多媒体教室的声场环境分析与优化
一、声场的组成及特点
多媒体教室声场主要由直达声、反射声和混响声三部分组成。直达声是由声源直接传播到室内听音者的声音；反射声是由室内反射面到达听音者的声音；反射声经多次反射，产生分布和方向不明且具有延时的声音称为混响声。当延时大于50m/s就会产生回声。在声场中，直达声影响声音的亲切感，反射声影响声音的清晰度，而适度的反射声能够加强直达声的响度，改善语言清晰度和亲切感，过强的反射声会破坏声像定位，影响声音的清晰度；混响声主要影响声音的丰满度，适度的混响声可以使声音具有环境感，有利于提升声音的丰满度，而过强的混响声会破坏声音的清晰度。 二、多媒体教室声场的基本要求 多媒体教室的声源主要是教师的讲解声、课件的解说、音乐和效果声。教学信息的传递主要是通过教师的讲授语音或影片、课件中的解说传递给学生。因此，多媒体教室的声音效果主要追求语言的清晰度，兼顾声音的丰满度。提高清晰度必须提高直达声强度，适当增加前次反射声，使其突出于混响声。直达声和前次反射声较强时，为提高丰满度，就需要增加声场混响时间。因此理想的多媒体教室声场，要做到充分利用直达声，合理地分布前次反射声，正确地控制混响声，使得声音清晰度高、响度适中、音质优良、丰满度高。多媒体教室声音的传播涉及多方面的综合因素，其音质的好坏，直接影响教学信息的传递，传递教学信息差，给学生上课听力造成心理负担，影响教学质量的提高。所以，多媒体教室室内声场应满足以下基本要求。 1.低背景噪声，这是多媒体教室声场的主要指标之一。噪声能够降低信噪比、掩盖有用信息、破坏声场的正常分布，使声场存在染色，导致信息声音质感的严重削弱。多媒体教室的噪声源主要是由外部环境传入的噪声（窗外交通噪声、教室走廊中的噪声、临近教室的噪声等）和室内设施以及教学设备所产生的噪声。它与教室周围的环境、墙壁的隔音和吸声量、设备电气及机械噪声量有着密切关系，对学生接受教学信息的状态有一定的影响。因此多媒体教室要保证足够小的背景噪声，特别要防止低频声、设备的交流声，使环境背景噪声对有用信息的传递不会产生明显的干扰和破坏。 2.声场的混响时间，混响时间取决于房间的体积和室内表面层的材料。空间越大，混响时间越长，听觉感受明亮，给人以饱满的感觉。而空间小的房间，混响时间较短，给人是一种生硬的听觉感受。混响时间的长短对音质的清晰度影响很大，混响时间长，产生的音质“浑浊”，含糊不清；混响时间短，产生的音质单调枯燥；只有对混响时间进行合适的控制，室内音质才能感受清晰、丰满、有力度。多媒体教室一般以语言声为主，混响时间的控制主要偏重对语言声的处理。根据教室的容积，合理地控制混响时间，才能实现比较理想的语音力度和清晰度（见表1）。 3.室内音质。室内音质的最终评价是听众的主观感受，人们根据室内声场原理并借助经验，提出了混响时间、扩散程度、反射声、噪声级等若干与主观感受相对应的物理量或声学量。多媒体教室内的主要声信号为语言信号，语音清晰度及听音者的感受，主要取决于对房间混响时间和设备功率大小的控制。例如，房间混响时间过长，造成教室扩音器不能发出正常大小的音量，导致声音清晰度降低。要提高教室扩声质量，主要采用室内装修材料和控制空间大小减少混响时间。通过混响衰减60dB所需的时间的计算公式T60=0.163V／sa可以看出：当V减小，Sa增加，混响时间就随之减小；反之，就会增加。（其中：T60为混响声能衰减60dB所需时间，V为室内空间的体积，S为矩形室内六面面积的总和，a为六面材料的平均吸声系数） 4.声缺陷。