对于材料吸声特性的选择及吊挂形式提出了相应的要求。具体措施如下：在保持原有膜结构的情况下将局部凹曲面吊顶拆除，并按阶梯状悬挂平板空间吸声体，空间吸声体单元厚10 0 m m，平面投影尺寸为112 5m m×620 m m。单元之间采用30×30×2.5镀锌角钢固定，并采用φ6镀锌钢丝绳固定于网架下弦杆上（图3）。
空间吸声体中棉的特性及整体制作工艺对于其声学性能具有关键性作用，为了保证吸声体能够针对性地解决该体育馆的问题，在确定材料各项参数后由专业的检测机构在混响室中测量吸声体单元的吸声系数，并以此修正计算结果。吸声体混响室各频段吸声系数实测值参看表2。由此可知，500Hz吸声系数高达2.081000Hz吸声系数高达1.71，低频和高频吸声系数相对较低，可见该吸声体吸声频率特性可选择性大幅度降低某些频率的混响时间，完全适合该体育馆的声学要求。
对于体育馆内其他可能造成颤动回声的平行界面则做了针对性处理，如将原有贵宾包厢玻璃窗拆除同时后墙面作吸声处理。为了和其他界面装饰效果保持统一，改造的后墙面采用槽木吸声板，正面开槽，槽宽4mm，条面宽28mm；背面开孔，孔径10mm，孔距沿长边方向16mm，沿短边方向32mm；板后空腔100mm，内填50mm厚32kg/m3玻璃棉；原有窗帘拆除，采用200%打折密度较高吸声性能较好的天鹅绒窗帘，同时将玻璃墙面上方的玻璃挡板拆除，进一步降低颤动回声的不利影响。
重新调整扩声扬声器的定位及辐射角度。利用原有灯光吊杆吊挂9只箱式点声源扬声器，合理选择扬声器的指向性[8910111213]，避免直达声能在凹曲面顶棚下方汇聚，确保直达声可均匀覆盖比赛场地和观众席，扬声器定位及指向性参看图4。
4 计算机声学仿真计算
为了验证和预测该改造方案的实际效果，采用Raynoise声场模拟软件对音质客观参量进行仿真计算。将原体育馆室内空间做简化处理，建立三维仿真模型，根据混响时间计算结果定义室内各界面吸声系数和散射系数。仿真声源为距地1.5m高无指向性点声源，听音面包含比赛区域和观众区域，距地1.2m高。
图5和图6分别为改造前和改造后听音面中频1000Hz混响时间模拟云图。图7和图8分别为改造前和改造后听音面中频1000Hz清晰度D50模拟云图。对比图5和图6可知，经过声学改造后，原本“起包”频率混响时间明显降低，1000Hz模拟混响时间平均值小于2.4s；对比图7和图8可知，在改造前较大面积区域1000Hz语言清晰度D50均小于30%，在改造后1000Hz语言清晰度得到显著改善，听音面D50平均值>45%。
体育馆吸音改造
体育馆举办各类文艺晚会、会议、体育比赛时，扩声系统信号需从舞台传输到控制室，文艺演出舞台的音源比较多，比如：架子鼓、吉他、贝斯、电子琴、钢琴、小提琴等乐器，这些音源要传输到控制室，必须每路独立通过信号电缆传输到控制室调音台，模拟传输方式会产生信号干扰、信号衰减、信号损耗等问题，因为传输距离比较远，音频信号质量必然受损。这里我们设计采用网络音频传输器进行传输，在舞台侧的设备机房放置一台16路模拟音频输入的网络音频传输器，通过一条网线就能将16路音频信号无损的传输到对面的控制室，通过控制室的两台8进8出的网络音频传输器转换成模拟音频信号输出到调音台。调音台进行增益、处理、分配后输出给到一台8进8出的网络音频传输器，转换成数字音频信号并经过网络音频处理器处理过后通过网线传输给到每只网络有源音箱。传输及处理都是在网络上进行，避免了音质劣化。
五、扩声声场控制是扩声系统设计的根本
