优化教室声环境提高学生听课效率

2021-05-18郎宇福李顺

中国建筑装饰装修 2021年4期

关键词：混响时间隔声用房

文 / 郎宇福李顺

一、声学标准解读

本期标准：GB50118-2010《民用建筑隔声设计规范》——学校建筑篇

本期重点：

1、允许噪声级

①学校建筑中各种教学用房内的噪声级，应符合表1 的规定。

②学校建筑中教学辅助用房内的噪声级，应符合表2 的规定

2、隔声标准

①教学用房隔墙、楼板的空气声隔声性能，应符合表3 的规定。

表1 室内允许噪声级

表2 室内允许噪声级

表3 教学用房隔墙、楼板的空气声隔声标准

表4 教学用房与相邻房间之间的空气声隔声标准

表5 外墙、外窗和门的空气声隔声标准

表6 教学用房楼板的撞击声隔声标准

表7 各类教室空场500Hz～1000Hz的混响时间

GB50118-2010 《民用建筑隔声设计规范》国家标准封面

3、隔声降噪设计

各类教室内宜控制混响时间，避免不利反射声，提高语言的清晰度。各类教室空场500Hz～1000Hz 的混响时间应符合表7 的规定。

标准解读：

本章中的学校建筑是指大量用于日常教学活动的场所，不包括如音乐厅、体育馆和多功能厅等专业用途的空间。这些空间中的声学指标可参照相应的声学设计规范。室内允许噪声级旨在提出教学用房和辅助用房室内噪声的最大值，以保障学校教学活动中学生的注意力不受来自外界和内部噪声的影响，提高教学用房内的语言清晰度。空气声隔声量标准参照《建筑隔声评价标准》GB/T50121-2005 考虑了频谱修正量。教学用房的围护结构采用实验室测得的计权隔声量与粉红噪声频谱修正量之和（Rw+C）作为隔声性能的评价指标。学校建筑设计中应尽量使产生噪声的房间与其他教学用房布置在不同的教学楼中，或在同一教学楼的不同区域。房间中混响时间的控制可通过布置适当的吸声材料来实现。设计中还需根据房间的形状确定吸声材料的配置位置，以控制室内的不利反射声对语言清晰度的影响，提高教学用房内的音质。

二、声学基础知识分享

1、空间吸声体：悬挂在室内空间专为吸声目的而制成的物体，由于空间吸声体不止一个吸收面，它吸声系数往往大于1，一般以单位吸声量计算。

2、音质评价标准：判断音质的依据，通常分为主观评价标准与技术评价标准的两方面。

3、自由场：①均匀而各向同性的媒质中，边界影响可以不计时的声场。②只有直达声而没有反射声或反射声可以忽略的声场。在自由场中声强的变化与距离的平方成反比。

4、扩散场：能量密度均匀、在各个传播方向作无规分布的声场。在此声场中任何一点所接收到的各个方向的声能将是相等的。

5、吸声系数：入射声能被材料表面或媒质吸收的百分数。

6、回声：强度和时差都大到足以在听觉上和直达声区别开的反射声或由于其它原因返回的声。

7、多孔吸声材料：内部有很多与大气相通的微孔和通道，对气体或液体流过时给予阻尼的材料。由于空气在材料微孔中的粘滞、热传导与驰豫现象，使声能转换为热能。建筑上常用的多孔吸声材料有玻璃棉、矿棉、岩棉和泡沫塑料等。

8、利用声学技术可以解决哪些建筑装饰痛点：①项目建成后噪声扰民招到投诉；②项目施工完成后隔音不好、回音大交不了工或返工；③出现严重的声学缺陷业主无法使用；④利用声学技术控制造价或者提高造价；⑤营造健康建筑，提升设计品质。

三、空间声环境设计

学校教室声学设计

为学校创造安宁的环境，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。在学校内学生所受的干扰中，噪声占有很大的比重，而噪声的长期作用不仅会直接影响到教学的质量，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。因此，在评价一所学校建筑的质量时，噪声控制是主要的评价标准。同时，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。

1、教室的噪声控制

教学楼的设计，首先应防止环境噪声对教室的干扰。教学楼应远离噪声源，例如不能靠近交通干线建造。当由于用地等原因不得不靠近声源布置时，应把辅助用房如卫生间、楼梯间等布置在声源一侧，而将教室布置在另一侧。教学楼中设备用房、健身房等产生较强噪声和振动的房间相对集中布置在建筑的一端，以减少对教室的影响。

教学楼内部教室之间的相互影响也不容忽视，尤其应避免电化教室对其它教室的影响。教室之间主要通过走廊传声。为了改善教室楼的声环境和减少教室间通过走廊门的噪声干扰，走廊吊顶应作吸声处理。根据实测结果表明：一般顶棚作吸声处理后，15m的距离便可增加约8dB的噪声衰减量。同时，还可消除走廊内某些情况下产生的颤动回声现象。近年来，新建的一些学校教学楼的走廊顶部作了矿棉板和玻纤板吸声处理后，都获得了较好的效果。

