李炎
沈阳建筑大学 辽宁沈阳 110168
摘要：本文总结了教室电声环境的组成及基本评价指标，其次选取天津市为明双语学校尺寸为9.6m×8.1×4.5m的待建教室，将目前教学过程中主要声源之一的电子黑板纳入到考虑范围，基于EASE软件建立教室模型并对其电声环境进行仿真模拟，将模拟得到的声学参量数据与评价标准进行对比分析,最终针对分析结果提出若干优化建议。
关键词：信息化；中小学；普通教室；电声环境
1.电声学理论及相关评价指标
1.1电声学理论
电声系统通常是由声源设备、中间设备及末级设备三个部分构成。对于教室而言，最主要的包括传声器、功率放大器和扬声器。电声系统设计，要对扬声器等各级设备作出选择， 但更重要的是根据扬声器的功率、灵敏度、指向性，针对具体厅堂作出最合理的布置方案，这是实现厅堂良好听音效果的关键，也是电声系统设计的关键[1]。
1.2教室声环境评价参量
教室是典型的语言用厅堂，厅堂的音质可以通过主观和客观两个方面进行评价。主观评价源于听音者的听觉感知，而客观评价是通过仪器和实验的方法测量室内声场的特性，客观指标包括语言可懂度（清晰度），混响时间，信噪比，响度，背景噪声等常用指标，客观评价操作性更强，受人为因素影响小[2]。
1.2.1混响时间
表示声音混响程度的参数量,当室内声场达到稳态,声源停止声后,声压级降低60dB所需要的时间，称为混响时间,记作T或RT,单位是秒（s）。目前我国的 GB 50118—2010《民用建筑隔声设计规范》对普通教室混响时间有明确规定，同时其他国家也有相应明确的评价指标。我国标准要求房间容积≤200m3，教室空场 500～1 000 Hz的混响时间≤0.8s；房间容积＞200m3，教室空场 500～1 000 Hz的混响时间≤1.0s。目前国内外的标准值存在差异，没有明确的范围，经对比分析发现,国外标准的最佳范围值趋同，且表中所列标准均小于一个最大值即我国的1.0s，因此本研究以我国标准及国外最佳值作为主要参考。
1.2.2明晰度C50
明晰度C50是Reichardt在清晰度的概念基础上提出的，表示的是语音在发声后50ms之内和50ms之后的声能比率参量，是评价厅堂语言可懂度的客观参数之一。C50的评价指标为：一般混响条件下，C50值大于0表示该厅堂的语言可懂度良好，当混响时间相对正常值偏大时，C50值大于-5d B可视为该厅堂的语言可懂度良好。
1.2.3快速语言传输指数RASTI
快速语言传输指数（RASTI）与语言传输指数（STI）类似，表示传输系统对语言清晰度的影响，是通过测量从声源到接收者的调制转移函数（MTF）而得到的[3]。目前国家规范中还未出现针对RASTI的具体评价指标，因此采用ＥＡＳＥ认证的参考范围，1.0 ～ 0.75为优秀，0.75 ～ 0.60之间为良，0.60 ～ 0.45之间为可用，0.4 ～ 0.30为差，0.30 ～0.00为不可接受。
1.2.4辅音清晰度损失率%AIcons
辅音清晰度损失率是由荷兰声学家Peutz提出的，%AIcons常用于电声设计，是建声和电声两个领域的有机结合。%AIcons是用来预测语言清晰度的参量，语言清晰度随着%AIcons的数值减小而提升。鉴于国家规范没有针对%AIcons的明确评价指标，因此选用ＥＡＳＥ的参考范围进行评价。ＥＡＳＥ中要求0 ～ 7为优秀，7 ～ 11为良，11 ～ 15为可用，15 ～ 18为差，18以上为不可接受。
2.项目概况
本研究以天津为明双语学校的中学普通教室为例，该项目位于天津市西青区张家窝镇，是包括小学部及中学部的九年一贯制学校，总建筑面积62985.5㎡，当前处于筹备建设阶段。天津为明校园的信息化建设在我国处于相对先进的水平，校园实现全网络覆盖，包含了信息化教学系统、信息化监控系统、信息化广播系统等，教室配置了电子教学一体机、网络化播放终端、半球彩色摄像机等先进的教学设备，适合用于本课题的研究。
3.教室声环境计算机模拟分析
