“一師一麥”紅外擴(kuò)聲技術(shù)及其在高校教室的應(yīng)用

姚中喜

摘 要 為解決高校在教學(xué)環(huán)境的擴(kuò)聲問題，找到與時俱進(jìn)的先進(jìn)應(yīng)用，通過對現(xiàn)有市場教學(xué)擴(kuò)聲產(chǎn)品的分析，并結(jié)合高校擴(kuò)聲產(chǎn)品管理的痛點與難點，回到教學(xué)最基礎(chǔ)的“視與聽”，用應(yīng)用實踐和師生的反饋，給高校教學(xué)環(huán)境的擴(kuò)聲系統(tǒng)解決方案提供參考。

關(guān)鍵詞 教學(xué)擴(kuò)聲系統(tǒng) 數(shù)字紅外傳輸技術(shù) 麥克風(fēng) 一師一麥

中圖分類號：G40-057文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1高校教室擴(kuò)聲系統(tǒng)存在的問題

在教育信息化發(fā)展迅猛的今天，大量的小學(xué)、中學(xué)、高校紛紛引入教學(xué)一體機(jī)、錄播教室、創(chuàng)客空間、VR/AR實驗室等豐富多樣的教學(xué)輔助工具的同時，往往忽視了老師授課最基本的一項需求——高質(zhì)量的擴(kuò)聲。在傳統(tǒng)課堂上，沒有擴(kuò)聲設(shè)備，老師經(jīng)常大聲授課，容易聲嘶力竭，而長時間大聲授課也使咽喉病成為老師的職業(yè)病。同時，僅憑老師自身講話的聲音，后排學(xué)生很容易聽不清楚而導(dǎo)致上課開小差，影響學(xué)習(xí)效果，老師也要經(jīng)常維護(hù)課堂秩序，影響教學(xué)效果。因此，教學(xué)擴(kuò)聲系統(tǒng)便應(yīng)運而生，期望通過擴(kuò)聲設(shè)備，將老師授課的聲音放大增強(qiáng)，給學(xué)生帶去更好聽課體驗的同時保護(hù)老師的“金嗓子”。

2各種擴(kuò)聲方案效果對比分析

市面上的教學(xué)擴(kuò)聲系統(tǒng)種類繁多，從聲音拾取和傳輸?shù)募夹g(shù)實現(xiàn)方式上分，包括有線、射頻無線、吊麥、紅外無線等等。

有線麥克風(fēng)是最早應(yīng)用在教學(xué)環(huán)境的擴(kuò)聲設(shè)備，其成本低、實現(xiàn)方式簡單，但臺面式麥克風(fēng)的位置相對固定，使老師的授課空間局限在講臺甚至是話筒周圍的更小空間，板書或肢體演示時無法擴(kuò)聲，導(dǎo)致課堂上授課形式呆板單一，師生們?nèi)菀灼＞?，也難以進(jìn)行互動。

射頻無線麥克風(fēng)（包括U段、V段、2.4G、藍(lán)牙等）擺脫了線材的束縛，使老師有更大的施展空間，但卻存在著多系統(tǒng)同時工作時信號互相干擾問題。射頻信號可以穿墻傳輸，距離遠(yuǎn)，且沒有方向性。而對于教學(xué)應(yīng)用場景來說，教室密度高，通常多間相鄰，甚至幾十、上百間教室同時使用多套系統(tǒng)。若使用無線射頻系統(tǒng)，各系統(tǒng)間很容易引起互相干擾、串音，從而影響正常的教學(xué)秩序。同時，在教學(xué)活動中，老師攜帶無線麥克風(fēng)需要在不同教室之間流動使用，此時就必須重新調(diào)整頻率（對頻），耗時又容易出錯。另外，高品質(zhì)的射頻無線麥克風(fēng)價格昂貴，其借用管理是一個不大不小的麻煩;低成本的麥克風(fēng)音質(zhì)又不如人意。隨著電子信息化設(shè)備在校園及周邊環(huán)境的應(yīng)用越來越普及，無線電干擾源無處不在，且難以預(yù)知;射頻頻點資源也瀕臨飽和狀態(tài)，各種無線系統(tǒng)（包括WiFi設(shè)備、藍(lán)牙設(shè)備、無線對講機(jī)、無線投影機(jī)、無線鼠標(biāo)/鍵盤等）互相搶頻點資源，互相干擾的情況經(jīng)常發(fā)生。此外，一些需要特殊關(guān)懷的老師群體，例如懷有身孕的準(zhǔn)媽媽老師，也會對長時間使用會產(chǎn)生射頻輻射的射頻無線設(shè)備有擔(dān)憂。因此基于射頻無線傳輸技術(shù)的擴(kuò)聲方案在大規(guī)模應(yīng)用于教學(xué)環(huán)境時一直存在缺陷和隱患。

