音视频系统解决方案
体育场馆扩声系统解决方案

体育场馆扩声系统解决方案

为保证体育场馆的观众席、比赛场地及有关房间满足使用功能要求的听闻环境,测量体育场馆的声学特性,检验体育场馆声学工程的质量,制定本规程。本规程适用于新建、扩建、改建体育场馆的声学设计和声学测量,也适用于既有体育场馆的声学测量。体育场馆的声学设计应从建筑方案设计阶段开始。体育场馆的建筑声学设计、扩......

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  为保证体育场馆的观众席、比赛场地及有关房间满足使用功能要求的听闻环境,测量体育场馆的声学特性,检验体育场馆声学工程的质量,制定本规程。本规程适用于新建、扩建、改建体育场馆的声学设计和声学测量,也适用于既有体育场馆的声学测量。体育场馆的声学设计应从建筑方案设计阶段开始。体育场馆的建筑声学设计、扩声系统设计和噪声控制设计应协调同步进行。对设有可开合活动顶盖的体育场,应按对体育馆的声学设计原则进行建筑声学设计、噪声控制设计。体育场馆声学设计和声学测量除应符合本规程外,尚应符合国家现行有关标准的规定。

  体育场馆建筑声学设计一般规定

  体育场馆的建筑声学条件应保证使用扩声系统时的语言清晰。未设置固定安装的扩声系统的训练馆,其建筑声学条件应保证训练项目对声环境的要求。体育馆比赛大厅内观众席和比赛场地以及体育场的观众席不宜出现回声、颤动回声和声聚焦等声学缺陷。当选择体育场馆建筑声学处理方案时,应结合建筑形式、结构形式、观众席和比赛场地的配置及扬声器的布置等因素确定。当选择声学材料和构造时,声学材料和构造应符合对材料的声学性能、强度、防火、装修、卫生、环保、防潮、造价等方面的要求。体育场馆的吸声处理宜结合房间围护结构的保温、隔热、遮光的要求进行综合设计。在处理比赛大厅内吸声、反射声和避免声学缺陷等问题时,除应将扩声扬声器作为主要声源外,还宜将进行体育活动时产生的自然声源作为声源。

  一、体育场馆声学标准解读

  本期标准:JGJT 131-2012《体育场馆声学设计及测量规程》

  本期重点:

  1、在频率为500~1000Hz时,综合体育馆比赛大厅对不同容积比赛大厅的满场合适混响时间宜满足下表要求:

  注:当比赛大厅容积大于表中列出的最大容积的1倍以上时,混响时间可比2.1s适当延长。

  2、在频率为500~1000Hz时,游泳馆比赛厅对不同容积比赛大厅的满场合适混响时间宜满足下表要求:

  3、综合体育管与游泳馆比赛大厅各频率混响时间相对于500Hz~1000Hz混响时间的比值宜符合下表的规定。

  4、有花样滑冰表演功能的溜冰馆,其比赛厅的混响时间可按容积大于160000m3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厅的混响时间可按游泳馆比赛厅混响时间的规定设计。

  5、体育场馆内对声学环境有较高要求的辅助房间的混响时间宜符合下表的规定。

  6、当体育馆比赛大厅或体育场馆的贵宾休息室、扩声控制室、评论员室和播音室无人占用时,在通风、空调、照明设备等正常运转条件下,室内背景噪声限值宜符合下表中的规定。

  标准解读:

  在国内外已建的体育馆中,综合体育馆占绝大多数。由于综合体育馆可以进行大多数运动项目,例如:篮球、排球、手球、羽毛球、体操、击剑等;

  根据它的多功能使用要求,因而对场馆内音质的要求较高。

  其声学设计指标要综合各项运动项目的音质要求,根据各项功能中,音质要去较高的项目来定,故综合体育馆比赛大厅的混响时间和背景噪声应适合于多数比赛项目的要求。

  二、体育场馆声学基础知识分享

  1、声线:自声源发出,代表能量传播方向的曲线,声的波动性质不计。声线的方向与波阵面垂直。利用声线可以检查厅堂中的声场分布是否均匀,以及是否存在声缺陷等。

  2、几何声学:用声线的观点研究声波在封闭空间中传播的科学。声线,表示前进的方向,当遇到尺寸超过波长较多的界面时将会反射,其反射角等于入射角。

  3、音质:房间中传声的质量。房间音质的决定因素是混响时间、传输频率特性、声场分布和噪声级等。音质的最终评价在语言的情况主要是语言清晰度,在音乐的情况则靠音乐的欣赏价值来决定。

