1. Forskning vid Heriot-Watt University (Edinburgh)
Denna studie genomfördes av forskare vid Heriot-Watt University och initierades av den brittiska regeringen. Syftet med studien var att undersöka effekterna av dålig klassrumsakustik på studenter och lärare.
Forskningsmetodik
Studien genomfördes i 70 klassrum, både gamla och moderna skolor, under tre år i slutet av 1990-talet (själva studien publicerades 1999). Observationsobjekten var barn i åldern 5 till 11 år, i klasser med och utan akustiska tak.
Ecophon ombads att delta i studien och installera akustiska tak i en delmängd av klassrum för att möjliggöra jämförelser mellan akustiskt obehandlade och behandlade klassrum.
Forskarna mätte bullernivåer, efterklangstid och talförståelse. De intervjuade också studenter och lärare och undersökte deras beteende.
resultat
Forskningsresultaten visar tydligt att högpresterande akustiska tak har en positiv inverkan på utbildningens kvalitet. De:
• Minskade bakgrundsljudnivåer
• Minskad efterklangstid
• Förbättrad talförståelse
• Skapade en känsla av välbefinnande
• Förändrad elevattityd och beteende
• Bidrog till förbättrade testresultat i akustiskt behandlade klassrum
• Skapat en bättre arbetsmiljö för studenter och lärare
Forskarna fann också att det mest störande bullret kommer från källor i klassrummet (studenter, ventilation etc.) snarare än externa källor.
Omvänd Lombard-effekt
En annan viktig, och till en början något överraskande effekt, var Lombard invers effekt. Lombardeffekten är att människor tenderar att tala högre i bullriga miljöer i ett försök att bli hörda. Detta leder till en gradvis ökning av ljudnivån i rummet.
Den inversa Lombard-effekten fungerar precis tvärtom. I ett tyst rum tenderar människor att tala tystare, eftersom de inte behöver tala högt för att bli hörda. Detta kallas också "bibliotekseffekten".
I studien Heriot-Watt illustrerar ett exempel från en grundskola i Ratmore detta fenomen. När man jämför ljudnivåer i klassrum med och utan akustiska tak, där barnen satt tyst, var ett klassrum med akustiskt tak 3 dB tystare. Detta är vad man kan förvänta sig ur en rent teknisk synvinkel.
Men när eleverna talade var ljudnivån i det akustiskt färdiga klassrummet 10 dB lägre än i det obehandlade rummet. En minskning av ljudnivån på endast 3 dB kunde förklaras av en fysisk minskning av ljudnivån på grund av dess absorption i taket, så att de återstående 7 dB minskningen berodde på tystare beteende hos studenter. En minskning av ljudnivån med 10 dB uppfattas av örat som en halvering av ljudvolymen, så denna effekt är mycket viktig.
2. Forskning vid universitetet i Bremen
Följande banbrytande forskning utfördes av specialister från universitetet i Bremen. Här undersökte forskarna effekterna av dålig akustik på undervisnings- och inlärningsmiljön, med ytterligare betoning på psykologiska och fysiologiska fenomen som stressnivåer och koncentration.
Studien var uppdelad i tre delar och genomfördes i slutet av 1990-talet och början av 2000-talet och blev den största fältstudien inom skolakustik vid den tiden och omfattade 570 undervisningsenheter, 28 klasser och 5 skolor.
Forskningsmetodik
Som med studien av Heriot-Watt University följde denna studie den klassiska A-B-jämförelseprincipen, där data samlades in i akustiskt obehandlade klassrum och jämfördes med motsvarande data i klassrum efter att de hade avslutats med klass A-tak.
Forskarna mätte rumsakustik, inklusive bullernivåer i klassrummet och lärarnas hjärtfrekvens, för att bedöma sambandet mellan akustik, bullernivåer med olika undervisningsmetoder och student- och lärarkoncentration och stressnivåer.
resultat
Forskargruppen hittade ett antal intressanta resultat. Studien visade att undervisningsstilen i skolorna skiftar från en lektion i form av en föreläsning där läraren talar och barnen lyssnar till en stil som uppmuntrar barnen att kommunicera och arbeta i par och i grupper under överinseende av en lärare. I akustiskt obehandlade klassrum resulterade denna förändring i undervisningsstil i en ökad ljudnivå. Detta verkar logiskt, eftersom fler talar under grupparbetet än när läraren talar framför klassen.