吊麥（如圖1），即將麥克風(fēng)吊裝于講臺上方的天花板上進(jìn)行遠(yuǎn)距離拾音，可以一定程度上改善傳統(tǒng)有線麥克風(fēng)老師授課空間的局限，也沒有無線麥克風(fēng)的管理問題，近年來受到部分廠商和學(xué)校的推崇。然而吊麥安裝距離較遠(yuǎn)（一般在2-3米），根據(jù)聲音傳輸?shù)奈锢硖匦?，點聲源距離每增加一倍，聲功率將減少為原來的1/4，系統(tǒng)要提高傳聲增益，環(huán)境噪聲也會隨之增加，為此必須進(jìn)行噪聲消除（ANC）和嘯叫抑制等音頻處理。然而受到教室建聲環(huán)境限制，這些音頻處理技術(shù)的效果都極不理想，使得擴(kuò)聲后的聲音嚴(yán)重失真，且擴(kuò)聲效果很不明顯，老師在講臺上還是要大聲授課，擴(kuò)聲系統(tǒng)沒有起到保護(hù)老師嗓子的效果;大中型教室后排的學(xué)生還是聽不清楚;而且吊麥很容易處于嘯叫臨界狀態(tài)，會出現(xiàn)低頻尾音或高頻尾音，長期在這種環(huán)境下聽課，學(xué)生容易產(chǎn)生煩躁情緒，影響學(xué)習(xí)效率;同時，嚴(yán)重失真的聲音也會影響學(xué)生對聲音美感的培養(yǎng)。

為了攻克這些實際應(yīng)用當(dāng)中的難題，有部分企業(yè)開始研究將紅外線音頻傳輸技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)環(huán)境。紅外線傳輸方式不受無線電干擾，教室之間也不會串頻和干擾;綠色環(huán)保的紅外技術(shù)不會產(chǎn)生對人體有害的射頻輻射，教師們也完全不必為此擔(dān)憂。老師攜帶紅外無線麥克風(fēng)在不同教室之間流動使用，無需對頻，即開即用，麥克風(fēng)借用管理問題也有所改善。

紅外無線系統(tǒng)分模擬紅外和數(shù)字紅外兩種傳輸技術(shù)。市面上最早出現(xiàn)的為模擬紅外傳輸技術(shù)，其成本低，但音頻傳輸質(zhì)量不高，頻響帶寬較窄（一般為200Hz～5KHz），信噪比（S/N）最好時也只能達(dá)到55～60dB，隨著無線傳輸距離增加，信號減弱，信噪比會更低。此外，模擬紅外傳輸技術(shù)也易受到直射太陽光的干擾。數(shù)字紅外傳輸技術(shù)系統(tǒng)將音頻信號通過數(shù)字紅外處理芯片進(jìn)行編碼，并以數(shù)字調(diào)制技術(shù)進(jìn)行調(diào)制，然后通過紅外線進(jìn)行傳輸。紅外傳輸副載波需符合IEC 61603-7數(shù)字紅外國際標(biāo)準(zhǔn)才能稱之為數(shù)字紅外系統(tǒng)，有了這一國際標(biāo)準(zhǔn)的門檻設(shè)置是對系統(tǒng)高性能的良好保證。系統(tǒng)的音頻傳輸質(zhì)量大幅提升，達(dá)到了完美的專業(yè)級別，其高保真音質(zhì)讓教師能較長時間以自然聲調(diào)講課，保護(hù)教師聲帶，避免聲嘶力竭;清晰自然的聲音能調(diào)動學(xué)生注意力，減少上課分心、開小差現(xiàn)象，從而提高聽課效果，也有益于保護(hù)孩子的聽力。此外，數(shù)字紅外擴(kuò)聲系統(tǒng)還可根據(jù)各類需求的不同增設(shè)配置，可實現(xiàn)中控、錄播、教學(xué)錄音管理平臺等多種功能，很好地與第三方信息化設(shè)備等連通起來，由此構(gòu)成了理想的教室音頻系統(tǒng)解決方案（如圖2）。

3武漢大學(xué)實踐應(yīng)用

武漢大學(xué)作為國內(nèi)較早引入教學(xué)擴(kuò)聲系統(tǒng)的高校之一，目前有公共教室570間，類型包括小至70平方米的普通教室，大至200人的大教室，階梯教室，智慧教室等。設(shè)備需求量大，系統(tǒng)數(shù)量多，還需綜合考慮與現(xiàn)有多媒體教學(xué)環(huán)境其他系統(tǒng)的兼容問題，實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置;截止到2016年，武漢大學(xué)教室內(nèi)的擴(kuò)聲系統(tǒng)已經(jīng)使用超過15年，設(shè)備老舊且陸續(xù)到達(dá)使用年限，故障頻發(fā)。因此在2016年申請立項，更新全校公共教室內(nèi)的擴(kuò)聲系統(tǒng)，將為師生打造更優(yōu)質(zhì)的教學(xué)環(huán)境，提高教學(xué)質(zhì)量。

