多媒體教室聲學(xué)環(huán)境分析論文

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1.2.1較低的噪聲這是多媒體教室聲學(xué)的主要指標(biāo)之一.噪聲能夠降低信噪比、掩蔽有用信息、破壞聲場的正常分布,使聲場染色,導(dǎo)致信息聲音質(zhì)的嚴(yán)重惡化.多媒體教室的噪聲源主要是由外部環(huán)境傳入的噪聲(室外交通噪聲、走廊中的噪聲等)和室內(nèi)設(shè)備所產(chǎn)生的噪聲,它與教室周圍的環(huán)境、墻壁的隔音量、吸聲量、設(shè)備的電氣及機(jī)械噪聲有密切的關(guān)系,它也決定著學(xué)生接受教學(xué)信息動(dòng)態(tài)范圍的大小.因此多媒體教室要保證足夠小的背景噪聲,特別要防止低頻聲、設(shè)備的交流哼聲,以不使噪聲對(duì)有用信息產(chǎn)生明顯的干擾和掩蔽.室內(nèi)噪聲通常用“噪聲評(píng)價(jià)指數(shù)(NC)”作為評(píng)價(jià)參考量,多媒體教室的噪聲允許值NC為20～25為好,用A權(quán)計(jì)數(shù),自然聲的噪聲要本論文由整理提供低于30dB,擴(kuò)聲系統(tǒng),噪聲級(jí)要低于38dB.

1.2.2合適的混響時(shí)間人們對(duì)音質(zhì)的主觀評(píng)價(jià)“清晰”、“平衡”、“豐滿”、“有力度”、“柔和”等術(shù)語與混響時(shí)間有密切的關(guān)系.混響時(shí)間的長短對(duì)音質(zhì)的影響很大,混響時(shí)間長,音質(zhì)“空”,含糊不清;混響時(shí)間短,音質(zhì)“干”,單調(diào)枯燥;只有合適的混響時(shí)間,音質(zhì)才能豐滿、有力度.多媒體教室以語言聲為主,混響時(shí)間的設(shè)計(jì)應(yīng)主要考慮語言聲的要求,因此要根據(jù)教室的容積,選擇合適的混響時(shí)間(見表1),才能實(shí)現(xiàn)較高語言清晰度[3].表1語言類房間最佳混響時(shí)間與房間容積表容積/m350～6060～8585～127127～170170～245245～339339～424混響時(shí)間/s0.20.3～0.350.35～0.40.4～0.450.45～0.50.5～0.550.55～0.6

1.2.3避免聲缺陷聲缺陷主要是聲波經(jīng)由內(nèi)表面反射后分布而干擾正常聽聞的現(xiàn)象.多媒體教室的聲缺陷主要包括回聲、顫動(dòng)回聲以及聲染色等,產(chǎn)生這些現(xiàn)象的主要原因是:一是房間的吸聲量不夠;二是房間大多是矩形房間,六個(gè)面互相平行,容易產(chǎn)生“簡并”現(xiàn)象,形成聲染色.對(duì)于多媒體教室而言,要避免上述聲缺陷.

&nbs本論文由整理提供p;1.2.4聲場分布均勻理想的多媒體教室室內(nèi)聲場應(yīng)該充分?jǐn)U散,分布均勻,而且有足夠的聲壓級(jí).室內(nèi)聲音的充分?jǐn)U散,可以保證各個(gè)座位上的學(xué)本論文由整理提供生都應(yīng)能聽到響度相差不大的聲音,也保證了室內(nèi)空間各點(diǎn)的聲壓級(jí)相等,對(duì)多媒體教室而言,學(xué)生座位區(qū)的語言擴(kuò)聲聲壓級(jí)要達(dá)到70～75dB之間,音樂擴(kuò)聲聲壓級(jí)要達(dá)到80～85dB之間,背景音樂聲壓級(jí)要達(dá)到60～70dB之間,聲場的不均勻度應(yīng)控制在±4dB之內(nèi),使音質(zhì)得以改善,聲音變得柔和、具有親近感和空間感.

