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核心概念 天文学和物理学 收藏的文章 发表:2022年8月17日

声学的教室

文摘

在本文中,我们将研究sound-specifically,声音让我们如何交流在课堂上和我们如何改善沟通。您将学习如何测量声音,人们称为声学工程师帮助架构师和设计人员,以确保教室不太noisy-or太安静。我们甚至有一些你可以做实验,测量声音在家里,在学校,或在一个足球场。

声音的科学

声学声音的科学是一门科学,你可能没有听说过,如果有的话,。为什么人们知道声音的科学这么少吗?或许是因为我们中的许多人认为声音和听觉是理所当然的。然而,想象生活没有你的听觉!没有音乐,没有笑声,没有说话,没有唱歌吗?当你想到多少我们依靠声音,令人惊讶的是,很多人从来没有听说过音响!当然,有些人没有听的能力。在过去的30年中,声学工程师帮助全世界一百万人使用仿生移植克服听力困难,他们已经帮助数亿人通过助听器。一个地方音响效果有一个特别大的影响在classroom-you不能学习如果不能沟通!

清晰的沟通

课堂是什么?好吧,这是一个空间,人们可以通过听老师和学习与其他同学交谈。教室空间,我们和别人交流来增加我们的知识和理解周围的世界。然而,创建一个空间,交通便利实际上并不像看起来那么简单。学生在课堂上要能听到老师说话而不受其他的声音,比如他们的朋友聊天,一个过路的卡车的声音或一场足球比赛是在外面玩1- - - - - -3]。

我们所说的一个人想要听到你的声音信号。在我们的示例中,信号是老师说的4]。我们称所有其他声音噪音。噪声包括声音分心的人不希望听到的。教室里工作得很好,学生们需要听到更多的信号和噪音。我们称之为信噪比,这就是声学工程的用武之地!声学工程师可以帮助设计教室减少来自外部的干扰噪音和帮助管理噪音由学生在里面。声学工程师通常雇来改善学校的建造方式,确保他们都是用最好的材料制成的,以确保尽可能清楚的沟通。声学工程师也为建筑工人和建筑师提供指导。声学工程师的工作可以帮助创建一个舒适的地方学习,学生听到老师在说什么1。

声学

声音是衡量一个单位分贝(dB)。声音是不寻常的数学,因为它是在对数刻度测量。我们可以用另一个对数刻度,里氏震级,作为一个例子。里氏震级是用来测量地震和从0到10,而分贝运行在一个范围从0到100。5级地震将会动摇你的家,或许打倒一个花园墙。6级地震不仅仅是一个小愈是10倍5级!6级地震将摧毁一栋房子,一个7(10倍六)将摧毁一个镇,一个8将摧毁一个城市,一个9将摧毁一个小国家,10将摧毁一个幅员辽阔的国家。有史以来最大的地震测量是9.2级!

现在回到声学。dB规模相同的方式工作,除了它从1到100。“12月”“分贝”意味着10的一部分,这是在对数刻度数字之间的成倍增加。最安静的声音你能听到是0分贝,你只能听到这一个特殊的房间里所谓的消声室,这意味着一个没有呼应了非常奇怪的房间房间(图1)2。有人窃窃私语是大约20分贝的声音。40 dB会有人轻声说话,如果你是一个朋友聊天,你的声音可能会测量60分贝。当老师和全班学生,老师的声音可能措施70分贝,但如果老师大喊大叫,他们的声音将80分贝左右。

图1 -一个消声室一个特殊的房间,没有回声。
  • 图1 -一个消声室一个特殊的房间,没有回声。
  • 注意,成千上万的吸音泡沫楔形。

教室声学

我们不仅可以衡量响亮的声音,我们也可以测量回声一个房间。这是测量在秒和调用混响时间(RT)。RT被定义为时间的长度声音完全消失。举个例子,如果你打喷嚏,是多久之前的全部声音打喷嚏了吗?这取决于你打喷嚏在游泳池或健身房。消声室有0的混响时间。这是一个简单的实验你可以试着在家里或学校来说明这一点。你需要一个气球和一把锋利的铅笔因为打喷嚏不是非常可靠的信号!

第一次吹气球,最后系一个结以便让它膨胀。接下来,确保每个人都在房间里是完全沉默。现在流行使用铅笔的气球。砰!当你这样做,或使用一个计时器开始计算。在普通教室,声音应该大约1 s消失。现在重复实验学校的走廊里,一个回声走廊,或健身房。你可能会发现声音需要更长时间才能消失在更大的空间,尤其是空间用更少的地毯,窗帘,或家具。

RT是不同取决于你在哪里。声学工程师RT在现代课堂的目标大约0.8秒(图2)。这意味着任何声音0.8秒后将会消失。教室在老建筑高高的天花板RT因为他们更可能有一个更高的回声(图3)。它可以更难听到老师在说什么在这些空间中。

图2 -现代课堂,混响时间通常是0.8秒左右。
  • 图2 -现代课堂,混响时间通常是0.8秒左右。
图3 -维多利亚时代的教室,混响时间约为1.5秒。这是很难听到老师当时!
  • 图3 -维多利亚时代的教室,混响时间约为1.5秒。这是很难听到老师当时!

