量化学校教室中走廊噪声的传播：一种基于实地研究的方法

《Results in Engineering》：Quantifying corridor induced noise transfer in school classrooms: A field-based approach

　　Sunita M Doddamani | Bhavna Shrivastava | Nand Kumar
建筑与规划系，Malaviya国立理工学院，斋浦尔

**摘要**
学校教室中的过度噪音不仅来源于外部因素，还与内部规划有关，尤其是在走廊等人员活动频繁的流通空间中。现有的声学标准并未对这种背景噪音进行量化，尤其是在走廊噪音传入教室的条件下。本研究量化了在教室占用期间由走廊引起的噪音传播，并基于建筑参数开发了一个预测框架。通过教室与走廊之间的噪音差异（ΔLAeq）来量化由走廊引起的噪音传播。共调查了19所学校，共获得341组走廊-教室的现场测量数据，这些学校具有不同的走廊类型、空间布局和楼层高度。使用相关性分析、推断检验和主成分分析等方法，重点考察了走廊类型、面向走廊的教室墙壁上的开口情况、走廊几何形状、楼层高度以及庭院面积对ΔLAeq的影响。随后，将ΔLAeq转化为“教室噪音传播指数”（CNTI）。提出了一个基于建筑参数的预测模型（回归模型），并通过交叉验证确认其准确性，均方根误差为2.45分贝，表明在自然通风的教室占用条件下，该模型的预测精度符合可接受范围。该框架填补了基于合规性的声学标准与描述性噪音调查之间的空白，同时为预测和降低教室噪音提供了实用工具。

**1. 引言**
学校教学环境中的声学条件对学习效果、语言可懂度和学生福祉起着关键作用。多项研究表明，较高的背景噪音水平会负面影响儿童的阅读能力、认知表现、注意力和语言感知[1][2][3]。各国和国际标准都规定了教学空间的背景噪音限值和最低隔音要求，例如美国的ANSI/ASA S12.60[4]、英国的BB93[5]和印度的NBC[6]。然而，在学校进行的实地研究表明，实际噪音水平经常超出这些规定限值，显示出推荐标准与实际声学性能之间的差距[7][8]。值得注意的是，较高的噪音并不总是由外部因素（如交通）引起的。多项调查显示，位于相对安静环境中的学校教学空间仍会出现不理想的室内噪音水平，这凸显了内部噪音源的重要作用[7][8]。近期文献中也提到了不同气候和建筑条件下观察到的教室条件与规定声学标准之间的偏差[9][10][11]。其中，内部流通区域（尤其是走廊）被认为是主要的噪声来源。

连接多个教室和其他设施的走廊往往会在较长距离上传播噪声。由于走廊需要实现声学隔离，因此理解和量化噪声传播至关重要。大多数走廊采用硬质表面，且几乎没有声学处理措施。学生等人员的活动、非正式交流以及课间过渡行为会导致走廊噪音水平升高，从而干扰教育活动的进行[12][13][14]。尽管走廊产生的噪音已被普遍认可，但其对建筑设计的潜在影响尚未得到充分评估。现有文献通常分别研究走廊和教室的噪音情况，提供了有关学校声学环境的宝贵见解。虽然这些研究揭示了噪声问题的存在，但未能充分预测建筑特点对走廊到教室噪声传播的具体影响。现有的评估策略（如多标准评估框架和综合指数）虽然有助于整体评价，但未能单独反映特定建筑特征（如走廊类型、空间元素或开口）对噪声传播的贡献。从声学角度考虑，走廊引起的教室噪音主要是一个由空间布局、边界条件和几何形状介导的噪声传播问题。先前的实验和理论研究表明，长而连续的走廊可能成为高效的噪声传播路径，尤其是在其两侧有反射表面并通过门或开口与相邻空间相连的情况下[12][16]。

较高的声音水平对教学环境有负面影响，尤其是对儿童而言，因为他们更容易受到声音干扰。早期研究[7][17]证实，较高的背景噪音会损害儿童的阅读表现、语言感知和注意力。后续研究发现，为了达到相同的语言可懂度，儿童需要比成人更优的信噪比，这使得教室对声音入侵更加敏感[2][3]。大规模的实地研究在不同地形和气候条件下均表明，即使在正常教学时段，教室噪音水平也经常超过规定限值[8][18][19][20]。这些发现表明，教室噪音问题需要得到重视，而不仅仅是特定地点的问题，因此需要同时考虑学校建筑内部和外部噪音源。虽然环境噪音和交通通常被认为是室内噪音的主要来源，但许多研究表明内部噪声同样起着重要作用。Shield和Dockrell[7]在伦敦小学的调查中发现，走廊产生的噪音常常超过外部噪音。类似的研究在伊朗、巴西和地中海地区也得出了类似结论，即课间转换时的走廊活动会显著提高教室的噪音水平[2][8][21]。尽管走廊在学校中是不可或缺的流通空间，但从声学角度来看，它们也可能成为噪音的有效传播途径。学生的活动、非正式交流和群体行为会导致走廊噪音水平波动且强度较大，从而干扰教学活动[12][13][14]。尽管人们意识到这一现象，但大多数研究仍分别考虑教室和走廊的噪音水平，而没有明确量化两者之间的噪声传播。

