“一师一麦”红外扩声技术及其在高校教室的应用

姚中喜

摘 要 为解决高校在教学环境的扩声问题，找到与时俱进的先进应用，通过对现有市场教学扩声产品的分析，并结合高校扩声产品管理的痛点与难点，回到教学最基础的“视与听”，用应用实践和师生的反馈，给高校教学环境的扩声系统解决方案提供参考。

关键词 教学扩声系统 数字红外传输技术 麦克风 一师一麦

中图分类号：G40-057文献标识码：A

1高校教室扩声系统存在的问题

在教育信息化发展迅猛的今天，大量的小学、中学、高校纷纷引入教学一体机、录播教室、创客空间、VR/AR实验室等丰富多样的教学辅助工具的同时，往往忽视了老师授课最基本的一项需求——高质量的扩声。在传统课堂上，没有扩声设备，老师经常大声授课，容易声嘶力竭，而长时间大声授课也使咽喉病成为老师的职业病。同时，仅凭老师自身讲话的声音，后排学生很容易听不清楚而导致上课开小差，影响学习效果，老师也要经常维护课堂秩序，影响教学效果。因此，教学扩声系统便应运而生，期望通过扩声设备，将老师授课的声音放大增强，给学生带去更好听课体验的同时保护老师的“金嗓子”。

2各种扩声方案效果对比分析

市面上的教学扩声系统种类繁多，从声音拾取和传输的技术实现方式上分，包括有线、射频无线、吊麦、红外无线等等。

有線麦克风是最早应用在教学环境的扩声设备，其成本低、实现方式简单，但台面式麦克风的位置相对固定，使老师的授课空间局限在讲台甚至是话筒周围的更小空间，板书或肢体演示时无法扩声，导致课堂上授课形式呆板单一，师生们容易疲倦，也难以进行互动。

射频无线麦克风（包括U段、V段、2.4G、蓝牙等）摆脱了线材的束缚，使老师有更大的施展空间，但却存在着多系统同时工作时信号互相干扰问题。射频信号可以穿墙传输，距离远，且没有方向性。而对于教学应用场景来说，教室密度高，通常多间相邻，甚至几十、上百间教室同时使用多套系统。若使用无线射频系统，各系统间很容易引起互相干扰、串音，从而影响正常的教学秩序。同时，在教学活动中，老师携带无线麦克风需要在不同教室之间流动使用，此时就必须重新调整频率（对频），耗时又容易出错。另外，高品质的射频无线麦克风价格昂贵，其借用管理是一个不大不小的麻烦;低成本的麦克风音质又不如人意。随着电子信息化设备在校园及周边环境的应用越来越普及，无线电干扰源无处不在，且难以预知;射频频点资源也濒临饱和状态，各种无线系统（包括WiFi设备、蓝牙设备、无线对讲机、无线投影机、无线鼠标/键盘等）互相抢频点资源，互相干扰的情况经常发生。此外，一些需要特殊关怀的老师群体，例如怀有身孕的准妈妈老师，也会对长时间使用会产生射频辐射的射频无线设备有担忧。因此基于射频无线传输技术的扩声方案在大规模应用于教学环境时一直存在缺陷和隐患。

吊麦（如图1），即将麦克风吊装于讲台上方的天花板上进行远距离拾音，可以一定程度上改善传统有线麦克风老师授课空间的局限，也没有无线麦克风的管理问题，近年来受到部分厂商和学校的推崇。然而吊麦安装距离较远（一般在2-3米），根据声音传输的物理特性，点声源距离每增加一倍，声功率将减少为原来的1/4，系统要提高传声增益，环境噪声也会随之增加，为此必须进行噪声消除（ANC）和啸叫抑制等音频处理。然而受到教室建声环境限制，这些音频处理技术的效果都极不理想，使得扩声后的声音严重失真，且扩声效果很不明显，老师在讲台上还是要大声授课，扩声系统没有起到保护老师嗓子的效果;大中型教室后排的学生还是听不清楚;而且吊麦很容易处于啸叫临界状态，会出现低频尾音或高频尾音，长期在这种环境下听课，学生容易产生烦躁情绪，影响学习效率;同时，严重失真的声音也会影响学生对声音美感的培养。

为了攻克这些实际应用当中的难题，有部分企业开始研究将红外线音频传输技术应用于教学环境。红外线传输方式不受无线电干扰，教室之间也不会串频和干扰;绿色环保的红外技术不会产生对人体有害的射频辐射，教师们也完全不必为此担忧。老师携带红外无线麦克风在不同教室之间流动使用，无需对频，即开即用，麦克风借用管理问题也有所改善。

