Это исследование было проведено учеными из университета Heriot-Watt и было инициировано британским правительством. Целью исследования стало изучение воздействия плохой акустики в классах на учеников и учителей.
Методика исследования
Исследование было проведено в 70 классах, как в старых, так и в современных школах в течение трех лет в конце 1990-х годов (само исследование было опубликовано в 1999 году). Объектами наблюдения стали дети в возрасте от 5 до 11 лет, в классах с и без акустических потолков.
Ecophon было предложено принять участие в исследовании и поставить акустические потолки в часть классных комнат для обеспечения возможности сравнения между акустически необработанными и обработанными классами.
Исследователи измеряли уровень шума, время реверберации и разборчивость речи. Они также опросили учеников и учителей и исследовали их поведение.
Результаты
Результаты исследования ясно показывают, что высокоэффективные акустические потолки имеют положительное влияние на качество образования. Они:
• Снизили уровни фонового шума
• Сократили время реверберации
• Улучшили разборчивость речи
• Создали ощущение благополучия
• Изменили отношение и поведение учеников
• Способствовали улучшению результатов тестов в акустически обработанных классах
• Создали лучшую рабочую среду для учеников и учителей
Исследователи также обнаружили, что большая часть возмущающего шума поступает из источников внутри класса (учеников, вентиляции и т.д.), а не из внешних источников.
Обратный эффект Ломбарда
Другим важным, и на первых порах немного удивительным эффектом был «обратный эффект Ломбарда». Эффект Ломбарда состоит в том, что люди склонны говорить громче в шумной среде, пытаясь быть услышанными. Это приводит к постепенному нарастанию уровня звука в помещении.
Обратный эффект Ломбарда работает с точностью до наоборот. В тихой комнате люди, как правило, стараются говорить тише, так как у них нет нужды говорить громко, чтобы быть услышанным. Это также известно как «эффект библиотеки».
В исследовании Heriot-Watt пример из начальной школы в г. Рэтмор хорошо иллюстрирует это явление. При сравнении уровней звука в классах, с и без акустического потолка, где дети сидели тихо, в классе с акустическим потолком было на 3 дБ тише. Это то, что можно было бы ожидать с чисто технической точки зрения.
Но когда ученики говорили, уровень шума в классе с акустической отделкой был на 10 дБ ниже, чем в необработанном помещении. Снижение уровня шума лишь на 3 дБ можно было объяснить физическим уменьшением уровня шума за счет его поглощения потолком, так что остальные 7 дБ снижения были вызваны более тихим поведением учеников. Снижение уровня звука на 10 дБ воспринимается на слух как сокращение громкости звука вдвое, так что этот эффект очень важен.
2. Исследование Бременского университета
Следующее новаторское исследование провели специалисты Бременского университета. Здесь исследователи изучали влияние плохой акустики на условия преподавания и обучения, с дополнительным акцентом на такие психологические и физиологические явления, как уровень стресса и концентрация внимания.
Исследование было разбито на три части и было проведено в конце 1990-х и начале 2000-х, и стало самым крупным полевым исследованием в школьной акустике в то время, охватив 570 учебных единиц, 28 классов и 5 школ.
Методика исследования
Так же, как и в исследовании университета Heriot-Watt, данное исследование проводилось по классическому принципу сравнения А-В, где данные были собраны в акустически необработанных классах и сравнивались с соответствующими данными в классных комнатах после их отделки акустическими потолками класса А.
Исследователи измерили параметры акустики помещения, в том числе уровень шума в классах, и частоту сердечных сокращений у учителей, чтобы оценить корреляцию между акустической отделкой, уровнями шума при различных методах обучения и уровнями концентрации и стресса учеников и учителей.
Результаты
Исследовательская группа обнаружила ряд интересных результатов. В ходе исследования выяснилось, что стиль преподавания в школах смещается с уроков в виде лекции, где учитель говорит, а дети слушают, на стиль, где поощряется общение детей и их работа в парах и в группах под присмотром преподавателя. В акустически необработанных классах это изменение стиля преподавания привело к увеличению общего уровня шума. Казалось бы, это логично, поскольку все больше людей говорят во время групповой работы, чем когда учитель говорит перед классом.
Тем не менее, после того, как классы были акустически обработаны, уровень звука фактически упал при переключении класса на групповую работу или работу в парах. Уровень шума в классе был ниже во время работы в группе, чем во время преподавания в стиле лекции. Это был еще один пример действия обратного эффекта Ломбарда.