1.2.5室內(nèi)音質(zhì)多媒體教室的聲學(xué)設(shè)計(jì)其實(shí)就是室內(nèi)音質(zhì)的設(shè)計(jì).而室內(nèi)音質(zhì)的最終評(píng)價(jià)是聽眾的主觀感受,人們根據(jù)室內(nèi)聲學(xué)原理并借助經(jīng)驗(yàn),提出了混響時(shí)間、擴(kuò)散程度、反射聲、噪聲級(jí)等若干與主觀感受相對(duì)應(yīng)的物理量或聲學(xué)量.多媒體教室內(nèi)的主要聲信號(hào)為語音信號(hào),對(duì)清晰度的要求很高.這主要取決于房間的混響時(shí)間、設(shè)備的功率等.

多媒體教室建設(shè)和改造中存在的主要聲學(xué)現(xiàn)在大多數(shù)學(xué)校的多媒體教室是通過舊教室改造而成的,沒有進(jìn)行相應(yīng)的聲學(xué)處理,即使新建的多媒體教室也沒有進(jìn)行聲學(xué)處理,而且面積和容積的差別很大,大的面積達(dá)到幾千平米,小的才40～50m2,層高從3m左右到10m,平面形狀矩形的占大多數(shù).因此多媒體教室建設(shè)和改造中存在的主要聲學(xué)問題有:一是建筑聲學(xué)方面,選址不當(dāng),外界干擾較強(qiáng);房間設(shè)計(jì)不科學(xué),造成回聲、顫動(dòng)回聲、聲染色;裝修吸聲材料使用不妥,造成背景噪聲較大、混響時(shí)間偏長;配電影響音頻傳輸,出現(xiàn)干擾.二是擴(kuò)聲系統(tǒng)方面,設(shè)備檔次低,交流噪音高;音響系統(tǒng)位置分布不合理,造成聲場不均勻,產(chǎn)生嘯叫;音響系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)調(diào)在最不本論文由整理提供佳的位置等.使學(xué)生上課聽不清,影響教學(xué)質(zhì)量[4].

多媒體教室聲學(xué)環(huán)境的優(yōu)化設(shè)計(jì)針對(duì)上述多媒體教室聲學(xué)環(huán)境存在的問題及聲學(xué)環(huán)境的基本要求,多媒體教室的聲學(xué)環(huán)境的設(shè)計(jì)主要從建筑聲學(xué)和電聲學(xué)兩個(gè)方面進(jìn)行.建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)由于每個(gè)房間都有本身的聲學(xué)特性,做好建筑聲學(xué)環(huán)境的處理對(duì)以后獲得良好聲音效果奠定比較堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).如果建筑聲學(xué)環(huán)境處理不好則會(huì)出現(xiàn)混響過強(qiáng)、駐波、回聲、聲聚焦和共振等聲第3期李兆義:多媒體教室的聲學(xué)環(huán)境分析及設(shè)計(jì)69音缺陷.

2.1.1控制噪聲,提高教室的聲信噪比在多媒體教室運(yùn)用擴(kuò)聲系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué)時(shí),往往擴(kuò)聲系統(tǒng)會(huì)影響隔壁班級(jí)的正常上課秩序,會(huì)出現(xiàn)嘯叫聲,室外本論文由整理提供噪音等問題困擾著廣大的師生[5].

這就要求多媒體教室的噪聲標(biāo)準(zhǔn)必須達(dá)到相應(yīng)的國家規(guī)范要求,但是多媒體教室又有其特殊性,控制噪聲可以采取以下方式進(jìn)行:

(1)遠(yuǎn)離噪聲源在總體規(guī)劃設(shè)計(jì)中讓多媒體教室使遠(yuǎn)離馬路、市場、運(yùn)動(dòng)場等噪聲源,即避開強(qiáng)環(huán)境噪聲源.對(duì)多媒體教室干擾聲場(外界傳入室內(nèi)的噪聲聲場)大小的計(jì)算可以采用下面的公式來進(jìn)行:Lp=Lp0-101g1τ-101gAF+6.式中Lp為室外噪聲聲壓級(jí),F為透聲墻立面的面積,A=Sa-為室內(nèi)總吸聲量,τ為聲能透射率,對(duì)于多媒體教室而言,噪聲來源除了墻壁之外,更多的是從窗戶、門等進(jìn)入的,聲能透射率可取平均值:τ=ΣFτiiiF,計(jì)算出的干擾聲場的聲壓級(jí)應(yīng)小于38dB.