尽管已有研究通过实验和理论方法探讨了走廊的声学特性，但大多局限于描述性分析，未能建立基于预测的模型。Zannin和Ferreira[15]提出了一个综合评估模型，结合背景噪音、混响时间和语言可懂度来评价教室声学环境。虽然这类评估模型有助于全面评价，但它们主要是描述性的，无法预测特定建筑特点对噪声传播的贡献。相比之下，针对立面噪音传播的预测模型已经较为成熟，可以通过几何形状、开口和暴露条件来预测室内外声音水平差异[16]。尽管最新的建模研究采用了先进的信号处理和人工智能技术，但这些模型主要基于教室声学参数记录或模拟结果，忽略了建筑特点的影响。现有文献中缺乏针对走廊与教室之间噪声传播的预测框架。

**2. 方法论**
2.1. 研究设计及学校建筑选择
本研究从现场、建筑和教室三个层面分析学校环境，以了解建筑和空间参数对声学性能的影响。最近有研究探讨了立面噪声暴露的场地因素[30]。本研究关注学校（建筑）层面的影响，使用来自印度拉贾斯坦邦首府斋浦尔的19所学校的综合数据集（这些学校位于复合气候区[31]）。在这种气候条件下，庭院布局被广泛采用，有助于自然通风、热缓冲和采光，同时明确了教室与流通空间（走廊）之间的空间关系。所选学校涵盖了多种建筑配置、流通布局、建造时期和空间类型，这些特点常见于印度城市和半城市地区，并且这些学校采用自然通风方式。样本包括不同走廊类型、楼层数量、围墙与教室相近程度以及是否有庭院的学校。为了研究走廊到教室的双向噪声传播，本研究采用多站点实地调查方法，在实际占用条件下捕捉噪声传播情况。所采用的方法如图1所示。

根据现有文献和初步现场观察，确定了可能影响走廊到教室噪声传播的建筑和空间变量。表1列出了学校层面的建筑变量和走廊与室外接口条件。所研究的学校采用钢筋混凝土（RCC）框架结构，内部用砖砌墙体填充，并进行了粉刷和油漆处理。两个教室和走廊的地板都是硬质表面，大多数情况下使用了Kota石材，而一些学校则使用了大理石或马赛克地板。所有学校的天花板都是平的钢筋混凝土板，经过抹灰和油漆处理。室外声学环境受到庭院、操场和相邻建筑空间的影响，具体暴露程度因走廊布局而异。本研究并未包括直接的室外噪音测量。在单侧负荷和封闭式走廊中，测量到的噪音水平可能包含环境因素的影响；然而，同时进行测量并计算ΔLAeq（教室与走廊之间的噪音差异）可以用来比较两者之间的噪音传播情况。在选样时，我们注意选择了在空间外观上有所区别的学校，同时在占用模式、教室大小和教学安排上保持相似性。这证实了观察到的噪音传递差异主要由建筑结构造成的，而非教学或操作因素。表1列出了各学校的建筑变量和走廊与室外的界面条件。

表1. 学校级别的建筑变量及走廊-室外界面条件

| 学校编号 | 走廊类型 | 走廊-室外界面 | 是否有庭院 | 庭院面积（平方米） | 研究的楼层 |
|---------|---------|-----------|----------|-------|
| S1 | 单侧负荷 | 封闭式（内部） | 否 | 0 | 地面一层及以下 |
| S2 | 单侧负荷/集群式/封闭式 | 面向操场/庭院/半开放式 | 是 | 180, 178 | 地面一层及以下 |
| S3 | 封闭式 | 面向庭院 | 是 | 115, 115 | 地面一层及以下 |
| S4 | 单侧负荷 | 封闭式（内部） | 否 | 0 | 地面一层及以下 |
| S5 | 集群式/封闭式/单侧负荷 | 半开放式边缘/面向庭院（活动区）/半开放式（面向住宅区） | 是 | 420 | 地面一层及以下 |
| S6 | 单侧负荷/封闭式 | 面向操场/庭院 | 是 | 0 | 133 | 地面一层及以下 |
| S7 | 单侧负荷 | 封闭式（内部） | 否 | 0 | 地面一层及以下 |
| S8 | 封闭式 | 面向庭院 | 是 | 450 | 地面一层及以下 |
| S9 | 单侧负荷 | 封闭式（内部） | 否 | 0 | 地面一层及以下 |
| S10 | 封闭式 | 面向庭院 | 是 | 100 | 地面一层及以下 |
| S11 | 封闭式 | 面向庭院 | 是 | 176 | 地面一层及以下 |
| S12 | 单侧负荷 | 面向操场 | 否 | 0 | 72 | 地面一层及以下 |
| S13 | 单侧负荷/封闭式 | 面向街道/庭院 | 是 | 0 | 72 | 地面一层及以下 |
| S14 | 单侧负荷 | 封闭式（内部） | 否 | 0 | 72 | 地面一层及以下 |
| S15 | 封闭式 | 面向庭院（活动区） | 是 | 712 | 地面一层及以下 |
| S16 | 封闭式 | 面向庭院 | 是 | 400 | 地面一层及以下 |
| S17 | 单侧负荷 | 封闭式（内部） | 否 | 0 | 72 | 地面一层及以下 |
| S18 | 封闭式 | 面向庭院 | 是 | 357 | 地面一层及以下 |

