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1、- 1 -清华大学食堂声环境调查报告建环 0 高恬云清华大学全校共有十几个食堂，各个食堂的修建时间不同，建筑体形、结构、材料也各不相同，具有各自不同的特点。近年来学校里一直在进行基础设施建设，返修和新建了几座食堂，还计划在今后几年拆除几座老食堂，修建新型食堂。新食堂的设计应当是科学、现代化的，力求使同学们感到方便和舒适，因此对现有新旧食堂的建筑环境进行调查比较，找出存在的问题，就具有重要的现实意义。我们针对校内食堂普遍存在的室内环境嘈杂的问题，对几个食堂的声环境进行了科学测量和比较，并分析了噪声产生的影响因素。一、食堂声环境评价标准食堂中的声源主要有就餐者的谈话声，餐具碰撞的声音，炒菜声，设备
2、噪声等，形成一个相对稳定的持续噪声环境。根据食堂的功能，我们主要关注持续噪声对人在心理和生理上产生的影响，以及背景噪声对就餐者的语言干扰度。1、 持续噪声的人体响应莱曼(Lehmann) 对不同的声级噪声对人体器官的影响进行了综合汇总，并将汇总的结果分为四个“噪声品级” 。第一噪声品级：L=30dB(A)65dB(B) ，影响程度仅限于心理的，会造成（1）不舒适的感觉；（2）受到干扰的感受；（3）有厌烦的感觉；（4）听到噪声就发火；（5）被噪声激怒；（6）不能集中精力从事脑力劳动；（7）课堂讲课或作报告的信息量降低；（8）工作能力受损，昏昏欲睡。第二噪声品级：L=6590dB(B) ，心理影响
3、大于第一品级，另外还有植物神经方面的影响， （1）唾液分泌减少；（2）胃蠕动的频率及幅度增加；（3）心脏的悸动量减少；（4）血管收缩，动脉末梢的血液阻力增大；（5）脉冲波增加；（6）呼吸加快（新陈代谢加速） ；（7）脑内液压增高；（8）脑电图频谱中低频增大；（9）大脑皮层功能受到抑制；（10）大脑下皮层功能受到刺激；（11）瞳孔扩大；（12）内分泌系统反应。第三噪声品级：L=90120dB(B) ，心理影响和植物神经的影响均大于第二品级，此外还有造成不可恢复的听觉机构损害的危险。第四噪声品级：L=120dB(B)，经过相当短时间的声冲击之后，就必须考虑到内耳遭受的永久性损伤。在国家民用建筑室内
4、推荐容许噪声级标准中，对于旅馆餐厅的要求背景噪声在 60dB以下。当噪声达到 80dB 时，对人的消化系统会产生明显的影响。2、 噪声的语言干扰度人的正常谈话声为 70dB，当背景噪声增大时，人们就不得不提高声音或缩短谈话距离。以下图表表示了噪声对语言干扰的情况 关于声音的计量方法详见第二部分- 2 -图 1 在有背景噪声时的通讯限( 根据 Webster)二、实验设计我们的实验目的是得到食堂中的噪声级，并比较不同食堂的噪声情况。经过试测，我们了解到食堂声环境具有以下特点：声级受人数影响大；声源密集，情况复杂，声场具有一定的局部差异在收餐具处，或距离交谈的人很近的地方，声压级明显大于周围；有较
5、大的随机性，在相同地点，由于附近人员的活动，声级具有较大浮动。根据以上特点，设计实验如下：（1）逐时记录人数与声级（2）采用 A 计权 Leq 声级，记录 60 秒平均声压级（3）避免距离声源太近，一般在房间中央餐桌的间隙中测量，声级计距地面约一人高，传声器指向上，同时选取几个其他测点作为对比。在得到食堂中人数和声级变化的规律后，通过测量混响时间比较不同食堂的吸声情况，考察其与噪声的关系。下面简要介绍 A 计权 Leq 声级意义和测量原理，以及混响时间的测量方法和意义。1、A 计权声级人耳对声音的响应不是在所有频率上都是一样的。下面是人耳对不同频率纯音响应的等响曲线- 3 -图 2 纯音的正常
