Оценка акустического пространства школьного кабинета

VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Оценка акустического пространства школьного кабинета

Жиляков А.А. 1
1Муниципальное общеобразовательное учреждение средняя образовательная школа № 76 с углублённым изучением отдельных предметов
Новичкова А.О. 1
1Муниципальное общеобразовательное учреждение средняя образовательная школа № 76 с углублённым изучением отдельных предметов
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

Исследовательская работа посвящена изучению вопроса: распространение звуковых волн в замкнутом пространстве и оценке акустической среды школьного помещения, а также разработке рекомендаций по созданию благоприятной акустической среды.

Исследования показали, что в классах с непродуманной акустикой ученики хуже слышат слова учителя, неблагоприятная звуковая среда плохо влияет на кратковременную и долговременную память учащихся. В результате обучающиеся не сосредоточены и испытывают большие нагрузки, слышимость снижается на 25 процентов. Актуальность нашего исследования обусловлена созданием рекомендаций по улучшению акустического пространства школьных кабинетов. Если акустика в помещении отвечает требованиям учебного процесса, школьники лучше воспринимают речь и запоминают, более внимательны на занятиях, быстрее читают, результатом чего является хорошая успеваемость.

Цель- изучить распространение звуковых волн в замкнутом пространстве на примере кабинета физики и оценить акустическую среду школьного кабинета.

Объектом исследования является процесс распространения звуковых волн в пространстве. Предметом исследования является акустическое пространство кабинета физики.

Задачи:

Изучить теорию, касающуюся процесса распространения звуковых волн в замкнутом пространстве

Спланировать эксперимент по изучению процесса распространения звуковых волн в замкнутом пространстве кабинета физики

Выполнить эксперимент по изучению акустической картины кабинета, используя цифровой датчик звука с функцией интегрирования.

Представить результаты эксперимента в наглядном формате

Сформулировать предложения по улучшению акустического пространства кабинета

основная часть

I. Процесс распространения звуковых волн в замкнутом пространстве

Акустика –область физики, исследующая упругие колебания и волны во всём диапазоне частот. Звуковые волны – это механические колебания, которые, распространяясь и взаимодействуя с органом слуха, воспринимаются человеком.

Стоячая волна — колебания в распределённых колебательных системах с характерным расположением чередующихся максимумов (пучностей) и минимумов (узлов) амплитуды. Практически такая волна возникает при отражениях от преград и неоднородностей в результате наложения отражённой волны на падающую. При этом крайне важное значение имеет частота, фаза и коэффициент затухания волны в месте отражения.

Факты об акустике в школе: Для учебного процесса крайне важно сократить фоновые низкочастотные шумы и создать в помещении комфортную акустическую среду. Выполнение этих простых требований выгодно как ученикам, так и учителям. Среди основных преимуществ хорошей акустики стоит отметить следующее:

Для учеников и студентов:

• Лучшее восприятие речи

• Лучшее усвоение материала как в долговременной, так и кратковременной памяти

• Лучшее восприятие текста

• Снижение уровня стресса и артериального давления

Для учителей и преподавателей:

• Лучшая разборчивость речи

• Лучшее восприятие речи учеников

• Меньшая усталость голосовых связок

• Снижение уровня стресса и артериального давления

Результаты исследований по ученикам:

Повышение фонового шума на 10 дБ приводит к снижению балла по Стандартному тесту на усвоение информации в среднем на 5–7%

Правильная акустическая среда позволяет школьникам понизить громкость речи на 10 дБ

В правильной акустической среде восприятие речи школьниками повышается на 25%

В правильной акустической среде ученики охотнее работают в группах, принимают в них более активное участие.

Общий уровень шума в группах снижается на 13 дБ

В правильной акустической среде ученики более усидчивы и устают меньше

В правильной акустической среде фоновый шум, создаваемый учениками, снижается на 9 дБ

В средней школе в случайный день около 21% учащихся можно смело отнести к так называемым «чувствительным» слушателям. Это могут быть школьники, обучающиеся не на родном языке, интроверты, ученики с СДВГ (синдромом дефицита внимания с гиперактивностью) или аутизмом, простуженные школьники и школьники с нарушениями слуха

Результаты исследований по учителям:

В правильной акустической среде сердечный ритм замедляется на 10 ударов в минуту

Учителя в 32 раза чаще испытывают проблемы с голосовыми связками, чем люди других профессий

80% учителей испытывают проблемы со связками и горлом: страдают, например, ларингитом, потерей голоса и инфекционными заболевания горла. У остальных людей этот показатель составляет 5%. Например, в Великобритании учителя начальных классов уходят на больничные общей длительностью 73 000 дней в год из-за проблем с голосом

II. Моделирование эксперимента по изучению процесса звуковых волн в замкнутом пространстве

Исследование проводится на базе МАОУ СОШ № 76 кабинета физики № 319.

