多媒体教室的音响设计

一、引言

二十一世纪，信息科技正以惊人的速度传播并发展着。丰富、精彩、多变的各种计算机文化扑面而来，这使得现代学校中的传统教育模式收到了强烈的冲击。那些停留在“粉笔、黑板、教鞭和书本”的固有传统教育体系收到了时间和空间的极大限制，已经不能满足培养具有新技术、新知识密集型人才的需求。

随着现代化教学系统在各大院校的不断推进，传统的教育模式已经不能满足现代化的需求。集多功能教室系统、多媒体教学系统、演播系统于一体的新型现代化教育体系在教育行业得到了日益广泛的运用。作为一种新型的教育形式和现代化教学手段，多媒体技术给教育行业带来了新的机遇。

目前，一些学校和单位都在在新建或是利用原有场地改建成多媒体教室，往往只会重视设备配置是否“一流”，而忽略了多媒体教室的声学环境的设计，一些重要声学指标达不到要求，或多或少存在一些这样那样的问题，从而影响了教学效果。作为一家声学工程公司，我们会根据用户的需求，结合各个技术系统及其技术指标，充分发挥其功能，使整个系统能高效率地完成教学任务，实现现代化教学。

二、多媒体教室的声学环境及音响设计

根据室内声学理论，室内声主要由直达声、前期反射声和混响声三部分组成。直达声是指由声源直接传播到室内听音者耳朵的声音；接着听音者听到的是从最近的反射面反射过来的“第一反射声”、“第二反射声”……这些反射声因声级差、时间差而迟于直达声到达听音者，根据哈斯效应，如果延迟的时间大于50ms，人耳就能够听到清晰的回声；之后听音者听到的是经过多次反射、分布很密集、方向不明确、无法区分的众多的反射声的叠加，专业上称为“混响声”。在声场中，直达声影响生意的亲切感，如果直达声不够，声音就会缺乏亲切感；而反射声影响的是生意的清晰度，适当的反射声能够加强直达声的响度，改善语言的清晰度和亲切感，但过强的反射声则会破坏声学的定位，影响清晰度；混响声主要影响声音的丰满度，合适的混响声可以使声音具有坏境感，有利于提高声音的丰满度，而过强的混响声则会破坏声音的清晰度，所以，总的来说，比较好的室内听音坏境要求这三者的比例要适当，否则会导致学生上课听不清，而影响教学质量。

声音是教学信息最重要的组成部分，使用效果良好的多媒体教室必须具有良好的音质，多媒体教室的声源只要是教师的讲解声、多媒体教学课件和影片的解说、背景音乐、音响效果声等。教学信息的传递主要是通过教师的讲授和影片、课件中的解说传递给学生，在此，演示型多媒体教室音响系统担负着重现和还原各种教学课件声音信息的重任。多媒体教室的音响系统不但用于语言扩声，还兼顾教学课件的音效重放，要求扩声后的语言清晰、声音圆润，对音效重现的保真度也有一定要求，系统的频响范围应达到80Hz- 15000Hz 才能满足要求。

（一）集中式声场的多媒体教室

当声源来自一个方向，集中在一个地方产生的声场称为集中式声场。集中式声场具有声像统一、声源少、声音纯净清晰的优点。如果多媒体教室的面积在100 平方米以内，其音响就用集中式声场的音响。这种声场的音响设计较为简单，音响设备造价相对较低。

设计方法：多媒体计算机将视频信号传送到投影仪，经投影仪内部电路对视频信号进行处理后，功率放大器将音频信号放大，传到左右声道的音箱。这时，音箱内的扬声器中的电磁铁因音频电流的大小而产生一个相应变化的磁场，从而引起镶嵌之中的音圈振动，产生声波，发出声音。安装过程中，左右声道音箱相对于多媒体计算机必须作对称安装，音箱的位置安装在与投影屏幕同一个平面的墙面的两端，而且扬声器的方向与墙面的夹角为60°。测试声场时，听音者位于投影屏幕墙面的顶端连线的中线上，和左右声道的音箱构成一个等边三角形。音箱安装在墙的顶角，让音箱和听音者成一定的角度，音箱发出的声音使听音者觉得舒适就行。同时，功率放大器的输出功率调至其峰值功率的三分之二，避免音频信号失真。多媒体教室的集中式声场的音响的音频输出幅度，可以通过上课用的多媒体计算机来控制，将其作为一个小调音台，能调制出优美的音色和良好的音质。为了保持集中式声场的多媒体教室的声音清晰、纯净，一般情况下应将“PC 扬声器”设置成“静音”模式，其它选项我们可以根据现场情况来作调节。

（二）分散式声场的多媒体教室

当声源来自于不同的方向时，它所产生的声场就称之为分散式声场。分散式声场具有音频信号分布均匀，声压级强的特点。当多媒体教室的面积大于100 平方米时，如果使用集中式声场的音响设计，就会产生声场的均匀度小，靠近音源的听众感觉到声压级强，离音源较远的听众会觉得声压级弱，给教学工作尤其是外语教学工作带来一定的因难。此时，就必须使用分散式声场的音响设计。根据其面积大小，常用以下两类设计：