房间的RT太高,声音回荡,赚了很多噪音,增加软材料,如垫,地毯,窗帘可以帮助吸收,或吸收声音。声学工程师使用所谓的数量吸收系数描述如何材料吸收声音。岩石的吸收系数为0,事情完全吸收所有声音的吸收系数为1。一个开放的窗口也有一个吸收系数为1,因为声音是窗外,不回来了。玻璃的吸收系数为0.03,和木材大约是0.1。垫有一个吸收系数为0.93。

有正确的信息,我们可以计算出RT的房间,我们使用以下方程:

R T = 0 。 16 * V 年代 α

V房间的大小(体积)立方米(m3)。年代是墙壁,天花板,地板相结合,以平方米(m2),α的吸收系数是由任何房间。

想象一个温室玻璃制成的是2米长,2米宽,2米高。温室的大小或体积是2×2×2 = 8米3。每个墙、地板和天花板上都有一个面积2×2米= 4米2。有四个墙壁加上一层和一个上限)。所以年代= 6×4 = 24米2。我们知道玻璃的吸收系数是0.03。这个方程是:

R T = 0.16 × 8 ∕ 24 × 0.03 = 1.78 年代 。

换句话说,我们的小房间内全部由玻璃制成,任何响亮的声音会持续1.78秒。

然而,在现实世界中,大多数房间或室内空间是由许多不同的材料的砖墙壁,玻璃的窗户,窗帘、地毯、家具,甚至人。因此,计算实际空间的RT可以有点困难!

当音响产生了重大影响

在教室声学不仅是重要的。他们影响我们的世界的各种各样的东西,包括运动。在冠军联赛的半决赛,在2011年,阿森纳打巴萨时,裁判吹哨子吸引玩家的注意。范佩西无视裁判,踢了球的目标,之后,他被罚下。在赛后的采访中,他说他没有听到哨子,不能将听到这样一个声音高于90000的声音喊着粉丝。也许如果体育场有更好的音响效果,玩家会听到裁判,而不是被罚?4。

多么响亮的是一群90000人?这是你可以做一个实验来找出!

首先,你还是老师需要sound-measuring应用程序下载到智能手机5。

然后您将需要100名学生聚集在学校礼堂,电话在前面的人。

开始运行的应用程序,一个人在大厅里站起来,大喊“喂!。“每个人都应该安静。这个应用程序将在dB记录有多响亮的声音。

接下来,10个同学的中心大厅站起来喊“你好!“在同一时间。每个人应该保持安静。从智能手机记录结果。

最后,所有100名同学站起来,大喊,“你好”在同一时间。记录的结果智能手机。

当你增加的人数大喊大叫,你应该看到声级增加。一个人喊着应该在80分贝,10人90 dB, 100人在100分贝左右。现在想象一下再增加10倍的喊着,一次又一次!这就是大声100000球迷会!

难怪球员有时很难听到裁判吗?如果体育场已经空无一人,每个人都在家里看,泄密可能会有点清晰!

最终的想法

嘈杂的教室是你的吗?是很容易听到你的老师或你被其他事情的声音在房间里吗?既然您了解更多关于科学的声学是如何工作的,你可能会有一些有用的建议,可以帮助减少教室噪声和更容易集中注意力!但如果你带来太多的垫子,你可能会一点点太舒适!6

资金

这项研究得到了英国声学网络+ EP / V007866/1 EPSRC。

术语表

声学:↑声音和振动的科学研究。

信号:↑一个想要携带信息的声音。

噪音:↑多余的声音。

信噪比:↑比较希望声级的不必要的水平。一个积极的结果有助于沟通的信息。

分贝:↑声音的计量单位,通常是0 - 100分贝。

消声室:↑一个没有回音的房间通过覆盖每一个表面与吸声材料如泡沫。

混响时间:↑的时间长度(以秒为单位),不再听到一个声音。声音通常是由一个脉冲声(气球破裂)。

吸收系数:↑材料特性描述的声音被吸收。硬材料的范围从0(大理石)1软材料(泡沫)。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

脚注

1。↑你可以找到更多信息的标准指导设计师:https://www.gov.uk/government/publications/bb93-acoustic-design-of-schools-performance-standards。

2。↑观看视频:https://www.youtube.com/watch?v=LQsz7SzmU8s&t=7s。

3所示。↑有关更多信息,请参见:https://www.engineeringtoolbox.com/accoustic-sound-absorption-d_68.html。

4所示。↑你可以在这里观看一段视频,视频中这一刻:https://www.youtube.com/watch?v=pu537wHKyGc。

5。↑看看这些应用程序:www.studiosixdigital.com智能手机应用》2021。www.Faberacoustical.com2021年智能手机应用。https://apps.apple.com/us/app/splnfft-noise-meter/id355396114。https://apps.apple.com/gb/app/decibel-x-db-sound-level-meter/id448155923。

6。↑如果你想发现更多关于世界上正在发生的事情的声学看看这些网站:www.acoustics.ac.uk。lsbu-acoustics.雷竞技公司blogspot.com。

引用

[1]↑盾,b . M。Dockrell, j . e . 2004。外部和内部噪声的调查伦敦小学。j . Acoust。Soc。点。115:730。doi: 10.1121/1.1635837

[2]↑盾,b . M。Dockrell, j . e . 2008。教室环境和噪声的影响,对小学生的学术造诣。j . Acoust。Soc。点。123:133。doi: 10.1121/1.2812596

[3]↑盾,b . M。克罗,R。Dockrell, j·E。康奈利,d . 2015。声学条件和噪声水平的调查在英国中学的教室。j . Acoust。Soc。点。137:177。doi: 10.1121/1.4904528

[4]↑Durup, N。盾,b . M。、舞蹈、S。沙利文,r . 2015。教室声学如何影响教师的语音参数。j .构建。Acoust。22:225-42。doi: 10.1016 / j.egypro.2015.11.761