影响多媒体教室音频重放质量的因素及改进措施

刘立权

摘  要 多媒体教室普遍存在扩声混浊，混响时间偏长等现象，直接影响授课效果。简析其影响因素，从实用角度提出改进重放质量的措施，对目前多媒体教室建设具有参考意义。

关键词 多媒体教室;拾音器;音箱;吸声材料;扩声系统;重放系统

中图分类号：G481    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2020）02-0019-04

Factors Affecting Quality of Audio Playback in Multimedia Class-room and Improvement Measures Teaching//LIU Liquan

Abstract There are many problems in multimedia classroom， such as turbid sound reinforcement and long reverberation time， which directly exert impact on the teaching effect. This paper analyzes the influence factors and puts forward the measures to improve the play-back quality from the practical point of view with the hope to pro-vide reference in the construction of multimedia classroom.

Key words multimedia classroom; pickup; loudspeaker box; sound absorption material; sound reinforcement system; playback system

1 前言

多媒体教室是开展教学过程的主要场所，特别是大学教学，几乎广泛使用多媒体设备授课。由于多媒体教室的固有缺陷和目前多媒体配套设备的局限性，扩声效果总不理想，和专业声学设计的学术报告厅相比，扩声重放质量相差很大，有些扩声甚至劣化了本音重放质量，师生扩声语言可懂度、清晰度达不到预期的效果。

2 多媒体教室扩声存在的问题

多媒体教室重放质量不高，主要表现在以下几个方面：

1）啸叫或临界啸叫，师生产生耳鸣感，特别是处在临界啸叫，会严重干扰师生听觉系统，以致产生烦躁反应;

2）由于声频扩散不良、混响时间偏长，包括多重反射产生的声音浑浊，回声、颤回声和染色声，使扩声含糊不清，清晰度不够，越是后排，扩声功率越大，情况尤为严重;

3）大教室中后排学生无法实现师生语言互动;

4）扩声背景噪声大，增加师生疲劳感;

5）位置不同，声压差别大，声场分布不均匀。

3 产生的原因分析

设备质量因素  扩声设备主要环节是拾音器、功率放大器、音箱的选配和布线因素等整体质量存在的问题造成声音重放音质差，失真大，有正反馈（啸叫），严重时甚至不能有效扩声。主要是拾音器、功率放大器、音箱整体品质不高，话筒频响曲线不理想，不够均衡，动态范围小，如果和同样频响曲线不够平直的功率放大、音箱搭配，很容易造成局部频点或频段反馈过大而啸叫。

晶体管功放比较难以克服的互调失真，大多是奇次谐波，说明书很低的谐波失真系数是在1 W条件下测试的，表面看参数失真系数不大，但是实际上功放输出远大于1 W，失真系数会增大很多，表现在听感上比较明显毛糙刺耳。功率放大器选取不当，认为教室扩声不需要较大功率，所以不少多媒体功放设计制作功率偏小，甚至还达不到30 W。后级功放功率要求有5～10倍的功率储备，才能保证教室环境下失真度控制在一定范围，功放最大輸出功率偏小，直接后果就是阻尼系数偏小，对音箱的控制力度不够，声音松散无力，开大音量容易破音。更多功放设计制作使用廉价元器件，上限截止频率低，前置放大运放速率不高，频带窄，响应速度慢，造成声音拖泥带水。

音箱整体功率不足，音箱喇叭单元振膜保真设计不足;音圈行程短，推动功率一大就失真;喇叭单元口径过大，中心频率选取过低，低音过重，造成低频绕射能量过大，房间如不能有效吸声，声音重放变浑浊。线材选取不当，信号线屏蔽层屏蔽不良，交流干扰信号容易串入，造成噪音和串音现象;喇叭线过细过长，相当于增加喇叭内阻，降低功放对音箱的控制力。这些都是多媒体设备选材存在的问题。

设备安装摆放相对位置设计不合理，造成啸叫和多重反射  一套合格的扩声设备，在安装中必须符合声学要求。多媒体教室存在声音啸叫、浑浊不清等问题，和音响设备的性能和话筒与音箱的安装方法和位置是密切相关的。

1）传声器和音箱的相对位置设计及角度安装。如果话筒拾音方向在喇叭辐射区，那么无一例外地会产生正反馈，超过限度就形成啸叫，扩声系统完全被啸叫控制。如果平板拾音器安装在黑板同平面，那么拾音器会大面积大幅度地接收反射音，附近区域成为混响声场。如果功放开得比较大，话筒接收的教师的正面直达音还赶不上反射音幅度，其结果是教师到拾音器的直达声与反射声重复叠加放大，造成扩声浑浊。中后排一般不设拾音器，无法捡拾中后排学生发言，由于距离远，造成中后排学生与教师互动困难。