(2)振動(dòng)干擾預(yù)防如果上述辦法有困難,可以實(shí)行被動(dòng)式處理,即增加墻壁隔聲量;安裝消聲窗;讓多媒體教室置于教學(xué)大樓的頂層或同層本論文由整理提供中靠近樓體邊緣的位置;使用時(shí)間和出現(xiàn)噪聲的高峰期錯(cuò)開;同時(shí)禁止學(xué)生在教室內(nèi)大聲喧嘩、吵鬧;學(xué)生椅子采用航空椅,布面為亞麻布,防止學(xué)生之間語言的相互干擾;選用設(shè)備的本地噪聲要足夠低等.

2.1.2選擇合適的房間尺寸及三維結(jié)構(gòu),提高房間的聲擴(kuò)散性能多媒體教室房間尺寸及三維結(jié)構(gòu)選擇的目的是讓房間的固有頻率分布均勻,防止聲染色及語言或音樂的失真.若房間為矩形,其長、寬、高分別為,Lx,Ly,Lz則房間的簡正振動(dòng)頻率為[1]:fn=c2(nxLx)2+(nyLy)2+(nzLz)2.式中,nx,ny,nz是不同時(shí)為0的任意自然數(shù),c為空氣中的聲速.由此式可以看出,隨著nx,ny,nz取數(shù)的越多,簡正方式的數(shù)也就越多,簡正頻率也有無窮多個(gè),若房間的比例不當(dāng),會(huì)出現(xiàn)“簡并”現(xiàn)象,將導(dǎo)致聲場中某些頻率的成分得以加強(qiáng),出現(xiàn)聲染色,音質(zhì)將大大下降.因此對(duì)于多媒體教室而言,房間的長、寬、高的比例選擇非常重要,最佳的房間形狀是傳統(tǒng)的長方形,長、寬、高的比例盡量避免1∶1、1∶2的簡單比例關(guān)系,通常選取人們所謂的“聆聽空間黃金比例”,即滿足1.618∶1∶0.618或2∶32∶1,也可以選用其他比例方法,但三遍之比應(yīng)取無理數(shù),絕不可取整數(shù)倍.為保證較多的簡正方式,既要考慮良好的房間尺寸比例,又要得到較大的房間容積.通常多媒體教室的最本論文由整理提供小容積應(yīng)遵循:Vmin≥4λ3max.式中Vmin為房間最起碼容積;λmax為下限頻率對(duì)應(yīng)的波長.由于現(xiàn)在本論文由整理提供

的教室大多為矩形,一般都有平行墻面,為了避免產(chǎn)生駐波現(xiàn)象,應(yīng)在平行墻面上布置擴(kuò)散體,有利于聲場均勻.如果室內(nèi)有凹弧形墻面,一定要采用擴(kuò)散體來發(fā)散聲能,防止聲聚焦.對(duì)于面積較大的多媒體教室,除了改善房間的結(jié)構(gòu)(如可以采用矩形切角、扇形、正方形對(duì)角線配置以及多邊形等)外,還可以在頂棚懸掛反射板(前次反射聲相對(duì)直達(dá)聲的延時(shí)時(shí)間如果大于50ms),這樣既可以得到較多的側(cè)向前次反射聲,還可以加強(qiáng)聽眾區(qū)域的反射聲功率[6].

2.1.3選擇合適的吸聲材料,使房間的混響時(shí)間達(dá)到最佳合理使用和布置各種吸聲材料是獲得理想混響、聲擴(kuò)散、消除聲缺陷的重要條件.對(duì)于人耳來說,能夠聽到的頻率范圍大約為20～20000Hz之間,一般人的講話聲主要能量分布在100～5000Hz之間,對(duì)于以傳遞語言信息為主的多媒體教室,聲音評(píng)價(jià)主要為語言的清晰度兼顧豐滿度,要想滿足此條件,多媒體教室內(nèi)的混響時(shí)間可定為T60=0.4～0.7s.混響時(shí)間的長短與房間容積、房間表面積、裝修后的吸聲系數(shù)等許多不定因素有關(guān),在吸聲材料的選用和布局上應(yīng)對(duì)室內(nèi)的混響時(shí)間進(jìn)行綜合估算,具體的計(jì)算公式采用著名的賽賓公式進(jìn)行工程估算:T60=0.161VSα.式中V為室容積;S為聲室的內(nèi)界面總面積;α為聲室內(nèi)界面平均吸聲系數(shù),α=ΣSiαi/ΣSi,Si為各種不同材料的面積,αi為室內(nèi)表面各種不同材料的吸聲系數(shù),通過查閱常用材料的吸聲系數(shù)便可知道,多媒體教室的吸聲處理包括墻面、頂面和門窗等.要設(shè)計(jì)一個(gè)理想的混響時(shí)間,吸聲材料的選擇一定要與房間的容積和室內(nèi)總表面積、教室內(nèi)各種器材、設(shè)備(如:銀幕、電視監(jiān)視器、學(xué)生課桌、音箱、照明燈具、空調(diào)設(shè)備)等方面綜合考慮,同時(shí)還要符合人們的美學(xué)觀點(diǎn).