在選定技術(shù)的情況下，如何方便擴(kuò)聲設(shè)備管理，及適應(yīng)授課老師方便其教學(xué)又成為一個難題。結(jié)合武漢大學(xué)的擴(kuò)聲使用和管理環(huán)境來看，武漢大學(xué)擔(dān)任授課任務(wù)的老師共有5000位左右，由于設(shè)備管理人員的工作繁瑣，且工作量大，有時會發(fā)生麥克風(fēng)管理和發(fā)放的問題，例如無法及時充電，發(fā)放麥克風(fēng)后沒能及時回收管理等，每位老師也都有各自的授課習(xí)慣，使用麥克風(fēng)的方式以及對麥克風(fēng)音量大小的要求各有不同。且要保證教學(xué)質(zhì)量，不能出現(xiàn)無法擴(kuò)聲的現(xiàn)象，這對管理人員造成較大壓力。

實際調(diào)研后，武漢大學(xué)決定采用“一師一麥”的管理模式，即給每位老師一支數(shù)字紅外麥克風(fēng)，由老師進(jìn)行保管、使用、充電，授課時無需對頻，即開即用，不僅干凈衛(wèi)生也減少了管理問題，在教學(xué)樓的管理室放置一些數(shù)字紅外無線麥克風(fēng)進(jìn)行備用，以應(yīng)對老師忘帶、忘充電、電量不足等問題;每位老師根據(jù)自己的使用習(xí)慣，設(shè)置麥克風(fēng)的音量大小，并記憶在自己的麥克風(fēng)中，走到任何一間教室，都是自己習(xí)慣的設(shè)置;同時在教室內(nèi)有線鵝頸話筒也接入數(shù)字紅外系統(tǒng)，減少設(shè)備重疊，在授課過程中無線與有線同時保障，既滿足老師多樣化的需求，也保證了授課的正常進(jìn)行。

在確定了方案后，武漢大學(xué)在2016年開始全校公共教室的音頻改造，到了2017年底，教室內(nèi)的音頻產(chǎn)品統(tǒng)一使用深圳臺電公司的數(shù)字紅外無線教學(xué)擴(kuò)聲系統(tǒng)，為“一師一麥”應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。2018年1月，首期1500支數(shù)字紅外麥克風(fēng)啟用后，又多次追加，截止到2018年7月，共采購了5000余支數(shù)字紅外麥克風(fēng)，武漢大學(xué)教學(xué)擴(kuò)聲系統(tǒng)升級改造建設(shè)完工并全部投入使用。

4武漢大學(xué)應(yīng)用實際效果

自“一師一麥”方案的數(shù)字紅外教學(xué)擴(kuò)聲系統(tǒng)于2018年初啟用以來，從管理老師的反饋看，授課過程中音頻的問題明顯減少，對于麥克風(fēng)的管理壓力也大大緩解，擴(kuò)聲系統(tǒng)的統(tǒng)一也減少了管理老師的工作負(fù)擔(dān)，不僅面對問題時可以及時解決，多媒體設(shè)備的維護(hù)、融合等工作也變得簡單輕松。

在一年多的使用中，武漢大學(xué)教育技術(shù)與教學(xué)服務(wù)中心得到了各個院系老師的紛紛贊揚，授課老師均表示使用“一師一麥”更加方便和人性化，不同教室授課無需借用歸還設(shè)備，也無需繁瑣的操作，打開麥克風(fēng)即可輕松授課;老師可對音量進(jìn)行調(diào)節(jié)，適應(yīng)不同類型的教室及不同的身體狀態(tài)，自用設(shè)備省去了借用的流程，帶來了更加衛(wèi)生與更加高效。聲音質(zhì)量得到提升不僅給老師帶去了方便，也帶來了學(xué)生聽課質(zhì)量的提高，在對學(xué)生的抽樣調(diào)查中，可以看到教室擴(kuò)音質(zhì)量的打分比之前得到大幅提高，在“視聽”這兩個上課中最重要的環(huán)節(jié)里，老師的“好聲音”與老師的“淵博學(xué)識”相得益彰。

粉絲量77萬的武漢大學(xué)官方微博也推送宣揚這一造福師生的應(yīng)用，得到師生的爭相 “點贊”，新模式新應(yīng)用在高校的實際使用中不僅僅具有廣泛的影響力及標(biāo)桿作用，更是充分體現(xiàn)了武漢大學(xué)“教育技術(shù)切實為教學(xué)服務(wù)“的理念，這也是對于教育部《教育信息化2.0行動計劃》的積極響應(yīng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 李耀麟，陳健祥.多媒體教室擴(kuò)聲系統(tǒng)優(yōu)化的研究[J].井岡山學(xué)院學(xué)報，2008（10）.

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