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图 1 NFL亚利桑纳红雀队新建的主场体育馆 |
体育场是一个露天或者封闭的场所，它可以容纳少则上千人，多则十数万人。而球馆通常是指一个封闭的场所，主要用于曲棍球这样的球类运动。最大的球馆如NBA和NFL的球馆，也只有18,000到22,000个座位——大约只有大型体育场的20%到25%。本文将主要讨论有顶棚的体育场内的声学处理，介绍在声音系统设计和声学处理方面一些比较独特的问题，这些问题比我们在球馆里碰到的要复杂的多。
一、混响时间(RT60)
在建筑声学里有一门分支叫厅堂声学，研究的是声音在封闭空间内是如何传播的。在声学设计和进行观众区的测量时，房间的许多客观和主观的声学特性都会起到很大的影响作用，但是在体育场里，最突出的问题就是混响时间。
“混响”就是声源停止发声后声音的“残余”，或者可以说是反响。混响的度量叫做混响时间，单位是秒，它是声音电平在初始值基础上降低60分贝所需要的时间。所以，通常可以用RT60或T60来表示（有时会缩写为RT或T）。
在一个声学设计良好的音乐厅里，如果管弦乐队突然停止演奏，声音将会持续2秒或更多，这样的持续时间会为我们带来非常美妙的音乐效果。但是，一般只有古典音乐厅才可以有这么长的混响时间。如果混响时间过长，会让先发出的音频信号和后发出的音频信号都混合在一起，从而降低声音的清晰度，甚至还会让整个厅堂声音模糊不清。同样的，歌剧院或戏院里的混响时间过长会让人们无法听清楚歌词和台词。以下几点是我们需要了解的。
• 大型体育场在中心频率为500 Hz的频率段上平均的混响时间为7秒。
• 通常的低频混响时间为10秒，而63Hz则可能长达15秒甚至20秒。
这种“大房间”现象不仅发生在封闭的体育馆中，在部分露天的体育场中也会存在，比如德克萨斯运动场（NFL达拉斯牛仔队的主场），还有最新建成的NFL亚利桑那红雀队球场在顶棚打开的时候（图1）。
RT60是运动场设计的一个重要参数，因为它直接影响了语言的可懂度和音乐的清晰度。RT60比较有代表性的测量方法是选取以125Hz、250Hz、500Hz、1kHz、2kHz和4kHz为中心频率的六个频段进行测量，然后取它们的平均值作为该场所的混响时间。当给出一个没有特别说明频率的混响时间时，一般就是指500Hz时的值或者500Hz和1kHz的平均值。
常规的RT60值在250Hz以下变得越来越不可靠，这是因为测量中性噪比的因素。预测的RT60值（比如在设计新场地时的计算值）通常在低频段125Hz做了低切，因为声吸收的测试数据中可以看出一般的建筑材料吸收不了这么低的频率。然而，就像我们现在看到的，在这些“超大型”体育场中无法把低频混响忽略掉。
二、体育馆RT60的测量
我们在10个各种体育场中实测了10个RT60值。一些场馆的顶棚是封闭的，一些场馆的顶棚是可控制开启的，有两个场馆的顶棚是不完全封闭的，中间留有个“洞”。从这些数据可以看出有些封闭场馆的混响时间特别的长。佩尔顿·马什·金塞拉公司（PMK）在这些体育场里用一个“游艇炮”进行了RT60的测量，用10个标准的空包弹做声源，一台具有快速时间存储的多频段分析仪进行数据测量，最后用计算机软件进行数据分析。游艇炮的主意是杰克·伦德洛夫（德克萨斯州Ransom Canyon 市Randorff & Associates公司）想出来的，为的是能够产生足够的63Hz以下的声音以便于测量。PMK公司的这种炮发出63Hz声音的办法我们这里不讨论，为的是给这种很难确定的低频声确立一个统一的方法。
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图2. 专业运动场的混响时间(RT60)示意图 |
Randorff & Associates公司早在1988年就在Astrodome体育馆使用游艇炮来获得这种冲击声的录音，用一个分级记录仪，然后用带状记录纸记录器来处理数据，得到RT60值。同样的，PMK公司采用TEF分析仪用延时测定法来测量RT60值，这样可以保持测量过程中性噪比固定。TEF测出的RT60值和用炮声测出的值很相似，就像1988年在音频工程师协会会议上提交的文件中的数据。[Page]
但是，TEF数据测量的是通过馆内扩声系统从线阵列音箱里发出的声音，而<