6、等响线可以看出，人耳对低频声音的响应不如对中高频段敏感。A 计权声级是参考 40phon 等响度线，对于不同频段的声压级乘以一个权重因数（权重曲线与 40phon 等响曲线互补偿） ，以模拟人耳对低频不敏感的特性。除 A 计权声级外，还有参考 70phon 等响曲线的 B 计权声级，参考 85phon 等响曲线的 C 计权声级等。不同标度关系如下图图 3 声级计和最新推荐的E 和 SI 计权的国际标准化的计权曲线2、 混响时间当声源达到稳态时，若声源突然停止发声，室内接收点上的声音并不立即消失，而要有一个过程。首先直达声消失，反射声将继续下去，每反射一次，声能被吸收一部分；因此室内声能密度将逐
7、渐减弱，直至完全消失。这一过程称为“混响过程” ；室内声场达到稳态，声源停止发声后，声音衰减 60dB 经历的时间为混响时间。混响时间反映了房间反射声音的情况及吸声能力。测量房间的混响时间，可以由塞宾公式 A=0.161*V/T 得到室内总吸声量。其中T混响时间，秒；V房间容积，立方米；A室内总吸声量，平方米。- 4 -还可以计算混响半径。混响半径即混响声能密度超过直达声能密度时距离声源的距离。它与混响时间有如下关系，混响时间越短，混响半径越大r=0.14(QR)1/2，其中r混响半径，米Q指向性因数，自由空间取 1；R房间常数，R=S/1-，S 为室内总面积， 为平均吸声系数。测量混响时间这
8、一指标为研究降低食堂噪声的方法提供了一种依据。三、测量报告1、 声级随人数变化情况我们选择了七、九、十四三座食堂进行测量，时间都在工作日中午的就餐高峰期，采用 2225 声级计，60s Leq 档。三座食堂体形和内部构造都比较简单，其中十四食堂是面积较大的圆形穹顶建筑，七食堂是面积较小的穹顶建筑，九食堂是方盒形建筑。处理数据时，我们做了人数与声级逐时变化图，以便直观的看出变化趋势；还做了人数声级曲线，其中人数取对数坐标 。七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七010020030040050060070011:0411:0811:1211:1611:2011:2411:2
9、811:3211:3611:4011:4411:4811:5211:56人数（人）66687072747678声级（dB） 人 数声 级声级坐标实际上相当于声功率的对数坐标，而声功率与声源数量成线性关系。若把每个人看作食堂声场中的独立相同声源，则将人数取对数坐标后，曲线应成线性。- 5 -七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七505560657075801 10 100 1000人 数 （ 人 ）声级（dB）七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七010020030040050060070011:0011:0611:1211:1811:2411:3011:3611:421
10、1:4811:5412:0012:0612:1212:1812:2412:3012:36人数（人）6466687072747678声级（dB） 人 数声 级七 七 七 七 七 七 七 七 七 七505560657075801 10 100 1000人 数 （ 人 ）声级（dB）- 6 -七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七010020030040050060070011:0011:0611:1211:1811:2411:3011:3611:4211:4811:5412:0012:0612:1212:1812:2412:3012:3612:42人数（人）5658606264
11、666870727476声级（dB） 人 数声 级七 七 七 七 七 七 七 七 七 七505560657075801 10 100 1000人 数 （ 人 ）声级（dB）2、 混响时间测量利用 SpectraRTA 软件，外接音箱做信号源，麦克风接收，由笔记本电脑自动记录声级衰减曲线。曲线如下：十四食堂声级衰减曲线 七食堂声级衰减曲线 九食堂声级衰减曲线- 7 -四、实验结果分析将三座食堂测试结果列表如下：实验地点 十四食堂 七食堂 九食堂实验时间 5 月 14 日中午11：0012：405 月 29 日中午11：0012：406 月 3 日中午11：0012：40特点 圆形穹顶 方形穹顶
