漏泄式音頻發射系統在聽力教學中的應用

吳和敏

(新疆教育學院 數學與信息技術分院,烏魯木齊 830043)

1 開放式音頻發射系統在語音教學中應用及問題

音頻發射系統在學校語音教學中應用較多,主要用途有兩大類:

一類為語言類考試:

(1)高等學校入學考試語言類課程的聽力考試。

(2)語言類專業考試的聽力考試;如:高等學校入學考試(聽力)、英語四、六級考試和漢語 HSK考試。

另一類為語言類課程的課外聽力輔助練習。

相對而言,音頻發射系統用于考試較多,用于輔助練習較少。

多年來。各學校基本都應用開放式音頻發射系統。但是,近幾年在各類考試中開放式音頻發射系統的效果逐漸顯現一些問題。

開放式音頻發射系統的收聽效果主要有以下表現:

(1)室外效果比室內好。

(2)同一建筑不同教室效果不同。

(3)同一教室不同位置效果不同。

(4)同一位置效果時好時壞。

由于開放式音頻發射系統的收聽效果不夠理想,對考試組織方形成很大的壓力,因為,上述的幾類考試的成績對考生今后發展影響非常大。

經過分析認為除了可排除的技術故障外,影響開放式音頻發射系統的收聽效果的主要原因有以下兩點:

(1)開放式音頻發射系統的發射功率不夠。

(2)發射信號受建筑物的結構影響較大。

對于第一點由于受到無線電管理有關規定的限制,無法繼續加大發射機的功率。

對于第二點產生的主要原因是:近幾年由于各學校新建建筑基本都是框架式結構,而不是以前的磚混結構。而框架式結構建筑中大量使用鋼筋等金屬材料,這些網狀的金屬框架對無線電信號產生了屏蔽作用。這是近幾年開放式音頻發射系統使用過程中問題越來越多的主要原因。

2 漏泄式發射系統技術方案的提出及主要技術特點

漏泄式發射系統最初的用途是為了解決礦井和隧道交通中的通信問題,1970年,井下無線漏泄通信技術首先在英國進入了實用階段,80年代末這一技術開始引入我國,1994年國家標準局頒發了漏泄同軸電纜分規范(GB/T 15285-1994)。

圖 1是漏泄通信技術在隧道交通中的應用示意圖:

圖1 漏泄通信技術在隧道交通中的應用示意圖

所謂漏泄同軸電纜(英文簡寫 LCX),就是在同軸電纜的外導體上,沿縱向周期性地設置一定形式的槽孔(例如“八”字槽或縱向槽等),當在漏泄同軸電纜內、外導體之間加上信號電壓時,則在內、外導體上將有電流流動。由于在外導體上開有槽孔,電流的分布發生變化,伴隨著這種變化電磁場將從槽孔中漏泄出來,使得在電纜內部傳輸的電磁能的一部分作為電波均勻的向外部輻射,從而成為一種傳播媒體。圖 2是漏泄電纜的結構示意圖,圖 3是漏泄電纜中的一種輻射型電纜的示例。可見漏泄通信技術原理很容易理解,以前為了避免電磁波外泄電纜外導體是完全封閉。現在在電纜的外導體開孔或槽,通過同軸電纜外導體上所開的槽孔,電纜內傳輸的一部分電磁能量發送至外界環境。同樣,外界能量也能傳入電纜內部。外導體上的槽孔使電纜內部電磁場和外界電波之間產生耦合。圖4是漏泄電纜輻射的示意圖。

圖 2 漏泄電纜結構示意圖

圖 3 輻射型電纜示例

由于漏泄通信技術不僅可以發射信號能源也能夠接收信號能源,所以,通信是雙工的。同時,還由于漏泄同軸電纜的傳輸穩定等優點,在礦井和隧道交通的通信系統中得到了充分應用。

圖 4 輻射過程

3 漏泄式音頻發射系統在學校中的實施方案

簡單的描述漏泄式音頻發射系統在學校中的實施過程,就是將學校內部各建筑物的每一樓層當作一個隧道或者礦井。一根漏泄電纜穿過需要布設區域的各個樓層。如圖 5所示。

圖 5 漏泄式電纜布線示意圖

漏泄電纜在樓層中布設的物理位置,最理想的位置當然是在橫剖面的幾何中心,但實際布設施既不需要如此理想也無法實現,因此,一般實際布線的物理位置是在樓層走廊的天花板上面,盡可能的靠近橫軸的中心點。見圖 6所示。

