Classroom acoustics and absorber distribution

Abstract

Det akustiske klasseromsmiljøet er viktig for å oppnå effektiv undervisning og læring. Norske klasserom må etter dagens standard ha en lavere etterklangstid enn 0,5 sekunder. En lavere etterklangstid bidrar til reduserte støynivå, ideelt sett bidrar dette kun til å øke signal-til-støyforholdet. Imidlertid bidrar lydabsorpsjon til å redusere lydoverføringen i rommet, dermed kan det bli nødvendig å snakke høyere for å høres godt i hele rommet. Akustiske tiltak i klasserom har potensiale til å redusere belastningen på stemmen til lærere, samt gjør at lytteren hører formidler bedre.

Denne studien har undersøkt himlingers effekt på tidlig refleksjoner i to forskjellige klasserom. Klasserommene befinner seg i Salemhuset i Trondheim, er konstruert med like materialer, men ulike i størrelse og form. Tre himlings varianter ble evaluert: Den eksisterende systemhimlingen med heldekkende absorbentflate, og to varianter der en større del ble byttet ut med 9 mm kryssfinerplater. Videre ble impulsrespons målinger utført etter retningslinjene gitt i NS-EN ISO 3382-2. Kildesignalet som ble brukt var et rosavektet sinus-sveip. 3 lydkilder og 12 mottager punkt ble brukt i Klasserom A, mens 2 kilder og 10 mottagere i Klasserom B. Parametere T20, EDT og C50 ble så brukt for å evaluere rommets tidlige refleksjoner. Tre formulerte forskningsspørsmål veiledet og avgrenset videre undersøkelser. Etterbehandling av måledataen ble utført i Excel. Påfølgende analyse hadde som hovedmål å besvare gitte forskningsspørsmål.

Resultatene av undersøkelsene indikerer at kryssfinerhimlingen hadde større innvirkning på taleklarheten (C50) enn på etterklangstiden. Målingene viste en liten økning i T20 og EDT på 0,01 sekunder, samtidig som det var en reduksjon i C50 på litt under 1 dB innenfor frekvensområdet 125 til 4 000 Hz. I tillegg ble EDT målt til å være i gjennomsnitt 0,1 sekunder lavere enn T20. De tilførte reflekterende flatene bidro også til å redusere de målte forskjellene mellom både kilde og mottagerposisjonene. Plasseringen av lydkilden ble funnet å ha betydelig innvirkning på C50. Kildeplasseringer sentral plassert nært langvegg ble funnet å være ugunstig for et større antall mottakerposisjoner. Det ble også funnet at mottakere som var plassert nær reflekterende veggflater fikk et gunstig tilskudd av tidlige refleksjoner.

Videre utforskes det hvordan funnene kan bidra til forbedring av akustisk utforming av klasserom. Det blir foreslått en revisjon av dagens nasjonale akustiske krav for klasserom, ettersom dagens krav ikke anses å gi tilstrekkelig gode taleforholdene for lærere, samt gode lytteforhold for elevene. Videre blir det foreslått at den eksisterende geometriske utformingen av klasserom, det diskuteres blant annet potensialet i nye planløsninger, samt innovative løsninger for intern utforming. Imidlertid erkjennes det at flere av forslagene kan være vanskelig å løse og utføre i praksis.

Classrooms are critical educational spaces where the acoustic environment plays a pivotal role in facilitating effective teaching and learning. Modern Norwegian classrooms are designed to have a maximum reverberation time of 0.5 seconds. A lower reverberation time is closely associated with reduced noise levels, thereby ideally enhancing speech perception by increasing the signal-to-noise ratio. However, excessive sound absorption hampers sound transmission within the room, necessitating increased vocal effort to reach all positions effectively. Therefore, improving the passive acoustic environments holds the potential to alleviate the vocal strain caused by the classroom soundscape on teachers and provide increased audibility for listeners.

The present study examines the impact of different ceiling configurations on early reflection in two classrooms located at Salemhuset, Trondheim. These classrooms share a similar construction but vary in terms of size and shape. Three ceiling setups were evaluated: one utilizing the existing ceiling fully covered with absorbents and two where the ceiling was partially replaced with 9 mm plywood. The study followed the guidelines of NS-EN ISO 3382-2, using impulse response measurements by a pink-weighted sine sweep signal. Classroom A featured 3 sound sources and 12 receivers, while Classroom B utilized 2 sources and 10 receivers. T20, EDT, and C50 were chosen as parameters to evaluate early reflections. The research focused on three specific questions to guide the investigation and narrow the scope. Post-processing was conducted using Excel. Moreover, the analysis aimed to provide insights for addressing the research questions.

The results of the study indicate that the presence of reflective ceiling tiles had a greater impact on speech clarity than on reverberation. On average, there was a slight increase in T20 and EDT of 0.01 seconds, accompanied by a reduction in C50 of just under 1 dB within the frequency range of 125 to 4 000 Hz. Additionally, the EDT was measured to be, on average, 0.1 seconds lower than T20. The reflective ceilings also contributed to a reduction in deviation across all combinations of sound sources and receivers. The position of the sound source was found to significantly impact C50. Placing the source centrally close to the long wall was found to be unfavorable for several receiver positions. Additionally, receivers situated near reflecting wall surfaces were generally favorable for early reflection.

Furthermore, the study explores how these findings can contribute to the enhancement of classroom acoustical design. It is suggested that a revision of the current national acoustical requirements for classrooms is advisable to improve speech conditions for teachers and ensure optimal listening conditions for students. Additionally, it is proposed that the existing geometrical shape of classrooms should be reconsidered, encompassing both the floor plan and internal design aspects. However, it is acknowledged that implementing some of these proposals may pose practical challenges and feasibility constraints.