红外无线系统分模拟红外和数字红外两种传输技术。市面上最早出现的为模拟红外传输技术，其成本低，但音频传输质量不高，频响带宽较窄（一般为200Hz～5KHz），信噪比（S/N）最好时也只能达到55～60dB，随着无线传输距离增加，信号减弱，信噪比会更低。此外，模拟红外传输技术也易受到直射太阳光的干扰。数字红外传输技术系统将音频信号通过数字红外处理芯片进行编码，并以数字调制技术进行调制，然后通过红外线进行传输。红外传输副载波需符合IEC 61603-7数字红外国际标准才能称之为数字红外系统，有了这一国际标准的门槛设置是对系统高性能的良好保证。系统的音频传输质量大幅提升，达到了完美的专业级别，其高保真音质让教师能较长时间以自然声调讲课，保护教师声带，避免声嘶力竭;清晰自然的声音能调动学生注意力，减少上课分心、开小差现象，从而提高听课效果，也有益于保护孩子的听力。此外，数字红外扩声系统还可根据各类需求的不同增设配置，可实现中控、录播、教学录音管理平台等多种功能，很好地与第三方信息化设备等连通起来，由此构成了理想的教室音频系统解决方案（如图2）。

3武汉大学实践应用

武汉大学作为国内较早引入教学扩声系统的高校之一，目前有公共教室570间，类型包括小至70平方米的普通教室，大至200人的大教室，阶梯教室，智慧教室等。设备需求量大，系统数量多，还需综合考虑与现有多媒体教学环境其他系统的兼容问题，实现资源的优化配置;截止到2016年，武汉大学教室内的扩声系统已经使用超过15年，设备老旧且陆续到达使用年限，故障频发。因此在2016年申请立项，更新全校公共教室内的扩声系统，将为师生打造更优质的教学环境，提高教学质量。

在选定技术的情况下，如何方便扩声设备管理，及适应授课老师方便其教学又成为一个难题。结合武汉大学的扩声使用和管理环境来看，武汉大学担任授课任务的老师共有5000位左右，由于设备管理人员的工作繁琐，且工作量大，有时会发生麦克风管理和发放的问题，例如无法及时充电，发放麦克风后没能及时回收管理等，每位老师也都有各自的授课习惯，使用麦克风的方式以及对麦克风音量大小的要求各有不同。且要保证教学质量，不能出现无法扩声的现象，这对管理人员造成较大压力。

实际调研后，武汉大学决定采用“一师一麦”的管理模式，即给每位老师一支数字红外麦克风，由老师进行保管、使用、充电，授课时无需对频，即开即用，不仅干净卫生也减少了管理问题，在教学楼的管理室放置一些数字红外无线麦克风进行备用，以应对老师忘带、忘充电、电量不足等问题;每位老师根据自己的使用习惯，设置麦克风的音量大小，并记忆在自己的麦克风中，走到任何一间教室，都是自己习惯的设置;同时在教室内有线鹅颈话筒也接入数字红外系统，减少设备重叠，在授课过程中无线与有线同时保障，既满足老师多样化的需求，也保证了授课的正常进行。

在确定了方案后，武汉大学在2016年开始全校公共教室的音频改造，到了2017年底，教室内的音频产品统一使用深圳台电公司的数字红外无线教学扩声系统，为“一师一麦”应用打下了基础。2018年1月，首期1500支数字红外麦克风启用后，又多次追加，截止到2018年7月，共采购了5000余支数字红外麦克风，武汉大学教学扩声系统升级改造建设完工并全部投入使用。

4武汉大学应用实际效果

自“一师一麦”方案的数字红外教学扩声系统于2018年初启用以来，从管理老师的反馈看，授课过程中音频的问题明显减少，对于麦克风的管理压力也大大缓解，扩声系统的统一也减少了管理老师的工作负担，不仅面对问题时可以及时解决，多媒體设备的维护、融合等工作也变得简单轻松。

在一年多的使用中，武汉大学教育技术与教学服务中心得到了各个院系老师的纷纷赞扬，授课老师均表示使用“一师一麦”更加方便和人性化，不同教室授课无需借用归还设备，也无需繁琐的操作，打开麦克风即可轻松授课;老师可对音量进行调节，适应不同类型的教室及不同的身体状态，自用设备省去了借用的流程，带来了更加卫生与更加高效。声音质量得到提升不仅给老师带去了方便，也带来了学生听课质量的提高，在对学生的抽样调查中，可以看到教室扩音质量的打分比之前得到大幅提高，在“视听”这两个上课中最重要的环节里，老师的“好声音”与老师的“渊博学识”相得益彰。

粉丝量77万的武汉大学官方微博也推送宣扬这一造福师生的应用，得到师生的争相 “点赞”，新模式新应用在高校的实际使用中不仅仅具有广泛的影响力及标杆作用，更是充分体现了武汉大学“教育技术切实为教学服务“的理念，这也是对于教育部《教育信息化2.0行动计划》的积极响应。

参考文献

[1] 李耀麟，陈健祥.多媒体教室扩声系统优化的研究[J].井冈山学院学报，2008（10）.

[2] 许芳.高校多媒体教室试用状况调查研究[D].临汾：山西师范大学，2016.