因此在室內(nèi)裝飾裝修上可采用木質(zhì)龍骨吊頂,墻體做復(fù)合吸聲結(jié)構(gòu),掛上柔軟的布窗簾等方法,當(dāng)然也要根據(jù)實(shí)際情況控制吸音和反射的合適比例;避免房間內(nèi)凹面或弧型面反射的形成,防止出現(xiàn)聲聚焦問題,使局部聲音過強(qiáng)而產(chǎn)生反饋出現(xiàn)嘯叫現(xiàn)象;對(duì)容易產(chǎn)生共振的物體進(jìn)行加固處理,避免出現(xiàn)聲音共振現(xiàn)象[7].當(dāng)然運(yùn)用混響時(shí)間公式計(jì)算出的結(jié)果只是一個(gè)參考值,與實(shí)際情況相比都會(huì)出現(xiàn)偏差,因此,要想讓多媒體教室的混響時(shí)間達(dá)到最佳,必本論文由整理提供需要經(jīng)過反復(fù)設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)、修改,才能達(dá)到理想的聲環(huán)境.電聲學(xué)設(shè)計(jì)建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)為多媒體教室音質(zhì)的改善創(chuàng)造了很好的條件,但多媒體教室擴(kuò)聲系統(tǒng)如果沒有合理的整體設(shè)計(jì)和正確連接,也難以達(dá)到理想的聽音效果.

2.2.1多媒體教室的擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)多媒體教室擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)財(cái)力情況進(jìn)行合理的安排,如果財(cái)力許可,設(shè)備的選型應(yīng)采用專業(yè)品牌,系統(tǒng)性能要基本一致,避免設(shè)備檔次配置不齊,有的偏高,有的偏底.多媒體教室的擴(kuò)聲系統(tǒng)主要由傳聲器、功率放大器、調(diào)音臺(tái)、揚(yáng)聲器四大塊組成.

(1)傳聲器:傳聲器是多媒體教室實(shí)現(xiàn)聲音輸入到語音處理系統(tǒng)的設(shè)備,它的質(zhì)量優(yōu)劣、選用的合適與否、使用的方法都直接或間接地影響教師把語音清晰的傳遞給學(xué)習(xí)者.常見的有動(dòng)圈式和電容式兩大系列.在多媒體教室的教學(xué)中一般選用靈敏度高、動(dòng)態(tài)范圍寬、頻響平直、瞬態(tài)響應(yīng)好、音質(zhì)柔和方向性強(qiáng)的電容式傳聲器,使聲音能夠清晰、亮麗、細(xì)膩的重現(xiàn),但由于電容式傳聲器具有靈敏度高和耐聲壓性小的特性,在擺放位置上要注意和音箱和其它音源的位置關(guān)系,以及根據(jù)音源大小、傳聲器和音源的距離,消除噪音,得到純凈的語音信號(hào).

(2)調(diào)音臺(tái):調(diào)音臺(tái)實(shí)際上是一個(gè)音頻信號(hào)混合控制臺(tái),它可以對(duì)多路不同阻抗、不同電平的輸入聲源信號(hào)進(jìn)行放大及處理,按照不同的音量對(duì)信號(hào)進(jìn)行混合、重新分配或編組,產(chǎn)生一路或多路輸出.因此,調(diào)音臺(tái)的主要作用是對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行放大、音色修飾、抑制噪聲、控制音量和信號(hào)混合.對(duì)多媒體教室的音源而言,主要是教師的講解聲和CD、DVD、VCD等高電平音源,用調(diào)音臺(tái)要控制好輸入電平,在保證聲音信號(hào)清晰度的基礎(chǔ)上,盡量滿足豐滿度要求.這就要求對(duì)高電平音源要按下定值衰減鍵PAD,降低輸入電平,才能保證信號(hào)電平不超過輸入電平的動(dòng)態(tài)范圍,使聲音不失真.一般情況下不可用增益旋鈕GAIN來調(diào)節(jié)改變音量,它會(huì)使信號(hào)信噪比下降.

