多媒體教室聲學環境分析論文

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1.2.1較低的噪聲這是多媒體教室聲學的主要指標之一.噪聲能夠降低信噪比、掩蔽有用信息、破壞聲場的正常分布,使聲場染色,導致信息聲音質的嚴重惡化.多媒體教室的噪聲源主要是由外部環境傳入的噪聲(室外交通噪聲、走廊中的噪聲等)和室內設備所產生的噪聲,它與教室周圍的環境、墻壁的隔音量、吸聲量、設備的電氣及機械噪聲有密切的關系,它也決定著學生接受教學信息動態范圍的大小.因此多媒體教室要保證足夠小的背景噪聲,特別要防止低頻聲、設備的交流哼聲,以不使噪聲對有用信息產生明顯的干擾和掩蔽.室內噪聲通常用“噪聲評價指數(NC)”作為評價參考量,多媒體教室的噪聲允許值NC為20～25為好,用A權計數,自然聲的噪聲要本論文由整理提供低于30dB,擴聲系統,噪聲級要低于38dB.

1.2.2合適的混響時間人們對音質的主觀評價“清晰”、“平衡”、“豐滿”、“有力度”、“柔和”等術語與混響時間有密切的關系.混響時間的長短對音質的影響很大,混響時間長,音質“空”,含糊不清;混響時間短,音質“干”,單調枯燥;只有合適的混響時間,音質才能豐滿、有力度.多媒體教室以語言聲為主,混響時間的設計應主要考慮語言聲的要求,因此要根據教室的容積,選擇合適的混響時間(見表1),才能實現較高語言清晰度[3].表1語言類房間最佳混響時間與房間容積表容積/m350～6060～8585～127127～170170～245245～339339～424混響時間/s0.20.3～0.350.35～0.40.4～0.450.45～0.50.5～0.550.55～0.6

1.2.3避免聲缺陷聲缺陷主要是聲波經由內表面反射后分布而干擾正常聽聞的現象.多媒體教室的聲缺陷主要包括回聲、顫動回聲以及聲染色等,產生這些現象的主要原因是:一是房間的吸聲量不夠;二是房間大多是矩形房間,六個面互相平行,容易產生“簡并”現象,形成聲染色.對于多媒體教室而言,要避免上述聲缺陷.

&nbs本論文由整理提供p;1.2.4聲場分布均勻理想的多媒體教室室內聲場應該充分擴散,分布均勻,而且有足夠的聲壓級.室內聲音的充分擴散,可以保證各個座位上的學本論文由整理提供生都應能聽到響度相差不大的聲音,也保證了室內空間各點的聲壓級相等,對多媒體教室而言,學生座位區的語言擴聲聲壓級要達到70～75dB之間,音樂擴聲聲壓級要達到80～85dB之間,背景音樂聲壓級要達到60～70dB之間,聲場的不均勻度應控制在±4dB之內,使音質得以改善,聲音變得柔和、具有親近感和空間感.

1.2.5室內音質多媒體教室的聲學設計其實就是室內音質的設計.而室內音質的最終評價是聽眾的主觀感受,人們根據室內聲學原理并借助經驗,提出了混響時間、擴散程度、反射聲、噪聲級等若干與主觀感受相對應的物理量或聲學量.多媒體教室內的主要聲信號為語音信號,對清晰度的要求很高.這主要取決于房間的混響時間、設備的功率等.

多媒體教室建設和改造中存在的主要聲學現在大多數學校的多媒體教室是通過舊教室改造而成的,沒有進行相應的聲學處理,即使新建的多媒體教室也沒有進行聲學處理,而且面積和容積的差別很大,大的面積達到幾千平米,小的才40～50m2,層高從3m左右到10m,平面形狀矩形的占大多數.因此多媒體教室建設和改造中存在的主要聲學問題有:一是建筑聲學方面,選址不當,外界干擾較強;房間設計不科學,造成回聲、顫動回聲、聲染色;裝修吸聲材料使用不妥,造成背景噪聲較大、混響時間偏長;配電影響音頻傳輸,出現干擾.二是擴聲系統方面,設備檔次低,交流噪音高;音響系統位置分布不合理,造成聲場不均勻,產生嘯叫;音響系統設備參數調在最不本論文由整理提供佳的位置等.使學生上課聽不清,影響教學質量[4].

