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Architectural and Acoustic Design in a Sports Center
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摘要: 体育场馆的室内建筑与设计需要兼顾声学环境与空间美学环境，多数场馆容积大、造型独特，容易产生长时间的混响，导致语言清晰度低、回声和声聚焦等问题，因此有必要根据场馆的具体需求进行针对性地建筑声学设计。介绍了某体育中心室内体育馆和游泳馆的建筑声学环境设计过程，首先明确了建声设计混响时间的目标范围，然后通过吸声材料的使用和室内布局构造来降低混响时间，以达到建声设计目标，最后通过理论计算和现场实测验证了此次建筑声学设计的有效性。实测结果表明，所建声环境均达到建声目标，能满足体育中心的日常使用需求，可为后续的其他大型体育中心工程开展与实施提供参考。Abstract: The indoor architecture and design of sports venues require careful consideration of both the acoustic environment and spatial aesthetics. Given that most venues have large volumes and unique shapes, they are prone to prolonged reverberation, leading to challenges like low speech intelligibility, echoes, and acoustic focusing. Consequently, specific architectural acoustic designs tailored to the venue's needs are essential. This paper outlines the architectural acoustic design process for an indoor gymnasium and swimming pool within a sports center. It begins by establishing a target range for the reverberation time, followed by utilizing sound-absorbing materials and strategic interior layout to reduce reverberation. The design's efficacy was affirmed through theoretical calculations and onsite measurements. Results indicate that the achieved acoustic environment fulfills the design objectives, adequately supporting the sports center's daily operational needs and serving as a valuable reference for future large-scale sports center projects.
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Key words:
- metrology /
- gymnasium /
- swimming pool /
- architectural acoustic design /
- reverberation time /
- sound absorption
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图 7 体育馆建声设计前后混响时间对比图
Figure 7. Comparison of reverberation times in the gymnasium before and after acoustic design
图 8 游泳馆建声设计前后混响时间对比图
Figure 8. Comparison of reverberation times in the swimming pool before and after acoustic design
表 1 设计前空场体育馆各频率混响时间
Table 1. Reverberation time calculations for various frequencies in the empty gymnasium pre-design
