福清市中小学教室声环境调查与评价

徐欢，欧达毅

（1．华侨大学建筑学院，福建厦门361021；

2．华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室，广州510640）

 [摘要]近年来我国中小学教室声环境的被重视程度不断提升，但大多数研究仍主要集中在经济较发达城市，针对我国中小型二三线城市乃至农村地区的中小学教室声环境的研究仍较为缺乏。本文选取福建省福清市为例，对该市的城镇及农村中小学进行调查，包括开展教室声学参数测量和主观问卷调查。调查结果表明，我国中小学教室的声环境质量尚不理想，亟待改进。本文同时对我国中小学教室声环境存在的主要问题及改进措施进行了讨论，相关结论可以为我国中小学教室，尤其是一般中小型城市及农村地区的中小学教室的设计和改造提供参考。

 [关键词]中小学；教室声环境；客观测量；问卷调查；主观评价

0引言

 教室作为教育教学的主要建筑场所，其声音环境的优劣直接影响学生受教、教师授课以及师生交流等各种教学活动的效果，关系到学校教学质量的好坏。教室声学问题的研究也因此一直受到关注。相对于高校教室而言，中小学教室的使用者以未成年学生为主，其身心发展水平与成年人存在差距，对教室声音环境往往有更高的要求。随着人们对这一领域的重视不断提升，针对中小学教室声环境的研究也在不断涌现。其中，Bradley和Sato对多所加拿大小学教室进行了客观声学测量，建立起满场与空场的声学参数关系，并通过对小学生清晰度主观评价实验，建立起主观清晰度与信噪比之间的主客观参数对应关系。Bridget等对英国小学教室进行了调查，总结出小学教室室内外的主要噪声种类和噪声级特点，并探讨了噪声对不同年龄段学生的影响效果。Bridget等对英国13所中学的185间教学空间进行了声环境调查，结果显示空场混响时间与室内净高和窗户数量相关，空场声学条件与上课期间的噪声级相关。Connolly等对中学生主观感受进行调查，研究结果表明：其他同学产生的噪声和隔壁教室传来的噪声对学生听课程度影响最大，另外，突如其来的噪声比稳态噪声对学生的干扰程度更大。与此同时，国内学者也针对中小学教室的声环境问题进行了一系列的研究，其中包括对教室噪声类型和影响效果的讨论以及对教室声场改良设计的探索等等。在今年刚刚发表的两项研究工作中，我国学者对广州小学教室进行了实验测试和实例改造研究，结果表明：语言可懂度得分与语言传输指数( Speech Transmission Index，STI)呈高度相关性，而且教室STI的推荐值应根据学生年龄大小而定（学生年龄越小，其要求的STI值将越高）；另外，实例改造结果表明，对教室天花板进行适当的吸声处理能有效改善教室声环境，改善语言清晰度并降低室内噪声。

 我国现行中小学校设计规范标准（如GB50099-2011《中小学校设计规范》和CSUS/GBC04-2013《绿色校园评价标准》）中关于教室室内声环境的要求都以GB 50118-2%《民用建筑隔声设计规范》作为参考。其中要求室内空场背景噪声不高于45 dB( A)，体积在200 m3以下的普通教室空场混响时间( 500 N1 000 Hz)不高于0.8s，体积在200 fl13以上的普通教室空场混响时间(500—1 000 Hz)不高于1.0 s。虽然这些要求与很多发达国家的规定相比已经较为宽松，但是现有调查结果普遍表明，我国中小学教室的声环境实际达标率还很不理想，相应的声场研究和设计指导仍然非常需要。另外，我国幅员辽阔，各省市经济发展水平不均，不同地区的学校环境质量和教学设施水平各有差异，然而，现有大多数研究主要集中在大城市，对中小型二三线城市及农村地区的中小学校教室声环境的研究为数甚少。

 基于上述背景，本文选取福建省福清市为例，对该市的城镇及农村中小学进行调查，其中包括客观声学参数测量和主观问卷调查，旨在加深对我国中小型城市的中小学教室声环境现状的了解，并希望通过对主客观调查数据的深入分析，为此类教室的声环境问题研究和改善提供参考和借鉴。

1  福清市及所选学校概况

 福清市简称“融”，地处福建省东南沿海，公元699年置县，1990年12月成为福州市辖县级市，总面积2 430平方公里，现辖7个街道办事处、17个镇、478个村（社区），总人口128.2万。全市现有小学31 1所、小学教学点42所、初中46所、高中27所。据该市教育局统计，在2014~2015年间，小学在校人数110 940人，初中42 437人，高中22 966人，共计176 343人。

