教室声学环境(译)

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教室声学环境(译)

发行这份出版物的目的是为建筑师、教育者和校园规划者在新建或翻新教室时提供一份声学参考材料。发行这份出版物的目的并非取代专业的声学顾问服务,而是用来帮助人们理解

创造理想的教室听环境的要求。堪萨斯大学建筑工程系的Bob Coffee,FASA为发行资料提供了

监督。本出版物发行于2000年8月。

这份出版物是由堪萨斯大学建筑工程专业的高年级学生Benjamin Seep, Robin Glosemeyer, Emily Hulce, Matt Linn, 和Pamela A ytar为美国声学学会建筑声学技术委员会准

备的。堪萨斯大学建筑工程系的Bob Coffeen,FASA为此课题提供了督导。本出版物于2000

年8月正式发行。

简介

美国现在正处于历史上规模最大的校园建筑和翻新阶段，在对教育越来越重视的前提下，我们必须抓住机遇结束一个长久以来美国的惯例：教室建筑的声学环境低下。这个隐形问题

虽然对学习有着深远的影响，但其实很容易解决。过度的噪声和混响影响了语言清晰度，结

果降低了理解程度，致使学习效果的下降。在美国的许多教室里，语言清晰度为７５％甚至

更低。这意味着在语言清晰度测试中拥有正常听力的听者们只能够听懂被朗读的词汇表中７

５％的词汇。试想一下这样一本教材：每四个词中就有一个词无法听清，试想一本四分之一

的词汇都无法听懂的课本不但要理解，还要对其进行考试，听起来是不是很荒谬？是的，这

就是目前全国各地的在校学生们每天正在面对的切实状况。

许多教育者们意识到在有听力障碍的儿童们使用的教室里改进声环境是十分重要的，但是他们认为并没有必要在听力正常的儿童们使用的教室中进行这样的改进。然而许多“听力正

常”的学生也得益于较好的教室声学环境，其中包括因听觉处理问题造成学习障碍的学生以及

英语是其第二语种的学生们。通常，这些学生并不会被安排在单独的声学条件较好的教室里，

而是将其纳入其他学生中间。另外一个学习特别依赖于有效声学环境的人群就是无法根据上

下文判断语义的年幼的孩子们。由于他们词汇量和经验有限，在老师的讲课中如果听错了一

些词句，他们将高年级学生更难以自行填补思路上的缺失。基于这些考虑，很明显，经过改

善的教室声学环境将使广大的学生受益良多。

尽管改善教室声学环境并不昂贵，这个问题却成为痼疾，这是为什么呢？主要的原因并非资金短缺，而是对这些问题及其解决方案缺乏认识。1998年，全国用于学校建筑的经费高达79亿美元。只要从中拿出一点零头，所有的这些空间都可以设计或改建为具备良好听环境的场所。然而这需要建筑师以及校园规划者们在最初开始设计工作的时候就把教室声学设计纳入考虑。最好的解决建筑声学问题的办法是防患于未然，而非亡羊补牢。在设计过程中，声学问题通常可以通过事前的考虑以及对相同建筑材料的不同布置来避免。而通过修缮改进在设计上有先天缺陷的建筑声学状况将会昂贵得多。尽管如此，用于改进所付出的代价比起糟糕的教室声环境给千百万儿童在学习上造成的损害相比，还是要小的多。

数十年来，人们早已熟知教室声学环境的重要性以及创造这种环境的方法。但建筑师、规划者、理人员、教师和家长们并未很好地利用这些知识。这本小册子正是为新建或翻新的教室建筑中有关声环境的问题及其解决方法提供了总体概述。在这里提供了简单实际的说明及例子，在附录中提供了定量定义和计算公式，以及更为详细的信息和资料。关于有特殊声学要求的空间如剧场或音乐室以及任何复杂噪音问题的空间，最好是由专业的声学专家来解决。