项目名称 面积/m2 吸声系数和吸声单位/m2 125 Hz 250 Hz 500 Hz 1000 Hz 2000 Hz 4000 Hz $ \alpha $ $ S\alpha $ $ \alpha $ $ S\alpha $ $ \alpha $ $ S\alpha $ $ \alpha $ $ S\alpha $ $ \alpha $ $ S\alpha $ $ \alpha $ $ S\alpha $ 彩钢顶棚 8964 0.23 2061.7 0.12 1075.6 0.08 717.12 0.09 806.76 0.11 986.04 0.11 986.04 电子屏幕 184 0.20 36.80 0.30 55.20 0.12 22.08 0.07 12.88 0.04 7.36 0.04 7.36 看台水泥地面 5297 0.01 52.97 0.01 52.97 0.01 52.97 0.02 105.94 0.02 105.94 0.02 105.94 架空木地板 3225 0.20 645.00 0.15 483.75 0.10 322.50 0.08 258.00 0.08 258.00 0.05 161.25 馆内轻质墙抹灰 6543 0.10 654.30 0.05 327.15 0.06 392.58 0.07 458.01 0.09 588.87 0.08 523.44 门 118 0.15 17.70 0.10 11.80 0.06 7.08 0.08 9.44 0.10 11.80 0.05 5.90 门洞 113 0.10 11.30 0.15 16.95 0.20 22.60 0.22 24.86 0.25 28.25 0.30 33.90 玻璃窗 89 0.35 31.15 0.25 22.25 0.18 16.02 0.12 10.68 0.07 6.23 0.09 8.01 风口 89 0.80 71.20 0.80 71.20 0.80 71.20 0.80 71.20 0.80 71.20 0.80 71.20 矩阵吸声板 0 0.73 0.00 0.77 0.00 0.96 0.00 0.74 0.00 0.54 0.00 0.37 0.00 空座椅 7395 0.02 147.90 0.02 147.90 0.02 147.90 0.04 296.80 0.04 295.80 0.03 221.85 总座位的80%人坐在座椅上 0 0.20 0.00 0.35 0.00 0.37 0.00 0.40 0.00 0.45 0.00 0.45 0.00 空气中声衰减量4mv 386.64 676.62 1433.79 4220.82 $ \sum S\alpha $ 3730.040 2264.850 1772.050 2053.570 2359.490 2124.890 室内平场吸声系数 $ \alpha $ 0.117 0.071 0.055 0.064 0.074 0.066 $ -\mathrm{l}\mathrm{n}(1-\alpha ) $ 0.124 0.073 0.057 0.066 0.077 0.069 设计前空场混响时间T60 6.54 11.04 11.74 9.27 6.68 4.04 
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表 2 设计后空场体育馆各频率混响时间
Table 2. Reverberation time calculations for various frequencies in the empty gymnasium post-design
项目名称 面积/m2 吸声系数和吸声单位/m2 125 Hz 250 Hz 500 Hz 1000 Hz 2000 Hz 4000 Hz $ \alpha $ $ S\alpha $ $ \alpha $ $ S\alpha $ $ \alpha $ $ S\alpha $ $ \alpha $ $ S\alpha $ $ \alpha $ $ S\alpha $ $ \alpha $ $ S\alpha $ 彩钢顶棚 8964 0.23 2061.7 0.12 1075.7 0.08 717.12 0.09 806.76 0.11 986.04 0.11 986.04 电子屏幕 184 0.20 36.80 0.30 55.20 0.12 22.08 0.07 12.88 0.04 7.36 0.04 7.36 看台水泥地面 5297 0.01 52.97 0.01 52.97 0.01 52.97 0.02 105.94 0.02 105.94 0.02 105.94 架空木地板 3225 0.20 645.00 0.15 483.75 0.10 322.50 0.08 258.00 0.08 258.00 0.05 161.25 馆内轻质墙抹灰 2337 0.10 233.70 0.06 116.85 0.06 140.22 0.07 163.59 0.09 210.33 0.08 186.96 门 118 0.15 17.70 0.10 11.80 0.06 7.08 0.08 9.44 0.10 11.80 0.05 5.90 门洞 113 0.10 11.30 0.15 16.95 0.20 22.60 0.22 24.86 0.25 28.25 0.30 33.90 玻璃窗 89 0.35 31.15 0.25 22.26 0.18 16.02 0.12 10.68 0.07 6.23 0.09 8.01 风口 89 0.80 71.20 0.80 71.20 0.80 71.20 0.80 71.20 0.80 71.20 0.80 71.20 矩阵吸声板 4206 0.73 3070.4 0.77 3238.6 0.96 4037.8 0.74 3112.4 0.54 2271.2 0.37 1556.2 空座椅 7395 0.02 147.90 0.02 147.90 0.02 147.90 0.04 295.80 0.04 295.80 0.03 221.85 总座位的80%人坐在座椅上 0 0.20 0.00 0.35 0.00 0.37 0.00 0.40 0.00 0.45 0.00 0.45 0.00 空气中声衰减量4mv 386.64 676.62 1433.79 4220.82 $ \sum S\alpha $ 6379.820 5293.170 5557.450 4871.590 4252.190 3344.630 室内平场吸声系数 $ \alpha $ 0.199 0.165 0.174 0.152 0.133 0.104 $ -\mathrm{l}\mathrm{n}(1-\alpha ) $ 0.222 0.181 0.191 0.165 0.142 0.110 设计后空场混响时间T60 3.65 4.48 4.00 4.35 4.33 3.35