  4、音质设计:在建筑设计中从音质上保证建筑适合使用要求所采取的步骤。音质设计包括厅堂体型、每座容积和混响时间的确定,以及吸声材料的选择和布置等。同时还应避免回声、声聚焦以及过高的背景噪声等。

  5、语言清晰度:语言清晰度是评价厅堂,扩声或通讯系统声音质量的一项重要指标.它指的是语言由发音人发出经过一定的传输通道到达听者时声音的清晰程度.尤其对以语言扩声为主的场所或语言通讯系统来说,语言清晰度是反映其声音传输质量的重要依据。

  6、丰满度:表示声音在室内发声和在露天发声时相比,在音质上提高的程度。

  7、声学技术如何融入工程项目:

  ① 概念阶段:根据项目性质进行规划阶段的声学建议书,根据国家标准进行声环境分级,避免项目建成后的声环境隐患。绿色建筑、健康建筑大概能融入,国家对人居环境的期望等。

  ② 方案阶段:根据业主对工程项目的需求,按照国家规范进行平面布局设置,撰写声学设计方案建议书,与建筑和装饰方案的有机融合,利用建筑装饰手法满足声学要求。

  ③ 深化阶段:根据方案建议书进行深化,按照指标要求确定材料和工艺,并制作模型进行计算机仿真计算来核实方案的可行性,并撰写详细的声学设计方案。

  三、体育场馆空间声环境设计

  综合体育场馆空间声学设计

  随着体育、文化事业的发展,全国各地已经或将要建造大量的体育馆。

  在这些体育馆中,绝大多数是综合性多用途体育馆,除体育比赛和训练外,还可用于大型文艺演出、举行会议、时装表演、放映电影及举办杂技、马戏演出等。这些体育馆已是名符其实的多功能体育馆。

  由于体育馆容座最大,举办大型文艺活动可容纳更多的观众,取得良好的社会效益和经济效益。

  目前,新建体育馆的设计任务书已列入多功能使用要求。多功能体育馆对声学设计也提出较高的要求。

  体育馆的最大特点就是容积较大,致使大厅的混响时间过长。首先,过长的混响时间会降低大厅的音质清晰度,使观众的听音混浊,影响演出的效果和口碑。

  对于运动员则可能由于馆中音质问题而大失水平。其次,过长的混响时间还会使扩声系统产生啸叫。

  另外,比赛池的平行墙和过大的自由声程会产生颤动回声和多重回声的音质缺陷。会使运动员运球的脚步声和撞击声更加激烈,甚至演变成强烈的嘈杂声。当代体育馆的构型愈趋于多样化,建筑设计师们已不满足过去矩形的设计。

  圆形,椭圆形,多边形等层出不穷。而这些弧形墙面和穹形顶面往往会产生声聚焦。

  声学设计主要设计内容是比赛大厅混响时间的设定,回声等声学缺陷消除,背景噪声的控制以及各辅助用房的声学处理等。

  声学处理措施则应该按照综合体育馆的形式、容积、造价和扩声系统的配置方式区别对待。主要处理措施有以下几个方面:

  (一)音质设计

  (1)比赛大厅顶面

  体育馆一般较高,而比赛大厅顶部往往是声音传播反射的必经之地,体育馆顶面是进行吸声处理的最佳位置,所以要充分利用体育馆比赛大厅顶部做强吸声处理,控制混响时间。一般可将体育场馆顶部使用吸声吊顶,但吸声吊顶的吸声性能远不如空间吸声体,因为空间吸声体有五个吸收面,吸声性能提升,相同空间的吸声面积增大,是作为强吸声场所的首选。

  (2)比赛大厅墙面

  体育馆观众席每座容积较大,墙面可做吸声的部位有限;因此,在声学设计时更应该利用好墙面吸声。在墙面可以使用穿孔或多孔性吸声材料吸收中高频声能,后部使用空腔吸收低频声能,空腔内可选择是否填充玻璃棉。