1. 面积在100—300 平方米之间的分散式声场的多媒体教室音响设计从经济实惠的角度出发，采用5.1 声道和AC—3系统可以有效地解决这些问题。在音响技术中，5.1 声道是目前比较流行的分散式声场之一。这种技术可以将音频信号分为主音左声道、主音右声道、中置声道、环绕左声道、环绕右声道和超低音声道。AC—3 系统采用数码压缩技术，把多声道系统中的许多信息压缩到双声道中去，它采用的是一种音频编码方式。多媒体计算机产生的视频信号同样输出至投影仪，通过投影仪处理视频。多媒体计算机产生的立体声音频信号以左右声道的形式输出。将左右声道信号利用合路器合二为一，合成单声道音频信号，经过射频调制器调制到相应的频道后，运用一个分配器将其均分为两路，随之配接两个三分配器，把单声道合成信号平均分为六路送入功率放大器，功率放大器放大音频信号送至相应的声道即可。布置声场时，左右声道安装于投影屏幕一面墙的两角，环绕左右声道安装于投影屏幕的投影对面墙中间，减少超重低音声道绕射性。音箱安装的高度同集中式声场一样。调节各声道输出电平时，超重低音调至20—30dB，以免声反馈的产生，其余声道的输出功率电平调至45—55dB,产生的音质较好。

2.面积在300 平方米以上的分散式声场的多媒体教室音响设计。当我们使用的多媒体教室在300 平方米以上时，应使用定压式功率放大器来推动扬场器，形成均匀的分散式声场，所用的定压式功率放大器应大于扬声器的总功率，使扬声器能产生相应的输出功率。音频信号经声反馈抑制器有效控制声反馈之后，通过定压式功率放大器放大，以220V的交流电压形式输出。在接扬声器时，按扬声器输出功率运用线间变压器，把电压降至9V或12V交流电压。音频信号的强弱所产生的交流电压大小不同，从而推动扬声器发出声音。扬声器的安装，一般位于听众头顶，距听众头顶约2.5 米，各扬声器间隔距离为3米，在听众的头顶上方形成一个声墙。此设计造价较高，但产生的声场均匀度很大，声压级合理，能给听众以舒适的享受。

三、多媒体教室声学环境缺陷及音响校正

现在大多数学校的多媒体教室是通过旧教室改造而成的，没有进行相应的声学处理，即使是新建的多媒体教室也没有进行声学处理，而且面积和容积的差别和大，大的面积达到几千平米，小的才40—50㎡，层高从3m左右到10m，平面形状矩形的占大多数，因此多媒体教室建设和改造中存在的主要声学问题有：

（一）   建筑声学方面：

1.      选址不当，外界干扰较强，如室外交通噪声、走廊中的噪声等等；

2.      房间设计不科学，造成声缺陷，如回声、颤动回声、声染色等；

3.      装修吸声材料使用不当，造成背景噪声较大、混响时间偏长；

4.      配电设备影响音频传输，出现不必要的干扰。

（二）   扩声系统方面：

1.      设备档次低，交流噪音高；

2.      音响系统位置分布不合理，造成声场不均匀，产生啸叫；

3.      音响系统设备参数调在最不佳的位置等，使学生上课听不清晰，影响教学质量。

所以在使用新建的多媒体教室，应对几项重要声学指标作一次检查测试, 对某些声缺陷应采取必要的补救措施。（一）声反馈自激传声增益特性差是忽略音响技术指标或设计不良的多媒体教室的通病，功放的话筒音量不能调大，稍微提升就产生啸叫，这种现象叫声反馈自激。声反馈自激的存在对扩声系统损害极大，不仅破坏了音质，限制了话筒声音的扩声音量，使现场授课不能良好扩音，严重时还会损坏功放及音箱。解决方法：1.让音箱远离话筒，重新调整音箱与话筒的相对位置。设备讲台（或主席台）一般位于投影幕的正前2米左右的地方，音箱可改移到讲台两侧差不多靠墙的位置处,尽量使音箱的强声区远离话筒。2.利用音箱和话筒的指向性。话筒拾音均具有特定的灵敏区域,配置话筒时应选用指向性强的品牌和型号。使用话筒时使拾音的灵敏区域避开音箱的声辐射区域,使话筒吸收不到或尽量少地吸收到音箱的声音。当使用无线话筒时,教师（会议发言人）应避免走到音箱声辐射区内。（二）共振主要指机械共振，声音开得稍大时教室的门窗玻璃、桌面上较轻的刚性物品(如玻璃器皿、茶杯等)均极易产生机械共振。机械共振一般容易发生在低频段,因为声音的低频成分占整个声音能量的绝大部分，特别是当播放影视资料片，低频成分较多时尤为突出。解决方法：一是对容易产生共振的部位(比如门、窗以及松动的玻璃等)进行加固处理；二是给桌面上容易产生共振的物品增加一个软垫。（三）回声直达声与某一个或多个较强的反射声到达同一位置的时间相差超过50ms 以上时(主要从四壁反射引起)， 使听者感觉到同一句话有几个不同声压级的声音相继传来，这种现象称为回声。解决方法： 轻度的回声可将轻盈的窗帘布料改为较重的厚绒面料，并适当加大窗帘面积来改善。而当回声较严重时， 就需要进行一些必要的工程改造来进行调校，目的是加强漫反射，进行强吸声处理。

                                                                                                                                                                                         孙俊红

                                                                                                                                                                                     2011年4月8日