扩声属于应用声学的范畴，无论是室内或是室外扩声都不能脱离使用扩声所处的声学环境(或声场)。扩声的终效果是建声与电声综合效果的体现，所以扩声系统设计的基本问题是声学问题，它是在建声的基础上完成扩声声场的分析与设计计算工作。
如果从扩声系统声学特性指标来测评一个扩声声场，主要有大声压级、传输频率特性、声场不均匀度和传声增益等。如果从听感来评价一个扩声声场，主要有语言清晰度和音乐的明晰度以及声音"诸多属性"重放的音质效果等。
无论是室内或是室外扩声其扩声声场都或多或少存在有声干涉，或许这是不可避免的。扩声声场声干涉的存在，会影响到扩声的语言清晰度和音乐的明晰度，有损于扩声重放的音质效果。现代扩声设计已不在"满足"于一般意义上的扩声声压级和声场不均匀度，而十分注重扩声声场的声干涉问题，在设计中力图把声干涉减少到小，这是现代扩声设计的重点。
体育馆吸音改造
体育馆声学改造策略
由上述分析可知，该体育馆改造的难点在于顶面膜结构面积较大，常见的大空间声学处理方式难以适用，同时在不破坏原有结构的条件下，需精准而又针对性地解决存在的若干声学问题。对此，在保证声学效果同时兼顾装饰、经济性的前提下，我们针对性地提出了相应的解决方案（图2）。
改善频率特性（“起包”）可结合声聚焦问题一并考虑。由于需选择性地降低某些频率的混响时间。同时尽可能中低频聚焦产生的不良影响，因此我们对于材料吸声特性的选择及吊挂形式提出了相应的要求。具体措施如下：在保持原有膜结构的情况下将局部凹曲面吊顶拆除，并按阶梯状悬挂平板空间吸声体，空间吸声体单元厚10 0 m m，平面投影尺寸为112 5m m×620 m m。单元之间采用30×30×2.5镀锌角钢固定，并采用φ6镀锌钢丝绳固定于网架下弦杆上（图3）。
空间吸声体中棉的特性及整体制作工艺对于其声学性能具有关键性作用，为了保证吸声体能够针对性地解决该体育馆的问题，在确定材料各项参数后由专业的检测机构在混响室中测量吸声体单元的吸声系数，并以此修正计算结果。吸声体混响室各频段吸声系数实测值参看表2。由此可知，500Hz吸声系数高达2.081000Hz吸声系数高达1.71，低频和高频吸声系数相对较低，可见该吸声体吸声频率特性可选择性大幅度降低某些频率的混响时间，完全适合该体育馆的声学要求。
对于体育馆内其他可能造成颤动回声的平行界面则做了针对性处理，如将原有贵宾包厢玻璃窗拆除同时后墙面作吸声处理。为了和其他界面装饰效果保持统一，改造的后墙面采用槽木吸声板，正面开槽，槽宽4mm，条面宽28mm；背面开孔，孔径10mm，孔距沿长边方向16mm，沿短边方向32mm；板后空腔100mm，内填50mm厚32kg/m3玻璃棉；原有窗帘拆除，采用200%打折密度较高吸声性能较好的天鹅绒窗帘，同时将玻璃墙面上方的玻璃挡板拆除，进一步降低颤动回声的不利影响。
重新调整扩声扬声器的定位及辐射角度。利用原有灯光吊杆吊挂9只箱式点声源扬声器，合理选择扬声器的指向性[8910111213]，避免直达声能在凹曲面顶棚下方汇聚，确保直达声可均匀覆盖比赛场地和观众席，扬声器定位及指向性参看图4。
4 计算机声学仿真计算
为了验证和预测该改造方案的实际效果，采用Raynoise声场模拟软件对音质客观参量进行仿真计算。将原体育馆室内空间做简化处理，建立三维仿真模型，根据混响时间计算结果定义室内各界面吸声系数和散射系数。仿真声源为距地1.5m高无指向性点声源，听音面包含比赛区域和观众区域，距地1.2m高。
