李岚俊 朱正飞

摘  要 通过多种工程思路设计音响扩声系统，解决阶梯教室音频存在的问题，最大限度消除噪声和回声，保证大学校园阶梯教室良好的声场效果，保障阶梯教室的教学效果，发挥阶梯教室强大的教学功能。

关键词 阶梯教室;音响扩声;声场效果;扩声设备

中图分类号：G647    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2019）04-0034-02

Abstract The sound reinforcement system is designed by enginee-ring various ideas to solve the problems of audio in the classroom， to eliminate noise and echo to the greatest extent， to ensure the sound field effect of the university campus ladder classroom， to ensure the teaching effect of the lecture classroom， and to play the powerful classroom teaching function.

Key words ladder classroom; acoustic sound reinforcement; sound field effect; sound reinforcement

1 引言

阶梯教室是校园教学过程中的一个重要组成部分，它的面积大、阶梯状逐渐升高和容纳人数多的特点，使之在教学过程中扮演着越来越重要的角色，成为学生重要的伙伴，为教师传播真理提供了舞台，成为大学校园的一道风景线，是大学开放胸怀、自由的学术氛围的象征。作为一个如此重要的教育平台，音响扩声设计的好坏会直接影响教室的教学效果。一些教室回声、噪声严重，严重削弱了教师授课的效果，影响了学生与教师的互动，使阶梯教室的使用效果大打折扣，浪费了如此重要的教学资源。

在设计校园阶梯教室的音响扩声系统时，要把握住关键的三点要求：

1）能够消除回声，实现“0回声”;

2）能够保证教室内的层次清晰度;

3）能够统一管理，“一键”控制各类电源。

要实现这三点要求，关键点在于充分融入工程设计理念，将工程为高等教育服务，以依据有限的预算实现优越的现场效果为原则，结合计算机科技、物理、化学等多种工程学科实现途径来解决噪声、回声等问题，保证良好的声场效果，实现为教师教学服务的宗旨。

2 如何解决回声问题

面对如此“空旷”的教室，首先需要面对的就是回声问题。阶梯教室比较突出的一个特点就是层高比较高，加上房间的长度和宽度，房间的立体空间是很大的，这就导致声音在传播过程中很容易产生回声问题。如何解决回声问题，成为首先需要做的。

解决回声最便捷实惠的方法是在教室的四周添加吸音棉。吸音棉是一种人造无机纤维，以一些天然矿石如石英砂和石灰石为主要原料，在融化状态下加入一些化学原料，然后吹成细絮状物。采用吸音棉可以消除部分回声，但是仍会受到大部分回声的困扰;接着可以通过数字音频处理器来进一步解决问题。数字音频处理器拥有基于DSP平台的回声消除技术，接下来说一说它的回声消除工作原理。

数字音频处理器的回声消除算法原理如图1所示。回声消除模块使用自适应滤波器来识别未知回声信道，并基于扬声器产生的信号与多径回波之间的相关性来关联参数;建立远端到对端信号模型，将回声路径进行模拟，并通过自适应算法调整对真实回声路径的影响响应;然后从估计值中减去由麦克风接收的信号值，从而实现回声消除。自适应滤波器是以输入和输出信号的统计特性来估计，并且滤波器系数通过特定算法自动调整，是一种实现最佳滤波特性的算法或装置[1]。

远端输入的数据经过自适应滤波器后就获得近似于近端输入的数据，同时与近端输入进行相减后得到误差e。误差e作为自适应算法的输入而存在，以根据处理需要将滤波器的系数更新为随后的远程数据处理。在需要时是指远端通话近端静音的情况。误差e也会通过NLP（非线性处理）发送给另一方以产生舒适噪声。

了解完回声消除的原理后，关注一下目前大部分阶梯教室的音频设备使用状况：无线话筒或者有线话筒以及电脑音频的输出口连接到功率放大器，然后由功率放大器输出到挂在墙壁的音箱。所以，在设计阶梯教室音频扩声系统的时候，通过增加音频处理器去解决部分回声和噪音问题。改进的音响扩声设备连接关系如图2所示。

3 音响扩声系统关键设备的选型

在设计音响扩声系统之初，也可以在选型这个层面去解决一些噪音问题。由于学校在采购过程中过分考虑设备的性价比或是对音响扩声设备不熟悉，造成音箱和麦克风在选型上出现问题，从而导致音质效果不如意，失真度高。如何解决选型出现的问题呢？首先，在选择音频设备的时候尽量选择国内外知名品牌。知名品牌的产品在参数上虽然没有额外的优势，却能保证设备设计指标的实现和系统工作的可靠性。

以教室的大小为标准，要选取合适的功率、频率响应、阻抗、信噪比和动态范围等指标的产品。首先选型合适功率的音箱。音箱功率与房间面积的不匹配，会让扩声系统的信噪比大幅度降低，甚至引起啸叫，从而导致设备损坏。配置音箱的功率如表1所示。

当然，在实际选型过程可以适当地增加功率余量，也可以按照1 W/m2的规格去选取合适功率的音箱。还要强调一点，音箱选型完了还要关心安装位置的问题，在安装音箱的时候一定要设计好它的位置，保證每个音箱的高度、角度一致，保持声场的均匀度，以避免声源出现移位现象。