校園多功能廳音響擴聲設計介紹

　　通過(guò)多種校園多功能廳音響擴聲系統 ，解決多功能廳音頻存在的問(wèn)題，大限度消除噪聲和回聲，保證校園多功能廳良好的聲場(chǎng)效果，保障多功能廳的教學(xué)效果，發(fā)揮多功能廳強大的教學(xué)功能。

　　一、引言

　　多功能廳是校園教學(xué)過(guò)程中的一個(gè)重要組成部分，它的面積大、階梯狀逐漸升高和容納人數多的特點(diǎn)，使之在教學(xué)過(guò)程中扮演著(zhù)越來(lái)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，成為校園的一道風(fēng)景線(xiàn)，是大學(xué)開(kāi)放胸懷、自由的學(xué)術(shù)氛圍的象征。作為一個(gè)如此重要的教育平臺，音響擴聲設計的好壞會(huì )直接影響教室的教學(xué)效果。一些教室回聲、噪聲嚴重，嚴重削弱了教師授課的效果，影響了學(xué)生與教師的互動(dòng)，使多功能廳 的使用效果大打折扣，浪費了如此重要的教學(xué)資源。

　　在設計校園多功能廳的音響擴聲系統時(shí)，要把握住關(guān)鍵的三點(diǎn)要求：

　　1)能夠消除回聲，實(shí)現“0回聲”;

　　2)能夠保證教室內的層次清晰度;

　　3)能夠統一管理，“一鍵”控制各類(lèi)電源。

　　要實(shí)現這三點(diǎn)要求，關(guān)鍵點(diǎn)在于充分融入工程設計理念，將工程為高等教育服務(wù)，以依據有限的預算實(shí)現優(yōu)越的現場(chǎng)效果為原則，結合計算機科技、物理、化學(xué)等多種工程學(xué)科實(shí)現途徑來(lái)解決噪聲、回聲等問(wèn)題，保證良好的聲場(chǎng)效果，實(shí)現為教師教學(xué)服務(wù)的宗旨。

　　二、如何解決回聲問(wèn)題

　　面對如此“空曠”的教室，首先需要面對的就是回聲問(wèn)題。多功能廳比較突出的一個(gè)特點(diǎn)就是層高比較高，加上房間的長(cháng)度和寬度，房間的立體空間是很大的，這就導致聲音在傳播過(guò)程中很容易產(chǎn)生回聲問(wèn)題。如何解決回聲問(wèn)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(wú)機纖維，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，然后吹成細絮狀物。采用吸音棉可以消除部分回聲，但是仍會(huì )受到大部分回聲的困擾;接著(zhù)可以通過(guò)數字音頻處理器來(lái)進(jìn)一步解決問(wèn)題。數字音頻處理器擁有基于DSP平臺的回聲消除技術(shù)，接下來(lái)說(shuō)一說(shuō)它的回聲消除工作原理。

　　數字音頻處理器的回聲消除算法原理如圖1所示?；芈曄K使用自適應濾波器來(lái)識別未知回聲信道，并基于揚聲器 產(chǎn)生的信號與多徑回波之間的相關(guān)性來(lái)關(guān)聯(lián)參數;建立遠端到對端信號模型，將回聲路徑進(jìn)行模擬，并通過(guò)自適應算法調整對真實(shí)回聲路徑的影響響應;然后從估計值中減去由麥克風(fēng)接收的信號值，從而實(shí)現回聲消除。自適應濾波器是以輸入和輸出信號的統計特性來(lái)估計，并且濾波器系數通過(guò)特定算法自動(dòng)調整，是一種實(shí)現最佳濾波特性的算法或裝置。

　　遠端輸入的數據經(jīng)過(guò)自適應濾波器后就獲得近似于近端輸入的數據，同時(shí)與近端輸入進(jìn)行相減后得到誤差e。誤差e作為自適應算法的輸入而存在，以根據處理需要將濾波器的系數更新為隨后的遠程數據處理。在需要時(shí)是指遠端通話(huà)近端靜音的情況。誤差e也會(huì )通過(guò)NLP(非線(xiàn)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)注一下目前大部分多功能廳的音響設備 使用狀況：無(wú)線(xiàn)話(huà)筒或者有線(xiàn)話(huà)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，在設計多功能廳音頻擴聲系統的時(shí)候，通過(guò)增加音頻處理器去解決部分回聲和噪音問(wèn)題。改進(jìn)的音響擴聲設備連接關(guān)系如圖2所示。

　　三、音響擴聲系統關(guān)鍵設備的選型

　　在設計音響擴聲系統之初，也可以在選型這個(gè)層面去解決一些噪音問(wèn)題。由于校園在采購過(guò)程中過(guò)分考慮設備的性?xún)r(jià)比或是對音響擴聲設備不熟悉，造成音箱和麥克風(fēng)在選型上出現問(wèn)題，從而導致音質(zhì)效果不如意，失真度高。如何解決選型出現的問(wèn)題呢?首先，在選擇音頻設備的時(shí)候盡量選擇國內外知名品牌。知名品牌的產(chǎn)品在參數上雖然沒(méi)有額外的優(yōu)勢，卻能保證設備設計指標的實(shí)現和系統工作的可靠性。

