多媒体教室声学环境分析论文

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1.2.1较低的噪声这是多媒体教室声学的主要指标之一.噪声能够降低信噪比、掩蔽有用信息、破坏声场的正常分布,使声场染色,导致信息声音质的严重恶化.多媒体教室的噪声源主要是由外部环境传入的噪声(室外交通噪声、走廊中的噪声等)和室内设备所产生的噪声,它与教室周围的环境、墙壁的隔音量、吸声量、设备的电气及机械噪声有密切的关系,它也决定着学生接受教学信息动态范围的大小.因此多媒体教室要保证足够小的背景噪声,特别要防止低频声、设备的交流哼声,以不使噪声对有用信息产生明显的干扰和掩蔽.室内噪声通常用“噪声评价指数(NC)”作为评价参考量,多媒体教室的噪声允许值NC为20～25为好,用A权计数,自然声的噪声要本论文由整理提供低于30dB,扩声系统,噪声级要低于38dB.

1.2.2合适的混响时间人们对音质的主观评价“清晰”、“平衡”、“丰满”、“有力度”、“柔和”等术语与混响时间有密切的关系.混响时间的长短对音质的影响很大,混响时间长,音质“空”,含糊不清;混响时间短,音质“干”,单调枯燥;只有合适的混响时间,音质才能丰满、有力度.多媒体教室以语言声为主,混响时间的设计应主要考虑语言声的要求,因此要根据教室的容积,选择合适的混响时间(见表1),才能实现较高语言清晰度[3].表1语言类房间最佳混响时间与房间容积表容积/m350～6060～8585～127127～170170～245245～339339～424混响时间/s0.20.3～0.350.35～0.40.4～0.450.45～0.50.5～0.550.55～0.6

1.2.3避免声缺陷声缺陷主要是声波经由内表面反射后分布而干扰正常听闻的现象.多媒体教室的声缺陷主要包括回声、颤动回声以及声染色等,产生这些现象的主要原因是:一是房间的吸声量不够;二是房间大多是矩形房间,六个面互相平行,容易产生“简并”现象,形成声染色.对于多媒体教室而言,要避免上述声缺陷.

&nbs本论文由整理提供p;1.2.4声场分布均匀理想的多媒体教室室内声场应该充分扩散,分布均匀,而且有足够的声压级.室内声音的充分扩散,可以保证各个座位上的学本论文由整理提供生都应能听到响度相差不大的声音,也保证了室内空间各点的声压级相等,对多媒体教室而言,学生座位区的语言扩声声压级要达到70～75dB之间,音乐扩声声压级要达到80～85dB之间,背景音乐声压级要达到60～70dB之间,声场的不均匀度应控制在±4dB之内,使音质得以改善,声音变得柔和、具有亲近感和空间感.

1.2.5室内音质多媒体教室的声学设计其实就是室内音质的设计.而室内音质的最终评价是听众的主观感受,人们根据室内声学原理并借助经验,提出了混响时间、扩散程度、反射声、噪声级等若干与主观感受相对应的物理量或声学量.多媒体教室内的主要声信号为语音信号,对清晰度的要求很高.这主要取决于房间的混响时间、设备的功率等.

多媒体教室建设和改造中存在的主要声学现在大多数学校的多媒体教室是通过旧教室改造而成的,没有进行相应的声学处理,即使新建的多媒体教室也没有进行声学处理,而且面积和容积的差别很大,大的面积达到几千平米,小的才40～50m2,层高从3m左右到10m,平面形状矩形的占大多数.因此多媒体教室建设和改造中存在的主要声学问题有:一是建筑声学方面,选址不当,外界干扰较强;房间设计不科学,造成回声、颤动回声、声染色;装修吸声材料使用不妥,造成背景噪声较大、混响时间偏长;配电影响音频传输,出现干扰.二是扩声系统方面,设备档次低,交流噪音高;音响系统位置分布不合理,造成声场不均匀,产生啸叫;音响系统设备参数调在最不本论文由整理提供佳的位置等.使学生上课听不清,影响教学质量[4].

多媒体教室声学环境的优化设计针对上述多媒体教室声学环境存在的问题及声学环境的基本要求,多媒体教室的声学环境的设计主要从建筑声学和电声学两个方面进行.建筑声学设计由于每个房间都有本身的声学特性,做好建筑声学环境的处理对以后获得良好声音效果奠定比较坚实的基础.如果建筑声学环境处理不好则会出现混响过强、驻波、回声、声聚焦和共振等声第3期李兆义:多媒体教室的声学环境分析及设计69音缺陷.

2.1.1控制噪声,提高教室的声信噪比在多媒体教室运用扩声系统进行教学时,往往扩声系统会影响隔壁班级的正常上课秩序,会出现啸叫声,室外本论文由整理提供噪音等问题困扰着广大的师生[5].

