淺談校園階梯教室的音響擴聲設計

李嵐俊 朱正飛

摘? 要 通過多種工程思路設計音響擴聲系統，解決階梯教室音頻存在的問題，最大限度消除噪聲和回聲，保證大學校園階梯教室良好的聲場效果，保障階梯教室的教學效果，發揮階梯教室強大的教學功能。

關鍵詞 階梯教室;音響擴聲;聲場效果;擴聲設備

中圖分類號：G647? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）04-0034-02

Abstract The sound reinforcement system is designed by enginee-ring various ideas to solve the problems of audio in the classroom， to eliminate noise and echo to the greatest extent， to ensure the sound field effect of the university campus ladder classroom， to ensure the teaching effect of the lecture classroom， and to play the powerful classroom teaching function.

Key words ladder classroom; acoustic sound reinforcement; sound field effect; sound reinforcement

1 引言

階梯教室是校園教學過程中的一個重要組成部分，它的面積大、階梯狀逐漸升高和容納人數多的特點，使之在教學過程中扮演著越來越重要的角色，成為學生重要的伙伴，為教師傳播真理提供了舞臺，成為大學校園的一道風景線，是大學開放胸懷、自由的學術氛圍的象征。作為一個如此重要的教育平臺，音響擴聲設計的好壞會直接影響教室的教學效果。一些教室回聲、噪聲嚴重，嚴重削弱了教師授課的效果，影響了學生與教師的互動，使階梯教室的使用效果大打折扣，浪費了如此重要的教學資源。

在設計校園階梯教室的音響擴聲系統時，要把握住關鍵的三點要求：

1）能夠消除回聲，實現“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”控制各類電源。

要實現這三點要求，關鍵點在于充分融入工程設計理念，將工程為高等教育服務，以依據有限的預算實現優越的現場效果為原則，結合計算機科技、物理、化學等多種工程學科實現途徑來解決噪聲、回聲等問題，保證良好的聲場效果，實現為教師教學服務的宗旨。

2 如何解決回聲問題

面對如此“空曠”的教室，首先需要面對的就是回聲問題。階梯教室比較突出的一個特點就是層高比較高，加上房間的長度和寬度，房間的立體空間是很大的，這就導致聲音在傳播過程中很容易產生回聲問題。如何解決回聲問題，成為首先需要做的。

解決回聲最便捷實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，在融化狀態下加入一些化學原料，然后吹成細絮狀物。采用吸音棉可以消除部分回聲，但是仍會受到大部分回聲的困擾;接著可以通過數字音頻處理器來進一步解決問題。數字音頻處理器擁有基于DSP平臺的回聲消除技術，接下來說一說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。回聲消除模塊使用自適應濾波器來識別未知回聲信道，并基于揚聲器產生的信號與多徑回波之間的相關性來關聯參數;建立遠端到對端信號模型，將回聲路徑進行模擬，并通過自適應算法調整對真實回聲路徑的影響響應;然后從估計值中減去由麥克風接收的信號值，從而實現回聲消除。自適應濾波器是以輸入和輸出信號的統計特性來估計，并且濾波器系數通過特定算法自動調整，是一種實現最佳濾波特性的算法或裝置[1]。

遠端輸入的數據經過自適應濾波器后就獲得近似于近端輸入的數據，同時與近端輸入進行相減后得到誤差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。在需要時是指遠端通話近端靜音的情況。誤差e也會通過NLP（非線性處理）發送給另一方以產生舒適噪聲。

了解完回聲消除的原理后，關注一下目前大部分階梯教室的音頻設備使用狀況：無線話筒或者有線話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，在設計階梯教室音頻擴聲系統的時候，通過增加音頻處理器去解決部分回聲和噪音問題。改進的音響擴聲設備連接關系如圖2所示。

3 音響擴聲系統關鍵設備的選型

在設計音響擴聲系統之初，也可以在選型這個層面去解決一些噪音問題。由于學校在采購過程中過分考慮設備的性價比或是對音響擴聲設備不熟悉，造成音箱和麥克風在選型上出現問題，從而導致音質效果不如意，失真度高。如何解決選型出現的問題呢？首先，在選擇音頻設備的時候盡量選擇國內外知名品牌。知名品牌的產品在參數上雖然沒有額外的優勢，卻能保證設備設計指標的實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、信噪比和動態范圍等指標的產品。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，在實際選型過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，音箱選型完了還要關心安裝位置的問題，在安裝音箱的時候一定要設計好它的位置，保證每個音箱的高度、角度一致，保持聲場的均勻度，以避免聲源出現移位現象。