  (3)主席台、裁判席

  为保证主席台、裁判席有足够的语言清晰度,没有明显回声、颤动回声等声缺陷影响,体育馆的主席台、裁判席周围壁面应做吸声处理。同时主席台和裁判席通常是使用传声器的区域,所以在主席台、裁判席周围壁面做吸声处理还有利于提高扩声系统的传声增益。

  (二)背景噪声控制

  (1)为了减弱外界噪声对比赛大厅的影响以及避免大厅声响对周围环境产生干扰,比赛大厅的外围护结构应具有必要的隔声量,对于隔声较差的外围护透光构件应采取必要措施提高其隔声性能。由于轻质屋面隔绝外界雨致噪声、风致噪声的能力较差。应采取适当的隔声、减振措施。

  (2)贵宾休息室围护结构的计权隔声量应满足计权隔声量+粉红噪声频谱修正量Rw+C>45。

  (3)为避免评论员室相互之间的干扰,应保证评论员室之间的隔墙具有必要的隔声能力。

  (4)空调系统的消声降噪处理,应首先考虑用土建方式解决大风量通风的消声。实践证明这种方式不仅可以充分利用空间、消声频带较宽、花费较少,而且隔声效果又好。采用“下送上回”的置换式通风系统也可大大降低空调的噪声。

  (5)空调机房、锅炉房等各种设备用房应远离比赛大厅、贵宾休息室等有安静要求的用房。当其与主体建筑相连时,应采取有效的降噪、隔振措施。

  (三)其他

  (1)体育场馆的比赛大厅内设有记分牌的墙面及部分其他较大面积墙面,无吸声处理易产生强反射或回声,应对这些墙面做吸声处理。

  (2)比赛场地周围矮墙、看台栏板一般为平行、坚硬平面,容易出现回声、颤动回声,在比赛场地周围的矮墙、看台栏板上设置吸声构造可消除可能出现的声缺陷。

  (3)部分体育馆看台有较深的挑棚,而在挑棚深处会出现声音衰减较慢的情况,影响到扩声系统的清晰度,故宜在挑棚内进行吸声处理。

  (4)当控制室、评论员室以及贵宾室等房间有观察窗时,这些窗一般不大并且不能有遮挡物,故窗前不设窗帘,将窗玻璃倾斜,把声音反射到其他地方,避免产生声学缺陷。

  四、体育场馆扩声系统设计

  (一)体育场馆扩声系统设计一般规定

  1、在体育场馆中应设置固定安装的扩声系统。固定安装的扩声系统应满足体育比赛活动时观众席、比赛场地等服务区域的语言扩声需求。

  2、扩声系统应保证在观众席、比赛场地及其他系统服务区域内达到相应的声压级,声音应清晰、声场应均匀。同时,在其服务区域所产生的最大声音不应造成人员听力的损伤。

  3、当体育场馆进行非体育比赛活动时,宜根据需要配置临时扩声系统,结合固定安装的扩声系统使用。

  4、根据使用要求,固定安装的扩声系统应包括下列独立或同时使用的主扩声系统和辅助系统:

   (1)观众席、比赛场地的主扩声系统;

   (2)检录、呼叫广播系统;

   (3)新闻发布厅扩声系统;

   (4)内部通话系统;

   (5)游泳池水下广播系统。

  5、主要观众席和比赛场地周边应设置扩声系统综合输入、输出接口插座,扩声控制室与各控制机房之间应有管道或线槽路径供安装信号联络线。

  6、扩声系统对服务区以外有人区域不应造成环境噪声污染。

  (二)体育场馆主扩声系统

  1、传声器的配置应符合下列规定:

   (1)应按使用范围配置相应数量的传声器;

  (2)应选择有利于抑制声反馈、低阻抗和平衡输出类型的传声器;

  (3)在主席台、裁判席应设传声器插座;比赛场地四周宜设传声器插座。

  2、观众席扬声器系统应符合下列规定:

   (1)应选用灵敏度高、指向性合适、最大声压级高、频带范围宽的扬声器系统;

  (2)扬声器系统宜根据不同场馆的具体情况,可采用集中式、分散式或集中分散相结合的方式吊装;

  (3)在体育场馆观众席上感觉到的由扩声扬声器系统产生的声像宜位于前方;