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表 3 设计后80%满场体育馆各频率混响时间
Table 3. Reverberation time calculations for various frequencies in the gymnasium at 80% capacity post-design
项目名称 面积/m2 吸声系数和吸声单位/m2 125 Hz 250 Hz 500 Hz 1000 Hz 2000 Hz 4000 Hz $ \alpha $ $ S\alpha $ $ \alpha $ $ S\alpha $ $ \alpha $ $ S\alpha $ $ \alpha $ $ S\alpha $ $ \alpha $ $ S\alpha $ $ \alpha $ $ S\alpha $ 彩钢顶棚 8964 0.23 2061.7 0.12 1075.7 0.08 717.12 0.09 806.76 0.11 986.04 0.11 986.04 电子屏幕 184 0.20 36.80 0.30 55.20 0.12 22.08 0.07 12.88 0.04 7.36 0.04 7.36 看台水泥地面 5297 0.01 52.97 0.01 52.97 0.01 52.97 0.02 105.94 0.02 105.94 0.02 105.94 架空木地板 3225 0.20 645.00 0.15 483.75 0.10 322.50 0.08 258.00 0.08 258.00 0.05 161.25 馆内轻质墙抹灰 2337 0.10 233.70 0.05 116.85 0.06 140.22 0.07 163.59 0.09 210.33 0.08 186.96 门 118 0.15 17.70 0.10 11.80 0.06 7.08 0.08 9.44 0.10 11.80 0.05 5.90 门洞 113 0.10 11.30 0.15 16.95 0.20 22.60 0.22 24.86 0.25 28.25 0.30 33.90 玻璃窗 89 0.35 31.15 0.25 22.26 0.18 16.02 0.12 10.68 0.07 6.23 0.09 8.01 风口 89 0.80 71.20 0.80 71.20 0.80 71.20 0.80 71.20 0.80 71.20 0.80 71.20 矩阵吸声板 4206 0.73 3070.4 0.77 3238.6 0.96 4037.8 0.74 3112.4 0.54 2271.2 0.37 1556.2 空座椅 1479 0.02 29.58 0.02 29.58 0.02 29.58 0.04 59.16 0.04 59.16 0.03 44.37 总座位的80%人坐在座椅上 5916 0.20 1183.2 0.35 2070.6 0.37 2188.9 0.40 2366.4 0.45 2662.2 0.45 2662.2 空气中声衰减量4mv 386.64 676.62 1433.79 4220.82 $ \sum S\alpha $ 7444.700 7245.450 7628.050 7001.350 6677.750 5829.350 室内平场吸声系数 $ \alpha $ 0.233 0.226 0.238 0219 0.209 0.182 $ -\mathrm{l}\mathrm{n}(1-\alpha ) $ 0.265 0.257 0.272 0.247 0.234 0.201 设计后80%满场混响时间T60 3.06 3.16 2.85 3.02 2.91 2.43
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表 4 设计前空场游泳馆各频率混响时间
Table 4. Reverberation time calculations for various frequencies in the empty swimming pool pre-design
项目名称 面积/m2 吸声系数和吸声单位/m2 125 Hz 250 Hz 500 Hz 1000 Hz 2000 Hz 4000 Hz $ \alpha $ $ S\alpha $ $ \alpha $ $ S\alpha $ $ \alpha $ $ S\alpha $ $ \alpha $ $ S\alpha $ $ \alpha $ $ S\alpha $ $ \alpha $ $ S\alpha $ 彩钢顶棚 4835 0.23 1112.1 0.12 580.20 0.08 386.80 0.09 435.15 0.11 531.85 0.11 531.85 电子屏幕 93 0.20 18.60 0.30 27.90 0.12 11.16 0.07 6.51 0.04 3.72 0.04 3.72 看台水泥地面 