走廊类型分为四类：单侧负荷、双侧负荷、集群式和封闭式。图2展示了这些类型的代表性例子及其实际场景。楼层被记录为地面一层、第一层、第二层和第三层，以反映不同的流通强度和空间层次结构。几何参数包括走廊宽度和走廊高度，这些数据都在现场测量得到。所有研究学校的教室和走廊都没有进行任何声学处理。面向走廊的教室墙壁上是否有开口（不包括门）被记录为一个二进制变量，用来反映通风口、百叶窗或永久性开启窗户等开口的影响。庭院的布局通过一个表示是否存在庭院的二进制指标和一个表示庭院面积的连续变量来记录，这些数据也是在现场测量的。图3使用简化平面图和照片展示了典型的庭院布局，以说明它们在真实学校建筑中的表现。所有变量都被统一编码，以便在不同学校之间进行直接比较，并支持后续的统计和分析建模。

图2. 调查学校的代表性平面图：(a) 单侧负荷布局，(b) 封闭式布局，(c) 双侧负荷布局；以及走廊配置图：(e) 单侧负荷，(f) 封闭式布局，(g) 双侧负荷布局。

图3. 调查学校中观察到的典型庭院布局。平面图(a)和(b)显示了不同的庭院比例和其中的教室布局。(c) 用作活动区域的庭院，(d) 封闭式庭院，(e) 不同封闭比例和程度的庭院。

2.2. 噪音测量协议和教室-走廊噪音差异（ΔLAeq）的定义
噪音测量在正常上课时间进行，以捕捉教学和走动活动期间的代表性声学条件。对于每次测量，使用校准的Class I双通道手持式声级计和分析仪（Brüel & Kj?r Type 2270-S）同时测量教室及其相邻走廊的A加权等效连续声压级（LAeq），该仪器满足IEC 61672-1:2013标准中的频率加权、线性度（±0.8 dB）、时间加权性能和环境稳定性要求。每次测量前后的现场校准使用符合IEC 60942标准的声学校准器进行，校准偏差在±0.3 dB以内。考虑到IEC 1级容差、校准偏差和环境因素，测量不确定度（扩展后）估计为±1.5 dB(A)（约95%的覆盖范围）。声级计放置在距离地面约1.2-1.5米的高度，远离反射表面，并位于走廊的中心线。教室噪音测量在靠近面向走廊的门处的代表性学生座位位置进行。选择这个位置是为了 conservative 估计走廊传递到教室的噪音，并确保对建筑传输路径的敏感性。同时测量和计算ΔLAeq可以比较走廊与教室之间的噪音传播情况。室外声学环境受到庭院、操场和相邻建筑空间的影响，具体暴露程度因走廊布局而异。在单侧负荷和封闭式走廊中，测量到的噪音水平可能包含环境因素的影响。同时测量至关重要，以确保学生活动的时间内变化不会影响走廊与教室之间噪音水平的评估。每对测量数据都在相等的平均间隔（约5分钟）内记录，选择这些间隔是为了平衡时间代表性和实际操作的可行性。所有教室-走廊对的测量都遵循相同的协议，以确保结果的可比性。

为了可靠地评估走廊与教室之间的噪音水平差异，引入了一个差异指标——教室-走廊噪音差异（ΔLAeq）：
ΔLAeq = LAeq,教室 ? LAeq,走廊
这个差异指标表示在有人占据的情况下，从走廊传递到教室的净噪音量。ΔLAeq的正值表示走廊噪音在教室内的衰减有限或有所增强，而负值表示有效衰减。使用这种差异指标可以减少学校特定背景条件、外部噪音源和短期行为变化的影响，从而专注于研究建筑介导的噪音传递机制，而不仅仅是绝对噪音水平。除了成对的走廊-教室测量数据外，还编制了一个包含每所学校内走廊和教室平均LAeq值的补充数据集。这个聚合数据集用于描述不同垂直层的典型噪音情况，并验证主要数据集中观察到的趋势的稳健性。虽然平均值没有直接用于预测模型，但它们作为独立手段，用于验证观察到的楼层效应，确保结果不是由个别测量实例驱动的。

2.3. 统计分析和预测模型开发
统计分析使用Microsoft Excel和XLSTAT [33]进行。首先计算描述性统计量，以描述ΔLAeq值的总体分布。使用Shapiro-Wilk检验评估正态性，从而决定使用参数化还是非参数化推断方法。对于走廊类型和楼层等分类变量之间的差异，当满足正态性和方差同质性的假设时使用单因素方差分析（ANOVA），否则使用Kruskal-Wallis检验。尽管考虑了参数化检验，但由于ΔLAeq分布非正态，所有报告的推断结果都是基于非参数化方法的。进行了适当的事后比较，以识别统计上显著的组间差异。使用Welch的t检验来检验走廊面向墙壁上是否有开口等二元效应，以处理方差不等的问题。相关性分析用于探索ΔLAeq与连续建筑变量之间的关系，而主成分分析（PCA）用于检查多变量结构并确定噪音传递变化的主要因素。为了在设计阶段估计走廊引起的噪音传递，提出了一个称为CNTI（教室噪音传递指数）的预测指标，作为观察到的ΔLAeq的表示。CNTI根据重要的建筑参数定义了预期的噪音传递，允许评估超出测量数据集的各种空间配置。采用多元线性回归框架将CNTI与走廊几何形状、楼层、庭院布局、开口和走廊类型相关联。模型表示为：
CNTI = β0 + β1W + β2H + β3F + β4AC + β5O + β6TDL + β7TCL + β8TCR + ε
其中W和H分别表示走廊宽度和高度；F表示楼层；Ac表示走廊面向墙壁上是否有开口；TDL、TCL和TCR分别代表双侧负荷、集群式和封闭式走廊类型，单侧负荷走廊作为参考类别。误差项ε用于解释与操作条件和 occupant 行为相关的未解释变异。使用由4个互斥配置组成的多类别分类变量来建模走廊类型。因此，使用虚拟变量编码，将单侧负荷走廊作为参考类别。这种方法通过将走廊类型与基线类别进行比较来避免回归框架中的多重共线性。为了确保通用性和避免乐观偏差，采用了学校级别的分组交叉验证，使得同一学校的测量数据不会同时出现在训练集和验证集中。使用均方根误差（RMSE）、平均绝对误差（MAE）、预测决定系数（R2）和偏差来评估模型性能。除了绝对误差指标外，还使用NRMSE（标准化误差指标，相对于ΔLAeq的观测范围）来进行模型性能的独立评估。