  (4)对露天非全封闭体育场,扬声器系统应为全天候型:具有防风、防热、防水、防盐雾(沿海地区)等性能;在游泳馆使用的扬声器系统应具有防水、防酸碱雾等性能;

  (5)当采用功率放大器与扬声器为一体的有源扬声器系统时,有源扬声器系统的安装位置应满足安全要求。

  3、比赛场地扬声器系统应符合下列规定:

  (1)比赛场地应设置可独立控制的扬声器系统;

  (2)比赛场地扬声器系统的轴线指向应避免场地作为反射面将主要声能反射到观众席上。

  4、主扩声扬声器系统与可能设置主扩声传声器处之间的距离宜大于主扩声扬声器系统的临界距离;扬声器系统主轴应避免指向主扩声传声器。

  注:临界距离系指声场中直达声能密度与混响声能密度相等的点到声源中心的距离。

  5、主扩声扬声器系统的特性及配置应使其直达声均匀覆盖其服务区。主扩声扬声器系统的设置,应避免在体育馆观众席、比赛场地出现回声;应避免在体育场观众席出现强回声。

  6、扬声器系统的安装条件应符合下列规定:

  (1)必须有安全可靠的保障措施,当涉及承重结构改动或增加荷载时,应由原结构设计单位或具备相应资质的设计单位核查有关原始资料,对既有建筑结构的安全性进行校验、确认;

  (2)不应引致其他噪声;

  (3)当扬声器系统采用暗装时,安装开口应大至不遮挡扬声器系统向其服务区辐射直达声;选择安装开口所用装饰面材料时,应主要根据装饰面材料的透声性能确定;当装饰面材料为开孔类型的材料时,开孔率不应小于50%;蒙面装饰用格栅的尺寸不宜大于20mm,并应小于扬声器单元声辐射口径的1/10;

  (4)扬声器系统安装位置后方的反射面应做声学处理。

  (三)体育场馆辅助系统

  1、检录、呼叫广播系统应符合下列规定:

  (1)运动员检录处宜设置小型流动扩声系统;

  (2)运动员、教练员、裁判、医务等人员休息、练习、工作场所应设呼叫广播系统;

  (3)在体育场馆的入口处、包厢、观众休息区等处应设置呼叫广播系统。

  2、新闻发布厅扩声系统的设置,宜符合现行国家标准《厅堂扩声系统设计规范》GB 50371中关于会议类扩声系统的相关规定。

  3、大型体育场馆内宜设置裁判、运动员和工作人员之间的内部通话系统。

  4、当设置内部通话系统时,在扩声控制室、灯光控制室、检录处、裁判员席、公共广播机房、显示屏控制机房和消防安全值班室等主要技术及体育工作用房应设置内部通话台分站;在现场调音位、功放机房、记者席、评论员席及场内广播室等主要工作点宜设置内部通话插座面板。

  5、游泳池水下广播系统应符合下列规定:

  (1)有花样游泳表演需求的游泳池,应设置独立的水下扬声器系统;

  (2)水下扬声器可固定安装在与泳道平行的两侧池壁;

  (3)应采用延时器调节水下扬声器系统与比赛场地扬声器系统的时间差。

  (四)体育场馆扩声控制室与功放机房

  1、扩声控制室应设置在便于观察场内的位置,面向主席台及观众席开设观察窗,观察窗的位置和尺寸应保证调音员正常工作时对主席台、裁判席、比赛场地和大部分观众席有良好的视野;观察窗宜可开启,调音员应能听到主扩声系统的效果。

  2、扩声控制室的面积应满足设备布置和方便操作及正常检修的需要;地面宜铺设防静电活动架空地板。

  3、扩声控制室内若有正常工作时发出超过NR-35干扰噪声的设备,宜设置设备隔离室。

  4、扩声控制室内宜设置监听扬声器系统。

  5、扩声控制室与比赛场地之间宜预留不少于2对的管线。

  6、当扩声控制室与观众席扬声器系统、比赛场地扬声器系统连线单程长度超过100m时,宜在扬声器系统安装位置的附近区域设置功放机房。对大型体育场馆,若采用分散式的扬声器布置,宜设置多个功放机房以分区域分配功率放大器。

