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

      2019-09-12 06:06:41姚中喜
      科教導(dǎo)刊·電子版 2019年19期
      關(guān)鍵詞:麥克風(fēng)

      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).

      [2] 許芳.高校多媒體教室試用狀況調(diào)查研究[D].臨汾:山西師范大學(xué),2016.

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