本次调研选取了福清市的4所典型学校，所选学校的建造或改造时间都在近15 a以内，具有较长的剩余服务年限。学校具体信息和声环境特点详见表1。在这些学校中选取10间教室进行实地测量，所选教室的具体信息如表2所示。

2声学参数测量与结果分析

 语言清晰度（可懂度）是衡量语言类厅堂（如教室）音质好坏的一个重要指标，其定义为：对于语言传输系统一个或几个发音人所说的语言单位（音节、单字、句子等）或其失真可忽略的录音信号经被测系统传输后能为听众正确辨认的百分数。因为主观评价受到多方面制约而不便进行，常用的方法是通过建立语言清晰度主客观参数之间的对应关系，再通过测量客观参数来预测厅堂的主观效果。这些客观参数包括混响时间、语言传输指数STI、早期衰变时间( Early Decay Time，EDT)、清晰度D、早迟声能比C50、信噪比、有利有害声能比U50或U80等等。本文主要选取混响时间T3。、背景噪声、语言传输指数STI和早期衰变时间EDT等指标对所选教室进行测量和评价。

2.1  测量方法

2.1.1  背景噪声测量

在学校上课时间对所选教室的空场噪声进行测量，测量仪器采用AWA6291型实时信号分析仪和AWA6228型多功能声级计，每个教室设有3个测点，距地面高度1.2 m，具体位置如图1所示，每次测量时间为10 min。具体测量方法依照GB50118-2%《民用建筑隔声设计规范》和GB3096-2008《声环境质量标准》。在教室所有门窗关闭、窗帘收起的情况下，按条件A和条件B两种情况进行测量。其中，条件A是关闭室内所有设备（风扇、空调、投影仪等），条件B则是开启室内的所有设备。

2.1.2混响时间等参数测量

在学校放学后将教室空置，收起窗帘，关闭所有门窗和室内设备。测试中采用Dirac声学测量系统进行测量，声源为十二面体全指向性声源，测点如图2所示，每个位置重复测量5次，并同时计算T30、EDT、STI等参数结果。具体测量方法依据GB/T50076-2013《室内混响时间测量规范》。笔者在测量之前会先征得学生同意，尽可能地将室内学生物品（如书本、书包和衣物等）移出教室，以实现空场测量，测量实际情况如图3所示。其中因为客观条件限制，教室7和8室在测量过程中，室内仍有较多的学生物品无法清除，这对测量结果造成了一定的影响，在下文的数据分析中将予以说明。

2.2测量结果

2.2.1  背景噪声

所测教室空场背景噪声如表3所示。可以看出，条件B（室内设备开启）的声压级普遍高于条件A（室内设备关闭），与事先预测一致。目前国家标准中尚无针对条件B情况的规定，但测量结果表明室内设备所引起的噪声不能忽略，尤其是当教室内设备（如风扇、灯管和音箱等）出现老化或故障的时候，所造成的噪声将对整体声环境有较大影响（如教室2、6和8）。与师生交谈过程中，这些教室里的师生也普遍反映，室内存在不同程度的设备损坏或老化问题，它们的运行噪声对上课存在明显干扰。

 以下针对条件A（室内设备关闭）的结果进行讨论。所测10间教室中背景噪声最小值为34.7 dB(A)，最大值为51.3 dB(A)。其中，只有教室6和教室8达到国标要求，达标率仅为20 %。从图4可以看出，教室1、2、3均明显超出国标限值，这3间教室来自龙江中学，位于教学楼顶楼，教室位置临近街道。主要噪声来源于校园外的施工噪声和交通噪声，因缺少适当的隔声措施，造成教室内噪声级较高。教室4和教室5来自北坨小学，因室内装有双

层玻璃，隔声效果得到提升，测得的噪声值相对较低，接近国标限值。教室6、7、8来自德旺中学，其中教室6为音乐教室，距一般教学楼、运动场及校园外环境较远，周围环境非常安静，几乎不受室外环境噪声的影响，测得的噪声值最低。教室9和10来自高山小学，教室9-侧窗户靠近操场，室外学生体育课活动噪声是该教室的主要噪声来源，相比之下，因教室10不临近操场，背景噪声级比教室9低了5.7 dB(A)。

