室内声学设计：11 大型场馆的声学设计

大型场馆的声学设计需要平衡多种往往相互矛盾的需求：

1.1 语言清晰度与低频音效

为确保公告、紧急疏散指示和体育赛事解说等使用功能，大型场馆通常需要有较好的语音清晰度要求。为确保语音清晰度，需要通过精密设计扬声器系统及其布局来实现。场馆的设计方案采用三维计算机模型，对空间形状、建筑材料和音响系统进行迭代优化，以在整个观众席实现最佳的语言可懂度。

1.2 高声能和低频声学处理

在这类场馆中的演出经音响系统放大后不仅响亮高亢，而且带有丰富强劲的低频或低音成分。这些低频声音对场馆内部的声学处理提出了挑战，需要提供足够的低频吸声来减少声音的共振，例如采用朗德科技的CPA低频吸声构造。

1.3 建筑设备噪声

对于全封闭或半封闭的场馆（如香港启德体育场为可开启的屋顶），需配备大型暖通空调系统。因此，必须进行噪声与振动控制设计，以避免空调设备噪声传入场馆内，并控制其传到场外区域。

1.4 音视频系统

实现均匀的声音覆盖需要反复调试，为了达到最佳综合效果，需要多个设计团队的通力合作。由于场馆内座位区域广阔且几何结构复杂，要实现扬声器系统具有良好的传输清晰度和全频响应是一项颇具挑战性的工作。此外，视频系统的设计（包括视频显示设备）必须充分考虑分布在广阔区域的观众视角问题。户外场馆的环境光控制有助于提升屏幕可视性。除了固定音响系统，这些场馆还经常使用租赁和巡演设备系统，这进一步增加了视听系统设计与运营的复杂度。这从香港启德体育园2025年4月举办首场大型演出酷玩乐队(Coldplay)的演出以及6月举办的周杰伦演唱会的音视频效果对比可见一斑。

1.5 声音外泄

大型场馆通常建于人口密集区，其声音可能影响周边住宅区和居民。因此，在设计阶段需要进行声传播模拟研究，利用三维模型预测场馆的演出声音对周边社区的影响程度，并常配备声音监测系统以确保活动期间的声音不超出地方法规限制。

图1. 香港启德体育园主体育场与周边居民楼相距仅200~450m距离

1.6 健康关切

尽管许多人享受在高声级环境中的聆听体验以及体育赛事和音乐会上人群反应的刺激感，但这样的高声级也引发了人们对噪声引起健康影响的担忧。包括暂时性和永久性听力损失，以及高血压、循环系统和呼吸系统影响等生理效应。许多场馆会在售票和现场进行警示。世界卫生组织(WHO)也发布了相关指南，建议控制娱乐噪声的暴露。

圆形剧场的原型可追溯至古希腊和古罗马的半圆形阶梯式剧场。现代圆形剧场已发展为配备高功率音视频系统的大型设施。其声学设计的关键在于适应从自然声传播到完全扩声的转变，随着场馆规模扩大，声学问题转向为观众提供最有效的听觉体验。根据规模，圆形剧场可分为三类：

• 小型场地：通常有一个固定舞台，用于悬挂租赁的灯光音响设备，并设有杆柱用于安装延迟扬声器，服务外围区域。后台建筑可用于屏蔽相邻住宅免受噪声影响。

• 中型场地：拥有永久性舞台结构，可悬挂大型视频显示器和线阵列扬声器。舞台墙面常使用穿孔金属吸声板。场地周边设有延迟环扬声器杆，观众可自带座椅在轻松氛围中欣赏表演。

• 大型圆形剧场：可容纳数千至数万人。其顶棚通常采用吸声材料以减少混响声，形状经过精心设计以最小化声聚焦。延迟扬声器是固定设备的一部分，并配备声音监测系统。

下图中的大型露天剧场顶棚内可容纳4000人，草坪及周边区域还可额外容纳更多观众。顶棚内的吸声设计和屋顶的曲线设计，实现了屋顶下方的混响和声聚焦的有效控制。

图2. 带顶棚的大型圆形剧场及开放式草坪座位区

容纳6.5万至10万以上观众的穹顶体育场社区噪声控制尤为困难。其建筑结构（如轻质外墙和顶棚）对中低频隔声效果很差。

• 轻质顶棚材料：以乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)膜材为例，其质量极轻，对200Hz及以下频率的隔声量仅为6dB或更少。由于顶棚是最大的表面，声音通过顶棚辐射成为影响邻近物业的主要噪声源。

• 室内声学：穹顶体育场的室内声学非常复杂。空场时，其巨大的空间容积（可达数十万立方米）难以被声源充分激励，表现为室外场地的特性。但在满场且声音响亮时，会产生显著的混响。传统的混响时间计算会高估实际值。

• 声学处理：对巨大的顶棚面积进行声学处理成本高昂。对于体育赛事，侧重于通过固定吸声处理和精心设计的音响系统来保证语言清晰度，目标是使公共广播系统的语音传输指数(STIPA)达到0.55以上。对于音乐会，则可能使用朗德科技的EVA电动可调吸声构造或吸声幕布来改善音质。