Площадь кабинета: примерно 40 м2

Кабинет оборудован неподвижными партами в количестве 15 штук.

Для проведения данного исследования мы используем программу «Практикум» и датчик звука с функцией интегрирования, программу «Генератор», штатив, компьютер.

Пространство кабинета физики исследовалось на наличие узлов при распространении в нём звуковых волн различной частоты. Акустическое загрязнение измеряется в децибелах (дБ) – единицах измерения, обозначающих соотношение громкости. Шум, не вредящий человеку и экологии, составляет 45 дБ. Звуки, чья громкость превышает 80 дБ считаются шумовым загрязнением. Звуковые волны, действующие как удары, измеряются в Махах. Чтобы бороться с шумовым загрязнением регулярно проводится определение акустической нагрузки. Для этого используют шумомеры — приборы для измерения уровня шума.Суть работы устройства в том, что звуковая волна принимается микрофоном, а проходя через систему фильтров и преобразуясь, воздействует на вольтметр. Показания воспроизводятся на цифровом экране. Работает большинство шумомеров на аккумуляторных батареях.

Для проведения исследований на базе нашего образовательного учреждения мы используем специальный датчик звука с функцией интегрирования и компьютерную программу «Практикум» для обработки результатов эксперимента. Датчик звука с функцией интегрирования регистрировал сигнал, пропорциональный давлению у микрофона, служащего чувствительным элементом датчика.

III. Результаты проведения эксперимента

Для нашего исследования мы определили 15 точек для проведения измерений, для наглядного представления кабинета мы выполнили схематичный рисунок кабинета.

Для измерения уровня шума мы используем датчик звука с функцией интегрирования. Для оценки уровня шумового загрязнения используется такой параметр как эквивалентный уровень шума и максимальный уровень шума, которые измеряются в ДБА.

Что такое «ДБА»? Современные шумомеры снабжены корректирующими контурами, которые позволяют снизить чувствительность шумомера к низкочистотным и очень высокочастотным звукам и тем самым приблизить частотные характеристики прибора к свойствам человеческого уха. Обычно шумомер содержит три корректирующих контура, обозначаемых A.B.C. В настоящее время почти повсеместно уровень шума принимают равным уровню измеренному в Дб при помощи шумомера с коррекцией А, и выражают его в единицах Дба.

Несомненно, человеческое ухо воспринимает звук более утончённо, чем шумомер, поэтому уровни звука, выраженные в ДБА не соответствуют точной физиологической реакции, но простота этой величины позволяет использовать её для практического применения.

Проводили измерения в течении 5 минут (300 секунд) в каждой точке. Все полученные данные вынесли из программы практикум в таблицы Excel.

Уровень шума в кабинете в период урока, источником шума является голос преподавателя.

Показатель шума в ДБА

№ ряда/ парты

1

2

3

1

62

64

66

2

62

55

63

3

66

57

61

4

60

59

69

5

62

62

61

Представим эти данные на рисунке:

На втором ряду, выделена красной штриховкой область с минимальными показателями шума 55,57,59 ДБА. Проанализировав данные значения эксперимента, можем сделать вывод о том, что пространственное распространение звуковой волны неравномерно и в данной части класса в результате явления интерференции звуковых волн, мы наблюдаем картину интерференционного минимума: ослабление колебаний в результате наложения нескольких звуковых волн. Точки среды, где постоянно возникает ослабляющая интерференция, называются узлами. Таким образом, мы можем отметить наличие узлов в районе второй, третьей, четвёртой парты второго ряда.

Какое значение имеют эти звуковые узлы для нас, школьников? Важные факторы с акустической точки зрения в классе - это низкий уровень шума и разборчивость речи. Если в кабинете пол, стены и потолок имеют твердые звукоотражающие поверхности, звуковая волна распространяется повсеместно, искажая речь. Отражаясь, звуковые волны будут создавать эхо, и все начнут говорить громче. В свою очередь, это создаст еще более высокий уровень шума, в результате чего преподаватели и ученики заговорят еще громче. Таким образом, уровень шума значительно увеличивается. Хотим отметить, что уровень шумового загрязнения во время лекционного занятия находился в пределах нормы.

Представим полученные значения для звуковой волны в виде диаграммы:

Уровни звука и максимальные уровни звука определены Санитарными нормами СаН 2.2.4/2.1.8.562-96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки». Анализ этого документа помог определить нормы уровня шума применимые для образовательного учреждения.