2）音箱位置。如果音箱在黑板上方两侧贴墙平行安装，那么，音频辐射主要能量束将直射于和黑板平面相对的后墙面，在前后墙之间传输能量最大，造成音频等效路径过长，声音延迟明显，直接导致混响时间更长和多重混响。同时，由于两只音箱辐射路径平行，缺乏声像交汇点，其后果是中后排混浊不清，甚至音量越大，这种现象越明显。

合理的拾音重放布局  主要是固定拾音器和音箱相对位置布局与调整，要遵循下面几个原则：

1）话筒拾音器不能设置在音箱直接辐射区，以避免重放系统的直射正反馈;

2）话筒拾音轴线要与音箱辐射轴线垂直，音箱吸顶安装就能较好解决这个问题;

3）话筒在扬声器的后方，并且朝向相反，音箱尽可能与话筒或拾音器保持距离。

话筒设置在讲台区正前方。如是吊麦，教师与吊麦仰角不超过30°，以保证超心形拾音指向区域拾取最大值。桌面话筒拾音区要辐射教师讲话空间区域，不能平面放置。大教室加装后排拾音矩阵的高度不宜太高，也不宜采用拾音距离短的全向拾音器，增设话筒选择装置，避免多话筒开启造成的噪音成倍增加。拾取方向如图3所示，向中后座区位置30～45°角倾斜。角度过大，不能很好拾取直射声;角度过小，要不安装高度过低，要不距离过大。使用移动话筒超出讲台区域时，应不使话筒直对扬声器箱。

使用吸顶音箱。因为辐射区向下，直射方向正对座位区（避开课桌位置），人体、软织物、不规则课桌椅结构件能很好地吸声和散射，能最大限度避免平面墙体反射或多丛反射形成的物理混响。由于天花板高度不超过3.5米，和学生直线距离不会超过三米，学生接受清晰的直达声为主，提高信噪比和清晰度。同时，由于是在天花板安装，可以均匀布置扬声器，

调整音箱直射角度，或直接利用房梁梯形侧面，避免在黑板左右上方贴墙平行布置，尽可能也很容易保证声场均匀度，是多媒体教室提高清晰度最理想的方案，尤其是大教室。如果使用定阻方形音箱，应该在讲台前第一道房梁背面向后布置，并以30°～45°角向斜下方减少对平行墙体的直射，目的是将主辐射区面对座位区，增强吸声，减少反射，以降低驻波和多层次混响形成（图4），同时破坏正反馈形成条件，降低啸叫可能。也可使用曲面音箱，以切线方向照顾跨度较大的座位区。

话筒线材应该选用高频尼龙塑料为绝缘材料，无氧铜丝线，有效线径不小于0.6毫米，外层为双屏蔽，并附有抗拉材料，以保证吊装固定话筒抗干扰特性。超过10米以上距离，要考虑平衡传输，插头部分应选择全金属结构，以减少外界信号串入干扰。

布設吸声材料  教室内部因为结构原因，无法像音乐厅一样运用曲面墙壁和专用吸声板，但可以因地制宜，通过合理增设装饰性吸声材料，降低声音反射。

1）增加大面积和一定厚度的织物窗帘[3]。窗帘覆盖不仅遮住玻璃窗，还要对玻璃窗上下区域全覆盖，这样能保证窗帘与玻璃面之间吸音空腔。同时，窗帘材质和厚度尽可能达到一定要求，也可以增加叠褶，变相增加厚度[4]。如有可能，整个四周墙壁窗帘布置，并与墙体保持一定空间，这对改善整个教室声频环境、降低混响时间效果是明显的。考虑到拆装、清洗保洁和安全要求，材质尽可能选用阻燃多幅结构。

2）架棚采用多孔纤维天花板。

3）较高空间无天花板材房间，可以吊装多只软性球状体，或多深孔球体、圆柱体等其他几何体，分散和吸收空间声波，衰减散射声压。

4）一定高度墙壁喷涂采用以生物纤维、矿物纤维等为主要原料的吸音涂料。

5 结语

一套适用于普通教室的多媒体扩声系统，不仅要对设备按照功能指标进行对比验证选型，更要在布局细节上进行降低反射和降低混响设计，并充分利用吸声材料，解决扩声啸叫、混响时间过长产生的扩声重放混浊等问题。教室结构不同，座位数不同，桌椅摆放形态不同，甚至同样教室而所处的位置不同，功率输出、前置电平、拾音器与音箱的相对位置等都要在实验中调整，并采取声场补偿措施，才能达到设计效果。

参考文献

[1]部分材料的吸声系数[DB/OL].http：//www.docin.com/p-1257443183.html.

[2]话筒基础知识[DB/OL].http：//www.docin.com/p-1411130157.html.

[3]倪昭玉，万明，王瑄，等.纺织材料吸声性能研究[J].棉纺织技术，2016（3）：1-4.

[4]钟祥璋，朱子根.灯芯绒吸声特性的实验研究[J].电声技术，2016（10）：1-8.