　　以教室的大小為標準，要選取合適的功率、頻率響應、阻抗、信噪比和動(dòng)態(tài)范圍等指標的產(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(huì )讓擴聲系統的信噪比大幅度降低，甚至引起嘯叫，從而導致設備損壞。配置音箱的功率如表1所示。

　　當然，在實(shí)際選型過(guò)程可以適當地增加功率余量，也可以按照1 W/m2的規格去選取合適功率的音箱。還要強調一點(diǎn)，音箱選型完了還要關(guān)心安裝位置的問(wèn)題，在安裝音箱的時(shí)候一定要設計好它的位置，保證每個(gè)音箱的高度、角度一致，保持聲場(chǎng)的均勻度，以避免聲源出現移位現象。

　　接下來(lái)是麥克風(fēng)的選型。麥克風(fēng)是直接采集教師聲音的設備，直接影響聲源的質(zhì)量。麥克風(fēng)分有線(xiàn)麥克風(fēng)和無(wú)線(xiàn)麥克風(fēng)。在教學(xué)過(guò)程中，教師通常需要多處走動(dòng)，所以使用無(wú)線(xiàn)麥克風(fēng)較多;有的教師走動(dòng)很少，或者是直接在多媒體電腦上操作教學(xué)，這種可以配置有線(xiàn)麥克風(fēng)。同等價(jià)位下，有線(xiàn)麥克風(fēng)比無(wú)線(xiàn)麥克風(fēng)要好，因為無(wú)線(xiàn)話(huà)筒的信號在傳播過(guò)程中會(huì )受到干擾，導致聲音還原度受影響的概率要大一些;但從使用方便度來(lái)說(shuō)，無(wú)線(xiàn)麥克風(fēng)比有線(xiàn)麥克風(fēng)要方便得多，有效范圍內走到哪兒說(shuō)到哪兒，可以說(shuō)二者各有優(yōu)勢。

　　1)無(wú)線(xiàn)麥克風(fēng)的選型。無(wú)線(xiàn)麥克風(fēng)分為VHF(低頻段)、UHF(高頻段)和數字無(wú)線(xiàn)麥克風(fēng)，用得比較多的是UHF無(wú)線(xiàn)麥克風(fēng)，它抗干擾能力強，信號比較穩定，接收范圍也比較廣，可以達到20米開(kāi)外。因此，無(wú)線(xiàn)麥克風(fēng)可以使用具有高信噪比的UHF型無(wú)線(xiàn)麥克風(fēng)。

　　2)有線(xiàn)麥克風(fēng)的選型。有線(xiàn)麥克風(fēng)分為動(dòng)圈式和電容式兩種類(lèi)型，從指向性上又分全方向、雙向、心型、超心型四種。教室有線(xiàn)麥克風(fēng)可以選用動(dòng)圈式、超心型近聲麥克風(fēng)，它能夠減少?lài)[叫現象，可以解決因為麥克風(fēng)離聲源太近使得低頻提升而導致的聲音低沉、發(fā)悶等缺點(diǎn)。

　　當然，無(wú)論是無(wú)線(xiàn)麥克風(fēng)還是有線(xiàn)麥克風(fēng)，都要嘗試使用知名品牌。

　　四、統一控制各個(gè)設備的電源

　　造成音響擴聲系統損壞的一個(gè)關(guān)鍵因素就是不正確的斷電方式和斷電次序，所以要避免錯誤的開(kāi)關(guān)機方法。如何讓教師在辛苦的課堂教學(xué)后能夠簡(jiǎn)單地關(guān)閉系統電源，就成為關(guān)鍵，這時(shí)候就要用到電源時(shí)序器。電源時(shí)序器是根據前級設備到后級設備的逐步順序啟動(dòng)電源;當電源關(guān)閉時(shí)，音響擴聲設備按相反順序關(guān)閉。這樣就能行之有效地統一管理和控制多個(gè)設備，避免錯誤的操作，同時(shí)可降低設備在開(kāi)關(guān)瞬間對供電電路的沖擊，也可避免供電電路對各個(gè)設備的沖擊，確保音響擴聲系統所有設備的穩定性。

　　電源時(shí)序器通過(guò)其內部的電路控制，按照先后順序依次打開(kāi)或關(guān)閉電源的輸出，并將設備的電源電壓、負載進(jìn)行供電管理，實(shí)現精確監控電壓的能力。并且，電源時(shí)序器價(jià)格便宜，不會(huì )影響音響擴聲系統的整體預算。有一些帶凈化的電源時(shí)序器甚至能夠消除外界的電磁干擾，對于音頻系統提高音質(zhì)有明顯作用。當然，這是它的擴展功能，不超過(guò)預算的話(huà)可以考慮。

　　五、結語(yǔ)

　　高等教育中要更加重視多功能廳的存在，充分利用多功能廳的優(yōu)點(diǎn)來(lái)支撐校園的教學(xué)活動(dòng)。所以要求校方在設計多功能廳的音響擴聲系統時(shí)，盡可能消除一切干擾聲場(chǎng)的因素，最大限度地發(fā)揮多功能廳的作用。