国际声学产业技术研究院
INTERNATIONAL INSTITUTE OF ACOUSTIC TECHNOLOGY

单独控制的降噪装置为学龄儿童提供更好的教室声环境

发表时间：2021-09-03 15:36作者：ProAcoustics


最近发表的一项基于模拟的研究证明了单独控制的降噪装置（ICND：Individually Controlled Noise-reducing Device）对改善教室声学质量的效果。作为后续研究，本研究旨在开发一个真正的ICND，并用其目标用户 — — 小学生对其进行测试。在这项研究中开发的原型看起来像一个挂在桌子上的天篷，是经过挑选和原型化的。它有两种模式，即打开和关闭，可通过遥控器轻松更改。有了这个装置，学龄儿童可以自己控制当地的声环境。超过200名小学生被邀请在SenseLab的声学室中测试该设备的两个原型。结果显示，83%的孩子喜欢这个设备，61%的孩子想在自己的教室里使用它。然而，由于这是一个原型，仍有改进的余地。根据孩子们的反馈，总结了未来修改的几点建议。




近几十年来，小学教室里的噪音引起了全世界的关注。根据对1145名荷兰小学儿童进行的调查，据报道，噪音是小学教室最大的室内环境问题[1]，儿童自身和同学发出的声音被描述为主要噪声源[1]、[2]、[3]。在巴西也观察到教室的音响效果不佳，教师和孩子们报告说，在他们相邻的教室中产生的噪音是主要的干扰源[4]。此外，在美国，教室中的低劣声学是一个普遍的问题。Seep等人[5]发现，由于噪音过大，许多美国教室的语言清晰度评级为75%或更低，这意味着听力正常的学生在这些教室里平均每四个单词就会漏掉一个单词。

除了对感知声音的研究外，还进行了许多研究，包括在教室中进行客观声学测量[4]、[6]、[7]。不幸的是，大多数研究中测得的声学质量很少达到世界各地小学的标准。例如，在哥伦比亚麦德林七所学校的26间教室进行的一项研究中，这些教室都不符合相关的声学要求[8]。对加拿大空置教室声学状况的调查表明，即使在大多数刚刚翻新的教室中，背景噪声水平和混响时间（RT）也无法达到标准[9]；在美国，一项关于教室声学的研究表明，在16间测试教室中，只有一间教室的环境噪声水平符合国家标准[10]。

由于听力和理解语言信息对于良好的学习过程非常重要，许多研究人员开始关注课堂上观察到的不良声学。因此，不良声学对学龄儿童的影响已经得到了很好的研究[11]、[12]、[13]、[14]。Valente等人进行的一项实验研究表明，过多的噪音和过长的混响时间可能会损害语音清晰度，因此会对儿童的学习成绩产生负面影响[15]。Klatte等人[11]也发现了类似的结果，他们确定了教室中感知到的噪音与儿童在口头任务中表现不佳之间的关系。他们证明，长期暴露在噪音中可能会对儿童的认知发展产生不利影响。此外，在小学，较年幼儿童的言语感知比较大儿童更容易受到噪音的影响[16]。

考虑到教室的声学性能差及其对学龄儿童的影响，寻找一种降低噪声的方法来提高教室的声学质量是非常紧迫和重要的。为此，在过去几十年中，许多学校都通过增加吸声天花板（和/或墙壁）面板进行了翻修。作为一种常见的声学改善方法，添加声学面板在一些研究中被证明是有用的[17]、[18]、[19]。然而，在最近的研究中，这种传统的方法证明是不够有效的。在一项关于儿童游乐场翻新的研究中，Chmelik等人得出结论，屋顶材料对游乐场周围声压级（SPL）的影响非常小[20]。此外，在荷兰21所小学进行的一项实地研究中，尽管几乎所有被调查的教室都有吸音天花板[1]，但孩子们还是受到噪音的困扰。对于这些教室，可以得出结论，需要更有效的降噪解决方案。

简单地使用整个教室的平均值很难评估教室的声学效果，因为在相同的声学条件下，儿童的声音感知和语言清晰度分数存在很大差异[12]、[16]、[21]。因此，单独评估声学效果更有意义。此外，Zhang等人[22]还发现，儿童在室内环境品质（IEQ：Indoor Environmental Quality)需求和偏好方面彼此不同，有些儿童比其他儿童对噪音更敏感。因此，他们建议为每个孩子使用单独控制的设备来改善学习环境。同一团队最近进行的一项基于模拟的研究证明，单独控制的降噪装置（ICND）比吸收式天花板是更好的解决方案[23]。仿真结果表明，与传统的声学改善（天花板瓷砖）相比，在相同的附加吸声量下，ICNDs可以在教室中提供更短的混响时间和更高的语音清晰度。因此，作为后续研究，本研究为小学儿童设计并原型化了这样一个ICND，并更多地关注儿童对该设备的体验和反馈。

创新研究
本项研究证明了悬挂式开放式/封闭式单独控制的降噪装置（ICND）的潜力，为优化在校学龄儿童的声学环境提供了一种新的思路、方法与解决方案。

•设计并原型化了一个单独控制的降噪装置。

•该设备深受学童的喜爱和欢迎。

•确定了儿童喜欢该设备的原因。

•提出了儿童关于改进该装置的建议。

图文快览
图1: 单独控制的降噪装置（ICND）的设计过程

图2: ICND的以前版本

图3: ICND最终版本的示意图

图4: 为增加易懂性而添加到问卷中的图标示例

图5: 试验装置的布局
表1: 描述性分析的结果

表2: 问题之间的卡方分析结果

图6: 基于“喜欢/不喜欢”问题的子类别分类

图7: 基于“想要/不想要”问题的子类别分类

图8: 基于“改进建议”的子类别分类

总结
在这项研究中，设计了一种单独控制的降噪装置（ICND），并对200多名学龄儿童进行了测试。根据结果，可以得出结论，本次ICND受到了学童的欢迎。他们报告说，这种装置可能会降低噪音，使他们更集中精力。由于仍有进一步改进的余地，因此应设计和开发新版本，今后还需要对在校儿童进行进一步的测试。尽管如此，这项研究还是证明了悬挂式开放式/封闭式ICND的潜力，可以减少教室里说话的孩子产生的噪音。

参考文献

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原文：A child-centred experiment to test an individually controlled noise reducing device
作者： Dadi Zhang，Martin Tenpierik，Philomena M. Bluyssen，荷兰代尔夫特理工大学建筑与建筑环境学院
来源：Applied Acoustics，Volume 184, 15 December 2021, 108373
通过阅读原文可查看本项研究工作的详细信息。

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