山東大學綜合體育館擴聲系統(tǒng)設計

山東大學綜合體育館擴聲系統(tǒng)設計安裝工程包含了體育館主場館、游泳館、籃球訓練館三個部分的擴聲系統(tǒng)深化設計、線路敷設、設備安裝、調試、保駕、培訓及售后服務。以交鑰匙工程為規(guī)范，依JGJ/T131 -2000 J42《體育館聲學設計及測量規(guī)程》“綜合館擴聲特性一級指標”的標準進行設計建設。
本文將簡要介紹該項目工程設計的解決方案，重點以EASE聲學模擬和系統(tǒng)配為主。

關于山東大學
     山東大學創(chuàng)建于清光緒27年（公元1901年），初名山東大學堂。山東大學是我國歷史悠久的著名大學，中國一流大學，是一所學科最為齊全、學術實力雄厚、辦學特色鮮明，在海內外具有重要影響力的教育部直屬老牌重點綜合性大學，是首批進入國家“211工程”和“985工程”重點建設的高水平大學之一。一百多年來，這所譽滿海內外的百年名校 ，歷經(jīng)山東大學堂、國立青島大學、國立山東大學、山東大學等歷史發(fā)展時期，遷徙分合、春華秋實，成為中國現(xiàn)代大學教育的重要發(fā)祥地和文化科教的重鎮(zhèn)。
    百余年來， 著名文學家聞一多、老舍、梁實秋，史學家鄭鶴聲、童書業(yè)、黃云眉，醫(yī)學專家孫鴻泉、尤家駿、張匯泉，化學家鄧從豪、朱兆良、薛群基，生物學家童第周，物理學家王淦昌、束星北，數(shù)學家潘承洞，國際知名的金融數(shù)學家彭實戈，內燃機專家丁履德，力學專家劉先志，電力工程專家薛禹勝，共和國元帥羅榮桓，國學大師季羨林，著名人臧克家等一大批學界泰斗、棟梁之才都曾在此執(zhí)掌教鞭或蒙沐教澤。

山東大學綜合體育館概況
    山東大學綜合體育館位于山東大學東校區(qū)內，東側為運動場，北臨山大北路，南側是建設中的綜合科研樓，總用地面積約3.2萬平方米，總建筑面積約3.4萬平方米。為大型乙級體育館。

        
     該場館主要由四部分組成：一是平面呈橢圓形的主體育館，屋蓋長軸約130m，短軸約87m，屋蓋最高27m，內有約8562個座位（其中固定座位約6017個，活動座椅2545個），體育館中部比賽場地下設有地下室一層，內設20x50m的8個泳道的游泳池一個，層高約8m；另外沿主館四周的一層架空疏散平臺，層高約4.5m；平臺下、主館南側為半地下籃球訓練館，層高約8.5m；平臺下主館北側為半地下設備用房，層高約5.1m。
     在有限的空間內，通過縝密排布，設置了籃球訓練館、游泳館、羽毛球、乒乓球、器械健身、健身操、擊劍、跆拳道、武術、保齡球、臺球、棋牌等多種運動健身場地，為山東大學生提供豐富的健身運動條件。也讓山東大學在110周年校慶時，所有山東大學都擁有一座多功能的大型綜合體育設施。
    體育館由比賽館，貴賓區(qū)，新聞媒體區(qū)，場館運營區(qū)，競賽委員會區(qū)，賽事管理區(qū)，運動員區(qū)，裁判員區(qū)構成。
    該項目總投資約2.5億元人民幣，于2009年12月開工建設，將于2011年8月底完工交付使用。

綜合體育館擴聲系統(tǒng)設計方案
一、計算機聲場模型分析
    依招標文件的要求，我們選用德國AFMG公司的EASE4.1軟件進行計算機輔助設計，該軟件通用性強，在業(yè)界已被廣泛應用。在CAD建模過程中，我們意識到了模型精確度對運算結果的影響，盡量提高模型的近似度以保證運算結果的可參考性。
    我們根據(jù)業(yè)主提供的建筑圖紙以及相關的建筑聲學條件，首先建立本場館的三維模型，然后按建筑圖提供的坐席位置設置聽音面。（具體模型如下圖）：

     根據(jù)EASE自行生成的計算，整個體育館參與分析體育館容積約為85000m3，參照《體育館聲學設計及測量規(guī)程》，本館屬于大型體育館范疇。其室內混響時間以及不同頻率RT60容差范圍參照下表執(zhí)行。

設置模型參數(shù)
     由于此次招標項目中，業(yè)主所提供的相關資料并未包含關于場地聲學特性的相關參數(shù)，因此，本著滿足國家體育館聲學設計及測量規(guī)程(JGJ/T 131-2000)行業(yè)一級標準中的要求，本館聲學參數(shù)暫按T131-2000中的最低要求進行設置，以確保利用該計算機模型進行輔助設計的最終結果的可參考性，根據(jù)EASE分析，計算出的混響時間曲線滿足容差范圍要求，整個比賽館平均吸聲系數(shù)a≈0.43，因空氣吸收產(chǎn)生的高頻滾降效應使高頻混響時間落差較大。