2.2.2  混响时间等声学参数

所测10间教室的混响时间结果如图5所示，测量结果在1.1~2.0 s之间，标准差为0. 29 s。所有的教室均未达到国家标准1.0 s之要求。根据赛宾公式可知，影响混响时间的主要因素是房间体积和房间内总吸声量。教室6作为音乐教室，室内净高最高、房间体积最大，混响时间也最长。另外，教室7和教室8的教室体积相对较大，但测得的混响时间与其他教室相差不多，这主要是因为在测量时室内仍有较多学生物品无法清除，如书籍、书包、衣物等增加了房间的总吸声量。

表4给出了混响时间T30、语言传输指数STI和早期衰变时间EDT等参数的测量结果。可以看出，所测教室的STI值均未达到IEC的规范建议值(0.62)，说明教室语言清晰度水平较差，有待提高。进一步采用Spearman系数分析法分析各参数之间的相关性，可以看出T30与EDT、STI等参数都有很高的相关性（如表5所示）：其中，T30与EDT呈显著正相关，相关系数为0. 823；T30与STI呈显著负相关，相关系数为-0.711；EDT与STI显著负相关，相关系数为-0.670；STI与教室容积有显著负相关，相关系数为-0.504。上述分析结果与严南杰等的研究结果相似，在一定范围内，教室混响时间越长，语言清晰度则越低。在总吸声量不变的情况下，增大教室容积将使得混响时间增大，因此语言清晰度也相应降低。

3主观问卷调查与结果分析

3.1  基本情况与总体满意度调查

 本次问卷内容由4个部分组成，包含个人信息、课堂授课基本情况、噪声源及其影响效果以及教室声环境总体满意度评价。问卷共发放216份，收回有效问卷180份，回收有效率为83. 3%。其中男生75人，女生103人，性别缺失2人；8岁及以下5人，9～10岁有85人，11~12岁有42人，13~14岁有46人，年龄缺失2人。

 课堂授课基本情况调查结果如下（见图6）：

 1)选择老师经常使用扩声设备和偶尔使用扩声设备的学生数超过受访总人数的一半，说明中小学校课堂上老师使用扩声设备的情况较为普遍（见图6a）。

 2)使用扩声设备更有利于学生听清楚老师讲课：在使用扩声设备的情况下，认为声音非常清楚和比较清楚的学生数占总人数的81. 0%；而不使用扩声设备的情况下，这一比例下降为69.8 %（见图6b、图6c））。

3) 54%的学生认为老师在走动过程中声音更加清楚，这应该是由于讲台位置距教室中后部学生有一定距离，当教师走下讲台将有效缩短与这部分学生的距离，使得学生听到的声音更为清晰（见图6d）。

 另外，关于教室噪声干扰问题的答案统计结果为：

 1) 14.8%的学生认为在上课期间，有窗户打开的情况下，他们经常受到外界噪声干扰；而关窗时，这一比例下降为0. 5%，说明窗户对隔绝室外噪声有显著效果。同样，在自习期间，认为经常被外界声音打扰的学生比例也会因窗户关闭而明显下降，见图7a—图7d）。

 2)无论上课还是自习期间，均有60%左右的学生认为能听到隔壁上课的声音，说明了教室之间的隔声性能还有待提高(见图7e~图7f)）。

3)在上课期间，认为受到班上其他同学声音影响（包括经常受到班上其他同学影响和偶尔受到班上其他同学影响）的学生比例为48. 7%，自习时这一比例略有下降，为45. 5%（见图7g~图7h））。总的来说，不管是上课还是自习的时候，学生受到班上其他同学的干扰也是影响听课效果的一个重要因素。这一点在下文（3.2节）关于教室具体噪声源的调查和评价中将得到进一步的验证。

从本文2.2节的客观测量结果来看，所选教室的混响时间和背景噪声级并不理想，绝大多数都未达到标准要求。这里，我们进一步收集了学生对教室总体声环境的主观满意度评价，结果如图8所示。其中，非常满意和比较满意的比例之和占56.1%，认为一般的占36. 5%，而不太满意和非常不满意的比例之和占7. 4%。总体来看，认为教室声环境质量一般或不满意的学生占43. 9%，说明教室声环境确实存在进一步改良的需要。而且不排除存在一些客观原因可能使得上述满意率评价结果比实际情况偏高，比如学生长期在这种环境下听课已经产生了一定的适应性，或者大多数学生并没有在达标教室学习的经历，缺乏听觉感受对比，等等。在下文（3.2节）关于教室主要噪声源及其影响的分析中，将进一步揭示这些教室现存的声环境问题以及进行改良的迫切需要。

