反射板設(shè)置位置對教室聲學(xué)特性影響模擬分析

籍仙榮 陸鳳華

對于容積較大的教室,為獲得良好語言清晰度,需對教室作必要的聲學(xué)處理,比如設(shè)置吸聲材料和聲學(xué)反射板等(必要時還需設(shè)置電聲裝置)。對于聲學(xué)反射板,在材料選擇以后,還需考慮其設(shè)置位置。教室的聲學(xué)反射板可設(shè)置在講臺頂部或黑板兩側(cè),使反射聲的來源方向與聲源方向一致,給人親切感,即雖然離聲源較遠,但就像在近處一樣;設(shè)在側(cè)墻的反射聲給聽者環(huán)繞感,一般音樂廳、影劇院等觀演類建筑用的較多,教室一般不用;教室后部一般不設(shè)反射材料,以免形成回聲。本文將以 150人階梯教室為例,用聲學(xué)軟件EASE分析反射板設(shè)置于講臺頂部和黑板兩側(cè)時的不同聲學(xué)效果。

1 150人用階梯教室的相關(guān)說明及假定

本文以山西某大學(xué)教學(xué)主樓中的 150人用階梯教室為例進行分析,但反射板具體設(shè)置與實際略有不同,該教室如圖 1所示,開間和進深分別為 14.4m和10.8m,層高 4.5m。該教室相關(guān)說明及假定如下:1)教室地面和講臺均為水磨石,墻面為普通白灰抹面,窗戶總面積 54.4m2,安裝普通玻璃,設(shè)兩個普通硬木拼板門,上有亮子,門洞面積為 7.2m2;2)教室設(shè) 8級臺階,每層臺階高 120mm,寬 900mm;3)聲學(xué)軟件采用德國 ADA聲學(xué)設(shè)計公司開發(fā)的 EASE軟件,在講臺正中距地面 1.78m(距講臺 1.58m)處以略提高的講話聲為聲源,其 500 Hz和 1000Hz時前方 1m處的聲壓級(A)分別為 60dB和 58dB;在聽眾區(qū)選取 50個測點,如圖 1所示;4)考慮教室處于學(xué)校之內(nèi),周圍環(huán)境噪聲較低,且采用普通磚墻砌筑即可滿足教室一、二級隔聲標(biāo)準(zhǔn)[1],教室內(nèi)無產(chǎn)生較高噪聲的特殊設(shè)備,所以 1000Hz時背景噪聲采用 40dB;5)聲學(xué)處理采用礦棉裝飾吸音板吊頂(井字梁下留約 150mm大空腔),反射板設(shè)置方案一在講臺上部離黑板 600mm處設(shè)12m2的反射板,傾角 10°,最低邊離地面 3.1m;方案二在黑板兩側(cè)分設(shè) 6m2的反射板,尺寸 3m×2m,最低邊離地面 1.7m,頂部離地面 3.7m,與吊頂相接,如圖 1所示,所選材料均為鋁合金微穿孔板,且反射板里加 50厚玻璃棉氈。其中礦棉裝飾吸音板采用某建材制品廠生產(chǎn)的 13厚FH 9717型吸音板,鋁合金微穿孔板面層 1mm厚,孔徑0.8mm,穿孔率 1%;6)在空場時測量,即無座椅和無學(xué)生時測量;7)本文將以總聲壓級、500 Hz和 1000 Hz時的混響時間及其頻率為 1000 Hz的輔音清晰度損失率(Alcons)為評價指標(biāo)。

2 模擬結(jié)果及其分析

1)混響時間的頻率特性。我國《民用建筑隔聲設(shè)計規(guī)范》規(guī)定,對于體積在 500m3～1000m3范圍的合班教室,500 Hz頻率時的混響時間為 1 s,其中混響時間可有 0.1 s的變動幅度,教室體積可有 10%的變動幅度[1]。從圖 2可見,兩種情況下混響時間均滿足要求,且低頻、中頻和高頻混響時間基本接近。反射板懸掛在講臺頂部時的混響時間要比反射板布置在黑板兩側(cè)時的混響時間略長。500 Hz時的混響時間分別為 0.91 s和 0.88 s。

2)聲壓級及其信噪比。美國 ANSIS12.60-2002標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定教室信噪比(S/N)最小應(yīng)為 15dB[2],“教室聲學(xué)”研究表明教室信噪比(S/N)小于 10dB時,聽力正常的學(xué)生語言清晰度會嚴(yán)重降低,要使聽力上有缺陷的兒童聽清楚,需要至少 15dB的信噪比[3]。教室 1000 Hz時背景噪聲采用 40dB[1];從表 1可看出,聲源位于講臺左、右兩側(cè)時對教室聲壓級的分布情況有影響;懸掛在講臺頂部反射板的反射效果要比黑板兩側(cè)反射板的反射效果略好,其相應(yīng)的信噪比也較高。

3)輔音清晰度損失率(Alcons)。語言可懂度是混響時間、聲壓級和信噪比等的綜合評價標(biāo)準(zhǔn),語言可懂度有許多評價指標(biāo),現(xiàn)以輔音清晰度損失率(Alcons)為指標(biāo)說明,損失越小,可懂度越好,根據(jù)軟件規(guī)定損失率為 0%～7%時,優(yōu)秀;7%～11%時良好;11%～15%為一般;15%～18%時較差;18%以上很差,不可接受。分析表1可知,反射板設(shè)于兩種不同位置時,均有比較滿意的結(jié)果;其中在黑板兩側(cè)布置反射板的教室聲學(xué)效果較好;聲源位于講臺中央比位于講臺兩側(cè)時,整個聲場有較好的語言可懂度。

表1 反射板位置不同時,對應(yīng)的聲學(xué)特性模擬值

3 結(jié)語

從以上分析可知反射板布置在講臺頂部和黑板兩側(cè)時各有其優(yōu)點。如想得到較短混響時間,應(yīng)把反射板設(shè)在黑板兩側(cè);如想使教室后部得到較高聲壓級,可考慮將反射板置于講臺頂部;而在教室黑板兩側(cè)布置反射板要比在講臺頂部懸掛反射板時的聲學(xué)效果好。但最后方案確定除要考慮實際需要,還得注意裝飾效果,避免明顯聲學(xué)痕跡。

該教室在實際中考慮到聲學(xué)及其裝飾效果,以及為避免人為損壞,將反射板設(shè)置于講臺頂部并將其剖面形式進行改良,采用了傾角不同的折線形,可以更好地將聲音反射到教室聽眾區(qū)的前、中和后部,取得了良好效果。

[1] GBJ 118-88,民用建筑隔聲設(shè)計規(guī)范[S].

[2] ANSIS12.60-2002.Acoustical Performance Criteria,Design Requirements,and Guidelines for schools[S].American National Standards Institute,2002.

[3] Classroom Acoustics— — a resource for creating learning environments with desirable listening conditions,2000.

[4] 項端祈,王 崢,陳金京,等.演藝建筑聲學(xué)裝修設(shè)計[M].北京:機械工業(yè)出版社,2004.