3. 结果
本节展示了从成对的走廊-教室噪音测量中获得的实证结果，旨在量化走廊引起的噪音传递的幅度和变化性，并确定影响这种行为的建筑因素。结果首先建立了基本的走廊-教室噪音关系，然后分析了教室-走廊噪音差异（ΔLAeq）的分布特性，最后探讨了各个建筑参数的影响。在节的最后部分检查了多变量结构，以指导后续的模型开发。

3.1. 走廊和教室的噪音特性
首先检查了走廊和相邻教室中测量的A加权等效声压级（LAeq），以确定典型噪音幅度、变化性和有人在场景下的分布特性。这种描述性比较为理解走廊和教室的相对噪音环境提供了参考，然后分析它们的耦合和传递行为。图4比较了所有成对观测中（n = 341）走廊和教室测量的LAeq分布。走廊噪音水平的中位数较高，范围较广，表明随着学生在走动空间中的移动和社会活动，以及来自相邻教室的噪音传递，噪音变化性和峰值暴露程度更高。教室的LAeq值显示出较低的中心趋势和较小的扩散范围，表明走廊产生的噪音有所衰减。在最近的研究中，也报告了教室环境中的类似变异性，其中室内噪声水平受到活动模式和空间配置的强烈影响[11]。3.3. 走廊类型和几何形状的影响 走廊类型对教室声学条件的影响通过绝对教室噪声水平和教室与走廊之间的噪声差（ΔLAeq）来考察，以区分整体暴露和由建筑介导的噪声传输。图6显示了不同走廊类型下教室LAeq的分布情况，与双负荷走廊相邻的教室显示出比单负荷和封闭式配置更高的中位数噪声水平，而群集式走廊则表现出中间的行为。虽然分布模式表明走廊类型之间存在差异，但这些观察结果得到了统计分析的支持。Kruskal-Wallis检验确定了走廊类型对ΔLAeq的显著影响（H(3) = 186.88, p < 0.001），随后的Dunn检验也识别出了显著的成对差异。这证实了观察到的差异不是由于随机分散，而是反映了走廊类型之间的系统差异。因此，使用ΔLAeq量化了走廊引起的噪声传输。如图7所示，并在表3中总结，双负荷走廊在所有类型中始终显示出最负的ΔLAeq值。这表明与双负荷走廊相邻的教室显示出最低的ΔLAeq值，对应于走廊和教室噪声之间的差异减小。下载：下载高分辨率图像（103KB）下载：下载全尺寸图像 图6. 不同走廊类型下教室LAeq的分布。下载：下载高分辨率图像（117KB）下载：下载全尺寸图像 图7. 不同走廊类型下教室与走廊之间的噪声差（ΔLAeq）的分布。表3. 按走廊类型划分的ΔLAeq。走廊类型 平均值（dBA） 中位数（dBA） IQR（dBA） 双负荷 5.2 5.4 4.9 群集式 2.6 2.8 5.3 封闭式 0.1 0.2 4.5 单负荷 -0.4 -0.6 4.1 单负荷走廊的ΔLAeq值通常接近零或为负值。群集式和封闭式走廊表现出中间的行为，其ΔLAeq值介于单负荷和双负荷配置之间。鉴于ΔLAeq的分布（非正态），进行了Kruskal-Wallis检验来估计不同走廊类型之间的变化。该检验显示走廊类型对ΔLAeq有显著影响（H(3) = 186.88, p < 0.001）。通过Bonferroni校正的post-hoc Dunn检验进一步确认，双负荷走廊的ΔLAeq显著低于单负荷、群集式和封闭式走廊（p < 0.001）。群集式和封闭式走廊之间的差异在统计上不显著，表明它们的噪声传输行为相似。观察到的类型依赖性变化可以用基本走廊声学来解释。双负荷走廊表明有多个传输路径和平行的反射边界，这与有效的纵向声音传播和增加的声学耦合一致[12,34]。而封闭式走廊虽然空间上是分离的，但存在部分屏蔽和几何不对称性，可能会干扰声音传播并减少走廊到教室的噪声传输[13]。这些发现表明，走廊类型与走廊-教室噪声差异的量化变化有关，这种变化可达数分贝，与走廊的绝对噪声水平无关。结果清楚地表明，走廊布局/配置/形式是影响学校空间/建筑物内部噪声传输的主要控制参数，并强调了循环设计在实现可接受的学校教室声学条件中的重要性。走廊几何因素/参数，包括走廊高度和宽度，对ΔLAeq有次要但稳定的影响。Spearman等级相关分析显示ΔLAeq与走廊宽度和高度之间存在弱到中等的负相关（p < 0.05），表明更长更宽的走廊往往与更大的主导性相关。这些效应的幅度低于与走廊地板高度、类型或开口相关的效应，通常在1-2 dBA的范围内。走廊几何的影响可以归因于较大尺寸走廊的表面吸收减少和混响体积增加，这有利于声音在循环空间中的传播。虽然走廊高度和宽度本身并不决定噪声传输行为，但它们的累积效应在与不利开口或类型结合时可能会加剧走廊引起的声音传输。这些结果表明，走廊几何是内部噪声传输的一个促成因素，而不是主要因素，强调了几何设计考虑在与走廊细节和布局结合时的重要性。3.4. 开口对面向走廊的教室墙壁的影响 走廊面向教室墙壁上的开口与走廊到教室的噪声传输显著增加有关。有开口的教室显示出略高的ΔLAeq值，表明走廊和教室之间的音量差异减小。如表4所总结的，有开口的教室的中位数ΔLAeq为3.67 dBA，而无开口的教室为3.12 dBA。尽管两组的数据范围较广，但有开口的教室的ΔLAeq分布更偏向较高值，反映了走廊和教室声场之间的相互作用增加。因为ΔLAeq分布偏离正态性，所以使用Mann–Whitney U检验来评估两组之间的差异。该检验确认开口对ΔLAeq有显著影响（p < 0.001），相当于有开口的教室的走廊到教室的噪声传输增加了2-3 dBA。这种行为与建筑声学的既定原则一致，即开口作为声学术上较弱的元素，由于其较低的传输损失，可以主导空气中的声音传输路径[16]。在自然通风的教室和立面研究中也报告了与开放或部分开放元素相关的室内噪声暴露增加[22]。结果指出，面向走廊的教室墙壁上的开口是内部噪声传输的关键和重要因素，强调了在平衡通风需求和学校建筑声学性能的同时，需要进行声学考虑的细节设计，例如间接气流路径或处理过的通风器。表4. 开口对教室-走廊噪声差（ΔLAeq）的影响。面向走廊的教室墙壁上的开口 中位数ΔLAeq（dBA） IQR（dBA） 存在（0） 4 4 3.67 6.98 不存在（1） 6 7 3.12 8.14 3.5。