2002 0.01 20.02 0.01 20.02 0.01 20.02 0.02 40.04 0.02 40.04 0.02 40.04 架空木地板 1360 0.02 27.29 0.03 40.80 0.03 40.80 0.03 40.80 0.03 40.80 0.02 27.20 馆内轻质墙抹灰 2606 0.10 260.50 0.05 130.25 0.06 156.30 0.07 182.35 0.09 234.45 0.08 208.40 门 29 0.15 4.35 0.10 2.90 0.06 1.74 0.08 2.32 0.10 2.90 0.05 1.45 门洞 34 0.10 3.40 0.15 5.10 0.20 6.80 0.22 7.48 0.25 8.50 0.30 10.20 玻璃窗 84 0.35 29.40 0.25 21.00 0.18 15.12 0.12 10.08 0.07 5.88 0.09 7.54 水面 1250 0.01 12.50 0.01 12.50 0.01 12.50 0.01 12.50 0.02 25.00 0.02 25.00 风口 21 0.80 16.80 0.80 16.80 0.80 16.80 0.80 16.80 0.80 16.80 0.80 16.80 矩阵吸声板 0 0.68 0.00 0.75 0.00 0.80 0.00 0.59 0.00 0.33 0.00 0.32 0.00 空座椅 1507 0.02 30.14 0.02 30.14 0.02 30.14 0.04 60.28 0.04 60.28 0.03 45.21 总座位的80%人坐在座椅上 0 0.20 0.00 0.35 0.00 0.37 0.00 0.00 0.00 0.45 0.00 0.45 0.00 空气中声衰减量4mv 141.456 247.548 524.57 1544.23 $ \sum S\alpha $ 1534.960 887.610 698.180 814.310 970.220 917.430 室内平场吸声系数 $ \alpha $ 0.111 0.064 0.051 0.059 0.070 0.066 $ -\mathrm{l}\mathrm{n}(1-\alpha ) $ 0.118 0.066 0.052 0.061 0.073 0.069 设计前空场混响时间T60 5.83 10.34 11.06 8.73 6.20 3.80
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表 5 设计后空场游泳馆各频率混响时间
Table 5. Reverberation time calculations for various frequencies in the empty swimming pool post-design
项目名称 面积/m2 吸声系数和吸声单位/m2 125 Hz 250 Hz 500 Hz 1000 Hz 2000 Hz 4000 Hz $ \alpha $ $ S\alpha $ $ \alpha $ $ S\alpha $ $ \alpha $ $ S\alpha $ $ \alpha $ $ S\alpha $ $ \alpha $ $ S\alpha $ $ \alpha $ $ S\alpha $ 彩钢顶棚 4835 0.23 1112.1 0.12 580.20 0.08 386.80 0.09 435.15 0.11 531.85 0.11 531.85 电子屏幕 93 0.20 18.60 0.30 27.90 0.12 11.16 0.07 6.51 0.04 3.72 0.04 3.72 看台水泥地面 2002 0.01 20.02 0.01 20.02 0.01 20.02 0.02 40.04 0.02 40.04 0.02 40.04 架空木地板 1360 0.02 27.20 0.03 40.80 0.03 40.80 0.00 40.80 0.03 40.80 0.02 27.20 馆内轻质墙抹灰 950 0.10 95.00 0.05 47.50 0.06 57.00 0.07 66.5 0.09 85.50 0.08 76.00 门 29 0.15 4.35 0.10 2.90 0.06 1.74 0.08 2.32 0.10 2.90 0.05 1.40 门洞 34 0.10 3.40 0.15 5.10 0.20 6.80 0.22 7.48 0.25 8.50 0.30 10.20 玻璃窗 84 0.35 29.40 0.25 21.00 0.18 15.12 0.12 10.08 0.07 5.88 0.09 7.56 水面 1250 0.01 12.50 0.01 12.50 0.01 12.50 0.01 12.50 0.02 25.00 0.02 25.00 风口 21 0.80 16.80 0.80 16.80 0.80 16.80 0.80 16.80 0.80 16.80 0.80 16.80 矩阵吸声板 1655 0.68 1125.4 0.75 1241.3 0.80 1324.0 0.59 976.45 0.33 546.15 0.32 529.60 空座椅 1507 0.02 30.14 0.02 30.14 0.02 30.14 0.04 60.28 0.04 60.28 0.03 45.21 总座位的80%人坐在座椅上 0 0.20 0.00 0.35 0.00 0.37 0.00 0.40 0.00 0.45 0.00 0.45 0.00 空气中声衰减量4mv 141.456 247.548 524.57 1544.23 $ \sum S\alpha $ 2494.860 2046.110 1922.880 1674.910 1367.420 1314.630 室内平场吸声系数 $ \alpha $ 0.181 0.148 0.139 0.121 0.099 0.095 $ -\mathrm{l}\mathrm{n}(1-\alpha ) $ 0.199 0.160 0.150 0.129 0.104 0.100 设计后空场混响时间T60 3.45 4.29 4.29 4.67 4.83 3.24
