淺談校園階梯教室的音響擴(kuò)聲設(shè)計(jì)

李嵐俊 朱正飛

摘? 要 通過多種工程思路設(shè)計(jì)音響擴(kuò)聲系統(tǒng)，解決階梯教室音頻存在的問題，最大限度消除噪聲和回聲，保證大學(xué)校園階梯教室良好的聲場效果，保障階梯教室的教學(xué)效果，發(fā)揮階梯教室強(qiáng)大的教學(xué)功能。

關(guān)鍵詞 階梯教室;音響擴(kuò)聲;聲場效果;擴(kuò)聲設(shè)備

中圖分類號：G647? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）04-0034-02

Abstract The sound reinforcement system is designed by enginee-ring various ideas to solve the problems of audio in the classroom， to eliminate noise and echo to the greatest extent， to ensure the sound field effect of the university campus ladder classroom， to ensure the teaching effect of the lecture classroom， and to play the powerful classroom teaching function.

Key words ladder classroom; acoustic sound reinforcement; sound field effect; sound reinforcement

1 引言

階梯教室是校園教學(xué)過程中的一個重要組成部分，它的面積大、階梯狀逐漸升高和容納人數(shù)多的特點(diǎn)，使之在教學(xué)過程中扮演著越來越重要的角色，成為學(xué)生重要的伙伴，為教師傳播真理提供了舞臺，成為大學(xué)校園的一道風(fēng)景線，是大學(xué)開放胸懷、自由的學(xué)術(shù)氛圍的象征。作為一個如此重要的教育平臺，音響擴(kuò)聲設(shè)計(jì)的好壞會直接影響教室的教學(xué)效果。一些教室回聲、噪聲嚴(yán)重，嚴(yán)重削弱了教師授課的效果，影響了學(xué)生與教師的互動，使階梯教室的使用效果大打折扣，浪費(fèi)了如此重要的教學(xué)資源。

在設(shè)計(jì)校園階梯教室的音響擴(kuò)聲系統(tǒng)時，要把握住關(guān)鍵的三點(diǎn)要求：

1）能夠消除回聲，實(shí)現(xiàn)“0回聲”;

2）能夠保證教室內(nèi)的層次清晰度;

3）能夠統(tǒng)一管理，“一鍵”控制各類電源。

要實(shí)現(xiàn)這三點(diǎn)要求，關(guān)鍵點(diǎn)在于充分融入工程設(shè)計(jì)理念，將工程為高等教育服務(wù)，以依據(jù)有限的預(yù)算實(shí)現(xiàn)優(yōu)越的現(xiàn)場效果為原則，結(jié)合計(jì)算機(jī)科技、物理、化學(xué)等多種工程學(xué)科實(shí)現(xiàn)途徑來解決噪聲、回聲等問題，保證良好的聲場效果，實(shí)現(xiàn)為教師教學(xué)服務(wù)的宗旨。

2 如何解決回聲問題

面對如此“空曠”的教室，首先需要面對的就是回聲問題。階梯教室比較突出的一個特點(diǎn)就是層高比較高，加上房間的長度和寬度，房間的立體空間是很大的，這就導(dǎo)致聲音在傳播過程中很容易產(chǎn)生回聲問題。如何解決回聲問題，成為首先需要做的。

解決回聲最便捷實(shí)惠的方法是在教室的四周添加吸音棉。吸音棉是一種人造無機(jī)纖維，以一些天然礦石如石英砂和石灰石為主要原料，在融化狀態(tài)下加入一些化學(xué)原料，然后吹成細(xì)絮狀物。采用吸音棉可以消除部分回聲，但是仍會受到大部分回聲的困擾;接著可以通過數(shù)字音頻處理器來進(jìn)一步解決問題。數(shù)字音頻處理器擁有基于DSP平臺的回聲消除技術(shù)，接下來說一說它的回聲消除工作原理。

數(shù)字音頻處理器的回聲消除算法原理如圖1所示?；芈曄K使用自適應(yīng)濾波器來識別未知回聲信道，并基于揚(yáng)聲器產(chǎn)生的信號與多徑回波之間的相關(guān)性來關(guān)聯(lián)參數(shù);建立遠(yuǎn)端到對端信號模型，將回聲路徑進(jìn)行模擬，并通過自適應(yīng)算法調(diào)整對真實(shí)回聲路徑的影響響應(yīng);然后從估計(jì)值中減去由麥克風(fēng)接收的信號值，從而實(shí)現(xiàn)回聲消除。自適應(yīng)濾波器是以輸入和輸出信號的統(tǒng)計(jì)特性來估計(jì)，并且濾波器系數(shù)通過特定算法自動調(diào)整，是一種實(shí)現(xiàn)最佳濾波特性的算法或裝置[1]。

遠(yuǎn)端輸入的數(shù)據(jù)經(jīng)過自適應(yīng)濾波器后就獲得近似于近端輸入的數(shù)據(jù)，同時與近端輸入進(jìn)行相減后得到誤差e。誤差e作為自適應(yīng)算法的輸入而存在，以根據(jù)處理需要將濾波器的系數(shù)更新為隨后的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理。在需要時是指遠(yuǎn)端通話近端靜音的情況。誤差e也會通過NLP（非線性處理）發(fā)送給另一方以產(chǎn)生舒適噪聲。

了解完回聲消除的原理后，關(guān)注一下目前大部分階梯教室的音頻設(shè)備使用狀況：無線話筒或者有線話筒以及電腦音頻的輸出口連接到功率放大器，然后由功率放大器輸出到掛在墻壁的音箱。所以，在設(shè)計(jì)階梯教室音頻擴(kuò)聲系統(tǒng)的時候，通過增加音頻處理器去解決部分回聲和噪音問題。改進(jìn)的音響擴(kuò)聲設(shè)備連接關(guān)系如圖2所示。

3 音響擴(kuò)聲系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的選型

在設(shè)計(jì)音響擴(kuò)聲系統(tǒng)之初，也可以在選型這個層面去解決一些噪音問題。由于學(xué)校在采購過程中過分考慮設(shè)備的性價比或是對音響擴(kuò)聲設(shè)備不熟悉，造成音箱和麥克風(fēng)在選型上出現(xiàn)問題，從而導(dǎo)致音質(zhì)效果不如意，失真度高。如何解決選型出現(xiàn)的問題呢？首先，在選擇音頻設(shè)備的時候盡量選擇國內(nèi)外知名品牌。知名品牌的產(chǎn)品在參數(shù)上雖然沒有額外的優(yōu)勢，卻能保證設(shè)備設(shè)計(jì)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和系統(tǒng)工作的可靠性。

以教室的大小為標(biāo)準(zhǔn)，要選取合適的功率、頻率響應(yīng)、阻抗、信噪比和動態(tài)范圍等指標(biāo)的產(chǎn)品。首先選型合適功率的音箱。音箱功率與房間面積的不匹配，會讓擴(kuò)聲系統(tǒng)的信噪比大幅度降低，甚至引起嘯叫，從而導(dǎo)致設(shè)備損壞。配置音箱的功率如表1所示。

當(dāng)然，在實(shí)際選型過程可以適當(dāng)?shù)卦黾庸β视嗔?，也可以按? W/m2的規(guī)格去選取合適功率的音箱。還要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，音箱選型完了還要關(guān)心安裝位置的問題，在安裝音箱的時候一定要設(shè)計(jì)好它的位置，保證每個音箱的高度、角度一致，保持聲場的均勻度，以避免聲源出現(xiàn)移位現(xiàn)象。