楼层对ΔLAeq有显著影响。如下图8所示，底层（GF）教室显示出最低的ΔLAeq，表明较低的楼层（LFs）的走廊噪声水平显著超过教室水平。一楼（FF）教室显示出中间的ΔLAeq，而较高楼层的教室大多显示出接近‘0’的ΔLAeq，表明随着高度的增加，走廊到教室的噪声传输减少。由于ΔLAeq分布偏离正态性，使用Kruskal-Wallis检验计算了楼层间的差异，该检验确认楼层对ΔLAeq有显著影响（p < 0.001）。下载：下载高分辨率图像（76KB）下载：下载全尺寸图像 图8. 按楼层划分的ΔLAeq分布。后续比较表明，底层房间与一楼和上层教室之间存在显著差异，而一楼和上层房间之间的差异相对较小。这种垂直的噪声传输梯度与在学校建筑中的早期观察结果一致，底层房间经历了走廊和共享设施之间的更大相互作用、更高的循环密度和更强的声学耦合[7,8]。在多层教育和住宅建筑的研究中也报告了类似的楼层依赖性噪声模式，强调了循环行为和空间层次结构对内部噪声传播的综合影响[13,22]。3.6. 庭院的影响 观察到庭院的布局/配置对ΔLAeq有影响。位于带有庭院的建筑中的教室显示出与无庭院布局相比，ΔLAeq始终更接近‘0’，表明走廊到教室的噪声传输较低。Mann-Whitney U检验确定庭院的存在与ΔLAeq的显著增加相关（p < 0.01），表明相对于无庭院布局，庭院的存在导致ΔLAeq显著增加。为了进一步研究这一效应，使用Spearman等级相关分析了庭院面积与ΔLAeq之间的关系。观察到显著的正相关（ρ > 0, p < 0.01），表明较大的庭院与较低的走廊到教室的噪声传输相关。这种关系显示出随着庭院面积的增加，ΔLAeq的变化逐渐减小。这些发现表明，庭院主要作为空间缓冲器，将循环空间与教室分离，而不是作为纯粹的吸收元素。这一推断与早期研究一致，这些研究报告了基于庭院的学校配置/布局在温暖气候下的声学舒适性增强，以及庭院在教育建筑中作为声学隔板的使用[23,25]。3.7. 统计关系（相关性分析和ΔLAeq的多变量结构） 所有学校（n = 341对观测值）中同时测量的LAeq之间的相关性在图9中显示。图9. 教室和走廊LAeq之间的关系。教室和走廊LAeq之间存在强烈的正相关，表明较高的走廊噪声水平通常伴随着较高的教室噪声水平。然而，这种关系被解释为两个空间之间的声学耦合，而不是直接的原因和结果关系。然而，在回归线周围注意到相当大的散布，即使在相似的走廊噪声条件下，教室LAeq也相差高达8-10 dBA。这种分散表明，仅凭走廊噪声水平不足以描述教室的暴露情况，建筑配置在噪声传输中起着重要作用。对测量结果进行线性回归拟合得到，(3)LAeq,教室=α+βLAeq,走廊，其中β > 0，表明在整个数据集中走廊和教室噪声水平之间存在正相关。为了研究建筑参数对教室-走廊噪声差的综合影响，使用ΔLAeq以及关键的空间和建筑描述符进行了主成分分析（PCA）。PCA变量因子图如图10所示，前两个主成分占总方差的53.41%。F1（第一个主成分）的33.59%表明了一个主要的噪声传输梯度，将具有强/显著走廊主导性的建筑配置与能够有效衰减噪声的配置分开。ΔLAeq沿F1有强烈的正载荷，加上庭院的存在和面积，表明基于庭院的配置与减少的走廊到教室的声学传输相关。相比之下，走廊LAeq、面向走廊的房间墙壁上的开口以及走廊宽度的载荷则显示出相反的方向，表明它们与增加的走廊引起的声音传输相关。第二个主成分F2（19.82%）捕捉了体积和垂直影响，楼层高度和走廊高度显示出强烈的正载荷（≥ 0.6），表明它们对这一成分有主导贡献。这表明较高楼层和增加的走廊高度系统地改变了噪声传输行为，与楼层响应和走廊几何的次要作用一致。总体而言，PCA展示了一个连贯的多变量模式，其中走廊类型、开口、楼层高度和庭院配置共同影响教室-走廊噪声差。PCA效应与单变量统计结果的吻合支持了走廊引起的声音传输与建筑配置的强相关性，而不是仅由走廊声音强度驱动。这些发现支持ΔLAeq作为内部噪声传输的综合描述符的合理性，并证明了其在下一节提出的预测模型中作为响应变量的适用性。下载：下载高分辨率图像（411KB）下载：下载全尺寸图像 图10. PCA变量因子图，描绘了ΔLAeq与建筑参数之间的多变量关系。3.8. 公式化和验证 - 预测模型 虽然ΔLAeq提供了运行条件下声音传输的直接经验测量，但它本质上是描述性的，不能预先应用于学校建筑的规划或设计阶段。为了解决这一不足，本研究引入了CNTI作为预测描述符，将走廊引起的声音传输与可量化的空间属性联系起来。CNTI不是重新定义ΔLAeq，而是基于模型的概括，能够根据走廊类型、垂直位置、几何形状和庭院配置计算预期的声音传输。通过将声音传输表示为建筑因素/参数的函数，而不是瞬时噪声水平，CNTI有助于比较估计不同的配置/布局策略，并在早期设计阶段辅助决策。这种区别允许经验ΔLAeq作为开发模型的响应变量，而CNTI代表超出测量数据集的相应预测结果/输出。3.8.1. 模型公式化 将CNTI作为响应变量，建筑描述符作为预测变量，采用了多元线性回归框架。最终模型包括走廊几何（高度和宽度）、庭院面积、楼层高度、面向走廊的教室墙壁上的开口存在以及走廊类型。走廊类型被视为分类变量，并使用虚拟变量表示群集式、双负荷和封闭式走廊，单负荷走廊作为参考类别。这种编码避免了给走廊配置强加人为的顺序性，并允许直接解释类型特定的效应。所得模型如方程2所示。表5显示了估计的回归系数、标准误差及其相应的显著性水平。该模型的调整后R2（决定系数）为0.64，表明CNTI的变化有相当大一部分可以由可测量的建筑因素来解释。走廊类型和高度是主要的影响因素，而庭院面积则在统计上显示出显著的缓冲效果。其他变量虽然贡献较小，但在物理上是可以解释的。为了检验模型的稳健性，采用了向后消除法。然而，这些变量是根据它们的物理相关性和与单变量统计分析的一致性而被保留的。走廊类型通过虚拟变量来表示，以单 Load 类型的走廊作为参考类别，从而适当地模拟分类效应，而不会强加人为的排序。

