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1、教室聲學音質設計一例燕翔徐學軍侯冰洋湯靜波(清華大學建筑學院建筑物理實驗室，北京，)摘要：????????????清華大學建筑館北114教室聽課效果不良，于2002年進行了裝修改造。改造過程中，教師指導學生對教室聲學問題進行了細致深入的研究，提出科學的設計方案，裝修后的教室聲學效果非常理想。本文介紹了改造的聲學研究過程和得出的一些結論，文中包括國內外教室聲學設計的調研、教室聲學設計的考慮、北114教室存在的音質問題的分析和實際測量、提出多種音質改造的設計方案、使用縮尺比例模型和計算機模擬兩種方法對設
2、計方案的分析測量和評價、可聽化音質模擬的聽眾主觀評價和最終設計方案的確定、改造后的音質測量結果和音質效果調查等等。關鍵詞：教室聲學，音質，可聽化模擬，計算機音質模擬，比例模型音質模擬清華大學建筑館北114教室是建筑學院的專業(yè)教室，可容納100名學生。教室長14.4m，寬7.0m，凈高4.0m，體形瘦長。使用中學生的評價很差，主要是聽不清老師的講課。學院決定對114教室進行裝修，同時解決音質問題，設計方案由建筑物理實驗室完成。在實驗室，教師指導學生對教室音質進行了研究，以求獲得最佳設計方案。研究分為以
3、下步驟：1教室音質設計文獻調研“為學校創(chuàng)造安靜的環(huán)境，保證教室和其它教學用房具有良好的聽聞條件，是學校建筑設計中最基本的要求之一?！肼暤拈L期作用不僅會直接影響到教學質量，同時，在一定程度上還影響到學生(特別是兒童)的健康和正常的發(fā)育?！淌覂群线m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?！薄秾嵱媒ㄖ晫W》“在一般小型教室，主要是防止混響時間過長，特別是在聽眾沒有坐滿時。大型教室或講堂還要適當設置反射表面，以充分利用第一次反射聲，保證室內有足夠的聲壓級。為了使室內有足夠的聲壓
4、級和短的混響時間（小型教室在0.6s以內，500人的教室不超過1s），教室、講堂的每座容積不超過（3~3.5）m3?！薄督ㄖ暛h(huán)境》?！靶⌒徒淌一祉憰r間最好應在：0.4~0.6s之間，最多不能超過1s。如果設計適當，500座位以內的教室或講堂可以不用電聲系統(tǒng)?？紤]到墻壁之間的共振，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。學生區(qū)增加吸聲量，可有效的減少學生本身的噪音，對學生之間的交流有利，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成，以加強1次直達聲。老
5、師頭上的天花應當傾斜，以加強1次反射聲?！薄陨险浴禖lassroomAcoustics》通過文獻調研可知：（1）教室音質設計的前提是使室內保持足夠低的背景噪聲級。這一點對于建筑系館北114基本不用考慮，因為北114附近并沒有明顯的噪聲源，學生抱怨的是聽不清楚，尤其坐在后排。（2）合理布置吸聲材料，把混響時間控制在合適的水平，并且避免出現(xiàn)回聲、多重回聲等聲學缺陷。上述材料中都提出了混響時間指標，最佳指標是多少？這是需要研究的問題（3）充分利用天花的近次反射聲，加強教室后部的聲能。這一點在500人
6、左右的大講堂中是經常用到的，在100人左右的小教室中很少用到。北京安苑北里中學曾在講臺上懸吊反射板，教室后座的聲壓級可以提高3.5dB。（數(shù)據(jù)摘自《實用建筑聲學》）2音質對比及實測為了找出北114教室音質問題，選擇了學生評價較好的3407教室進行了對比。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。音質實測的對比見表1。根據(jù)對比數(shù)據(jù)得出初步的結論：北114主要問題是混響時間過長，導致語言渾濁、聽不清；對于后排的學生，直達聲小，更加聽
7、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），會導致前后排聲壓級差距變大，出現(xiàn)聲場不均勻，應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教室音質實測對比表1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2.311.711.191.750.880.694.27.73407教室0.
8、750.410.390.980.560.437.59.23音質設計方案的提出由調研和實測分析看出，解決114教室音質問題，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。共提出兩種不同的音質方案，如表2，設計中綜合考慮了美觀、音質、材料、施工、造價、維護等因素，力爭取得既美觀、音質良好，同時又經濟實用的效果。兩種音質設計方案表2方案一方案二剖面效果圖方案說明教室前半部采用紙面石膏板反射吊頂且教師頭頂上部天花有傾斜角度，目的在于將教師的聲音更多地反射到教室后
