基于紅外線無線傳輸的大學英語四、六級聽力考試系統構建和應用

柯家海

（廣州醫科大學信息與現代教育技術中心，廣東廣州 511436）

0 引言

隨著改革開放的深入，對外交往日益廣泛，外語聽力水平如何直接關系到人們的就業、交流和生活等。全國大學英語四、六級考試（CET）是教育部考試中心主持和實施的一項大規模標準化考試。自1987年以來，大學英語四、六級考試已經實施了30 多年，并根據我國高等教育發展的方向，持續地進行改革和完善。目前考試內容涵蓋聽、說、讀、寫、譯等語言技能，聽力理解部分考核學生獲取口頭信息的能力，包括理解主旨大意、重要事實和細節、隱含意義，判斷話語的交際功能、說話人的觀點、態度等。在CET 考試中聽力考試所占比例越來越高，外語聽力學習的重要性已受到前所未有的重視。因此，如何有效提高CET聽力考試系統的方便性、實用性和易管理性，是教育信息化工作者需要面對的重要課題。

1 聽力考試系統現狀分析

大學英語四、六級聽力考試系統由于受經濟影響及相關設備功能所限，經歷了幾個階段的發展和變化，從最早的每個教室配備一臺放音機進行播放，演變到專業的語音室和有線廣播系統。隨著經濟發展和科技進步，信息技術與外語教育開始深度融合，聽說訓練系統、智能作文批改系統等信息系統不斷更新換代，已從單一的軟件向各類融合的信息系統解決方案發展［1］。目前在全國大學英語四、六級聽力考試中，各高校使用的主要有以下幾種系統：有線廣播系統、無線音頻聽力系統、無線調頻聽力系統、紅外無線聽力系統。

1.1 有線廣播系統

有線廣播系統分為模擬和數字廣播系統，采用音頻前置采集或音頻轉數字信號，通過定壓功放播放或直接數字解碼音箱直接播放出來。因喇叭安裝位置不同，在教室內會出現收聽效果不同，前后左右都會根據教室的結構產生一些差異，后排會因衰減和回聲反射導致不清晰，同時教室間有可能存在相互干擾現象，目前此類系統在少數高校中應用。

1.2 無線音頻聽力系統

無線音頻聽力系統音頻發射系統和音頻接收系統組成，利用電磁感應原理，音頻發射系統攜帶音頻信號，經過一定程度的放大后，輸出到功率發射機，發射出去后由負載線圈在教室產生磁場。在接收機端，內部的接收線圈感應到空中的電磁場后，經過感應線圈將音頻磁場信號接收、放大、轉換等一系列操作后，發出聲音。系統容易受電磁干擾，目前此類系統在部分高校中應用。

1.3 無線調頻聽力系統

無線調頻聽力系統包括調頻發射系統和調頻接收系統組成，調頻發射系統由話筒、音頻放大器、調制器、變頻器、功率放大器和發射天線組成。低頻的音頻信號經過放大后，首先進行調制后達到需要的發射頻率，經高頻功率放大后，再通過天線發射出去。接收系統是具備調頻接收功能的耳機。盡管調頻聽力系統容易受電磁波的干擾以及非法調頻廣播的同頻干擾，并且開放式的廣播形式使得考試內容易外泄，但它具有覆蓋面廣、安裝容易和維護方便等優點，因此此類系統被大部分高校采納應用。

1.4 紅外無線聽力系統

相較于傳統的無線調頻擴音設備或是其他聽力系統，紅外無線聽力系統具有諸多優點。首先，由于紅外光線不具備穿透墻壁的物理特性，所以在學校等場合大規模集群范圍內使用時，不會相互產生頻率干擾的問題。同時室內發射機不向考場外傳播聽力考試信息，也避免了音頻信號不必要的外泄。其次，紅外線信號不易受到強電設備低頻信號及考場內外移動式電子產品干擾，可以保證接收端音頻信號的足夠清晰。因此，此類系統也逐步在一些地區的高校中開始應用。

2 紅外數據通信技術的基本原理和特點

2.1 紅外數據通信技術的基本原理

光線可分為可見光和不可見光，紅外線是光譜中紅光以外的不可見光，它的波長范圍是750 nm～1 mm，頻率比微波高，比可見光低［2］。紅外線的波長比較長，衍射能力差，適合在近距離無線通信的場合，進行點對點的數據傳輸。為了確立最佳的通信效果，紅外數據通信協會（IRDA）建立了通用的紅外數據通信標準信息，即IRDA 標準。紅外數據通信系統主要包括發射系統、傳輸信道和接收系統。它的基本原理是利用特定波長的紅外線，將其作為傳遞信息的載體，即傳輸信道，在發送端將二進制信號調制為一系列的脈沖串信號，通過紅外發射管發射出去。在接收端將接收到的光脈沖轉換成電信號，經過放大、濾波等一系列處理后送給解調電路進行解調，還原為二進制數字信號，從而實現紅外線通信傳輸，屬于一種光電傳輸信息技術。

