本文摘自广州声博士声学技术有限公司技术总监
郑建辉博士《教室声学环境》报告
翻译：张晓雪
编辑：涂姗姗
此篇研究报告为第一版报告，后续将添加更多实验数据、工程案例以供参考，敬请期待。本片报告可供教育行业从业者、政府教育部门人员、广大家长、教师群体、建筑工程师参考了解教室声学环境的重要性，清楚学生们理解能力的差异化以及学习阶段所遇到的一些情绪问题，以帮助建设更好的教育空间环境让学生们健康快乐地学习。
近年来，大量研究表明学生在学习生涯中以及各个学期段，校园环境会多方面对学生的幸福感产生积极或消极的影响。学校建筑内外环境之间相互的影响与作用非常复杂。作为学生度过大部分童年时光的地方，学校建筑的环境是保护儿童--这个最为脆弱群体健康的最佳切入点。
笔者暂未得到关于中国政府对公立学校资金投放的统计数据。但众所周知的是，许多学校因资金不足或是资金另用的原因，无法对日益退化的建筑进行必要的优化修葺。在中国，数以万计的学生每天在学校的学习时间超过八小时，然而他们还可能会处在充满霉菌、通风不良、温度不舒适、照明不足以及过度拥挤、噪音过大的环境中。
儿童有其不同于成年人的独特需求，他们敏感、脆弱。日益显著的情况是，目前学校建筑的环境条件大都不利于学生的身心发展。一栋健康建筑的九个基础标准为：声学设计与噪声、照明与景观、通风状况、空气质量、热健康、湿气、灰尘与害虫、人身安全保障、水质。
在本文中，探讨点主要集中在声学设计与噪声这两方面。
1、噪声会带来许多不多程度的负面影响，如听力丧失，心情烦躁，睡眠紊乱，精神压力，高血压和其他方面的影响。有关噪声影响的国际研究显示，学生的健康状况各不相同，包括疲劳、压
力和易怒等不同程度的增加（Seabi et al. 2015）
2、在噪声过大的环境下，可能会关闭教室的窗户，以减少外部的各种噪声以及气流，而这会导致教室里出现过多的热量积聚并引起热不适。（Zomorodian et al.2016）
3、由于 15 岁以下的儿童仍处在掌握成熟语言技能的阶段，他们对于不良的听音环境会更加敏感（Nelson et al.n.d）。
4、与成人相比，儿童面对复杂的听音任务会更加吃力（Sullivan et al.2015）。
5、在嘈杂的环境中，儿童需要更高的信噪比或更少的背景噪声失真，才能在语音识别任务中与成年人相提并论。幼儿尤其需要更短的混响时间才能获得与大龄儿童和成年人相似的语言感知能
力（Lewis et al.2014）。
6、一项针对 8-10 岁学生记忆理解能力与噪声环境关系的研究发现，与安静的声环境相比，身处嘈杂环境学生的记忆力以及听力理解测试的表现明显更不如人意（Sullivan et al.2015）。
7、在 2013 年，Jaramillo 针对美国佛罗里达州的 73 所小学的研究表示，配置了嘈杂中央空调系统的学校，其学校里学生的期末测评比使用了较安静中央空调系统学校的学生表现要略显逊色（Jaramillo, 2013）。
8、在一项针对德国 29 所学校的 1058 名二年级学生的研究发现，轻微头痛和胃痛的显著增加与家中经常听到飞机噪声有关。在严重受到飞机噪声影响的学校里，86%的老师表示，即使天气暖和也会紧闭窗户。而 38%的老师则表示他们极少带学生进行户外活动（Bergstrom et al.2015）。
语言清晰度描述的是听音者听清课堂内容的能力。为使教师能更好地提高教学效果，学生能轻松接收到清晰的语言，理解课堂内容，教室内保持良好的语言清晰度是极其重要的。语言清晰度主要受以下两个因素影响：
• 背景噪声：通常定义为“干扰听音环境的无关噪声”。在教室内外随处可见其踪影，室内的空调系统，室内到室外的交通噪声，而进入教室内的背景噪声级取决于墙体的声音传输等级（STC），即墙体阻挡、损耗噪声的性能。
• 混响时间：指声音在房间里停留的时间。当一个房间的混响时间很长时，就会产生回声，干扰语音。
大量实测研究证明，每间教室的噪声以及混响状况各不相同，往往无法达到建议的标准值。根据美国和中国的教室声学标准，教室的声学设计应达到以下标准：
虽然语言清晰度的质量取决于室内声学设计及降噪措施，也可借助信噪比的方式对其进行检测。当说话者的信号相对大于（超过 15dB）接听者位置的噪声时，听众能清楚地理解语音内容，但随着背景噪声接近，而后超过说话者的信号，语音清晰度会急剧下降。
为提高说话音量的若干建议：
• 使用扬声器系统（暂不考虑）
• 增加有益的早期反射声
• 缩减过多混响
• 缩短声源和接听者之间的距离。
若需充分理解语音内容，信噪比的设置标准为：
• 成人的信噪比差值不宜超过 10dB。
• 儿童，听力障碍者，非母语人士和老年人的信噪比差值不宜超过 15-20dB。
三个参数可进一步量化语言清晰度：
• 语音清晰度指数（SII）– 教室推荐率值为 80%以上
• 语音传输指数（STI）– 教室推荐率值为 0.8 以上
• 快速语音传输指数（RASTI）– 教室推荐率值为 0.8 以上。
下文图表揭示了嘈杂的机械系统对语言清晰度的主导地位。当背景噪声超过 NC40 时，语言清晰度急剧下降（测量方式：RASTI）。随着背景噪声级逐渐接近声源信号级，背景噪声的小幅度增加都会大大降低测试的语言清晰度。在背景噪声低的教室中，过多的混响会使刚脱口而出的音节在房间内徘徊一段时间，语言清晰度由此受到影响。因此，室内存在的声学缺陷决定了语言清晰度。
1. 吸声材料（NRC 最少值为 0.70）的安装面积应接近地板面积。安装位置不仅限于天花板。室内的平均吸声系数应大于 0.35，混响时间控制在 0.5-0.7 秒。
2. 在天花板中部和距离教师位置最近的壁面安装反射板，以提供有益的早期一阶反射声。根据光线追踪分析结果所得，22-50 毫秒的延时是最为合适的。
3. 后墙做吸声处理，安装吸声材料，以减少回声等声学缺陷。
4. 若需提高教师的声音响度(有些教师的声音比较柔和)，可在后墙安装声扩散产品，如具备吸声与扩散面的可移动声学组件
5. 对于步骤 1-4，不同教室有不同的设计与配置，详情可咨询声博士技术顾问获得更为合适全面的方案。
6. 应确保壁面上下两层结构地板有完整连接，避免出现部分高墙分隔教室的情况。
7. 超过 STC55 的壁面与门窗组件。
8. 机械运作的房间宜与学习区域保持一定距离。室内声学设计对于语言清晰度固然重要，但更重要的是降噪。
典型的噪声有：
a. 嘈杂的机械运作系统（最为常见）
b. 建筑外交通或草坪设备带来的噪声
c. 建筑内走廊或毗邻房间带来的噪声
d. 电脑投影仪
e. 室内观众咳嗽带来的噪声。
备注
1. 设计清单仅供参考，方案应根据实际情况作出相应调整。
2. 可根据用户的需要提供所需的相关的计算技术。
3. 有关壁面，门窗组件的规格，请咨询声博士销售专员。
4. 咨询专业意见有助于更精确地评估案例。
5. 综上所述，均适用条款。
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