3.2  主要噪声类型与影响

笔者事先列出了学校内常见的11种噪声源，包括：室外汽车开过的声音、汽车喇叭声、飞机声、小鸟叫声、室外同学玩耍声、施工噪声、割草机声、室外人员脚步声和交谈声、室内通风设备声、室内其他同学说话声和桌椅挪动声。然后让学生在这11个选项中选出课堂上听过的噪声种类，并在这些听过的噪声中选出最讨厌的3种噪声。调查结果如图9所示，在“听见过的噪声”问题上，选择“室外同学玩耍声音”、“室内其他同学说话声”和“桌椅移动声”的学生的比例最高，分别为16.8 %，16. 8%和16. 3%。在最讨厌的3种噪声的选择结果中，同样是“室外同学玩耍声音”、“室内其他同学说话声”和“桌椅挪动声”这3种噪声的比例最高，分别为23.3 %、18.7 %和15. 2%（见图10）。其中，“室外同学玩耍声”和“室内其他同学的说话声”让人讨厌的这一结果与之前国外的研究成果相吻合。另外，“桌椅挪动声”是最受学生讨厌的噪声之一，说明教室设计装修过程中应采取有效措施，减小桌椅与地面的摩擦噪声。

为了进一步深入分析各种噪声源对教室声环境主观评价结果的影响，笔者根据图8的结果将受访学生分成5个组，依次对应评价结果为“非常满意”、“比较满意”、“一般”、“不太满意”和“非常不满意”的5组学生。如图11所示，选择比例最高的前3种噪声源在每个小组中都一致，分别都是“室外同学玩耍声”、“室内其他同学的说话声”和“桌椅挪动声”。其中，“不太满意”和“非常不满意”两组学生选择这3种噪声的比例非常高，都接近100%；在“非常满意”和“比较满意”两组学生中，这3种声源出现的比例也都超过了65%，说明这3种声源普遍存在，非常值得关注。除此之外，选择“室外人员脚步声和交谈声”的比例仅次于上述3种噪声，而其他环境噪声（如汽车噪声、汽车喇叭声和施工噪音）的出现比例，相比之下则少了很多。这些结果表明，影响教室声环境的主要噪声来源于校内人员产生的噪声。

从前文图10的初步统计结果已经得知，学生最讨厌的噪声源主要是“室外同学玩耍声”、“室内其他同学说话声”和“桌椅挪动声”。下面通过组间差异分析，进一步探讨这3种噪声源对课堂教学的干扰效果。表6给出了Wilcoxon带符号秩检验和符号检验的统计结果。两种检验方法的P值结果均小于0. 01，说明这3种噪声源的被选比例，存在显著的组间差异。结合图10的结果可以得出：在教室声环境主观评价结果中，随着满意度降低，这3种噪声源的被选比例具有显著增加的趋势，比如“室外同学玩耍声”在“非常满意”学生组的被选比例为69. 57 %，“比较满意”学生组的被选比例为90. 36%，“一般”学生组的被选比例为92. 75%，“不太满意”学生组的被选比例为100 %和“非常不满意”学生组的被选比例为100 %。而其他噪声源则没有类似趋势或统计上并不显著。因此可以认为，相比于其他教室常见噪声源，这3种噪声更容易引起学生烦恼度的增加，对教室声环境质量的影响较大。

4讨论

 根据上述主客观测量和评价结果，笔者可以得出如下讨论：

 1)教室混响时间T30、语言传输指数STI和早期衰变时间EDT等声学参数具有显著相关性：一般情况下，T30越长，STI值则越低，再一次证明了混响时间对教室语言清晰度的重要性。然而，所选福清市4所学校的10间教室的混响时间均超出了国家标准的限值要求，不达标率100%，成为影响现有教室声环境的主要问题之一。在调查中发现，在所有教室中无论大小，都仅使用最简单的室内装修，室内总体吸声量明显不足，建筑设计和装修过程中均缺乏基本的声场计算和设计考虑。这种情况在中国，尤其是在不发达城镇及农村中的中小学建筑中较为普遍。教室作为教育教学的主要建筑场所，笔者认为其室内听闻效果的重要性绝不低于设计美观、光照亮度等其他方面，在建筑设计初期、建造过程和验收阶段，都应该有更多的声学问题的考虑。