多媒體教室聲學環境的優化設計針對上述多媒體教室聲學環境存在的問題及聲學環境的基本要求,多媒體教室的聲學環境的設計主要從建筑聲學和電聲學兩個方面進行.建筑聲學設計由于每個房間都有本身的聲學特性,做好建筑聲學環境的處理對以后獲得良好聲音效果奠定比較堅實的基礎.如果建筑聲學環境處理不好則會出現混響過強、駐波、回聲、聲聚焦和共振等聲第3期李兆義:多媒體教室的聲學環境分析及設計69音缺陷.

2.1.1控制噪聲,提高教室的聲信噪比在多媒體教室運用擴聲系統進行教學時,往往擴聲系統會影響隔壁班級的正常上課秩序,會出現嘯叫聲,室外本論文由整理提供噪音等問題困擾著廣大的師生[5].

這就要求多媒體教室的噪聲標準必須達到相應的國家規范要求,但是多媒體教室又有其特殊性,控制噪聲可以采取以下方式進行:

(1)遠離噪聲源在總體規劃設計中讓多媒體教室使遠離馬路、市場、運動場等噪聲源,即避開強環境噪聲源.對多媒體教室干擾聲場(外界傳入室內的噪聲聲場)大小的計算可以采用下面的公式來進行:Lp=Lp0-101g1τ-101gAF+6.式中Lp為室外噪聲聲壓級,F為透聲墻立面的面積,A=Sa-為室內總吸聲量,τ為聲能透射率,對于多媒體教室而言,噪聲來源除了墻壁之外,更多的是從窗戶、門等進入的,聲能透射率可取平均值:τ=ΣFτiiiF,計算出的干擾聲場的聲壓級應小于38dB.

(2)振動干擾預防如果上述辦法有困難,可以實行被動式處理,即增加墻壁隔聲量;安裝消聲窗;讓多媒體教室置于教學大樓的頂層或同層本論文由整理提供中靠近樓體邊緣的位置;使用時間和出現噪聲的高峰期錯開;同時禁止學生在教室內大聲喧嘩、吵鬧;學生椅子采用航空椅,布面為亞麻布,防止學生之間語言的相互干擾;選用設備的本地噪聲要足夠低等.

2.1.2選擇合適的房間尺寸及三維結構,提高房間的聲擴散性能多媒體教室房間尺寸及三維結構選擇的目的是讓房間的固有頻率分布均勻,防止聲染色及語言或音樂的失真.若房間為矩形,其長、寬、高分別為,Lx,Ly,Lz則房間的簡正振動頻率為[1]:fn=c2(nxLx)2+(nyLy)2+(nzLz)2.式中,nx,ny,nz是不同時為0的任意自然數,c為空氣中的聲速.由此式可以看出,隨著nx,ny,nz取數的越多,簡正方式的數也就越多,簡正頻率也有無窮多個,若房間的比例不當,會出現“簡并”現象,將導致聲場中某些頻率的成分得以加強,出現聲染色,音質將大大下降.因此對于多媒體教室而言,房間的長、寬、高的比例選擇非常重要,最佳的房間形狀是傳統的長方形,長、寬、高的比例盡量避免1∶1、1∶2的簡單比例關系,通常選取人們所謂的“聆聽空間黃金比例”,即滿足1.618∶1∶0.618或2∶32∶1,也可以選用其他比例方法,但三遍之比應取無理數,絕不可取整數倍.為保證較多的簡正方式,既要考慮良好的房間尺寸比例,又要得到較大的房間容積.通常多媒體教室的最本論文由整理提供小容積應遵循:Vmin≥4λ3max.式中Vmin為房間最起碼容積;λmax為下限頻率對應的波長.由于現在本論文由整理提供

的教室大多為矩形,一般都有平行墻面,為了避免產生駐波現象,應在平行墻面上布置擴散體,有利于聲場均勻.如果室內有凹弧形墻面,一定要采用擴散體來發散聲能,防止聲聚焦.對于面積較大的多媒體教室,除了改善房間的結構(如可以采用矩形切角、扇形、正方形對角線配置以及多邊形等)外,還可以在頂棚懸掛反射板(前次反射聲相對直達聲的延時時間如果大于50ms),這樣既可以得到較多的側向前次反射聲,還可以加強聽眾區域的反射聲功率[6].

