摘要
在这篇文章中，我们将研究声音——具体来说，声音如何让我们在课堂上交流，以及我们如何改善这种交流。你将学习如何测量声音，以及声学工程师如何帮助建筑师和设计师确保教室不会太吵或太安静。我们甚至有一些实验，你可以在家里、学校或足球场里测量声音。
声音的科学
声学这是一门你可能没怎么听说过的科学，如果有的话。为什么人们对声音科学知之甚少?也许这是因为我们中的许多人认为声音和听力是理所当然的。然而，想象一下没有听觉的生活吧!没有音乐，没有笑声，没有谈话，没有歌声?当你想到我们是多么依赖声音时，那么多人从来没有听说过声学，这是令人惊讶的!当然，有些人没有听觉能力。在过去的30年里，声学工程师已经通过仿生植入物帮助世界各地的100万人克服了听力障碍，他们还通过助听器帮助了数亿人。有一个地方声学有特别大的影响，那就是在教室里——如果你不能交流，你就不能学习!
清晰的沟通
教室是用来干什么的?嗯，这是一个人们可以通过听老师讲课和与其他学生交谈来学习的空间。教室是我们与他人交流的空间，有助于增加我们对周围世界的知识和理解。然而，创造一个易于交流的空间实际上并不像看起来那么简单。教室里的学生需要能够听到老师讲课，而不受其他声音的干扰，比如朋友们的聊天声、卡车驶过的声音或外面正在进行的足球比赛。1- - - - - -3.］．
我们把一个人想听到的声音叫做信号．在我们的例子中，信号是老师在说话。4］．其他的声音我们都叫噪音．噪音包括人们不想听到的分散注意力的声音。为了让课堂运转良好，学生需要多听点信号，少听点噪音。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，以减少来自外部的分散注意力的噪音，并帮助管理学生在室内制造的噪音。声学工程师通常被聘请来改进学校的建造方式，并确保它们是用最好的材料建造的，以确保通信尽可能清晰。声学工程师还为建筑商和建筑师提供指导。声学工程师的工作有助于创造一个舒适的学习场所，在那里学生可以听到老师在说什么1．
声学
声音是用一个单位来测量的分贝(dB)。声音涉及到不同寻常的数学，因为它是用对数刻度来测量的。我们可以用另一种对数刻度，即里氏震级作为例子。里氏震级是用来测量地震的，震级范围从0到10，而分贝范围从0到100。一场5级的地震会震动你的家，也许还会把花园的墙撞倒。6级地震不仅仅是稍微强一点——它是5级地震的10倍!6级地震会摧毁一座房屋，7级地震(比6级地震强10倍)会摧毁一座城镇，8级地震会摧毁一座城市，9级地震会摧毁一个小国，10级地震会摧毁一个大国。迄今为止测量到的最大地震是里氏9.2级!
现在回到声学。dB等级的工作方式与此相同，只是它的运行范围从1到100。“分贝”中的“dec”部分表示10，这是对数刻度上数字之间的倍数增长。你能听到的最安静的声音是0分贝，而且你只能在一个特殊的房间里听到这个声音消声室，意思是一个没有回声的房间——一个非常奇怪的房间(图1）2．窃窃私语的声音大约是20分贝。40分贝是某人小声说话的声音，如果你和朋友聊天，你的声音可能是60分贝。当老师对全班讲话时，他们的声音可能是70分贝，但如果老师在大喊大叫，他们的声音将在80分贝左右。
- 图1 -无回声室一种没有回声的特殊房间
- 注意成千上万的吸音泡沫楔子。
教室声学
我们不仅可以测量声音的音量，还可以测量一个房间的回声。这是以秒为单位测量的混响时间(RT)。RT被定义为声音完全消失所需的时间长度。例如，如果你打喷嚏，要过多久整个喷嚏的声音才会消失?这取决于你是在游泳池还是在健身房打喷嚏。消声室的混响时间为0秒。这里有一个简单的实验，你可以在家里或学校尝试来说明这一点。你需要一个气球和一支锋利的铅笔，因为打喷嚏不是很可靠的信号!
首先给气球打气，最后打个结，让它保持充气状态。其次，确保房间里的每个人都完全安静。现在用铅笔戳破气球。砰!当你这样做的时候，开始计数或使用计时器。在一个正常的教室里，声音应该在1秒左右消失。现在，在你的学校走廊、回声走廊或健身房重复这个实验。你可能会发现，在更大的空间，尤其是地毯、窗帘或家具更少的空间，声音需要更长的时间才能消失。
所以，RT是不同的，取决于你在哪里。声学工程师的目标是使现代教室的RT达到0.8秒左右(图2)．这意味着任何声音都将在0.8秒后消失。天花板较高的旧建筑物的教室可能有较高的RT，因为它们的回声更强(图3)．在这样的空间里，要听清老师在说什么要困难得多。
- 图2 -现代教室，混响时间通常在0.8秒左右。
- 图3 -维多利亚时代的教室，回声时间约为1.5 s。那时候听老师讲课更难!