3.1EASE软件简介
EASE软件由德国ＡＤＡ声学设计公司开发，以建筑声学和电声学为基础，目前主要应用于电声工程的模拟。软件内置180余种吸声材料及扬声器产品的数据库，能够满足大部分声场环境的模拟且计算结果以直观的图表形式呈现，因此在学术界被广泛应用。
3.2实例教室三维模型组建
3.2.1模型空间尺度
建模前对建筑图纸进行收集，整理出房间及其内部构件的尺寸数据，然后依据具体数据，在EASE中建立房间的初始三维模型。
3.2.2吸声材质设定
初始模型建立完成后，依据项目图纸的实际设计条件，在EASE的材料库中为房间的各个吸声面添加材质。
3.2.3扬声器参数及位置
为明中学设计的教室电声系统主要包括两个部分，首先是电子触屏黑板内置的两个音箱，承担整个教室空间授课过程的声音传播，目前教室内选用的是希沃品牌的交互电子平板，型号为F86EC；其次是网络化播放终端的两个壁挂音箱，挂在黑板两侧对称布置，距地面高度为2m。本文仅针对黑板扬声器进行模拟研究，在数据库中选取法国声音舒适性与安全性领导者Bouyer公司的RP512扬声器，与黑板自带扬声器性能参数相匹配。
3.2.4听音面设置
最后在根据学生在教室内的听音范围添加听音面，听音面的高度一般以坐姿状态下人耳距离地面高度为准，通常取1.2m。
3.3计算结果分析
3.3.1混响时间结果分析
该教室容积大于300m3，500～1 000 Hz内空场混响时间满足我国《民用建筑隔声设计规范》小于等于1.0s的标准；500～1 000 Hz内满场混响时间最小值为0.57，最大值为0.75，依据表2中各国的混响时间标准，判断其可以满足教室空间的教学需求。
3.3.2快速语言传输指数RASTI模拟结果分析
在500Hz～2000Hz范围内，快速语言传输指数RASTI模拟结果为0.34～0.69，处于良好、可用和差的范围，结合模拟效果图发现，远离交互电子平板扬声器的两侧坐席区快速语言传输指数低，导致该区域语言清晰度较差，从而对处于该区域学生的听课效率产生消极影响。
3.3.3明晰度C50模拟结果分析
在500Hz频段，语言明晰度指数C50最大值为-0.32d B，最小值为-10.2d B；在1000Hz频段，语言明晰度指数C50最大值为4.14d B，最小值为-6.63d B；在2000Hz频段，语言明晰度C50最大值为9.27d B，最小值为-5.42d B。1000Hz及2000Hz的明晰度指数基本符合标准，而在500Hz时的最小值明显小于标准的-5d B，明晰度C50不能满足标准要求，明晰度较差区域主要集中在教室后排及两侧。
3.3.4辅音清晰度损失率AIcons模拟结果分析
在500Hz～2000Hz范围内，辅音清晰度损失率AIcons模拟结果为3.97～26.38，房间不同区域的AIcons指数差异较大，中间区域处于优秀至可用水平，而远离扬声器的房间两侧甚至达到不可接受的程度。
4.教室声环境优化策略
目前声场不均匀度不能满足规范标准，且明晰度、快速语言传输指数和辅音清晰度损失率反映出的教室语言清晰度较差，均不能满足规范要求，且听闻环境较差区域主要集中于教室后排及两侧坐席区，很难保证此区域的学生上课过程中注意力集中，需要进行优化设计。
（1）在设备选择上，应选用扬声器功率更高且两个扬声器之间距离更远的电子黑板。
（2）可以在教室两侧及后墙增设小扬声器或声柱进行辅助，弥补教室两侧声压级不足且清晰度较差的缺陷。
（3）在教室座位满足使用需求的前提下，改变教室内的桌椅布局，尽量增加两侧桌椅距离外墙的距离，尽量缩小后排距离黑板的距离。
（4）改用高性能吸声吊顶，具有降噪隔音的优点，改善辅音清晰度损失率。
参考文献：
1.李碧香.声学设计软件EASE的应用研究［D］.重庆大学，2004
2.袁兵.教室电声环境评估与改进研究［D］.华东师范大学，2016.
3.粟春燕.中小型教室声环境初探［D］.华南理工大学，2010