教室聲學(xué)音質(zhì)設(shè)計一例

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1、教室聲學(xué)音質(zhì)設(shè)計一例燕翔徐學(xué)軍侯冰洋湯靜波（消華大學(xué)建筑學(xué)院建筑物理實驗室，北京，100084）摘要：清華大學(xué)建筑館北"4教室聽課效果不良，于2002年進(jìn)行了裝修改造。改造過程中，教師指導(dǎo)學(xué)生對教室聲學(xué)問題進(jìn)行了細(xì)致深入的研究，提出科學(xué)的設(shè)計方案，裝修后的教室聲學(xué)效果非常理想。本文介紹了改造的聲學(xué)研究過程和得出的一些結(jié)論，文中包括國內(nèi)外教室聲學(xué)設(shè)計的調(diào)研、教室聲學(xué)設(shè)計的考慮、北門4教室存在的音質(zhì)問題的分析和實際測最、提出多種音質(zhì)改造的設(shè)計方案、使用縮尺比例模型和計算機(jī)模擬兩種方法對設(shè)計方案的分析測量和評價、可聽化音質(zhì)模擬的聽眾主觀評價和最終設(shè)計方案的確定、改造后的音

2、質(zhì)測量結(jié)果和音質(zhì)效果調(diào)査等等。關(guān)鍵詞：教室聲學(xué)，音質(zhì)，可聽化模擬，計算機(jī)音質(zhì)模擬，比例模型音質(zhì)模擬清華大學(xué)建筑館北114教室是建筑學(xué)院的專業(yè)教室，可容納100名學(xué)生。教室長14.4m,寬7.0m,凈高4.Om,體形瘦長。使用中學(xué)生的評價很差,主要是聽不清老師的講課。學(xué)院決定對114教室進(jìn)行裝修，同時解決音質(zhì)問題，設(shè)計方案由建筑物理實驗室完成。在實驗室，教師指導(dǎo)學(xué)生對教室咅質(zhì)進(jìn)行了研究，以求獲得最佳設(shè)計方案。研究分為以下步驟：1教室音質(zhì)設(shè)計文獻(xiàn)調(diào)研“為學(xué)校創(chuàng)造女靜的環(huán)境,保證教室和其它教學(xué)用房具有良好的聽聞條件，是學(xué)校建筑設(shè)計中最基本的要求之一?！肼暤拈L期作用不僅

3、會直接影響到教學(xué)質(zhì)量,同時，在一定程度上還影響到學(xué)生（特別是兒童）的健康和正常的發(fā)育。……教室內(nèi)介適的混響時間，均勻的聲場分布也是確保教室良好聽聞的重要條件?！币灰弧秾嵱媒ㄖ晫W(xué)》“在一般小型教室，主耍是防止混響時間過特別是在聽眾沒冇坐滿時。大型教室或講堂還要適當(dāng)設(shè)置反射表面，以充分利用第一次反射聲，保證室內(nèi)有足夠的聲壓級。為了使室內(nèi)有足夠的聲壓級和短的混響時間（小型教室在0.6s以內(nèi)，500人的教室不超過Is）,教室、講堂的每座容積不超過（3~3.5）”一一《建筑聲環(huán)境》?！靶⌒徒淌一祉憰r間最好應(yīng)在：0.4?0.6sZ間，鼓多不能超過Is。如果設(shè)訃適當(dāng)，500瘞位

4、以內(nèi)的教室或講堂可以不用電聲系統(tǒng)。考慮到墻壁Z間的共振，吸聲材料一定不要集中放在天花和地面，而要分散開。這樣聲場也會均勻。學(xué)生區(qū)增加吸聲量，可有效的減少學(xué)生本身的噪音，對學(xué)生之間的交流有利，但對于講課并無太大作用。天花的中間區(qū)域必須由反射聲音的材料構(gòu)成，以加強(qiáng)1次肓達(dá)聲。老師頭上的天花應(yīng)當(dāng)傾斜，以加強(qiáng)1次反射聲。”以上摘自《ClassroomAcoustics》通過文獻(xiàn)調(diào)研可知:(1)教室音質(zhì)設(shè)計的前提是使室內(nèi)保持足夠低的背景噪聲級。這一點對于建筑系館北114基木不用考慮，因為北114附近并沒有明顯的噪聲源，學(xué)生抱怨的是聽不清楚，尤其坐在后排。(2)合理布置吸聲材料

5、，把混響吋間控制在合適的水平，并且避免出現(xiàn)回聲、多重回聲等聲學(xué)缺陷。上述材料屮都提出了混響吋間指標(biāo)，最佳指標(biāo)是多少？這是需要研究的問題(3)充分利用天花的近次反射聲，加強(qiáng)教室后部的聲能。這一點在500人左右的大講堂屮是經(jīng)常用到的，在100人左右的小教室屮很少用到。北京安苑北里屮學(xué)曾在講臺上懸吊反射板，教室后座的聲壓級可以提高3.5dBo(數(shù)據(jù)摘自《實用建筑聲學(xué)》)2音質(zhì)對比及實測為了找岀北114教室音質(zhì)問題，選擇了學(xué)生評價較好的3407教室進(jìn)行了對比。該教室長13m,寬6.6m,高4m,體量與北114的接近。不同的是，3407教室使用了礦棉吸聲板吊頂，高度約3m。音

6、質(zhì)實測的對比見表1。根據(jù)對比數(shù)據(jù)得出初步的結(jié)論：北114主要問題是混響時間過長，導(dǎo)致語言渾濁、聽不清；對于后排的學(xué)生，直達(dá)聲小，更加聽不清楚。所以，必須降低教室的混響時間，使它在0?4?0?6s之間。另外還可看出，教室混響時間降低后(3407教室)，會導(dǎo)致前后排聲壓級差距變大，出現(xiàn)聲場不均勻，應(yīng)該利用天花反射或散射增加后排聲能，使前后排聽音音量接近。北114教室和3407教室音質(zhì)實測對比空場混響時間(s)滿場混響時間(s)空場前后排最大聲壓級差dB(A)滿場前后排最大聲壓級差dB(A)125Hz500Hz2kHz125Hz500Hz2kHz北114教室2.311.7

7、11.191.750.880.694.27.73407教室0.750.410.390.980.560.437.59.23音質(zhì)設(shè)計方案的提出曲調(diào)研和實測分析看出，解決114教室音質(zhì)問題，首先要控制混響時間，其次吊頂天花的聲反射散射形式也需要考慮。共提岀兩種不同的音質(zhì)方案，如表2,設(shè)計中綜合考慮了美觀、音質(zhì)、材料、施工、造價、維護(hù)等因素，力爭取得既美觀、音質(zhì)良好，同時乂經(jīng)濟(jì)實用的效果。方案二方案一剖1(11方教室前半部采用紙面石膏板反射M頂口教師頭頂案上部天花冇傾斜角度，S的在于將教師的聲音更多說地反射到教室后部。后半部天花為折板狀礦棉吸聲明板,用于控制混響，并對后