教室声学音质设计一例

燕翔 徐学军 侯冰洋 汤静波

( 清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114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114教室存在的音质问题的分析和实际测量、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、改造后的音质测量结果和音质效果调查等等。

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4.0m，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音质进行了研究，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

“为学校创造安静的环境，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。……教室内合适的混响时间，均匀的声场分布也是确保教室良好听闻的重要条件。”——《实用建筑声学》

“在一般小型教室，主要是防止混响时间过长，特别是在听众没有坐满时。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1s），教室、讲堂的每座容积不超过（3~3.5）m³。”——《建筑声环境》。

“小型教室混响时间最好应在：0.4~0.6s之间，最多不能超过1s。如果设计适当，500座位以内的教室或讲堂可以不用电声系统。考虑到墙壁之间的共振，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次直达声。老师头上的天花应当倾斜，以加强1次反射声。”

——以上摘自《Classroom Acoustics》

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基本不用考虑，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，把混响时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。上述材料中都提出了混响时间指标，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人左右的大讲堂中是经常用到的，在100人左右的小教室中很少用到。北京安苑北里中学曾在讲台上悬吊反射板，教室后座的声压级可以提高3.5dB。（数据摘自《实用建筑声学》）

2 音质对比及实测

为了找出北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                           表1