室內聲場教學方法探討

摘要：本文以環(huán)境噪聲控制工程課程中的室內聲場聲壓級的計算教學內容為例，基于教學中遇到的問題，對課程呈現(xiàn)的知識內容進行分解，提出了分別重新繪制圖表的改進措施，并分析了可能遇到的困難以及對策。

關鍵詞：環(huán)境噪聲控制工程；教學內容；教學方法

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）33-0180-02

近年來，高校《環(huán)境噪聲控制工程》課程教學得到了普遍關注，并提出了許多切實可行的改進措施[1-5]。該課程有些圖表需要直接應用，但教材并沒有涉及該圖表的來歷以及如何繪制，這給正常教學增加了一定難度。如響度指數(shù)曲線，給出了響度指數(shù)和頻帶聲壓級與頻率間的關系。教材內容呈現(xiàn)的是根據(jù)倍頻程頻帶聲壓級值，利用響度指數(shù)曲線查出相應的響度，再進行復合噪聲的響度和響度級計算。同學們對教材內容學習并沒有困難，但對響度指數(shù)曲線是如何得到的比較感興趣。遺憾的是，教材和參考書都很少涉及響度指數(shù)曲線繪制的相關內容。我們在教學實踐中，也是直接將教材中的原圖掃描到課件上，按照教學內容直接講解，有意避免提及如何得到響度指數(shù)曲線。又如室內聲壓級的計算，教材給出了房間內聲壓級計算圖表，其目的是使學生利用該圖表能簡便計算室內某點的聲壓級。但該圖表多個X軸的應用，增加了教學難度。近年來，我們嘗試繪制了三個圖表，分別探討指向性因數(shù)、房間常數(shù)以及房間平均吸聲系數(shù)對相對聲壓級的影響，發(fā)現(xiàn)此舉更易被同學們理解，同時也發(fā)揮了同學們計算機繪圖特長，激發(fā)了其學習專業(yè)知識的興趣，一定程度上達到調動學習積極性的目的。

本文以講授房間內聲壓級計算圖表為例，分析教學中存在的問題，提出相應的改進措施，探討教學中遇到的困難，并提出對策，對近年來我校環(huán)境噪聲控制課程新的教學方法進行總結，希望逐步推廣應用到本課程其他圖表的教學中。

一、教學中存在的問題

室內聲場聲壓級計算公式的推導以及相關因素的影響分析是教學的重點和難點。我們以前是通過PPT逐步推導室內聲壓級公式，隨后直接掃描教材中的房間內聲壓級計算圖表[6]，分析相對聲壓級與聲源距離、指向性因數(shù)以及房間常數(shù)間的關系。直接應用教材中的原圖進行教學，沒有增加教師的備課負擔，但增加了課堂教學難度，增加了同學們理解上的難度。

教學效果反饋表明，室內聲壓級的計算公式推導，容易被同學們理解和接受，不是學習上的難點。然而，依據(jù)該計算公式，探討與聲源距離、指向性因數(shù)、房間常數(shù)對房間中某一位置的相對聲壓級的影響，成為教學的難點。大部分同學對教材中的原圖似懂非懂，原圖中的四個X軸是理解上的攔路虎，在理解指向性因數(shù)影響相對聲壓級規(guī)律上有難度，也不知道怎樣用此圖進行計算。同學進一步提出，吸聲處理是通過提高房間的平均吸聲系數(shù)實現(xiàn)的，那么能否直接分析房間平均吸聲系數(shù)對相對聲壓級的影響？

二、改進措施

針對同學們提出的疑問，我們提出繪制系列圖表，替代教材中的原圖，通過分別探討指向性因數(shù)、房間常數(shù)以及房間平均吸聲系數(shù)對相對聲壓級的影響，解答同學們的疑問，進一步闡述房間中某一位置的相對聲壓級與聲源距離、指向性因數(shù)、房間常數(shù)以及房間平均吸聲系數(shù)之間的關系。