EASE4.1聲場分析圖
   本EASE4.1輔助設計包括四種圖，上面的建模三維視圖表示設計者的音箱布置方式，下面的圖是計算機模擬分析的結果：
聲壓級圖---表示建筑環(huán)境各頻率的聲場分布,聲場均勻度和最大聲壓級是否達到標準。室內聲場包括直達聲場和混響場，直達聲場和混響場的EASE計算中直達聲是由聲源直接到達聽音點的聲音，它是聲音的最主要信息，在傳播的途中，這部分聲音不受室內界面的影響，直達聲的聲壓強基本上按照與聲源距離的平方成反比而衰減的，空氣損耗在此計算中忽略不計,但這個結果在室內只是理論計算的數(shù)值，最終聽音者聽到的是直達聲在近次反射聲后陸續(xù)到達的，經(jīng)過多次反射的聲音也就是混響聲場的計算結果，由于聲波每入射、反射一次，界面都要吸收掉一部分聲功率，混響聲壓是逐漸衰減的，在離聲源較遠時，混響聲的聲壓強度對于接收點的聲音強度起決定作用，對音質有著重要的影響。所以說以下的聲場圖都是在混響聲場中計算出來的數(shù)，在系統(tǒng)不變的情況下，由于EASE所采用的統(tǒng)計聲學公式誤差的影響，這個結果和實際系統(tǒng)完成后的測量值會有約1dB（10%）的誤差范圍。

 

RASTI--快速語言傳輸指數(shù)（rapid speech transmissionindex），是語言傳輸指數(shù)法（STI法）在某些條件下的一種簡化形式，用來測定與可懂度有關的語言傳輸質量。EASE的語言清晰度計算是基于建聲上滿足或接近圖中的混響時間頻響曲線，電聲上選用的所有揚聲器都處在正常的工作狀態(tài)下，采用RASTI法計算得出的期望值指數(shù)，RASTI法是客觀評價廳堂語言可懂度的，快速語言傳輸指數(shù)。與可懂度有關的語言傳輸質量是根據(jù)模擬實際講話人聲學特性的測試信號通過房間時的調制指數(shù)mi的降低確定的，測試信號由位于講話人位置的聲源傳輸?shù)铰犚粽呷宋恢蒙系膫髀暺�，這個RASTI指數(shù)對于沒有受過訓練的講演者聽眾在復雜的聽音情況下,在EASE中0.75～1（含0.75）為優(yōu)秀，0.6～0.75（含0.6）為優(yōu)良，0.45～0.6（含0.6）為好，0.3～0.45（含0.3）為可以，小于0.3為差。一般RASTI大于0.45為好。

ALC--輔音清晰度損失百分比（%ALCONS），是一種語言可懂度的度量方法。在EASE中0%～3.3%為優(yōu)秀，3.3%～6.6%為優(yōu)良，6.6%～14.7%為好，14.7%～33.6%為可以，33.6%以上為差，一般ALC應小于15%.有關語音清晰度是根據(jù)模擬實際發(fā)話人聲學特性的測試信號通過房間時調制指數(shù)Mi的降低確定的。測試信號由位于揚聲器位置的聲源傳輸?shù)铰犚酎c上的傳聲器時的調制指數(shù)為Mo。調制指數(shù)的降低可由調制轉移函數(shù)M(F)
的數(shù)量表示：
          M(F)＝Mo/Mi

   根據(jù)以上計算機仿真分析結果，對照擴聲系統(tǒng)設計目標，有以下結論：
1、 電聲系統(tǒng)設計方案中，全場由28只XH12，14只XH15B揚聲器覆蓋觀眾區(qū)，由 6只XH12覆蓋比賽 區(qū)，能均勻覆蓋（按1 /3倍頻程的計算）。在不進  行頻率響應優(yōu)化的情況下，整個觀眾席的平均最大聲壓級大于B，達到并 超過《體育館聲學設計及測量規(guī)程》“綜合館擴聲特性一級指標”要求。
2、  語言清晰度符合EASE參考手冊要求,比賽區(qū)域和觀 眾區(qū)域語言清晰度均為好。
3、  傳輸頻率特性也完全達到要求的標準：125~4000Hz（±4dB）；
4、  聲場不均勻度達到設計目標：≤8dB；
5、  計算機仿真無法模擬傳聲增益指標，該指標只能通過實際測試得到。但要獲得好的傳聲增益，需做好各界面的聲學處理。
    根據(jù)以上結果得出，本設計聲場模擬分析數(shù)據(jù)達到并超過JGJ/T131 -2000 J42《體育館聲學設計及測量規(guī)程》“綜合館擴聲特性一級指標”，完全滿足體育館聲學設計及測量規(guī)程中一級擴聲標準要求的指標。

二、主要設備清單