2.1.3選擇合適的吸聲材料,使房間的混響時間達到最佳合理使用和布置各種吸聲材料是獲得理想混響、聲擴散、消除聲缺陷的重要條件.對于人耳來說,能夠聽到的頻率范圍大約為20～20000Hz之間,一般人的講話聲主要能量分布在100～5000Hz之間,對于以傳遞語言信息為主的多媒體教室,聲音評價主要為語言的清晰度兼顧豐滿度,要想滿足此條件,多媒體教室內的混響時間可定為T60=0.4～0.7s.混響時間的長短與房間容積、房間表面積、裝修后的吸聲系數等許多不定因素有關,在吸聲材料的選用和布局上應對室內的混響時間進行綜合估算,具體的計算公式采用著名的賽賓公式進行工程估算:T60=0.161VSα.式中V為室容積;S為聲室的內界面總面積;α為聲室內界面平均吸聲系數,α=ΣSiαi/ΣSi,Si為各種不同材料的面積,αi為室內表面各種不同材料的吸聲系數,通過查閱常用材料的吸聲系數便可知道,多媒體教室的吸聲處理包括墻面、頂面和門窗等.要設計一個理想的混響時間,吸聲材料的選擇一定要與房間的容積和室內總表面積、教室內各種器材、設備(如:銀幕、電視監視器、學生課桌、音箱、照明燈具、空調設備)等方面綜合考慮,同時還要符合人們的美學觀點.

因此在室內裝飾裝修上可采用木質龍骨吊頂,墻體做復合吸聲結構,掛上柔軟的布窗簾等方法,當然也要根據實際情況控制吸音和反射的合適比例;避免房間內凹面或弧型面反射的形成,防止出現聲聚焦問題,使局部聲音過強而產生反饋出現嘯叫現象;對容易產生共振的物體進行加固處理,避免出現聲音共振現象[7].當然運用混響時間公式計算出的結果只是一個參考值,與實際情況相比都會出現偏差,因此,要想讓多媒體教室的混響時間達到最佳,必本論文由整理提供需要經過反復設計、評價、修改,才能達到理想的聲環境.電聲學設計建筑聲學設計為多媒體教室音質的改善創造了很好的條件,但多媒體教室擴聲系統如果沒有合理的整體設計和正確連接,也難以達到理想的聽音效果.

2.2.1多媒體教室的擴聲系統設計多媒體教室擴聲系統設計時要根據財力情況進行合理的安排,如果財力許可,設備的選型應采用專業品牌,系統性能要基本一致,避免設備檔次配置不齊,有的偏高,有的偏底.多媒體教室的擴聲系統主要由傳聲器、功率放大器、調音臺、揚聲器四大塊組成.

(1)傳聲器:傳聲器是多媒體教室實現聲音輸入到語音處理系統的設備,它的質量優劣、選用的合適與否、使用的方法都直接或間接地影響教師把語音清晰的傳遞給學習者.常見的有動圈式和電容式兩大系列.在多媒體教室的教學中一般選用靈敏度高、動態范圍寬、頻響平直、瞬態響應好、音質柔和方向性強的電容式傳聲器,使聲音能夠清晰、亮麗、細膩的重現,但由于電容式傳聲器具有靈敏度高和耐聲壓性小的特性,在擺放位置上要注意和音箱和其它音源的位置關系,以及根據音源大小、傳聲器和音源的距離,消除噪音,得到純凈的語音信號.