表5. CNTI预测模型的回归系数。
| 预测变量 | 计数系数 (β) | 标准误差 | t-Stat | p-value |
|------------------|-------------|-----------|------------|------------|
| 截距 | 11.627 | 4.1854 | 36.2707 | <0.001 |
| 走廊宽度 (m) | 0.843 | 0.3644 | 2.3140 | 0.0213 |
| 走廊高度 (m) | -2.3729 | 0.5141 | -4.6156 | <0.001 |
| 楼层高度 | -0.3262 | 0.1958 | -1.6662 | 0.0966 |
| 庭院面积 (m2) | 0.0025 | 0.0004 | 6.4147 | <0.001 |
| 对面教室的开口 | -0.1298 | 0.3171 | -0.4094 | 0.6825 |
| 双 Load 走廊 | -9.3146 | 0.4865 | -19.1449 | <0.001 |
| 集群式走廊 | -4.8387 | 0.7416 | -6.5250 | <0.001 |

3.8.2 使用留一法（LOSO-CV）计算模型的泛化能力和稳健性。在此过程中，在模型调整/校准期间排除了某所学校的所有观测数据，然后使用其余学校的数据进行模型训练。这个过程对所有19所学校重复进行，确保估计值是在空间独立的数据集上一致评估的。预测正确性通过为每个被排除的学校计算的RMSE（均方根误差）来量化。汇总的全球LOSO RMSE估计值为2.45 dBA，这是各学校RMSE值的平均值。这种预测误差处于教室环境的感知可接受范围内，考虑到与人员流动模式和学生活动相关的特征变化是合理的。NRMSE为0.15，提供了对模型性能的补充性评估。