Men efter att klasserna hade behandlats akustiskt sjönk ljudnivån faktiskt när klassen byttes till grupparbete eller arbete i par. Ljudnivån i klassrummet var lägre under grupparbetet än under undervisning i föreläsningsstil. Detta var ett annat exempel på den inversa Lombard-effekten.
Skillnaden i nivå under grupparbetet i klassrummen före och efter installationen av det akustiska taket var 13 dB, vilket är ännu högre än i Heriot-Watt-studien. (Se figur 1). Cirka 10 av dessa 13 dB beror på den inversa Lombard-effekten och 3 dB beror på den faktiska absorptionen av ljudvågor genom det akustiska taket.
Sammantaget föreslår studien att skolor som vill flytta från en traditionell, föreläsningsbaserad undervisningsstil till en mer grupporienterad undervisningsstil faktiskt kan minska den totala bullernivån i klassrummet, förutsatt att klassrummen är akustiskt sunda.
Mindre stress och spänning i lärarnas röster
Det andra intressanta resultatet från studien var att lärarens hjärtfrekvens matchade ljudnivån i klassrummet. När ljudnivån stiger ökar hjärtfrekvensen också. Hjärtfrekvensen är en erkänd indikator på stressnivåer, vilket innebär att forskare har hittat ett tydligt samband mellan buller och stressnivåer. Jämförelse av HR-data före och efter inställning av det akustiska taket kunde en tydlig förbättring ses. Lärarnas hjärtfrekvens sjönk med så mycket som 10 slag per minut.
Den förbättrade akustiken innebar också att lärare inte behövde anstränga sina röster för att bli hörda.
Bättre koncentration bland skolbarn
Forskarna fann också att ljudnivåerna i akustiskt obehandlade klassrum ökade under dagen. Ljudnivån under den sista lektionen på dagen var mer än dubbelt så hög som under den första lektionen (12-13 dB högre SPL).
Detta beror på att dålig akustik orsakar trötthet och eleverna tappar fokus under dagen, vilket i sin tur gör dem bullrigare (mer rörelse, viskning etc.).
Ljudnivån sjönk inte bara efter det att det akustiska taket installerades, men det förblev mer eller mindre konstant hela dagen, vilket visas i figur 3.
Man kan alltså anta att lägre ljudnivåer gör att eleverna kan hålla fokus och mindre benägna att störa hela dagen.
3. Studera vid en skola i Essex County, Storbritannien
Studien beställdes av Essex County Council i Storbritannien för att avgöra om akustiken i hörselskadade klassrum skulle ha en positiv inverkan på studenter och lärare med normal hörsel.
Denna studie utvärderade inverkan på utbildningsprocessen av olika grader av akustisk behandling av klassrum.
Forskningsmetodik
Studien jämförde fyra olika klassrum i en gymnasium i Essex. Det första klassrummet är ett kontrollrum utan akustisk behandling. Tre andra klassrum uppfyllde tre olika brittiska standarder för skolakustik.
En var försedd med ett perforerat undertak i gipsskivor som uppfyller kraven i BB93-gymnasiestandarden.
I en annan klass installerades ett akustiskt klass A-tak med god ljudabsorption i frekvensområdet 500 till 2000 Hz. Denna klass uppfyllde BB93 Hi-standarden för hörselskadade barn i vanliga skolor.
I det tredje klassrummet tillhandahölls ytterligare absorption av lågfrekvent ljud i intervallet 125-4000 Hz. Lokalerna var i enlighet med BATOD-standarden (British Association of Teachers of Hearing Impaired Children), en standard som används i specialskolor för barn med hörselnedsättning.
Forskarna mätte efterklangstid och bullernivåer, övervakade elevernas och lärarens beteende och intervjuade studenter, lärare och paneldeltagare. Studien genomfördes i form av ett dubbelblindtest, där ingen av respondenterna visste i vilket klassrumsspecifika akustiska förhållanden skapades.
resultat
Forskning har visat ett starkt samband mellan bra akustik (dvs. kort efterklangstid) och den upplevda kvaliteten på inlärningsmiljön, för både studenter och lärare.
Lärare, studenter och en grupp akustiker, distriktsrådets tjänstemän och andra yrkesverksamma fyllde i en frågeformulär om akustik i olika klasser, och resultaten visade mycket tydligt att ju bättre den akustiska behandlingen, desto högre blev poängen (se figur 4 och 5).
