无感扩声——演进中的教室扩声系统

扩声系统通常是把讲话者的声音对听者进行实时放大的系统,讲话者和听者通常在同一个声学环境中。扩声系统必须要具有足够响度(足够的声增益)和足够的清晰度(低的语言子音清晰度损失百分率),并且能使声音均匀地覆盖听众的区域。扩声系统包括扩声设备和声场:主要包括声源和它周围的声环境,把声音转变为电信号的话筒,放大信号并对信号加工的设备、传输线,把信号转变为声信号的扬声器和所处的声学环境,由于话筒和扬声器处在同一声场内,存在声反馈自激的条件,传声增益受到限制。


我国教室扩声设备已经经历了有线话筒、界面式话筒、无线话筒、小蜜蜂领夹式话筒等阶段。目前,多数高校和普通学校主要采用讲桌固定式鹅颈麦+红外/蓝牙无线麦相结合的扩声方式。相比大型会场,教室场地相对较小,要保证学生听得一清二楚、听得毫不费力,并不简单。对于老师来说,常规配置的“小蜜蜂”、鹅颈麦与手持话筒虽然使用方便,但在使用过程中也存在不少痛点。在使用“小蜜蜂”时,会很容易产生刺耳的啸叫;在使用鹅颈麦时,必须离麦克风很近,一定程度上限制了老师的移动范围;使用手持话筒,则会束缚了老师的双手,无法发挥肢体语言在课堂上的表现力。随着时代的发展,噪音影响健康已经成为共识,而老师这一职业,在扩音设备的普及下,继咽炎、静脉曲张、颈椎等职业病之后,听力下降也成为了重灾区。据悉,此前就有家长建议老师应该取消扩音器,因为有家长觉得扩音器声音太大,影响前排同学的耳膜健康,这一提议在网络上引起了广泛讨论,得到了很多网友的赞同。


由于科技的不断发展,传统课堂教学中的小蜜蜂、鹅颈麦等由于声音还原性差、易出现“啸叫”、保管复杂等问题,逐渐被新兴的教室无感扩声系统取代。无感扩声系统作为一种新的教学手段,对辅助教师的教学、保证学生全方位无障碍听课起到了重要作用,因此以远讲阵列麦克风为主要产品的无感扩声系统走在了教学扩声前沿。


无感扩声的概念一般认为是肢体无束缚,解放双手,不使用小蜜蜂、鹅颈麦或无线麦等形式的扩声方式。其次,无感也包括听觉上的无感,比起传统扩声方式的啸叫、噪声、延迟、前后排音量大小不一等痛点,无感扩声超低的扩音延迟属于人耳不易察觉的存在,这种延迟对于常规教学活动而言完全无感化,而且经过算法处理之后,所听到的声音也始终保持在合理音量之内,这是自动增益算法所达成的效果,确保扩音音量始终均衡,避免扩声音量忽大忽小,带来听觉上的无感化。无感扩声侧重于无感与扩声两个方面,无感不仅是减少身体上的束缚,同时硬件一体化,易安装免配置,不受无线电干扰,无近身辐射,而且真正实现高保真扩声效果,听众只能感觉到发言人在大声的讲话,几乎感觉不到音箱发声。语音易懂度大大提高,音质方面同时保护主讲人嗓子和听讲人耳朵健康。


扩声最难的两点技术指标:一是延时,二是增益比。声波在传播过程中,碰到大的反射面(如建筑物的墙壁、大山里面等)在界面将发生反射,反射时间小于50ms的是混响声,大于50ms的是回声,若延迟时间在35~50ms时,人耳开始感知滞后声源的存在。混响会阻碍语言声音清晰度,影响语言的可懂度。增益比的控制也是一大难点。通常来说,人离麦克风近则声音过大,远则声音过小,为了在声音衰减到后排仍能被听到,往往需要牺牲前排人员的的耳朵与主讲人的嗓子。而控制不好使声音回到麦克风时比本身出来时大,还容易形成一个很大的问题,就是啸叫。针对这一难题,可以利用自动增益控制和自动啸叫抑制技术根据发言人远近和音量大小自动调整增益,同时杜绝啸叫。


无感扩声系统作为一种现代化的教学设备,改变了传统的课堂教师费力的教学模式。采用远程拾音、强降噪、去混响等技术,对教室建声环境进行均衡修正,提高传声增益,确保整个教室空间音量均保持一致,实现了教室空间内稳定拾音、清晰的扩音效果,解放教师长时间大声说话造成的声音嘶哑、身心疲惫的困境,使课堂教学更加轻松自然,是教室设备的重要组成部分。该系统看起来十分简单,实际上部署难度很大。因为无感扩声与近讲扩声系统相比,由于拾音距离超远,系统增益均处于较高状态,声反馈和噪声都是相当棘手的问题。任何一个问题处理不好,都会严重影响传声增益和传声清晰度。


深圳市快传技术有限公司研发的无感扩声系统“声扩盒子”符合GB50371-2006《厅堂扩声系统设计规范》中对声场不均匀度的要求:1000Hz声场不均匀度小于6dB,4000Hz声场不均匀度小于8dB。它适合普通教室普及使用,是培训授课扩声的必备良品。作为一款普及型产品,只需简单搭配有源音箱就可以组成非常专业的教室无感扩音系统。


“声扩盒子”自带强悍的音频处理能力,破解了普通教室扩声的技术难题。它的端到端延迟实测低至20毫秒,老师在教室内授课时可实现唇音同步;在实现更均匀教室声场的同时可让学生的聆听音量平均提高15dB;可为老师提供了更大的可活动范围,主讲人距离麦克风5米内均可以让听众获得良好的扩声听感;专为教室内的教学场景设计,扩声方位可调并且可以屏蔽来自学生区域的噪声干扰高达40dB。


“声扩盒子”的产品规格如下:1)360度全向拾音6+1数字硅麦;2)灵敏度为-26DBFS;3)信噪比为65DBA;4)数字音频为32K采样率;5)接口含1 x

3.5mm音频输出、type C USB DC 5V供电;6)尺寸为L125mm x W85mm x H15mm;7)扩声算法含BF、ANS、AFS、AEC、ARC等;8)用微信小程序可调节扩声方向和麦克风音量。


“声扩盒子”无感扩声系统作为一种新的教学扩声手段,声音清晰自然,在辅助教师教学和确保学生全方位、无障碍听力方面发挥着至关重要的作用。未来它还能提供高质量的教学保存功能,为学校提供系统网络化、多样化功能和丰富的信息教学设备体验。

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