3.8.3 模型的性能与可解释性
解释力（调整后R2 = 0.64）与交叉验证预测准确性（LOSO RMSE = 2.45 dBA）之间的一致性表明，该模型捕捉到了影响走廊到教室声音传递的主要建筑机制，而不是过度拟合学校特定的特征。走廊类型的强烈影响加强了通道路径和流动布局的作用，而庭院面积的重要性突显了在学校建筑物内部的空间缓冲效应。从设计和工程的角度来看，所提出的CNTI模型为早期设计和改造评估阶段提供了可解释且透明的框架，用于预测走廊引起的声音传递。通过直接以分贝（dB）表示结果，该模型允许在基于性能的声学设计方法中比较不同的流动布局和建筑方法。

4. 讨论
4.1 走廊引起的教室噪声 - 基于建筑的
与第3.1节中呈现的结果一致，研究结果表明，走廊引起的声音传递主要与建筑布局/配置有关，而不仅仅是走廊噪声水平本身。尽管走廊的LAeq与教室的LAeq相关，但观察到在相似走廊条件下的显著差异证实了接口条件、空间布局和流动设计在声音传输中的重要作用。最近对自然通风学校的调查也报告了类似的行为，其中内部活动主导了室内声学条件[3,10,11,35]。最近在教室（自然通风）中的实地调查进一步验证了占用声学条件受到背景噪声和环境因素的强烈影响，这强调了评估真实世界学习环境的重要性[9]。通过将声音传递表示为ΔLAeq并将其形式化为CNTI进行预测，当前框架将建筑介导的影响与声源级别的变化性和外部背景噪声分隔开来。观察到的传递范围超出了与语音可懂度相关的感知阈值，强调了流动规划作为主要且显著的声学设计变量。观察到的噪声传递模式表明，在双 Load 走廊中，走廊可以作为一个共享的声学体积，而不是一个中性的流动空间，这可能导致横向和垂直的噪声传播。这种空间配置增加了教室间的噪声干扰，突出了需要在门和其他墙体开口、走廊表面处理以及天花板系统等方面采取建筑控制措施，以减轻走廊介导的噪声传递。

4.2 走廊类型和噪声传递机制
此外，根据第3.2-3.3节中的结果，走廊类型被确定为走廊到教室噪声传递的主要影响因素。与其它类型相比，双 Load 走廊显示出较低的ΔLAeq值，表明走廊的主导作用更强，与相邻教室的声学耦合更高。这种响应模式与之前的数值和实验研究结果一致，这些研究表明平行的走廊几何形状促进了纵向噪声传播和混响能量的积累[[36], [37], [38]]。相比之下，单 Load 走廊显示出相对较高的ΔLAeq值，表明由于开放配置中的声音耗散增加，走廊的主导作用减弱。这些配置引入了几何不对称性、部分屏蔽和空间分离，这与较低的波导效应和较少的直接传输路径一致。虽然之前的研究仅定性地报告了这些优势，但本研究以分贝（dB）的形式对其进行了量化，允许与感知和法规基准进行直接比较。与第3.4节中的发现一致，朝向走廊的墙面上有开口会导致噪声传递的统计上显著增加。即使是较小的开口也会降低有效的噪声隔离效果，并且在有人占用条件下会显著影响空气传播。这一观察结果与最近关于内部和立面开口的研究结果一致，这些研究指出噪声惩罚可达几dB[39,40]。对于自然通风的学校来说，这突显了声学响应和环境控制之间的关键设计权衡，强调了需要综合的声学-通风政策/方法[28,41,42]。与第3.5节中的结果一致，楼层高度也对走廊到教室的噪声传递有系统性的影响。随着楼层高度的增加，噪声传递量系统性地减少，其中地面楼层的教室显示出最高的ΔLAeq。这种形式与更高的流动密度、靠近共享设施和入口以及在较低楼层更强的走廊-教室互动一致。在多层建筑中进行的测量显示了类似的结果，上层建筑的建造引起的噪声较低（约10 dBA），与底层相比[43]。这些结果表明地面楼层的学习空间对走廊引起的噪声更加敏感。

4.3 庭院作为空间缓冲器
在有庭院的学校中，庭院的存在与较低的走廊到教室的噪声传递相关。庭院不是作为吸音元素，而是作为空间缓冲器，增加了教室和流动空间之间的分离，降低了直接的声学连接/耦合。在温暖地区/气候下的基于庭院的教育建筑研究中也有类似的缓冲效果记录[13,23]。根据庭院面积观察到的减弱关系为优化庭院大小提供了可测量的基础，超越了定性的建筑指导。尽管本研究中没有明确计算植被的影响，但在一些学校建筑中观察到朝向走廊的植被庭院，这可能有助于部分减弱和局部扩散庭院声音。这一方面为未来的研究提供了重点调查的方向。

4.4 参数的多重主导性
多变量分析表明，走廊类型、开口、楼层高度和庭院特征共同对声音传递行为有主导影响，而仅走廊声音水平只能解释部分观察到的变化。这证实了走廊引起的教室声音主要是由建筑因素介导的，与最近的基于实地的声学研究结果一致[3]。总体而言，结果揭示了空间影响的明确层次结构，其中走廊形态对室内声音传递有最强的影响，庭院几何形状作为次要修饰因素，而开口则介导了这些空间之间的连接。PCA证实了走廊介导的教室噪声传递不仅是声学现象，也是流动几何形状、空间规划和建筑通透性共同作用的结果。