声波经过由内表面多次反射后，形成干扰且不能听到正常声音时，就会产生声缺陷现象。多媒体教室的声缺陷主要包括回声、颤回声和染色声等，产生这些现象的主要原因：①房间的吸声量不够；②房间大多是矩形结构，六个面互相平行，容易产生面与面之间的多次反射现象，形成染色声。对于多媒体教室而言，尤其是改造的教室，用吸音建筑材料适当改变教室内墙表面和矩形结构体避免声缺陷。 5.声场均匀分布。多媒体教室室内声场应该充分扩散，均匀分布，而且有足够的声压级。室内声音的充分扩散，可以保证每个座位上的学生都能听到响度相差不大的声音，保证室内空间各点的声压级相近。对多媒体教室而言，学生座位区的语言扩声声压级约在70～75dB之间，音乐扩声声压级约在80～85dB之间，背景音乐声压级在60～70dB之间，声场的不均匀度应控制在±4dB之内，使音质得以改善，声音变得柔和、清晰，具有亲切感。 三、声场环境问题与优化方法 由于人们对多媒体教室声场环境的重要性缺乏足够的认识，在新建或改建多媒体教室过程中，只重视多媒体教室设备的配置，忽视了多媒体教室声场环境的基本要求。存在的主要声场问题有：声场环境、方位没有进行相应的声学处理，教室平面积和容积的比例差别很大，层高结构不合理。建筑声学方面，一是选址不当，外界环境干扰较强；楼层教室分布不合理，室内装修吸声材料使用不妥，形成回声、颤动回声、声染色，造成背景噪声较大、混响时间偏长；配电设施不合理，影响音频传输，出现干扰。二是扩声系统方面，音箱功率选配不当，安装位置和声压分布不合理，造成声场不均匀，容易产生啸叫；音响系统设备没有根据教室容积环境和语音特点调整在最佳状态等。 对于以传递语言信息为主的多媒体教室，声场评价主要为语言的清晰度、兼顾丰满度，以降低室内混响时间，减少有害的反射面改善教室的声场环境。多媒体教室混响时间过强，降低了语言信息传递的清晰度，使教室声场环境变差。有两种减弱多媒体教室混响时间的方法：一是减少房间的体积，一是增加声音的吸收。在空间高度允许的条件下，增加吸声吊顶板，将会从减小体积和增加吸声两方面有效地改善教室声场环境。吊顶吸声材料的安装，一定要与房间的容积和教室内的各种设备（如：银幕、投影机、扩声音箱、课桌椅、照明、遮光帘布）综合考虑，使教室内环境的视觉效果，符合基本的美学要求。 对多媒体教室而言，做到“近听不吵，远听不小”，保证声场区域合理分布，扩声系统与教室空间应具备一定的技术匹配，才能有良好的声音还原效果。多媒体教室扩声系统的正确匹配，是电声系统设计的主要步骤，在扩声系统的布置中，音箱布设的好坏，直接影响整个扩声系统的效果，要根据多媒体教室的大小和形状来选择音箱的数量和摆放方式。一般来说，用一对音箱把它安装在靠教室前两侧的上方，音箱轴线对准学生座位的主要听音区域，就能得到理想的直达声。对于比较大的多媒体教室，而且长、宽、高比例不一定很理想的教室，用一对音箱就不能满足室内声场要求，应该按照教室空间大小，增加音箱数量，采用分散式布设，将音箱线性均匀排列于房间顶部，使在房间前后的听众均能听到较强的直达声。音箱布设方式，并非越多越好，切忌铺张浪费，应以多媒体教室的音质要求为原则；同时音箱的布设还应避免声反馈，如果音箱的布局不合理，容易形成声反馈，产生啸叫影响教学信息传递效果；扩声系统的正确连接还要注意阻抗匹配、电平匹配和功率匹配。 多媒体教室声场环境改造的最终效果，听音评价主要来自人的主观因素影响，只要室内混响时间和扩声系统达到了设计要求，声音传递平坦、混响适度、畸变小、瞬态好，使教学的声音信息能准确无误地传递给每一位受教育者，也就基本上达到了多媒体教室声场环境的设计要求。