如果房间的RT太高，声音在周围回荡，产生很多噪音，添加柔软的材料，如靠垫、地毯和窗帘，可以帮助吸收声音。声学工程师使用一个叫做吸收系数来描述材料吸收声音的能力。岩石的吸收系数为0，而完全吸收所有声音的东西的吸收系数为1。一扇开着的窗户的吸收系数也是1，因为声音从窗户出去了，不会回来。玻璃的吸收系数为0.03，木材的吸收系数约为0.1。坐垫的吸收系数为0.93.．
有了正确的信息，我们可以计算出任何房间的RT，我们用下面的方程来做:
V房间的大小(体积)是以立方米(米)为单位的吗3.)．年代墙壁、天花板和地板是否结合在一起，以平方米(m2),α是房间材料的吸收系数。
想象一个完全由玻璃制成的温室，长2米，宽2米，高2米。温室的尺寸或体积为2 × 2 × 2 = 8米3.．每面墙、地板和天花板的面积都是2 × 2米= 4米2．有四面墙外加一层地板和一层天花板)。所以年代= 6 × 4 = 24米2．我们知道玻璃的吸收系数是0.03。方程变成:
换句话说，在我们这个全是玻璃搭建的小房间里，任何声响都会持续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组成的——墙壁的砖、窗户的玻璃、窗帘、地毯、家具，甚至人。所以，计算实空间的RT可能有点棘手!
当声学产生巨大影响时
声学不仅在教室里很重要。它们影响着世界上的方方面面，包括体育。2011年，在欧冠半决赛中，阿森纳对阵巴塞罗那，裁判吹响了哨子，以引起球员们的注意。范佩西无视裁判，将球踢向球门，随后被红牌罚下。在赛后的一次采访中，他说他没有听到哨声，在9万名大喊大叫的球迷的嘈杂声中，他不可能听到这样的声音。也许如果球场的音响效果更好，球员就能听到裁判的声音而不会被罚下?4．
多么响亮的是9万人的人群?你可以做一个实验来找出答案!
首先，你或老师需要下载一个声音测量应用程序到智能手机上5．
然后你需要100名学生聚集在你的学校大厅，拿电话的人站在前面。
开始时，当应用程序运行时，大厅中间的一个人站起来喊道:“你好!”其他人都应该保持安静。该应用程序将以dB为单位记录声音的大小。
接下来，大厅中央的10个同学站起来，都喊“你好!同时说。其他人都应该保持安静。从智能手机上记录结果。
最后，100个同学都站起来，同时喊“你好”。从智能手机上记录结果。
当你增加喊的人数时，你应该会看到声音级别增加。一个人的声音应该在80分贝左右，10个人的声音应该在90分贝左右，100个人的声音应该在100分贝左右。现在想象一下，一次又一次地把这种喊叫的次数增加10倍!这是10万名球迷的声音!
足球运动员有时很难听到裁判的声音，这有什么奇怪的吗?也许如果体育场是空的，每个人都在家里观看，举报可能会更清楚一点!
最终的想法
你们的教室有多吵?你很容易听到你的老师，还是你被房间里发生的其他事情的声音分散了注意力?既然你对声学科学的工作原理有了更多的了解，你可能会有一些有用的建议，可以帮助减少教室噪音，让学生更容易集中注意力!但要小心，如果你带了太多垫子，你可能会沾到一点点太舒适!6
资金
本研究得到了EPSRC英国声学网络+ EP/V007866/1的支持。
术语表
声学：↑声学:对声音和振动的科学研究
信号：↑一种带有信息的被通缉的声音。
噪音：↑多余的声音。
信噪比：↑需要的声级与不需要的声级的比较。积极的结果有助于信息的交流。
分贝：↑分贝:声音的测量单位，一般为0-100分贝
消声室：↑用吸音材料(如泡沫)覆盖每一个表面而没有回声的房间。
混响时间：↑声音停止被听到所需的时间长度(以秒为单位)。这种声音通常是由脉冲声(气球爆裂)产生的。
吸收系数：↑描述被吸收声音量的物质特性。范围从0为硬材料(大理石)到1为软材料(泡沫)。
利益冲突
作者声明，这项研究是在没有任何商业或财务关系的情况下进行的，这些关系可能被解释为潜在的利益冲突。
脚注
1.↑你可以在这里找到更多关于设计师标准指南的信息:https://www.gov.uk/government/publications/bb93-acoustic-design-of-schools-performance-standards．
2.↑点击此处观看视频:https://www.youtube.com/watch?v=LQsz7SzmU8s&t=7s．
3.↑有关更多信息，请参见:https://www.engineeringtoolbox.com/accoustic-sound-absorption-d_68.html．
4.↑你可以在这里观看这一时刻的视频:https://www.youtube.com/watch?v=pu537wHKyGc．
5.↑看看这些应用程序:www.studiosixdigital.com智能手机应用程序。2021。www.Faberacoustical.com智能手机应用2021。https://apps.apple.com/us/app/splnfft-noise-meter/id355396114．https://apps.apple.com/gb/app/decibel-x-db-sound-level-meter/id448155923．
6.↑如果你想了解更多关于声学世界正在发生的事情，可以看看这些网站:www.acoustics.ac.uk．lsbu-acoustics.blogspot.com．
参考文献
［1］↑希尔德(B. M. Shield)和多克雷尔(J. E. Dockrell) 2004。伦敦小学外部和内部噪音调查。j . Acoust。Soc。点。115:730。doi: 10.1121/1.1635837
[２]↑希尔德，B. M.和多克雷尔，J. E. 2008。环境噪声和教室噪声对小学生学业成就的影响。j . Acoust。Soc。点。123:133。doi: 10.1121/1.2812596
[3]↑希尔德，B. M.，科内塔，R.，多克雷尔，J. E.和康纳利，D. 2015。英国中学教室的声学条件和噪音水平的调查。j . Acoust。Soc。点。137:177。doi: 10.1121/1.4904528
[4]↑杜鲁普，N.，盾，B. M.，丹斯，S.和沙利文，R. 2015。课堂声学如何影响教师的声音参数。j .构建。Acoust。22:225-42。doi: 10.1016 / j.egypro.2015.11.761