4.5 CNTI模型的性能和稳健性
基于第3.8节中提出的模型结果，CNTI预测模型通过留一法（LOSO-CV）交叉验证得到的RMSE为2.45 dBA，表明对于未观察到的学校建筑具有稳定的预测行为。在以随机行为为特征的职业教育环境中，预测误差在±1-3 dBA范围内是常见的，并被认为适用于设计阶段的应用[44,45]。解释力（调整后R2 = 0.64）与交叉验证准确性之间的一致性证实了模型捕捉到了主要建筑机制，而不是过度拟合特定建筑的条件。CNTI的目的不是进行即时噪声预测，而是用于比较评估与建筑决策相关的噪声惩罚或益处。在这个范围内，所达到的准确性足以在设计阶段区分不同的走廊配置，并识别声学上脆弱的布局。

4.6 最新的室内噪声预测模型主要解决了从外部到内部的传输、立面性能或在受控声源条件下的房间声学问题[[44], [45], [46]]。虽然这些预测模型对外壳设计有效，但它们并未捕捉到实际建筑使用期间产生的内部流动噪声。相反，教室声学评估框架将多个因素/参数整合到综合指数中，允许进行评估，但无法估计特定于建筑的声学传递[3]。一些学校噪声评估报告在内部活动期间的讲座中教室的LAeq较高[7,8]。本研究通过计算空间属性和流动布局在占用情况下在声音传递中的调解作用，扩展了这一理解。CNTI提供了一个基于分贝（dB）的、由建筑驱动的预测模型，用于描述在占用情况下的内部声音传递，同时保持了物理可解释性，并允许在设计阶段进行比较。因此，它通过填补描述性噪声调查和基于合规性的声学标准之间的差距，补充了现有模型。最近的研究还强调了需要简化的声学指标，这些指标以设计为导向，支持在早期阶段进行建筑决策[35,47]。结果表明，空间和流动规划是重要的声学设计考虑因素。涉及单 Load 或封闭式走廊的配置、朝向走廊的教室墙面上有限的开口以及庭院的存在与噪声传递的感知上有意义的差异相关。与所有基于实地的研究一致，行为变异性引入了不确定性。然而，多学校数据集和分组交叉验证减少了过拟合并支持了模型的泛化能力。未来的工作可以整合时间分辨的活动指标或感知结果，如语音可懂度和不适感。

5. 结论
本研究量化了在实际运行条件下走廊到教室的噪声传递，并表明这种传递主要与建筑配置相关，而不仅仅是走廊声音水平本身。使用在19所学校建筑中收集的341组走廊-教室测量数据，分析显示流动布局、接口条件和空间组织可以修改走廊引起的教室噪声超过15 dBA，这是一个感知上显著的范围。在研究的建筑参数中，走廊类型是控制走廊到教室声音传递的主要因素。双 Load 走廊显示出最强的声学耦合，而单 Load 和封闭式布局/配置显示出较低的传递。楼层高度也产生了系统性的影响，地面楼层的教室表现出更高的声音传递，这与较低的流动密度和空间互动强度一致。朝向走廊的教室墙面上有开口与噪声传递的增加相关，表明这些元素是重要的内部传输路径，特别是在自然通风的学校中。另一方面，基于庭院的学校配置与较低的噪声传递相关，作为空间缓冲器，当庭院面积超过一定阈值时，声学效益降低。为了帮助设计阶段的预测，走廊-教室噪声差异被形式化为教室噪声传递指数（CNTI）。回归模型通过交叉验证（留一法）得到的RMSE为2.45 dBA，表明在各种学校布局中都有稳定的响应。所提出的CNTI框架通过以dB为单位量化噪声传递，具体针对建筑特征，保持了物理可解释性，并允许与法规指南和限制进行直接比较。本研究的结果突显了流动规划对声学设计的重要性。走廊布局、开口、垂直分区和庭院配置的早期选择可以在教室声学条件上产生感知上有意义的改善，减少了对补救性声学干预的依赖。虽然这项工作受到在校建筑中占据情况变化的限制，但多学校数据集和分组交叉验证支持了结论的稳健性和泛化能力。总体而言，本文提供了定量和基于建筑的结果，为预测和解决走廊引起的教室噪声提供了支持，为教育建筑中的基于证据的设计和改造决策提供了依据。尽管这项工作提供了关于走廊引起的噪声传递的见解，但仍存在一些局限性。测量是在有人占用条件下进行的，其中占据和活动的变化可能会带来不确定性，限制了确定性声学机制的隔离。此外，CNTI模型是为特定建筑和气候条件下的自然通风学校提出的。其适用性可能需要对其他建筑系统进行进一步验证。该研究还可以纳入基于时间的活动模式、基于年龄的行为特征，并提供关于语音可懂度和不适感的见解。未来的研究可能会整合活动模式（时间分辨）和行为因素，以提高预测的准确性。通过引入房间声学和感知指标（如C50、RT、D50、不适感和语音可懂度），可以对学习环境进行更全面的评估。在不同的建筑类型和气候条件下进行验证，并将CNTI与基于模拟的方法或混合方法相结合，可能会进一步增强其在设计阶段评估中的应用价值。

**CRediT作者贡献声明：**
- Sunita M Doddamani：撰写原始稿件、数据可视化、验证、资源整理、方法论研究、数据分析、概念化设计。
- Bhavna Shrivastava：撰写修改稿件、指导工作、方法论研究、概念化设计。
- Nand Kumar：撰写修改稿件、指导工作、概念化设计。