良好的建筑用地和合理的平面布置，还不能完全解决建筑本身的隔声问题，教学用房的围护结构选择也起着重大的重要。普通教室之间的隔墙应具有45dB 以上隔声量，电化教室之间的隔墙至少应有50dB 的隔声量。并要注意避免因在墙体内嵌入配电箱、接线箱等而使墙体隔声性能大幅下降。此外，教室门窗也应有一定的隔声量，并具有良好的密封性能。

教室室内如有空调送风口等设置，应在风管内做消声处理。即在刚质风管做内保温（风管内贴满吸声棉板（外包140g/m2玻纤布），如果风管较短，应采用消音风管加消声器的措施。如果空调安装在教室内，则需要做好减振消声的措施。

2、教室的体型设计

对于中小型教室，矩形是最适宜的体型。矩形教室不仅有利于课桌的安排及采光，还能提供丰富的侧向反射声、发射声。同时在讲台两侧和顶部设置反射面，将声音反射至教室后部，可以提供后排座位的声压级，从而改善这些座位的语言可懂度。但矩形教室一般都有平行墙面，为了避免颤动回声和驻波等声学缺陷现象，平行的墙面应该尽量做得凹凸不平，并布置反射扩散体，来增强反射声并利于声场均匀。或者将一面墙布置吸声材料，另一面墙不布置吸声材料从而避免声学缺陷。

当教室面积较大，座位超过350 座时，一般为了有较短的视距及良好的视角及直达声传达会采用扇形教室，这也就是我们常见的阶梯教室。扇形教室因为座位较多，一般长度大于10m，座位最好要升起，做成阶梯状，避免学生对直达声的吸收，增加后部的直达声功率。这也是被称为阶梯教室的原因。

3、混响时间控制

教室是以语言类为主的声学空间，所以语言的清晰度就显得非常重要。而语言的清晰度和混响时间的长短以及响度的大小相关联。在响度一定的情况下，混响时间短清晰度越高。但混响时间过短声音有缺乏丰满度，所以一般来说我们将中小型的教室的中频混响时间控制0.8s 左右。

在体积一定的情况下，混响时间的长短和室内的总吸声量成反比关系。所以我们需要加大室内总吸声量来达到降低混响时间的目的。对于教室而言，不同于一般厅堂空间，不会存在于满座率的情况，因为通常来说教室这种空间在使用时几乎都是满场的。这时候我们就需要考虑人的吸声量，在教室空间当中，人体的吸声量占了很大一部分的比例，从而减少吸声材料使用，节约了成本。

①减少回声（后墙）。回声影响了讲话的清晰度。可以利用吸收或散射来控制回声。教室的后墙必须铺设强吸声材料，控制反射声能，提高学生的语言可懂度，可以防止教师的声音由后墙反射回教室的前部。特别是扇形教室的后墙为凹面墙易造成声聚焦等声学缺陷，所以在扇形教室的后墙需要布置强吸声材料。

②增强反射（吊顶）。由于顶棚可以把声音反射给听众而不受到遮挡，因此，顶棚靠近讲台的部分应尽量不设置吸声材料，以便均匀的把早期反射声分布到各个方向。顶棚后部由于易于使反射声延时太长，因此一般要做吸声处理。对于教室而言，不难通过几何声学的方法，由声线几何法确定出吊顶反射面的高度和倾斜角度，把老师声音反射至中、后学生区，使得各个学生均能得到照顾，并且使反射声控制在直达声以后的50ms 之内。

四、声学材料介绍

材料名称：聚砂吸声砂浆

聚砂吸声砂浆小样（固化后）

聚砂吸声砂浆使用现场实景

材料详情：聚砂无纤维吸声砂浆材料是一种将吸声轻质砂经专业设备喷涂至建筑表层，干燥成型后，形成一种内部为三维立体网状结构、外表面为多孔透声波浪形的吸声涂层。主要成份为不同尺寸的轻质砂和定型材料，将聚合凝固剂均匀且极薄的覆盖在全部的颗粒表面，形成特定微观结构的覆膜微粒，此产品为 A 级防火等级的高效吸音降噪材料（见表8）。

材料特点：聚砂吸声砂浆完成后经过自然干燥其表面平整、外观分布均匀，形成整体连续无空腔、无冷桥、无接缝，有弹性的“皮肤”似的喷涂层；喷涂吸声、保温；整体无缝、包裹性好；聚砂吸声砂浆具有质感丰富、多种颜色可选、装饰效果美观大方等优良特点。声学性能NRC ≥0.70，符合中国建筑材料防火检测中心A 级不燃标准，E1级环保等级。由于材料无纤维，轻质砂为吸声骨料。日常使用中不会掉落纤维，质感更加细腻，适合大厅堂天花吸声（见表9）。

安装方式:采用专业喷涂设备喷涂处理。