房間內距聲源r米處的聲壓級為：

式中：L為聲壓級，dB；L為聲功率級，dB；R為指向性因數(shù)；r為距聲源的距離，m；R為房間常數(shù)，R=，S為房間內表面面積，m2；α為房間內的平均吸聲系數(shù)。

對于房間內某一聲源，其聲功率級為定值。因此，房間中各處聲壓級的相對變化就由等式右邊的第二項決定。可見，等式右邊的第二項就是相對聲壓級。我們以10lg（+）對距離r作圖，分別探討指向性因數(shù)、房間常數(shù)和房間平均吸聲系數(shù)對相對聲壓級的影響。

（一）指向性因數(shù)的影響

假設房間常數(shù)為500，指向性因數(shù)分別為1，2，4和8時，10lg（）對距離r作圖。如圖1所示，不同的指向性因數(shù)取值，相對聲壓級都隨著與聲源距離的增加而逐漸降低，進一步增加與聲源距離，相對聲壓級與距離無關，不再隨距離的增加而降低。當指向性因數(shù)R由1逐漸增加到8時，相對聲壓級變化值逐漸變小。這表明房間內的聲源處于不同的位置，相對聲壓級變化規(guī)律不變，但變化值隨指向性因數(shù)值的增加而減少。

（二）房間常數(shù)的影響

假設指向性因數(shù)R=1，房間常數(shù)分別為10，50，100，500，1000m2時，10lg（）對距離r作圖。由圖可知，隨著房間常數(shù)的逐漸增加，相對聲壓級變化值顯著增大。這表明，隨著房間常數(shù)的增加，房間內受聲點處的聲壓級將顯著降低，達到了吸聲降噪目的。

（三）房間平均吸聲系數(shù)的影響

要探討房間平均吸聲系數(shù)對相對聲壓級的影響，首先要確定房間內表面積，以及聲源在房間內的位置。假設某房間大小為6×7×3m3，內表面積為162 m2，聲源置于房間的中心，指向性因數(shù)R=1。當房間平均吸聲系數(shù)分別為0.06，0.1，0.2，0.4和0.6時，對應的房間常數(shù)分別為10.3m2，18m2，40.5m2，108m2和243m2，再以10lg（）對距離r作圖，探討房間平均吸聲系數(shù)對相對聲壓級的影響。由此可見，對于給定的房間，房間平均吸聲系數(shù)的影響，就是房間常數(shù)的影響，房間平均吸聲系數(shù)對相對聲壓級的影響呈現(xiàn)與房間常數(shù)相同的影響規(guī)律。

三、困難與對策

幾年來的教學實踐表明，對教材中的知識內容進行分解，分別繪圖探討指向性因數(shù)、房間常數(shù)以及房間平均吸聲系數(shù)對房間中某一位置相對聲壓級的影響，容易講清楚其影響規(guī)律，加深了同學們對該知識點的理解。但在改進教學的過程中也遇到了一些困難，如電腦雖然比較普及，但同學們對Excel公式的應用以及繪圖功能這方面的知識還比較欠缺，大多同學還不會使用如Origin等專業(yè)的繪圖軟件。如果直接將繪圖任務作為作業(yè)，同學們完成起來會有困難。我們在課堂上直接利用Excel軟件進行繪圖，詳細講解繪圖的整個過程，再將其作為作業(yè)布置。同時我們也鼓勵同學們利用課余時間學習Origin等專業(yè)繪圖軟件，利用函數(shù)繪圖功能完成圖形的繪制。

四、結語

繪制三個圖表替代教材中的一個圖表，成功實現(xiàn)了對知識點的分解，降低了同學們的學習難度，加深了其對知識點的理解和掌握。在改進教學的實踐中，教師要吃透教材，掌握教學中的重點和難點，分析教學改進過程中各個環(huán)節(jié)可能遇到的困難，利用教師的引領作用，才能更好地調動學生學習的主動性和積極性。

參考文獻：

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[6]毛東興，洪宗輝.環(huán)境噪聲控制工程[M].北京：高等教育出版社，2010.