基本概念：

我们经常谈论想要建造拥有“良好的声环境”的房间，但是这成为了一个含糊甚至几乎毫无意义的术语。并不存在一套单独而通行的标准能够为所有的房间使用提供“良好的声学环境”。小教室，大教室，音乐教室，礼堂以及体育馆都有不同的声学需求。要理解这些不同的空间应该如何去设计，我们必须首先让自己去熟悉一些声音的基本属性。在公元前一世纪，罗马建筑师Vitruvius在《De architectural》——他著名的《建筑十书》中说道：声音“沿无穷循环的环传播，就像当一颗石子被扔进平静的水面时所产生的数不胜数的不断增加的环形波。不同的是，在水中圆是沿水平方向在一个平面上运动，而声波不但沿水平方向传播，同时在垂直方向上也有规律的阶段性的上升。” Vitruvius并未完全理解声音，但在这一点上它是正确的。一般说来，声音自一点以波状沿各个方向散射,直到它遇到墙或天花板一类的障碍物。在建筑声学中，声波的两个特征值得我们注意：强度和频率。声强是表征声波听起来有多响的物理量。频率同样可被测量，它是表征音调的主要物理量。例如，一架钢琴右侧的琴键比左侧的琴键音调偏高。如果一个声音只有一个频率，我们称它为纯音，但是日常生活中的大部

分声音如话语、音乐以及噪音都是由一组不同频率的声音组成的复合声。当声波运行过程中遇到一个表面时，频率的重要性就体现出来了：不同频率的声波会有不同的反应。人耳的灵敏度也根据频率不同而变化，一般说来我们更容易被中高频的噪音干扰，特别是纯音。把声音想像成柱状，像一束光一般穿行于空间中遇到一个物体。当它撞击到一个表面，有几种情况可能会发生，包括：

透射：声音穿过表面进入到表面后的空间中，像光穿过一扇窗一般。

吸收：声波像水被海绵吸收一般被吸收了。

反射：声波入射到表面后像皮球撞到墙面后弹开般改变方向。

散射：声波入射到表面后象被保龄球击中的瓶子般向各个方向发散。

要记住，这些现象可能会同时发生。例如，当声波入射到一堵墙时，它在被反射的同时会有部分被吸收，因此，反射声不会像初始时那样响。声波频率的不同对此也会产生影响。许多物体的表面吸收高频声而反射低频声。吸声系数（α）和降噪系数(NRC)被用来表征材料吸声的能力。反射声带来了一个特殊的问题：不连续的回声。大家都很熟悉这样一个现象：在大峡谷中大声呼喊，几秒钟后会听到回声。回声在室内同样会发生，尽管可能发生的较快。如果老师的声音连续不断地从教室的后墙反射回来，每一个回声都会影响下一个词，增加了理解的难度。回声也是体育馆中常见的一个问题。另一种影响听力的回声是颤动回声。当两个平坦坚硬的表面处于平行状态，声波将在两者之间快速的来回撞击而产生响亮的效果。这种现象在两面墙或底板和天花板之间都可能发生。声强级与声压级以分贝(dB)来衡量。通常，较响的声音比相对柔和的声音分贝数更高。由于分贝的增长是对数级而非线性的，因此分贝不能以通常的方法相叠加。一个被称作混响时间的重要声学量（RT或RT60）被用来判定声音在室内衰减的速度。混想时间取决于房间的体积以及各表面的材料。大空间：如大教堂和体育馆通常混响时间较长，并且听觉感受明亮，有时给人以饱满的感觉。而小房间如卧室，录音室通常混响时间较短，给人的听觉感受是干瘪或呆板。两个房间之间的隔墙的降噪量通过测量一间房间内产生的声音通过该墙后传入临室的百分比获得。（见图2）降噪量由声源所在房间的噪声级与接收房间内的噪声级以分贝数的形式相减计算获得。信噪比是衡量室内语言可懂度的一个简单的比率。教师发音声级的分贝数减去室内背景噪音级的分贝数就等于信噪比的分贝数。信噪比越高，语言清晰度约高。当信噪比是负值时（即背景噪声强于教师的声音时），教师的话将很难听清。同样应该值得注意的是，在房间的不同角落，随着信号声级和噪声级的变化，信噪比也在变化着。典型情况通常有两种：