漏泄式發射系統的發射端設備配置與開放式音頻發射系統差別不大,只是發射機采用了功率更大的漏泄式發射機。

圖 6 漏泄式電纜樓層布線位置示意圖

4 開放式音頻發射系統與漏泄式發射系統在語音教學中應用的比較

事實上,學校使用的漏泄式語音發射系統相對于礦井和隧道交通的通信系統要簡單的多。首先,不需要雙工只要單工的就夠了。其次,地理環境也比礦井和隧道交通好得多。

由于現代的建筑,普遍是外墻結構框架較密,內墻結構框架較松。這樣開放式發射系統所發射的信號進入建筑后大量衰減,就造成了接收信號不穩定,在考試時出現聽音不清楚、聽不見或者時通時斷等現象。如果,采用漏泄式發射系統則剛好相反,建筑物內聽音效果好,信號通過建筑外墻時嚴重衰減,室外接收效果不好。這樣產生了兩個不同效果,一是由于信號傳輸到室外后快速衰減,對其他無線電信號影響大大減少,因此可以加大發射機的發射功率,從而保證室內的接收效果。二是由于信號的快速衰減,無法完全滿足語言類課程的課外聽力輔助練習的需要,因為,進行此類練習的學生課余時間在室外進行的情況比較多。

下面根據應用的不同情況對兩種發射系統逐一進行對比:

(1)建筑為框架結構、室內接收的情況下:接收效果漏泄式發射系統優于開放式音頻發射系統,漏泄式發射系統能夠滿足應用的需要,而開放式音頻發射系統已經不能滿足應用的需要。

(2)建筑為框架結構、室外接收的情況下:接收效果漏泄式發射系統遠不如開放式音頻發射系統。由于發射的原理不同和建筑外墻的結構的影響漏泄式發射系統所發射信號傳輸的距離極其有限,不能滿足應用的需要,而開放式音頻發射系統的傳輸距離較遠,可滿足應用的需要。

(3)建筑為磚混結構、室內接收的情況下:接收效果漏泄式發射系統與開放式音頻發射系統區別不大。均可滿足應用的需要。

(4)建筑為磚混結構、室外接收的情況下:接收效果漏泄式發射系統不如開放式音頻發射系統。由于發射的原理不同,漏泄式發射系統所發射信號傳輸的距離有限,不能完全滿足應用的需要,而開放式音頻發射系統的傳輸距離較遠,可滿足應用的需要。

(5)施工難易性:開放式音頻發射系統因為只需架設 1根天線,以此相對比較簡單。而漏泄式發射系統由于要在所有需要應用的建筑物內布設漏泄式同軸電纜,并且,電纜接頭越少越好,因此相對施工難度較大。但是,由于每幢建筑內只需在中軸區域布設一根漏泄式同軸電纜,相對于其他方式的發射系統的施工相對要容易。

(6)操作簡便性:開放式音頻發射系統與漏泄式發射系統的發射端,就其操作而言區別不大。但由于天線短小,開放式音頻發射系統可移動。而漏泄式發射系統由于漏泄式電纜的固定,所以不能移動。

5 結論

通過上述比較,可以得出以下結論:

(1)當音頻發射系統用于語言類考試時:應當選擇漏泄式發射系統,從而保證聽力考試的接收效果。

(2)當音頻發射系統用于語言類課外聯系時:應當增加開放式音頻發射系統,保證整個校園園區的收聽效果。

音頻發射系統建設建議:

對于已經建立開放式音頻發射系統的學校不應廢棄原有系統,應當增加漏泄式發射系統專用于聽力考試,而將原有系統轉為語言教學聽力輔助練習。

對于準備建立音頻發射系統的學校,則應當分析應用的范圍。如果,僅僅用于語言類的聽力考試,則僅需要建立漏泄式音頻發射系統。如果同時需要用于語言教學聽力輔助練習,建議增加開放式語音發射系統。

參考資料:

[1] 中國信息產業網 .漏纜基礎理論[EB/OL].http://www.cnii.com.cn/20030218/ca152073.htm.

[2] 國家信息產業部.微功率(短距離)無線電設備管理規定[Z].2003-12-21.

[3] 秦國棟,沈景炎 .我國城市軌道交通建設與無線通信的應用[N].通信世界報,602(10,11).