12、方盒形室内面积 约 700 平方米 约 500 平方米 约 540 平方米房间体积 约 4000 立方米 约 3000 立方米 约 2200 立方米体形描述座位数 满座 552 人 满座 368 人 满座 496 人背景噪声 71dB 67.5dB 61dB人数 550 人 370 人 580 人人数密度 0.79 人/平方米 0.74 人/平方米 1.1 人/平方米就餐高峰噪声级 76dB 76dB 74.5dB混响时间 7 秒 6 秒 1.6 秒吸声量（A=0.161*V/T）90 平方米 80 平方米 220 平方米1、声级人数曲线图分为三个区10 平方米/人以下为第一区（即十四食堂少于
13、 70 人，七食堂少于 50 人，九食堂少于54 人）：此区内声级维持在比背景噪声高 3、4 分贝的水平，声功率随人数增多变化不显著，图上表现为平直的趋势线。这主要因为在人数很少的情况下声源的随机性比较大，在时间上不连续，而声级计测出的是一段时间的平均值，与人数的关系不大。在这一区，声场随位置不同也有一定差异（如在炒菜窗口附近，声级高 1、2 分贝） 。10 平方米/人2 平方米/人为第二区（即十四食堂 70350 人，七食堂 50250 人，九食堂 54270 人）：此区内声功率随人数增多而变大，图上表现为上行的趋势线。这说明人数增多到一定程度时，声源的随机性可以忽略，人数越多，发声体越多，
14、因此声功率变大。声级增大值在九食堂达到 10dB，十四和七食堂在 5dB 左右。2 平方米/人以上为第三区：此区内声级稳定在一定范围之内，声功率不再随人数变化，只是由于随机性有一些浮动。从人数声级随时间变化曲线中可以看出，几个食堂在此区内的人数浮动都达到 200 人左右，而声级变化基本在一分贝以内。- 8 -上述第三区，即人数达到 2 平方米/人后，声级稳定在特定数值的情况引起了我们的注意。我们分析原因可能有两方面：一是人员本身有吸声作用，当人员密集达到一定程度时，声波传递受人员的阻碍，一部分声能被吸收。二是心理方面的原因，当就餐者处在一个十分嘈杂的环境中时，语言被干扰的程度很大，可能会因此不
15、想说话，而当环境噪声降低时，说话人的比例增加，因此声源不与人数成正比。我们注意观察了食堂中人们就餐时的情况，发现在就餐高峰期过后，不少人还在座位上聊天，在人数减少很多时声级仍没有降低。这说明我们的推想是有一定道理的。2、不同食堂的比较（1）背景噪声：可以看出，不同食堂的背景噪声差异很大。十四食堂和九食堂相差达10dB。背景噪声的声源在学校的食堂中无非是通风系统，制冷系统，抽油烟机等，不同食堂没有太大差异，因此造成背景噪声差异大主要是房间性质的原因。十四食堂是圆形穹顶房间，并且屋顶为抹灰表面，吸声系数小，因此声波在其中传播时反射聚焦，使自身加强，声能衰减缓慢，混响时间长达 7 秒，反射声加强了直
16、达声，造成设备噪声高达 71dB。在七食堂，由于是穹顶建筑，也有同样的问题。而九食堂是矩形房间，有多孔吊顶，一方面平屋顶没有声聚焦的现象，同时吊顶也能起到一些吸声的作用，因此设备噪声很小。（2）最大噪声级：虽然不同体形的食堂对设备噪声级的影响如此之大，但最大噪声级相差却不到 2dB。我们在仔细测量过上述三座食堂后有在就餐高峰期测量了其他食堂的噪声级。八食堂 76dB，西区饮食广场 7476dB ，十五食堂 75dB，结果显示体形差异很大的不同食堂最高噪声级都在 7476dB 之间。我们分析 7476dB 可能与人谈话时的心理承受极限有关。人的正常谈话声为 70dB，食堂中对面座位的距离约 0.5 米，由图 1 可知，在环境噪声为 75dB 时，对面两人谈话需要提高声音，环境噪声达到 78dB 时，要用很响的声音才能让对方听见。可能 7476dB 的噪声环境达到了人们提高声音所能承受的极限，一些人不愿再说话，这样就使最高噪声级维持在 74