图5和图6分别为改造前和改造后听音面中频1000Hz混响时间模拟云图。图7和图8分别为改造前和改造后听音面中频1000Hz清晰度D50模拟云图。对比图5和图6可知，经过声学改造后，原本“起包”频率混响时间明显降低，1000Hz模拟混响时间平均值小于2.4s；对比图7和图8可知，在改造前较大面积区域1000Hz语言清晰度D50均小于30%，在改造后1000Hz语言清晰度得到显著改善，听音面D50平均值>45%。体育馆吸音改造
和一般剧场、音乐厅、会议厅等厅堂相比，体育馆能做吸声处理的表面积比较少，所以混响时间普遍偏长。
目前，从国内到国外，不论是新建馆还是旧馆改造普遍都设计成" 多功能"的模式。不仅具备体育训练和比赛的功能，还承担集会、展览、庆典、文艺演出甚至放电影等多样功能。据资料介绍，美国旧金山某体育设施的使用比率 中 体育比赛占51.7% 音乐会占19.4% 马戏、冰上舞蹈占7.1% 展览及其它活动占21.8%。澳大利亚墨尔本某体育馆，音乐演出占50%左右。这是体育产业化、社会化带来的发展动向。
二、 体育馆建筑声学设计的有关标准
建设部近年先后颁发了JGJ/T131-2012 《体育场馆声学设计及测量规程》和JGJ31-2003《体育建筑设计规范》两个文件，其中有关建声设计的指标及要求有以下几点：
〔1〕体育馆建筑声学条件应以保证语言清晰为主。
〔2〕不得产生明显的声聚焦、回声、颤动回声等音质缺陷。
〔3〕中小型体育馆混响时间在500-1000Hz范围内宜设置:1.3-1.5s。
各频率混响时间相对于500-1000Hz混响时间的比值：
频率〔Hz〕 125 250 2000 4000
比值 1.0-1.3 1.0-1.1 0.9-1.0 0.8-0.9
〔4〕大厅上空应设置吸声材料或吸声构造。
〔5〕大厅四周的玻璃窗应设有吸声效果的窗帘。
〔6〕大面积墙面应做吸声处理。
〔7〕比赛场地周围的矮墙、看台栏板宜设置吸声构造，或控制倾斜角度和造型。体育馆吸音改造
武汉商学院体育馆作为军运会 35 个场馆设施建设中速度快、周期短的场馆，此次项目为智能化系统更新、扩声系统、赛事功能用房装修，建成后的体育馆可满足击剑项目要求。
武汉商学院体育馆升级高清晰度扩声系统
项目内容：
扩声的根本目的就是为了让语言听得到、听得清，扩声系统的声压级再大、声波覆盖再均匀，但是听不清，也就失去了扩声的目的。
根据荷兰的声学家 V.M.A.Peutz 对扩声系统语言清晰度的理论公式，经普滋盛汀声学公司采用世界先进的“PEUTZ 技术理念”电声弥补建声，结合改造预算等客观因素，采用性价比超高的相对集中布置线源阵列扬声器，即在场地中央上方网架下分别吊装 4 组，每组由 3 只（内置具有 PEUTZ 技术理念垂直排列组合的 4 ×8 寸低频单元线阵列扬声器）和 3 只（内置具有 PEUTZ 技术理念垂直排列组合的双 8 寸低频单元线阵列扬声器）组成的扬声器系统，覆盖观众席和比赛场地；另配置 2 只内置 12 寸低频单元的全频扬声器系统作为主席台返送扬声器；同时配置 2 只内置双 18 寸低频单元的超低频扬声器，增加音乐重放时的度。
武汉商学院体育馆扩声系统的设计、指导安装和售后培训。完工后，经第三方权威机构检测，扩声系统各项声学特性指标达到“厅堂、体育场馆扩声系统设计规范（GB/T 28049-2011）中规定的体育馆声学特性一级指标”，同时扩声语言清晰度 STIPA 达到了 0.6 的超高指标，获得业主和组委会的一致好评。