  7、当功放机房与扩声控制室不在同一操作区域时,宜对功放设备配置监控系统。

  8、功放机房应设置独立的空调系统。

  9、扩声系统设备的电源不应与可控硅调光设备、舞台机械设备、空调系统或变频设备等共用同一电源变压器;若其电源电压不稳定或受干扰严重,应配备电源稳压器或隔离变压器。

  10、当扩声系统设备工艺接地时,应设独立接地母线并单点接地,其接地电阻不应大于1Ω。

  (五)体育场馆系统设备与连接

  1、调音台及信号处理应符合下列规定:

  (1)观众席扩声系统应配置独立的调音台;

  (2)观众席扩声系统、比赛场地扩声系统、游泳池水下广播系统应设信号处理设备,其功能宜包括增益、分配、混合、均衡、压缩、限幅、延时、滤波及分频等。

  2、系统连接应符合下列规定:

  (1)传声器信号及音频信号传输连接线应采用带屏蔽的平衡电缆;

  (2)扩声设备之间互连应符合现行国家标准《声系统设备互连的优选配接值》GB/T 14197的规定;

  (3)当传声器信号连接线单程长度超过100m时,在传声器附近宜采用前置放大器对信号进行放大后再传输;扩声控制室与功放机房之间宜采用数字方式的信号传输;

  (4)扩声控制室与公共广播控制机房、功放机房、检录区域、裁判席、评论员席、记者席、显示屏控制机房、转播控制室等技术功能用房之间应设置双向音频信号传输系统;

  (5)应预留与公共广播系统、应急广播系统的信号接口;

  (6)当功率放大器与扬声器系统分离时,全频扬声器连线的功率损耗应小于全频扬声器功率的10%,次低频扬声器连线的功率损耗宜小于次低频扬声器功率的5%。

  五、体育场馆对扩声系统的基本要求

  1.体育场馆经常性的使用是体育比赛或群众集会,因而对扩声系统的基求要求是,首先要保证语言扩声的可懂度(或清晰度)。这看似简单在实施中要能真正满足体育场馆观众座席(或大多数观众座席)具有良好的听闻并非易事。

  2.体育场馆的使用如果有大型运动会的开幕式、闭幕式或大型高水平的文艺演出,这时扩声系统配以高质量的"流动系统"与原有的"固定"安装系统联合使用,会效果较佳也是比较经济的方式。

  3.现代体育场馆的观众群体有别于传统的"观众",更多的是支持参赛队的"球迷"拉拉队,体育比赛过程气氛热烈。但是对扩声而言"背景噪声"级增大了且是无规的,在扩声系统设计中应予以充分注意。

  六、体育场馆声学特性规范

  1、体育场馆声学特性规范

  JGJT 131-2012《体育馆声学设计及测量规程》由中国建筑科学研究院主编,经建设部批准的全国行业标准,自2001年3月1日起施行。其主要内容包括:总则;建筑声学设计;噪声控制;扩声设计和声学测量等五个部分(详参见JGJ/T131-2000,J42-2000)。

  比赛大厅基本分为,综合体育馆比赛大厅;游泳馆比赛大厅和溜冰馆等。

  2、体育场馆的声学特性

  体育场馆声学特性目前国内尚无成文的规范可循。近来世界足联(FIFA)和德国足协(DFB)的有关资料表明,对体育场观众席扩声稳态声压级的要求为105dB左右。

  2008北京奥运会对新建或改建体育场馆主扩声系统的声学特性指标要求;

  声压级:正常使用95dB;最大声压级(紧急广播)106dB。

  传输频率特性:语言使用100Hz~ 5KHz ±5dB;

  音乐使用100Hz~15KHz ±5dB。

  语言清晰度:快速语言传递指数RASTI≥0.5。

  需要指出的是虽然体育场是非封闭空间,在扩声设计中也不能简单地以自由声场来对待这是非常重要的。大多体育场观众席上方多带有"挑棚"存在声反射,一个典型的可容纳几万人座席的体育场空场混响时间会长达5秒左右,满场带观众时的混响时间也会有3秒左右。因而,在扩声系统设计时要予以充分的注意。

  七、体育场馆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)。扩声的最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,主要有最大声压级、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最小,这是现代扩声设计的重点。

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