Допустимые уровни звукового давления в помещениях общественных зданий

№пп

Вид трудовой деятельности, рабочее место

Уровни звука и эквивален­тные уровни звука (в дБА)

Максимальные уровни звука LАмакс, дБА

1

Классные помещения, учебные кабинеты, учительские комнаты, аудитории школ и других учебных заведений, конференцзалы, читальные залы библиотек)

59 (среднее значение уровня звукового давления, соответствующее частоте примерно 100 Гц)

79

В кабинете установлен подвесной потолок, что позволяет значительно снижать уровень шума, но данная конструкция не способна поглощать фоновые шумы низкой частоты. В зоне образования узлов звуковой волны приглушается речь преподавателя и тем самым происходит потеря концентрации учащихся, что приводит к быстрой утомляемости. Для улучшения акустического состояния среды данного кабинета мы рекомендуем установить в межпотолочное пространство звукопоглотитель низкочастотный или установить звукопоглотители в виде панелей на торцевую стену кабинета или на смежные стены, что позволить увеличить разборчивость речи и акустический комфорт в целом. Так же можно оборудовать дополнительную звукоотражающую зону над учительским местом, что позволит учителю слышать себя и не напрягать голосовые связки.

Дополнительно, мы произвели замеры шумового загрязнения в течении перемены, результаты представили в табличной и графической форме:

Перемена

Показатель шума в ДБА

№ ряда/парты

1

2

3

1

80

71

76

2

71

75

78

3

72

71

73

4

72

72

75

5

70

70

72

       

Различные показатели уровней звуковой волны в период перемены не превышают норм, предусмотренных СаН 2.2.4/2.1.8.562-96, но LАмакс= 80 дБА

На переменах большинство детей ведут разговоры параллельно и находятся в постоянном движении, что приводит к высокому уровню шума и создаёт неудобства и стрессы. Пространство школьных коридоров так же можно грамотно оборудовать с акустической точки зрения. В школе учащиеся постоянно перемещаются из класса в класс, ученики общаются и играют, занимаются в группах и по отдельности. Если не контролировать ситуацию, шум разрастается и очень сильно вредит нашему здоровью. Шум проникает повсюду, даже между классами. Для создания благоприятной акустической среды в данных помещениях в первую очередь необходимо остановить распространение звука.

С использованием датчика звука с функцией интегрирования мы рекомендуем произвести анализ всех школьных помещений для создания комфортной акустической среды всего образовательного учреждения.

Заключение

В рамках нашего проектного исследования мы изучали процесс распространения звуковых волн в замкнутом пространстве и оценивали акустическую обстановку классного кабинета. Шумовая нагрузка отрицательно влияет на здоровье человека, по результатам исследования в нашем образовательном помещении шумовое загрязнение варьируется от 57ДБА до 80ДБА. Наибольшая шумовая нагрузка возникает на перемене.

На примере одного классного кабинета мы изучили процесс распространения звуковых волн в пространстве, произвели замеры уровня шумового загрязнения в двух ситуациях: урок и перемена. Представили числовые данные в графической форме и сформулировали рекомендации для администрации школы, по исследованию акустического состояния различных кабинетов и школьных помещения, для того, чтобы создать благоприятную акустическую среду для всех участников образовательного процесса.

Список литературы

Минаева В.В., Гапоненко А.В. ВЛИЯНИЕ ШУМА НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА // Международный студенческий научный вестник. – 2015. – № 3-1.;

Оказова З. П. Шумовое загрязнение как одна из экологических проблем современного города //Современные проблемы науки и образования. – 2015. – №. 4. – С. 540-540.

Горецкая А. Г., Марголина И. Л., Мороз А. В. Особенности шумового воздействия автотранспорта в городской среде //Экологические системы и приборы. – 2017. – №. 6. – С. 19-23.

Алябьева В. А., Лосминская Э. А., Гринь С. А. ШУМОВОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ КАК ОДНА ИЗ ОСНОВНЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ //Young. – 2017. – Т. 51. – №. 11.

Погонышева И. А., Погонышев Д. А., Крылова А. А. Влияние шума на психофизиологические параметры и работоспособность организма человека //Вестник Нижневартовского государственного университета. – 2015. – №. 1.

Таскаева А. С. Экологические проблемы Урала и их изучение в учебном процессе по географии //Кафедра географии и методики географического образования. – 2018.

Дашкова А. Е. Оценка экологического состояния территории, прилегающей к школе //Наука и Образование. – 2018. – №. 1.

https://ru.wikipedia.org/wiki/Шумовое_загрязнение#Влияние_на_здоровье_людей

https://fb.ru/article/162492/zagryaznenie-shumovoe-shumovoe-zagryaznenie-okrujayuschey-sredyi

https://musorish.ru/shumovoe-zagryaznenie/

https://stroydomkin.ru/uchastok/zabor-i-vorota/shumozaschitnye-zabory

Просмотров работы: 20