2.2 紅外數據通信技術的特點

紅外數據通信技術具有以下特點：一是通過紅外光脈沖和數據電脈沖進行轉換，從而實現數據的傳輸與接收［3］。二是點對點直線數據傳輸，屬于不可見光，保密性強。三是傳輸速度快，在傳輸的過程中，遇到障礙物會反射。四是抗干擾性強，不存在頻率干擾等問題。紅外線具有抗電磁干擾能力強，傳輸速度快等諸多優勢，能夠在不同產品之間，快速方便安全的傳輸實時信息，適合于跨平臺、低成本、點對點數據連接,尤其適合嵌入式系統［4］。據不完全統計，紅外數據通信技術已被廣泛應用在移動計算和移動通訊的設備中，在全球范圍內超過億萬件包括電子產品、工業設備等得到了應用［5］。此外，紅外數據通信技術還存在一些缺點，如傳輸距離短，要求通信設備的位置相對固定，無法靈活地組成網絡等。

3 紅外無線聽力系統的構建

根據學校的實際情況，建設的紅外無線聽力系統要能滿足學校5 000名考生同時進行大學英語四級或六級聽力考試的需求。在本次紅外無線聽力系統設計中，系統主要由音頻處理部分、線路傳輸部分、紅外線發射部分及紅外線接收部分組成，具體系統設計如圖1所示。

3.1 音頻處理部分

音頻處理部分主要是由音源設備（如計算機、CD播放機、麥克風等）、調音臺、音頻矩陣、監聽設備等組成。音頻矩陣可將各種模擬音頻信號調制成數字信號，再將數字信號傳輸至紅外輻射終端后調制成紅外光信號，無線發射，無線接收。數字傳輸方式使系統輸出的音質效果可以達到CD級效果，音質清晰，音量大小可以調節控制，并且音源輸出的教室數量可以增加，方便系統擴容。

3.2 線路傳輸部分

線路傳輸部分主要通過核心交換機連接到各樓層交換機，然后從樓層交換機輸出到紅外輻射終端，考慮到音頻在線路中產生的耦合噪音，采用超五類帶屏蔽雙絞線，實現專線傳輸，消除自身的信號耦合和降低外界的雜音干擾，提高系統信噪比和降低線路損耗。在距離超長的情況下可采用光纖進行主干信號傳輸，可覆蓋整座教學樓或多棟教學樓。在設計中，采用了雙信道進行傳輸，兩信道同步播放，既可以實現主備備用功能，為聽力考試增加保障，又可以作為兩套獨立系統使用。

圖1 紅外無線聽力系統設計

3.3 紅外線發射部分

紅外線發射部分由紅外輻射終端及設備供電開關組成，主要是通過紅外輻射終端將信號前置放大、調制、驅動，再通過發射管將信號以紅外線的方式發射出去，設備采用UPS 集中供電方式。紅外輻射終端為弧面設計，不受環境限制覆蓋角度廣，可任意放置在教室的前端后端，直線傳播距離可達30 米。為實現教室全覆蓋，需要在每個教室安裝2 臺獨立的紅外輻射終端。為了檢查每個房間的發射信號是否正常，需要通過監聽軟件，實時獲知每個房間紅外音頻信號的發射是否正常，采用集中管理的方式，保證第一時間發現不能正常工作的紅外輻射終端，減少故障。

3.4 紅外線接收部分

紅外線接收部分主要通過耳機內置的紅外線接收器準確地接收紅外輻射終端發出的信息，并將其放大、解調；再功率放大轉化為聲音信號，在紅外輻射終端覆蓋有效范圍內，可以多臺使用且互不影響，易于擴容。紅外接收耳機也是雙信道接收機，學生可以任意切換，收聽效果最好的信道。由于紅外線不能穿透墻壁，因此信號輻射范圍僅限于教室內，紅外接收耳機也只在教室內才可接收，可以防止考場聽力考題的泄密現象。紅外接收耳機本身屬于易耗品，不方便集中化管理，由學生自行購買，可以減輕耳機管理的困難。

4 紅外無線聽力系統的應用

紅外無線聽力系統采用結構化、模塊化的方式進行建設，可以滿足學校聽力考試的要求，并于2019 年12月投入使用，共有5 000多名學生利用該系統進行大學英語四、六級聽力考試，為學生提供了性能穩定的聽力考試服務，實際應用效果良好。此外，無線紅外線聽力系統可以根據具體的需要進行擴展，各教室既能接收全校的統一音源，又能按照區域進行分類考試，還可以通過將音源信號接入到紅外輻射終端，實現脫網播放，不受外界影響和干擾。通過智能化的管控，它能夠實現分區播控、點對點播控、同步考試等功能，這就能滿足大學英語四、六級聽力訓練、教學及考試的綜合要求。

5 結語

大學英語四、六級考試歷經多年的改革和發展，其目的是為了滿足社會對人才需求的變化，社會對人才需求的變化促使大學英語的教學內容、評價體系等發生變革［6］。聽力考試系統則是這個過程中不可或缺的組成部分，而基于紅外線無線傳輸技術的大學英語四、六級聽力考試系統以其獨特的優勢，具有較強的實用性，將成為未來應用的重點。在今后的發展過程中，紅外線技術的應用會更加成熟、廣泛，并將在教育、通信等領域發揮更重要的作用。