(3)功率放大器:是把調(diào)音臺(tái)、信號(hào)處理器等前端設(shè)備送來的比較弱的信號(hào)進(jìn)行不失真的放大,并輸出一定的功率,推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出優(yōu)美而洪亮的聲音.而多媒體教室以語音的清晰度、可懂度為主,因此功率放大器作為系統(tǒng)的核心要有足夠的功率輸出,以本論文由整理提供保證室內(nèi)的平均語言聲壓級(jí)達(dá)到70～80dB,有較寬而平直的頻率響應(yīng)范圍,建議將功率放大器的輸出功率與揚(yáng)聲器的額定功率配比定在1.5倍左右,這樣能保證獲得足夠的力量感.

(4)音箱:音箱的作用是把音頻電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲音信號(hào),它對(duì)重放的聲音效果起著決定性的作用,音箱技術(shù)配置、位置擺放等直接影響聲音的還原效果.對(duì)多媒體教室而言要求聲場均勻,做到“近聽不吵,遠(yuǎn)聽不小”,保證各區(qū)域內(nèi)聽到的響度基本一致.選擇音箱時(shí),除要考慮音箱的功率符合多媒體教室的聲場要求外,還要考慮音箱的另外兩個(gè)重要特性,即頻響特性和指向特性.

2.2.2多媒體教室擴(kuò)聲系統(tǒng)的正確匹配在擴(kuò)聲系統(tǒng)的布置中,音箱布局的好壞直接影響整個(gè)擴(kuò)聲系統(tǒng)的效果,是電聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要步驟,音箱要根據(jù)多媒體教室的大小和形狀來選擇數(shù)量和擺放方式.一般來說,用一對(duì)音箱把它安裝在教室前墻的兩側(cè)的上方,音箱軸線對(duì)準(zhǔn)學(xué)生座位的主要聽音區(qū)域,就能得到理想的直達(dá)聲;對(duì)于比較大的多媒體教室,如有兩層,這時(shí)用一對(duì)音箱可能不滿足室內(nèi)聲學(xué)要求,應(yīng)再增加一對(duì)音箱,這兩對(duì)音箱應(yīng)位于同一垂直平面上,且讓上面一對(duì)音箱的主軸線對(duì)準(zhǔn)上層聽眾,下面一對(duì)音箱的主軸線對(duì)準(zhǔn)下層聽眾,同時(shí)在擺放音箱本論文由論文由整理提供

tp:///">整理提供時(shí),音箱的主軸線不宜交叉,或交叉角度不宜過大;如果是改建的多媒體教室,長、寬、高比例不一定很理想,對(duì)于過長,而寬度較小的教室,宜采用分散式布局,可將音箱線性均勻排列于房間頂部,使在房間前后的聽眾第3期李兆義:多媒體教室的聲學(xué)環(huán)境分析及設(shè)計(jì)71均能聽到較強(qiáng)的直達(dá)聲,但要注意直達(dá)聲須同時(shí)到達(dá)聽眾,因此對(duì)較前的音箱需加延時(shí)器,這樣一來就會(huì)增加成本;對(duì)較寬的教室,宜采用兩側(cè)布局的分散式布局方式,原理與頂部布局完全一樣;如果多媒體教室較大,則采用混合布局方式.不管采用哪種布局方式,音箱并非越多越好.音箱布局應(yīng)以多媒體教室的音質(zhì)要求為原則,切忌鋪張浪費(fèi),同時(shí)音箱的布局還應(yīng)避免聲反饋,如果音箱的布局不合理,容易形成聲反饋,影響教學(xué)效果,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)損壞電聲設(shè)備[7].

擴(kuò)聲系統(tǒng)的正確連接還要注意阻抗匹配、電平匹配、功率匹配等問題[8].多媒體教室聲學(xué)改造完成后,聽音評(píng)價(jià)受到人的主觀因素的影響較大,只要室內(nèi)混響時(shí)間和擴(kuò)聲系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),聲音傳遞平坦、混響適度、畸變小、瞬態(tài)好,使教學(xué)的聲音信息準(zhǔn)確無誤地傳遞給每一位受教育者,也就基本上達(dá)到了多媒體教室的聲學(xué)設(shè)計(jì)要求.

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