  
  

图3. 体育场的屋顶系统

在穹顶体育场中，实现优质音效和语音清晰度颇具挑战。即便经过声学优化，不同坐席区域仍可能存在语音清晰度与音乐品质的差异。这种现象在音乐会场合尤为明显——最佳音效通常出现在扬声器直达声压级显著高于反射声及其他扬声器多重混响声压级的座位区域。而那些反射声与混响声压级接近甚至超过直达声压级的座位区域，其听觉体验则处于劣势。

图4. 启德体育园主体育场开合式屋顶隔声量要求STC63

竞技场（容量5千至2.5万人）是完全封闭的大容积空间，其声学挑战比部分开放的场馆更为严峻。

• 历史与发展：

  竞技场最初为篮球、冰球设计，视觉优先，声学未被重视。后来成为流行音乐会的主要场地，暴露了音质差、回声严重等问题。音响系统从中央集群式发展为分布式集群或全分布式系统，以改善覆盖和视线。

• 现代声学设计要点：

  1.体积与形状：应最小化不必要的容积。避免凹形或抛物线形屋顶，以防声聚焦。优先采用平顶或凸形屋顶。

  2.声学处理：需要在墙面、拱腹和屋顶下大面积使用宽频带，尤其是低频吸声材料(如朗德科技的CPA和BCA宽带低频吸声结构)，有时结合扩散处理。这有助于控制由音响系统引起的强反射，提高语言清晰度和音乐明晰度。

  3.座椅：使用吸声座椅，以减小场馆空置和满场时的声学差异。

  4.建筑围护结构：由于常位于城区，需要高隔声性能的建筑围护结构来满足严格的社区噪声限值。这必须在项目初期就与建筑和结构设计紧密结合。

我们通过对纽约布鲁克林的巴克莱中心竞技场的声学改造来介绍一个典型案例。

位于纽约布鲁克林的巴克莱中心体育馆曾因其初始轻型屋顶导致室内外隔声效果低于理想标准，对周边住宅产生噪声影响，因而需要进行声学改造。由于屋顶结构承重限制，无法通过增加外部围护结构重量来降低噪声。因此，项目选择在不增加荷载的前提下，通过安装绿色屋顶来减少场外噪声排放。

• 问题：

  原轻质屋顶导致场内外隔声不足，影响周边居民；抛物线形屋顶容积过大，导致音质不清。

• 解决方案：

  1.社区噪声控制：在原有屋顶上方10英尺处增加了一个绿色屋顶系统。模块化的景天属植物托盘及其下方的空气层共同提高了隔声性能，且符合最初的绿色屋顶规划理念。

  2.室内声学改善：在观众席上方大面积悬挂金属共振吸声板，针对性地吸收50-100Hz的低频能量。同时优化了馆内音响系统，对上层看台的扬声器进行了单独的时间延迟校准，使其与舞台声音同步。

  
  

图5. 纽约布鲁克林巴克莱中心

A. 概念剖面图；B. 新增绿色屋顶系统；C. 观众席上方的共振吸声板

技术在体育赛事、音乐会及其他大型娱乐活动中的创新应用，正将相对被动的参与模式转变为表演者与观众双向沉浸的主动体验。因此，全球范围内的大型竞技场、体育场和圆形剧场未来必将更加技术密集型发展。技术基础设施需要周密规划，必须在建筑设计中预留便捷的新技术接入与部署空间。核心设计挑战在于：

• 沉浸式音视频技术：如沉浸式音频、虚拟现实(VR)、增强现实(AR)和扩展现实(XR)。如何在赋予空间建筑特色的同时，实现技术层的无缝融合，包括沉浸式音视频(VR)、增强现实(AR)、扩展现实(XR)在内的新兴技术应用。

• 新兴活动形式：新型音乐会表演形式的创新和电子竞技(eSports)等新兴体育项目的发展，将持续影响着这类场馆的类型学演进及其涉及的声学设计议题。

• 持续的研究挑战：包括类似朗德科技CPA这样的高效轻质低频吸声材料、大型场馆空间音频系统以及娱乐噪声暴露的听力健康问题等。

大型表演空间，无论室内还是室外，都承载着娱乐功能的结构性难题，以及难以完全隔绝高强度扩音表演的声浪。许多人涌入这些场所，为的是与人群共享集体体验、感受社群氛围、享受活动本身，并在整体经历中获取能量。未来的声学设计需要在优化参与者体验和减少对社区影响之间取得平衡，并持续进行多视角的对话。

参考文献：

本文根据以下文献资料编辑整理而成，并大量采用了其中的数据、资料以及图片。相关资料的版权属原作者所有。

1. Siebein G W, Siebein K etal. Large-Venue Acoustics: Arenas,Stadiums, and Amphitheaters. Acoustics Today 20(1), 2024.

2. 陈翅麒. 启德体育园-主体育场声学设计. 第十五届海峡两岸声学学术会议，2025.