(2)調音臺:調音臺實際上是一個音頻信號混合控制臺,它可以對多路不同阻抗、不同電平的輸入聲源信號進行放大及處理,按照不同的音量對信號進行混合、重新分配或編組,產生一路或多路輸出.因此,調音臺的主要作用是對音頻信號進行放大、音色修飾、抑制噪聲、控制音量和信號混合.對多媒體教室的音源而言,主要是教師的講解聲和CD、DVD、VCD等高電平音源,用調音臺要控制好輸入電平,在保證聲音信號清晰度的基礎上,盡量滿足豐滿度要求.這就要求對高電平音源要按下定值衰減鍵PAD,降低輸入電平,才能保證信號電平不超過輸入電平的動態范圍,使聲音不失真.一般情況下不可用增益旋鈕GAIN來調節改變音量,它會使信號信噪比下降.

(3)功率放大器:是把調音臺、信號處理器等前端設備送來的比較弱的信號進行不失真的放大,并輸出一定的功率,推動揚聲器發出優美而洪亮的聲音.而多媒體教室以語音的清晰度、可懂度為主,因此功率放大器作為系統的核心要有足夠的功率輸出,以本論文由整理提供保證室內的平均語言聲壓級達到70～80dB,有較寬而平直的頻率響應范圍,建議將功率放大器的輸出功率與揚聲器的額定功率配比定在1.5倍左右,這樣能保證獲得足夠的力量感.

(4)音箱:音箱的作用是把音頻電信號轉換為聲音信號,它對重放的聲音效果起著決定性的作用,音箱技術配置、位置擺放等直接影響聲音的還原效果.對多媒體教室而言要求聲場均勻,做到“近聽不吵,遠聽不小”,保證各區域內聽到的響度基本一致.選擇音箱時,除要考慮音箱的功率符合多媒體教室的聲場要求外,還要考慮音箱的另外兩個重要特性,即頻響特性和指向特性.

2.2.2多媒體教室擴聲系統的正確匹配在擴聲系統的布置中,音箱布局的好壞直接影響整個擴聲系統的效果,是電聲系統設計的重要步驟,音箱要根據多媒體教室的大小和形狀來選擇數量和擺放方式.一般來說,用一對音箱把它安裝在教室前墻的兩側的上方,音箱軸線對準學生座位的主要聽音區域,就能得到理想的直達聲;對于比較大的多媒體教室,如有兩層,這時用一對音箱可能不滿足室內聲學要求,應再增加一對音箱,這兩對音箱應位于同一垂直平面上,且讓上面一對音箱的主軸線對準上層聽眾,下面一對音箱的主軸線對準下層聽眾,同時在擺放音箱本論文由論文由整理提供

tp:///">整理提供時,音箱的主軸線不宜交叉,或交叉角度不宜過大;如果是改建的多媒體教室,長、寬、高比例不一定很理想,對于過長,而寬度較小的教室,宜采用分散式布局,可將音箱線性均勻排列于房間頂部,使在房間前后的聽眾第3期李兆義:多媒體教室的聲學環境分析及設計71均能聽到較強的直達聲,但要注意直達聲須同時到達聽眾,因此對較前的音箱需加延時器,這樣一來就會增加成本;對較寬的教室,宜采用兩側布局的分散式布局方式,原理與頂部布局完全一樣;如果多媒體教室較大,則采用混合布局方式.不管采用哪種布局方式,音箱并非越多越好.音箱布局應以多媒體教室的音質要求為原則,切忌鋪張浪費,同時音箱的布局還應避免聲反饋,如果音箱的布局不合理,容易形成聲反饋,影響教學效果,嚴重時還會損壞電聲設備[7].

擴聲系統的正確連接還要注意阻抗匹配、電平匹配、功率匹配等問題[8].多媒體教室聲學改造完成后,聽音評價受到人的主觀因素的影響較大,只要室內混響時間和擴聲系統達到了設計標準,聲音傳遞平坦、混響適度、畸變小、瞬態好,使教學的聲音信息準確無誤地傳遞給每一位受教育者,也就基本上達到了多媒體教室的聲學設計要求.

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