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表 6 设计后80%满场游泳馆各频率混响时间
Table 6. Reverberation time calculations for various frequencies in the swimming pool at 80% capacity post-design
项目名称 面积/m2 吸声系数和吸声单位/m2 125 Hz 250 Hz 500 Hz 1000 Hz 2000 Hz 4000 Hz $ \alpha $ $ S\alpha $ $ \alpha $ $ S\alpha $ $ \alpha $ $ S\alpha $ $ \alpha $ $ S\alpha $ $ \alpha $ $ S\alpha $ $ \alpha $ $ S\alpha $ 彩钢顶棚 4835 0.23 1112.1 0.12 580.20 0.08 386.80 0.09 435.15 0.11 531.85 0.11 531.85 电子屏幕 93 0.20 18.60 0.30 27.90 0.12 11.16 0.07 6.51 0.04 3.72 0.04 3.72 看台水泥地面 2002 0.01 20.02 0.01 20.02 0.01 20.02 0.02 80.04 0.02 40.04 0.00 90.04 架空木地板 1360 0.02 27.20 0.03 40.80 0.03 40.80 0.00 40.80 0.03 40.80 0.02 27.20 馆内轻质墙抹灰 950 0.10 95.00 0.05 47.50 0.06 57.00 0.07 66.50 0.09 85.50 0.08 76.00 门 29 0.15 4.35 0.10 2.90 0.06 1.74 0.08 2.32 0.10 2.90 0.05 1.45 门洞 34 0.10 3.40 0.15 5.10 0.20 6.80 0.22 7.68 0.25 8.50 0.30 10.20 玻璃窗 84 0.35 29.40 0.25 21.00 0.18 15.12 0.12 10.08 0.07 5.88 0.09 7.56 水面 1250 0.01 12.50 0.01 12.50 0.01 12.50 0.01 12.50 0.02 25.00 0.02 25.00 风口 21 0.80 16.80 0.80 16.80 0.80 16.80 0.80 16.80 0.80 16.80 0.80 16.80 矩阵吸声板 1655 0.68 1125.0 0.75 1241.3 0.80 1324.0 0.39 976.45 0.33 506.15 0.32 529.60 空座椅 301 0.02 6.02 0.02 6.02 0.02 6.02 0.04 12.04 0.04 12.04 0.00 9.03 总座位的80%人坐在座椅上 1206 0.20 241.20 0.35 422.10 0.37 446.22 0.40 482.90 0.45 $42.70 0.45 542.70 空气中声衰减量4mv 141.456 247.548 524.57 1544.23 $ \sum S\alpha $ 2711.940 2444.090 2344.980 2109.070 1861.880 1821.150 室内平场吸声系数 $ \alpha $ 0196 0.177 0.170 0.153 0.135 0.132 $ -\mathrm{l}\mathrm{n}(1-\alpha ) $ 0.218 0.195 0.186 0.166 0.145 0.143 设计后80%满场混响时间T60 3.14 3.53 3.50 3.74 3.76 2.71
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表 7 体育馆混响时间测试结果
Table 7. Reverberation time test results in the gymnasium
频率/Hz 125 250 500 1000 2000 4000 实测混响时间/s 3.16 3.20 2.96 3.10 2.99 2.56
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表 8 游泳馆混响时间测试结果
Table 8. Reverberation time test results in the swimming pool
频率/Hz 125 250 500 1000 2000 4000 实测混响时间/s 3.25 3.60 3.56 3.85 3.89 3.18
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