这就要求多媒体教室的噪声标准必须达到相应的国家规范要求,但是多媒体教室又有其特殊性,控制噪声可以采取以下方式进行:

(1)远离噪声源在总体规划设计中让多媒体教室使远离马路、市场、运动场等噪声源,即避开强环境噪声源.对多媒体教室干扰声场(外界传入室内的噪声声场)大小的计算可以采用下面的公式来进行:Lp=Lp0-101g1τ-101gAF+6.式中Lp为室外噪声声压级,F为透声墙立面的面积,A=Sa-为室内总吸声量,τ为声能透射率,对于多媒体教室而言,噪声来源除了墙壁之外,更多的是从窗户、门等进入的,声能透射率可取平均值:τ=ΣFτiiiF,计算出的干扰声场的声压级应小于38dB.

(2)振动干扰预防如果上述办法有困难,可以实行被动式处理,即增加墙壁隔声量;安装消声窗;让多媒体教室置于教学大楼的顶层或同层本论文由整理提供中靠近楼体边缘的位置;使用时间和出现噪声的高峰期错开;同时禁止学生在教室内大声喧哗、吵闹;学生椅子采用航空椅,布面为亚麻布,防止学生之间语言的相互干扰;选用设备的本地噪声要足够低等.

2.1.2选择合适的房间尺寸及三维结构,提高房间的声扩散性能多媒体教室房间尺寸及三维结构选择的目的是让房间的固有频率分布均匀,防止声染色及语言或音乐的失真.若房间为矩形,其长、宽、高分别为,Lx,Ly,Lz则房间的简正振动频率为[1]:fn=c2(nxLx)2+(nyLy)2+(nzLz)2.式中,nx,ny,nz是不同时为0的任意自然数,c为空气中的声速.由此式可以看出,随着nx,ny,nz取数的越多,简正方式的数也就越多,简正频率也有无穷多个,若房间的比例不当,会出现“简并”现象,将导致声场中某些频率的成分得以加强,出现声染色,音质将大大下降.因此对于多媒体教室而言,房间的长、宽、高的比例选择非常重要,最佳的房间形状是传统的长方形,长、宽、高的比例尽量避免1∶1、1∶2的简单比例关系,通常选取人们所谓的“聆听空间黄金比例”,即满足1.618∶1∶0.618或2∶32∶1,也可以选用其他比例方法,但三遍之比应取无理数,绝不可取整数倍.为保证较多的简正方式,既要考虑良好的房间尺寸比例,又要得到较大的房间容积.通常多媒体教室的最本论文由整理提供小容积应遵循:Vmin≥4λ3max.式中Vmin为房间最起码容积;λmax为下限频率对应的波长.由于现在本论文由整理提供

的教室大多为矩形,一般都有平行墙面,为了避免产生驻波现象,应在平行墙面上布置扩散体,有利于声场均匀.如果室内有凹弧形墙面,一定要采用扩散体来发散声能,防止声聚焦.对于面积较大的多媒体教室,除了改善房间的结构(如可以采用矩形切角、扇形、正方形对角线配置以及多边形等)外,还可以在顶棚悬挂反射板(前次反射声相对直达声的延时时间如果大于50ms),这样既可以得到较多的侧向前次反射声,还可以加强听众区域的反射声功率[6].

2.1.3选择合适的吸声材料,使房间的混响时间达到最佳合理使用和布置各种吸声材料是获得理想混响、声扩散、消除声缺陷的重要条件.对于人耳来说,能够听到的频率范围大约为20～20000Hz之间,一般人的讲话声主要能量分布在100～5000Hz之间,对于以传递语言信息为主的多媒体教室,声音评价主要为语言的清晰度兼顾丰满度,要想满足此条件,多媒体教室内的混响时间可定为T60=0.4～0.7s.混响时间的长短与房间容积、房间表面积、装修后的吸声系数等许多不定因素有关,在吸声材料的选用和布局上应对室内的混响时间进行综合估算,具体的计算公式采用著名的赛宾公式进行工程估算:T60=0.161VSα.式中V为室容积;S为声室的内界面总面积;α为声室内界面平均吸声系数,α=ΣSiαi/ΣSi,Si为各种不同材料的面积,αi为室内表面各种不同材料的吸声系数,通过查阅常用材料的吸声系数便可知道,多媒体教室的吸声处理包括墙面、顶面和门窗等.要设计一个理想的混响时间,吸声材料的选择一定要与房间的容积和室内总表面积、教室内各种器材、设备(如:银幕、电视监视器、学生课桌、音箱、照明灯具、空调设备)等方面综合考虑,同时还要符合人们的美学观点.

因此在室内装饰装修上可采用木质龙骨吊顶,墙体做复合吸声结构,挂上柔软的布窗帘等方法,当然也要根据实际情况控制吸音和反射的合适比例;避免房间内凹面或弧型面反射的形成,防止出现声聚焦问题,使局部声音过强而产生反馈出现啸叫现象;对容易产生共振的物体进行加固处理,避免出现声音共振现象[7].当然运用混响时间公式计算出的结果只是一个参考值,与实际情况相比都会出现偏差,因此,要想让多媒体教室的混响时间达到最佳,必本论文由整理提供需要经过反复设计、评价、修改,才能达到理想的声环境.电声学设计建筑声学设计为多媒体教室音质的改善创造了很好的条件,但多媒体教室扩声系统如果没有合理的整体设计和正确连接,也难以达到理想的听音效果.