Рисунок 1. Уровни звукового давления в процессе работы (LAeq, 5мин) до и после установки акустического потолка класса А
Разница в уровне во время групповой работы в классах до и после установки акустического потолка составляла 13 дБ, то есть даже выше, чем в исследовании Heriot-Watt. (Смотрите рисунок 1). Примерно 10 из этих 13 дБ вызваны обратным эффектом Ломбарда, а 3 дБ – фактическим поглощением звуковых волн акустическим потолком.
В целом результаты исследования говорят о том, что школы, стремящиеся перейти от традиционной, «лекционной» манеры преподавания к методу, более ориентированному на групповую работу, действительно могут снизить общий уровень шума в классе, при условии обеспечения в классных комнатах хорошей акустики.
Ниже стресс и напряжение голоса у учителей
Вторым интересным результатом исследования стало то, что частота сердечных сокращений учителя соответствует уровню шума в классе. Когда уровень звука растет, также растет частота сердечных сокращений. Частота сердечных сокращений является признанным показателем уровня стресса, а это означает, что исследователи обнаружили четкую корреляцию между шумом и уровнем стресса. Сравнивая данные с ЧСС до и после установки акустического потолка можно было увидеть явное улучшение. Частота сердечных сокращений учителей снизилась на целых 10 ударов в минуту.
Рисунок 2. Средняя частота сердечных сокращений учителей во время утренних занятий до и после установки акустического потолка класса А
Улучшение акустики также означало, что учителя не должны напрягать свой голос, чтобы быть услышанным.
Лучше концентрация среди школьников
Исследователи также обнаружили, что уровни звука в акустически необработанных классах увеличивались в течение дня. Уровень шума во время последнего урока дня был более чем в два раза выше, чем во время первого урока (12-13 дБ выше уровень звукового давления).
Это объясняется тем, что, что плохая акустика вызывает усталость, и ученики теряют концентрацию внимания в течение дня, что в свою очередь делает их более шумными (больше движений, перешептываний и т.д.).
Мало того, что уровень звука снизился после того, как был установлен акустический потолок, при этом он сохранился более или менее постоянным в течение всего дня, как показано на рисунке 3.
Рисунок 3. Уровень шума в классе в течение дня до и после установки акустических потолков
Таким образом, можно предположить, что более низкие уровни шума позволяют ученикам оставаться сосредоточенными и менее склонными к нарушению дисциплины весь день.
3. Исследование в школе графства Эссекс, Великобритания
Исследование было проведено по заказу Совета графства Эссекс в Соединенном Королевстве с целью определения, будет ли акустика классов, предназначенных для детей с нарушениями слуха, оказывать положительное влияние на учеников и учителей с нормальным слухом.
В данном исследовании оценивалось влияние на учебный процесс различных степеней акустической обработки классных помещений.
Методика исследования
В исследовании сравнили четыре различных классных комнаты в средней школе в Эссексе. Первая классная комната – контрольное помещение без какой-либо акустической обработки. Три другие классные комнаты соответствовали трем различным стандартам Великобритании для школьной акустики.
В одном из них был установлен подвесной потолок из перфорированного гипсокартона, соответствующего требованиям стандарта BB93 для средних школ.
В другом классе был установлен акустический потолок класса А, имеющий хорошее звукопоглощение в диапазоне частот от 500 до 2000 Гц. Этот класс соответствовал стандарту BB93 Hi для детей с нарушением слуха, обучающихся в обычных школах.
В третьей классной комнате обеспечивалось дополнительное поглощение низкочастотного звука в диапазоне 125-4,000 Гц. Это помещение соответствовало требованиям стандарта BATOD (Британской ассоциации учителей слабослышащих детей – стандарта, который используется в специальных школах для детей с нарушением слуха.
Исследователи измеряли время реверберации и уровень шума, мониторили поведение учащихся и учителей, и брали интервью у учеников, учителей и членов специально приглашенной комиссии. Исследование было проведено в виде двойного слепого теста, в котором ни один из опрашиваемых не знал, в какой классной комнате созданы те или иные акустические условия.
Результаты
Исследование показало сильную корреляцию между хорошей акустикой (т.е. малым временем реверберации) и воспринимаемым качеством среды обучения, как для учеников, так и для учителей.
Преподаватели, студенты и группа из акустиков, чиновников окружного совета и других специалистов заполняли вопросник об акустике в разных классах, и результаты очень четко показали, что, чем лучше акустическая обработка, тем выше оценивался класс (см. рисунки 4 и 5).
