教室声学音质设计一例

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1、教室声学音质设计一例燕翔徐学军侯冰洋汤静波（消华大学建筑学院建筑物理实验室，北京，100084）摘要：清华大学建筑馆北"4教室听课效果不良，于2002年进行了装修改造。改造过程中，教师指导学生对教室声学问题进行了细致深入的研究，提出科学的设计方案，装修后的教室声学效果非常理想。本文介绍了改造的声学研究过程和得出的一些结论，文中包括国内外教室声学设计的调研、教室声学设计的考虑、北门4教室存在的音质问题的分析和实际测最、提出多种音质改造的设计方案、使用缩尺比例模型和计算机模拟两种方法对设计方案的分析测量和评价、可听化音质模拟的听众主观评价和最终设计方案的确定、改造后的音

2、质测量结果和音质效果调査等等。关键词：教室声学，音质，可听化模拟，计算机音质模拟，比例模型音质模拟清华大学建筑馆北114教室是建筑学院的专业教室，可容纳100名学生。教室长14.4m,宽7.0m,净高4.Om,体形瘦长。使用中学生的评价很差,主要是听不清老师的讲课。学院决定对114教室进行装修，同时解决音质问题，设计方案由建筑物理实验室完成。在实验室，教师指导学生对教室咅质进行了研究，以求获得最佳设计方案。研究分为以下步骤：1教室音质设计文献调研“为学校创造女静的环境,保证教室和其它教学用房具有良好的听闻条件，是学校建筑设计中最基本的要求之一。……噪声的长期作用不仅

3、会直接影响到教学质量,同时，在一定程度上还影响到学生（特别是儿童）的健康和正常的发育。……教室内介适的混响时间，均匀的声场分布也是确保教室良好听闻的重要条件。”一一《实用建筑声学》“在一般小型教室，主耍是防止混响时间过特別是在听众没冇坐满时。大型教室或讲堂还要适当设置反射表面，以充分利用第一次反射声，保证室内有足够的声压级。为了使室内有足够的声压级和短的混响时间（小型教室在0.6s以内，500人的教室不超过Is）,教室、讲堂的每座容积不超过（3~3.5）”一一《建筑声环境》。“小型教室混响时间最好应在：0.4〜0.6sZ间，鼓多不能超过Is。如果设讣适当，500瘗位

4、以内的教室或讲堂可以不用电声系统。考虑到墙壁Z间的共振，吸声材料一定不要集中放在天花和地面，而要分散开。这样声场也会均匀。学生区增加吸声量，可有效的减少学生本身的噪音，对学生之间的交流有利，但对于讲课并无太大作用。天花的中间区域必须由反射声音的材料构成，以加强1次肓达声。老师头上的天花应当倾斜，以加强1次反射声。”以上摘自《ClassroomAcoustics》通过文献调研可知:(1)教室音质设计的前提是使室内保持足够低的背景噪声级。这一点对于建筑系馆北114基木不用考虑，因为北114附近并没有明显的噪声源，学生抱怨的是听不清楚，尤其坐在后排。(2)合理布置吸声材料

5、，把混响吋间控制在合适的水平，并且避免出现回声、多重回声等声学缺陷。上述材料屮都提出了混响吋间指标，最佳指标是多少？这是需要研究的问题(3)充分利用天花的近次反射声，加强教室后部的声能。这一点在500人左右的大讲堂屮是经常用到的，在100人左右的小教室屮很少用到。北京安苑北里屮学曾在讲台上悬吊反射板，教室后座的声压级可以提高3.5dBo(数据摘自《实用建筑声学》)2音质对比及实测为了找岀北114教室音质问题，选择了学生评价较好的3407教室进行了对比。该教室长13m,宽6.6m,高4m,体量与北114的接近。不同的是，3407教室使用了矿棉吸声板吊顶，高度约3m。音

6、质实测的对比见表1。根据对比数据得出初步的结论：北114主要问题是混响时间过长，导致语言浑浊、听不清；对于后排的学生，直达声小，更加听不清楚。所以，必须降低教室的混响时间，使它在0・4〜0・6s之间。另外还可看出，教室混响时间降低后(3407教室)，会导致前后排声压级差距变大，出现声场不均匀，应该利用天花反射或散射增加后排声能，使前后排听音音量接近。北114教室和3407教室音质实测对比空场混响时间(s)满场混响时间(s)空场前后排最大声压级差dB(A)满场前后排最大声压级差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音质设计方案的提出曲调研和实测分析看出，解决114教室音质问题，首先要控制混响时间，其次吊顶天花的声反射散射形式也需要考虑。共提岀两种不同的音质方案，如表2,设计中综合考虑了美观、音质、材料、施工、造价、维护等因素，力争取得既美观、音质良好，同时乂经济实用的效果。方案二方案一剖1(11方教室前半部采用纸面石膏板反射M顶口教师头顶案上部天花冇倾斜角度，S的在于将教师的声音更多说地反射到教室后部。后半部天花为折板状矿棉吸声明板,用于控制混响，并对后