2.2.1多媒体教室的扩声系统设计多媒体教室扩声系统设计时要根据财力情况进行合理的安排,如果财力许可,设备的选型应采用专业品牌,系统性能要基本一致,避免设备档次配置不齐,有的偏高,有的偏底.多媒体教室的扩声系统主要由传声器、功率放大器、调音台、扬声器四大块组成.

(1)传声器:传声器是多媒体教室实现声音输入到语音处理系统的设备,它的质量优劣、选用的合适与否、使用的方法都直接或间接地影响教师把语音清晰的传递给学习者.常见的有动圈式和电容式两大系列.在多媒体教室的教学中一般选用灵敏度高、动态范围宽、频响平直、瞬态响应好、音质柔和方向性强的电容式传声器,使声音能够清晰、亮丽、细腻的重现,但由于电容式传声器具有灵敏度高和耐声压性小的特性,在摆放位置上要注意和音箱和其它音源的位置关系,以及根据音源大小、传声器和音源的距离,消除噪音,得到纯净的语音信号.

(2)调音台:调音台实际上是一个音频信号混合控制台,它可以对多路不同阻抗、不同电平的输入声源信号进行放大及处理,按照不同的音量对信号进行混合、重新分配或编组,产生一路或多路输出.因此,调音台的主要作用是对音频信号进行放大、音色修饰、抑制噪声、控制音量和信号混合.对多媒体教室的音源而言,主要是教师的讲解声和CD、DVD、VCD等高电平音源,用调音台要控制好输入电平,在保证声音信号清晰度的基础上,尽量满足丰满度要求.这就要求对高电平音源要按下定值衰减键PAD,降低输入电平,才能保证信号电平不超过输入电平的动态范围,使声音不失真.一般情况下不可用增益旋钮GAIN来调节改变音量,它会使信号信噪比下降.

(3)功率放大器:是把调音台、信号处理器等前端设备送来的比较弱的信号进行不失真的放大,并输出一定的功率,推动扬声器发出优美而洪亮的声音.而多媒体教室以语音的清晰度、可懂度为主,因此功率放大器作为系统的核心要有足够的功率输出,以本论文由整理提供保证室内的平均语言声压级达到70～80dB,有较宽而平直的频率响应范围,建议将功率放大器的输出功率与扬声器的额定功率配比定在1.5倍左右,这样能保证获得足够的力量感.

(4)音箱:音箱的作用是把音频电信号转换为声音信号,它对重放的声音效果起着决定性的作用,音箱技术配置、位置摆放等直接影响声音的还原效果.对多媒体教室而言要求声场均匀,做到“近听不吵,远听不小”,保证各区域内听到的响度基本一致.选择音箱时,除要考虑音箱的功率符合多媒体教室的声场要求外,还要考虑音箱的另外两个重要特性,即频响特性和指向特性.

2.2.2多媒体教室扩声系统的正确匹配在扩声系统的布置中,音箱布局的好坏直接影响整个扩声系统的效果,是电声系统设计的重要步骤,音箱要根据多媒体教室的大小和形状来选择数量和摆放方式.一般来说,用一对音箱把它安装在教室前墙的两侧的上方,音箱轴线对准学生座位的主要听音区域,就能得到理想的直达声;对于比较大的多媒体教室,如有两层,这时用一对音箱可能不满足室内声学要求,应再增加一对音箱,这两对音箱应位于同一垂直平面上,且让上面一对音箱的主轴线对准上层听众,下面一对音箱的主轴线对准下层听众,同时在摆放音箱本论文由论文由整理提供

tp:///">整理提供时,音箱的主轴线不宜交叉,或交叉角度不宜过大;如果是改建的多媒体教室,长、宽、高比例不一定很理想,对于过长,而宽度较小的教室,宜采用分散式布局,可将音箱线性均匀排列于房间顶部,使在房间前后的听众第3期李兆义:多媒体教室的声学环境分析及设计71均能听到较强的直达声,但要注意直达声须同时到达听众,因此对较前的音箱需加延时器,这样一来就会增加成本;对较宽的教室,宜采用两侧布局的分散式布局方式,原理与顶部布局完全一样;如果多媒体教室较大,则采用混合布局方式.不管采用哪种布局方式,音箱并非越多越好.音箱布局应以多媒体教室的音质要求为原则,切忌铺张浪费,同时音箱的布局还应避免声反馈,如果音箱的布局不合理,容易形成声反馈,影响教学效果,严重时还会损坏电声设备[7].

扩声系统的正确连接还要注意阻抗匹配、电平匹配、功率匹配等问题[8].多媒体教室声学改造完成后,听音评价受到人的主观因素的影响较大,只要室内混响时间和扩声系统达到了设计标准,声音传递平坦、混响适度、畸变小、瞬态好,使教学的声音信息准确无误地传递给每一位受教育者,也就基本上达到了多媒体教室的声学设计要求.

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