教室混响时间和背景噪声与STI关系研究

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教室是教师授课、学生学习的主要场所,言语交流是课堂上主要的教学手段。不良的教室声学条件会直接影响师生的言语感知,所以获得良好的言语可懂度是教室音质设计的主要目标。目前,指导教室音质设计的国内外教室声学设计标准主要采用混响时间(Reverberation time,RT)和背景噪声作为音质控制指标,但这两个参量与言语可懂度的对应关系并不直接。言语可懂度的客观评价参量语音传输指数(Speech transmission index,STI)能与主观言语可懂度感受直接对应,但是在教室音质评价中的应用还不普遍。在国际标准IEC 60268-16和依据IEC标准修订的国家标准GB/T 12060.16—2017中,建议教室目标STI值至少为0.62。因此,本研究的目的是获得教室平均STI与RT值和背景噪声级(Background noise levels,BNL)的关系,根据预期STI值精确导出所需的RT值和BNL,以建立RT和BNL与言语可懂度主观感受的对应关系,这对于教室声环境设计与评价具有重要意义。本研究首先选择具有代表性的8间阶梯教室和3间小型教室作为样本教室,以标准化的测量方法和测量程序,对RT、BNL和STI等声学参量进行了实际测量,获得了动态范围较大的教室声学条件,并为教室音质仿真提供了准确的实测数据。然后,使用声学软件ODEON建立每间教室的声学仿真模型,从空间建模、声源接收点设置、材料设置、参数设置等各个环节对教室仿真模型进行细致地等效,并参照实测数据不断调整模型设置,使仿真声场与实际教室声场的声学特征保持一致。在此基础上,等比例改变仿真模型各界面的吸声系数,使每间教室获得RT间隔为0.1s的大范围的混响条件(阶梯教室的RT范围为0.4~2.6s,小型教室RT范围为0.4~1.8s),并以5d B为一梯度设置了25~60d BA范围内的8种背景噪声条件,两类教室共获得了1560种声学条件。最后,基于仿真得到的大范围声学参量数据进行统计分析,分别建立了阶梯教室和小型教室在不同背景噪声条件下RT与STI的关系、不同混响条件下BNL与STI的关系以及RT和BNL与STI的对应关系。本研究明确了RT和BNL与STI的关系,将RT和BNL与言语可懂度对应起来,可为STI在教室声学领域的应用提供理论和数据支持,并为教室的音质控制和评价提供参考和依据。
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