Рисунок 4. Оценка восприятия звука в различных классах ясно показала, что класс с лучшей акустической обработкой оценивался как самый лучший (зеленая кривая)
Рисунок 5. Те же данные, как и на рисунке 4, но на этот раз данные представлены так, чтобы каждый класс отображался своим цветом. Размеры цветных областей показывают, насколько плохо воспринимают опрашиваемые акустику соответствующей классной комнаты. Чем больше площадь, тем хуже кажется акустика
Классные комнаты отличались следующим:
• В комнате MA5 не было никакой акустической обработки;
• В комнате Ma1 был смонтирован гипсокартонный подвесной потолок, удовлетворяющий требованиям стандарта для средних школ в Великобритании (BB93);
• В комнате Ma2 был установлен акустический потолок класса А, с улучшенными характеристиками в диапазоне частот 500-2000 Гц по сравнению с потолком в комнате Ma1. Этот класс соответствовал стандарту для классных комнат для слабослышащих детей в общеобразовательных школах (BB93 раздел 6);
• В комнате MA3 были смонтированы самые эффективные звукопоглощающие решения, в том числе поглотители ухудшающих разборчивость речи низких звуковых частот. Акустическая отделка класса включала в себя звукопоглощающие подвесные потолки класса А с дополнительно установленными в запотолочном пространстве низкочастотными поглотителями Extra Bass.
Еще раз про обратный эффект Ломбарда
Четкий эффект улучшения акустики в исследовании проявился в том, что уровень фонового шума значительно уменьшился, поскольку время реверберации стало короче. Сокращение времени реверберации от 1,2 до 0,8 секунды, что соответствует разнице между необработанной контрольной комнатой и классной комнатой с гипсокартонным потолком, снижает уровень фонового шума на 9 дБ. Это близко к сокращению вдвое воспринимаемой громкости.
Разница в уровне шума в необработанном классе с классом с лучшей акустикой (где время реверберации было 0,3 с) составила более 20 дБ. Это огромное значение.
С чисто технической точки зрения, уменьшение времени реверберации в два раза вызывает снижение уровня шума на 3 дБ. Так что только около 6 дБ от общего снижения звука можно отнести к физическому снижению уровня звука за счет поглощения. Остальное было следствием более тихого поведения учеников. Еще раз, это был обратный эффект Ломбарда, который оказался основной причиной снижения уровня звука.
Рисунок 6 показывает, как уровень фонового шума зависит от акустики в помещении. Уровень громкости голоса учителя уменьшается, когда акустика в классе лучше. Нет необходимости кричать в тихой комнате.
Рисунок 6. Обратный эффект Ломбарда очень ясно проявился и в исследовании школы в Эссексе. Уровень звукового давления уменьшается, и отношение сигнал-шум увеличивается, когда акустика классной комнаты улучшается
Интересно заметить, что фоновый шум (вызванный учениками) снизился более значительно, чем уровень громкости голоса учителя. Это привело к увеличению отношения громкости полезного звука к шуму (отношение сигнал-шум) на 10 дБ (от 8 до 18 дБ). Так что, в комнате не только стало тише, также стало намного проще для учеников воспринимать речь учителя.
Следует отметить, что основное различие между классной комнатой 3 (BB93 Hi) и классной комнатой 4 (BATOD) заключалось в лучшем поглощении низких частот. Это наглядно показывает, насколько оно важно в школах.
Выявленные положительные эффекты хорошей акустики включают в себя:
• Лучшая локализация звука. Учителя могли легко определить, кто вызывает шум, что способствовало лучшему управлению классом;
• Сокращение количества повторений;
• Лучшая дисциплина, а это означает, что учителя могли бы принять более спокойный подход к управлению классом;
• Более эффективная групповая работа в классе;
• Снижение уровня стресса и напряжения голосовых связок у учителей.
4. Резюмируя результаты исследований
В совокупности, результаты трех исследований ясно показывают преимущества хорошей акустики в школах:
• Акустическая обработка классов поощряет более спокойное поведение учащихся. Обратный эффект Ломбарда очень ясно проявился во всех трех исследованиях;
• Отношение сигнал-шум становится лучше, улучшая разборчивость речи;
• Методы обучения могут быть изменены, чтобы позволить ученикам принимать более активное участие в обучении через обсуждения и групповую работу. Следует отметить, что исследование Бременского университета показало, что в помещениях с хорошей акустикой уровни звука были ниже во время работы в группе, чем при классическом преподавании в стиле лекции;
• Учителя и ученики получают более спокойную рабочую среду, в которой они чувствуют себя более непринужденно;
• Ученики могут сохранять концентрацию внимания дольше;
• Результаты учеников улучшаются;
• Уровень стресса учителей снижается;
• Учителя не перенапрягают свои голоса;
• Детям с особыми потребностями и их учителям нужна действительно хорошая акустика.