Klassrummen kännetecknades av följande:
• Det fanns ingen akustisk behandling i rum MA5;
• Ett undertak i gipsskivor installerades i rum Ma1 för att uppfylla brittiska gymnasiestandard (BB93)
• Ett akustiskt tak i klass A installerades i rum Ma2 med förbättrad prestanda i frekvensområdet 500-2000 Hz jämfört med taket i rum Ma1. Denna klass uppfyllde standarden för klassrum för hörselskadade barn i vanliga skolor (BB93 avsnitt 6);
• I rum MA3 installerades de mest effektiva ljudabsorberande lösningarna, inklusive absorberare med låga ljudfrekvenser som försämrade talförståelsen. Klassens akustiska möbler inkluderade klass A ljudabsorberande undertak med extra bas lågfrekventa absorberare som installerats i takutrymmet.
Återigen om den motsatta Lombard-effekten
Den tydliga förbättringen av akustiken i studien var att bakgrundsljudnivån minskade signifikant när efterklangstiden blev kortare. Att minska efterklangstiden från 1,2 till 0,8 sekunder, vilket är skillnaden mellan ett obehandlat kontrollrum och ett klassrum med gipsplattak, minskar bakgrundsljud med 9 dB. Detta är nära att halvera den upplevda högtalan.
Skillnaden i ljudnivå i den obearbetade klassen med klassen med bästa akustik (där efterklangstiden var 0,3 s) var mer än 20 dB. Detta är av stor betydelse.
Från en rent teknisk synvinkel resulterar halvering av efterklangstiden i 3 dB brusreducering. Så endast cirka 6 dB av den totala ljudreduktionen kan tillskrivas den fysiska ljudreduktionen genom absorption. Resten berodde på det tystare beteendet hos eleverna. Återigen var det motsatsen till Lombard-effekten, som visade sig vara den främsta orsaken till minskningen av ljudnivåerna.
Figur 6 visar hur bakgrundsljudnivåer påverkas av rumsakustik. Volymen på lärarens röst minskar när akustiken i klassrummet är bättre. Det finns ingen anledning att skrika i ett tyst rum.
Det är intressant att notera att bakgrundsbruset (orsakat av eleverna) minskade mer markant än volymnivån för lärarens röst. Detta ledde till en ökning av förhållandet mellan ljudstyrka och brus (signal-brusförhållande) med 10 dB (från 8 till 18 dB). Så inte bara har rummet blivit tystare, det har också blivit mycket lättare för eleverna att uppfatta lärarens tal.
Det bör noteras att den största skillnaden mellan klassrum 3 (BB93 Hi) och klassrum 4 (BATOD) var bättre lågfrekvensabsorption. Detta visar tydligt hur viktigt det är i skolorna.
Rapporterade positiva effekter av god akustik inkluderar:
• Bättre ljudlokalisering. Lärarna kunde enkelt identifiera vem som orsakade bullret, vilket bidrog till bättre klasshantering.
• Minska antalet repetitioner;
• Bättre disciplin, vilket innebär att lärare kan ta en mer avslappnad inställning till klassrumshantering;
• Mer effektivt grupparbete i klassrummet;
• Minskad stress och spänning i stämbanden hos lärare.
4. Sammanfatta forskningsresultaten
Sammantaget visar resultaten av tre studier tydligt fördelarna med god akustik i skolorna:
• Akustisk behandling av klassrum uppmuntrar lugnare elevbeteenden. Den inversa Lombard-effekten var mycket tydlig i alla tre studierna;
• Signal-brus-förhållandet blir bättre, vilket förbättrar talförståelsen;
• Undervisningsmetoderna kan modifieras så att eleverna kan delta mer aktivt i lärandet genom diskussion och grupparbete. Det bör noteras att en studie från universitetet i Bremen visade att i rum med god akustik var ljudnivåerna lägre under grupparbetet än i klassisk undervisning i föreläsningsstil;
• Lärare och elever får en tystare arbetsmiljö där de känner sig mer bekväma.
• Eleverna kan behålla koncentrationen längre;
• Elevernas resultat förbättras;
• Lärarnas stressnivå minskar.
• Lärare överanstränger inte sina röster;
• Barn med speciella behov och deras lärare behöver riktigt bra akustik.
