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教室教师授课扩音应用场景需求分析
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2021-11-15
2024-9-20
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1、如何评价教室内的声音环境

  • 主观评价：语言声音的清晰度，丰满度，柔和度，真实感，立体感等主观音质指标。
  • 客观评价：语言可懂度（清晰度），混响时间，信噪比，响度，背景噪声等常用指标。
  • 主观评价指标易受被试年龄、听力、偏好等因素影响。客观评价操作性更强，受人为因素影响小。
  • 语言可懂度是指发音者的语言单位（字，词，句），通过传递被测试者正确识别的比率。测试指标为语言清晰度指数AI和语言传输指数STI或快速语言传输指数RASTI。（STI最为常用）
  • STI : 主要和混响时间和信噪比有关；
  • 混响时间：声波在封闭空间中，当室内声场成稳态后，声源停止发声后，声压级下降60dB所经历的时间，单位是秒（Ｓ）；
  • 教室作为教师授课和学生学习的主要场所，满足师生正常交流是教室的最低要求，语言可懂度是评价教室声环境最基本的参考量（教室一般为T60，测试方式可以采用T30或者T20）
  • 影响教室室内听闻环境的因素主要有室内背景噪声、信噪比、室内混响、授课语言本身的声学特性、师生交流方式等, 但最主要的还是混响时间和信噪比。
  • 要提高室内语言可懂度, 相当于增大室内的 STI, 而缩短室内混响时间和提高信噪比（高质量传声、低延时、啸叫抑制、降噪等）都可以达到此目的。

2、目前教室内面临的声学问题

1.传统的无线麦音箱扩音方案，声场分布不均匀，混响时间不合要求（普通教室 <0.8s，语言教室 <0.6秒），语言清晰度不达标（1级教室要求标准是>0.65，），存在回声问题；（以上指标来源于GB∕T 36447-2018 多媒体教学环境设计要求，目前声学指标对于教室均不是强制执行）
2.扩音系统不匹配：不匹配现象存在包括功率放大器和扬声器阻抗不匹配、扬声器功率和教室容积不配配、扬声器的频率范围不匹配等问题。同时除了配备有线传声器之外，大型教室还会配备无线传声器，传输时偶尔出现啸叫。学校教室电声系统出现有以下具体问题：
（１）扬声器摆放于教室侧墙两边，相对布置，声音产生驻波现象；
（２）阶梯教室空间过大，教室侧方或后方扬声器未采用延时设置，声音先后到达能被人耳识别，清晰度不够；
（３）普通多媒体教室，扬声器布置前方，存在声场不均现象；
（４）扬声器低频回放部分过多，扬声器或功率放大器没有滤去低频；
3.教室本身声学环境较差，且再传统的声学再改造装修成本高（我们可以提供一种低成本的声学优化方案，并且通过测试数据能有据可依进行声学改造）- 教室声音环境存在的问题较大教室的再改造装修成本高，所以即便教室的立体空间不符合声学要求，也不会去改变教室的立体格局。较为普遍的方式就是对教室进行简单粉刷装修后，安装音箱扩音。

3、市面上现有的解决方案分析

  1. 老师不佩戴任何扩音设备
      2. 72%的教师在大教室上课的时候担心后排的学生不能听清自己的声音, 因此不得不努力提高自己讲课的声级；（1） 老师用嗓过度，长此以往患咽喉炎的概率比普通人高； 中后排学生语言认知度是前排的30%，造成教育不公平性；
  1. 小蜜蜂设备
      2. 扩音效果差，底噪大，声场不均匀会导致局部学生受到声污染； 极容易发生啸叫； 老师随时携带使用不方便； 充电管理不方便，容易丢失和损耗；
  1. 2.4G/U段无线麦+有源音箱
      2. 无线环境恶劣，系统易受干扰的先天缺陷常常发生断频的现象；（目前无线麦最严重的问题之一） 常见为配套1对壁挂有源音箱（价格便宜，效果很差），放置于教室前排并不能有效解决声场均匀问题，教室声学环境恶劣的情况下，使用音箱的语言传输指数反而不如不使用扩声系统； 拾音部分无论是使用话筒笔、头戴麦或领夹麦，都会产生设备保养、维护、使用不便的问题； 如果是“非1师1麦”的情况下，交叉共用，还会有健康隐患；
  1. 固定鹅颈麦
      2. 限制老师在讲桌前，无法移动，不符合实际应用场景； 设备外露，且容易触碰，公共环境下易损坏；
  1. 声学原因定位不清晰
      2. 多教室都存在混响时间过长，教室背景噪声过大，造成无线麦扩声的声音都不清晰。但老师一般都认为是设备选型不当，长期将时间花费在设备的选型上，但一直没用解决问题。（教室音场不好归因错误）
  1. 教师内的无线扩录音系统需要目前在教室难以使用的主要原因之一是没有专人管理、维护，1年不到几乎都成为电子垃圾。一些普教为电教老师兼职管理或者1个人管理，设备多，管不过来，就会导致教师用不起来，有一些教室装了扩音系统，任然有老师使用小蜜蜂。

4、好的扩音系统应该具备以下几点：

  • 教师学生无感知，摆脱手持麦、可穿戴麦的物理束缚，接近原本的授课场景；（摆脱空间束缚，教室自由活动）
  • 设备一次性部署，无需学校的管理和维护，不增加学生和老师的学习、工作负担；
  • 不参与无目的功率和声压竞争，回归声学本身，保证学生、教师的舒适度和身心健康为主，声场均匀，保证每个学生所处区域的声压级在70-75dB之间；
  • 具有声学测试功能（混响时间、STI、信噪比、教室噪声），方便部署的同时为教室提供声学指标，以在声学极端情况下做建声处理提供有效依据，同时在教室中，噪声大时，需要提高声音的声压级，让学生听清；噪声小时，应该降低声音的声压级，节约能量，利用掩蔽效应保证信息有效传达；
  • 扩音系统常开，具有噪声门限，低系统噪声，无需老师手动打开和关闭，注重节能设计；
  • 尽可能的保证混响时间（<0.8s）、语言清晰度(>0.65)。（有条件的教室，如果教室本身建声有问题，提供声学处理方案）；

5、教课室的理想混响时间 – 国际

不同国家或组织对体积在200m³以下的教室室内混响时间的建议值 Recommended reverberation time of classrooms (volume below 200m³) by different countries
Sources: 同济大学理学院博士宋拥民 - 教室室内最佳听闻环境的研究
国家或组织
WHO
美国
英国
法国
德国
意大利
葡萄牙
新西兰
比利时
日本
中国
混响时间建议值/s
< 0.6
0.6
0.4~0.8
0.4~0.8
0.8~1.0
< 1.2
0.6~0.8
< 0.6
0.9~1.3
0.5~0.7
≤ 0.8

6、教课室的理想混响时间 – 国内

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