 2)所测教室的室内背景噪声绝大多数超过国家标准限值，不达标率80qo，这是影响现有教室声环境的另一个主要问题。在调查中发现，学校选址不佳、校园布局规划不合理、建筑结构隔声性能不足等，是造成这一问题的主要原因。比如，临近交通干道或处于居民区腹地的学校则难以避免周围交通噪声和居民生活噪声对教室的影响。再如，学校操场（或运动场）与教学楼直接相邻或距离太近又没有适当噪声阻隔措施，则难以避免室外学生噪声对教室课堂学习的影响。而且中小学的操场空间普遍非常有限，各班级体育课程一般要错开安排，导致操场一直都有不同班级在进行体育锻炼，对周边上课教室影响很大。这些问题要求将来在中小学的设计和改造中，应重视学校的合理选址、校园布局和排课管理的合理时空规划、建筑隔声的有效设计等多个方面。

 3)关于教室主要噪声源干扰的调查结果表明，教室内出现最多同时也是学生最讨厌的3种噪声分别是“室外同学玩耍声音”、“室内其他同学说话声”和“桌椅挪动声”，并且这3种噪声的存在更容易引起学生烦恼度的增加，对教室声环境质量的影响甚大。因此，诸如在室内外敷设吸声材料、为桌椅设置摩擦缓冲垫或利用掩蔽效应来改善教室声环境等措施值得设计者考虑和采用。另外，上述3种噪声都属于校内人为噪声，这说明除了建筑师对建筑声环境的合理设计外，有效的课程安排和教学管理同样对教室声环境的改善有重要意义。

 除此以外，问卷调查中发现，除了11种事先设定的噪声源以外，受访学生还列出了许多教室内曾经出现过的噪声，虽然这些噪声源出现的频率不高但从学生五花八门的答案可以看出，中小学生的注意力确实很容易受到外界噪声的干扰，稍微细小的噪声都可能对他们造成影响。另外，超过半数的学生对他们所处教室声环境的满意度达到了比较满意或以上的程度，这个结果高于笔者的预期。但是不排除存在一些客观原因可能使得上述满意率评价结果比实际情况偏高，比如学生长期在这种环境下听课已经产生了一定的适应性，或者大多数学生并没有在达标教室学习的经历，缺乏听觉感受对比，等等。因此，如何进一步改进问卷题目设置以获得更准确的调查结果；以及如何设计更精准的对比实验，让学生体验不同的听闻效果，以获得更准确的评价等相关问题仍然值得继续探索。

5  结语

 中小学生的身心发展水平与成年人存在明显差异，他们的听课效果和注意力更容易受到不良声环境的影响，对教室往往有更高的声学要求。但是我国现行中小学建筑相关设计规范和评价标准都以GB  50118 -2%《民用建筑隔声设计规范》为参照，未有针对未成年学生的额外要求。另外，虽然近年来人们对中小学教室声环境的重视程度日益提升，对该领域的研究报道不断涌现，但是大多数研究都集中在经济较发达城市，对我国中小型二三线城市乃至农村地区的中小学校教室声环境的研究还较为缺乏。

 本文以福清市4所典型中小学为调查对象，进行了教室客声学参数测量和主观问卷调查。调查结果表明，我国中小学教室的总体声环境质量尚不理想，几个主要声学参数的测量结果难以达到国家标准要求，部分学校噪声问题突出，对教室建筑声环境设计的重视度仍有待提高。基于对调查结果的分析和讨论，可以总结出：在我国中小学教室的设计和改造过程中，应重视从学校选址、校园布局、建筑结构隔声计算、室内声场分析、课程安排、教学管理等多个方面综合考虑，才能有效实现改善我国中小学教室声环境的目的。尽管本次调研的样本教室数量有限，但相关研究结果具有一定的代表性，尤其对我国二三线城市及农村地区中小学校教室的环境现状调查和改造设计研究等相关工作，具有一定的借鉴意义和参考价值。

 致谢：感谢由阿姆斯壮（中国）公司、华南理工大学、清华大学、同济大学、重庆大学、华侨大学等企业和高校联合组成的“学校建筑室内环境研究中心”所提供的资助，以及中心各专家成员对本工作所提出的宝贵意见。同时对福清市中小学相关师生的热情协助表示感谢！