近年來，許多中學、高校教室都普遍建成了多媒體教室。在使用和管理過程中，教室的聲場環境問題愈發凸顯，如何改善室內聲場環境？怎樣選擇和安裝音響設備？這些都是我們需要解決的問題。

一、多媒體教室的聲場環境（聲學環境）

（一）室內聲場。

（1）室內聲場包括直達聲、早期反射聲和混響聲。直達聲和早期反射聲（也稱近次反射聲）通常被認為是有益的。如果反射聲與直達聲的時間差較小（0.3s～0.5s），人的耳朵就無法區分，只能疊加在一起感受。 比直達聲晚到50ms以上的多次反射聲都稱為混響聲，人的耳朵能明顯感覺差異，而聽到清晰的回聲。混響聲的大小與房間的尺寸（及尺寸間的比例）和周圍界面的吸聲特性有關。

（2）聲音頻率。人耳能夠聽到的聲波頻率范圍很寬，大概是在20Hz ～20kHz之間。語音頻率在63Hz～8000Hz。人耳對于頻率在1000Hz～4000Hz的聲音較為敏感。漢語普通話的頻率范圍在63Hz～10000Hz， 英語和法語發音的最高頻率都在5000hz左右。

（3）聲壓與聲壓級。聲學中的聞閾聲壓是2Pa，稱作基準聲壓，痛閾聲壓是20Pa。將聲壓采用對數標度就是聲壓級 （單位是分貝dB）。為便于敘述，本文使用A聲級。

通常教師講課聲級范圍在40dB～80dB。有研究表明，聲壓級的最佳范圍為65dB ～75dB。語音里的中低頻聲是聲壓級的主要部分。

（4）簡正波與房間尺寸。房間內往往會形成駐波（簡正波），對應的頻率稱為簡正頻率。當多個方向上的簡正頻率重疊時，會形成簡并。簡并會導致共振，還會造成頻率畸變（聲音失真），形成聲染色。聲染色一般發生在300Hz以下的低頻段。

許多時候，房間都是兩兩平行的六面體，墻壁和內部材料的普遍吸聲系數較小，在使用寬頻段的音響設備時，容易產生簡正波和引發低頻顫動回聲。

簡正頻率與聲源無關，是一個房間的固有聲學特性，是假定封閉的幾何空間的物理特性。要盡量避免房間的各邊長之比為整數。通常認為房間的長、寬、高之比，最好是“黃金比例”1.618：1：0.618，或5：3：2。至于要求邊長比為無理數，如比值為√2：3√2：1，顯然太不現實。

（二）對于多媒體教室而言，我們主要關注室內聽聞環境。語言可懂度是評價室內聽聞環境優劣的一個主要指標。其數值難以直接獲得，而是通過語言傳輸指數STI來間接得到。具體說來就是通過測量混響時間和信噪比，得到語言傳輸指數STI，進而得到語言可懂度。

此外，輔音對于語言可懂度有非常重要的作用，籍仙榮等 就使用輔音清晰度損失率（AIC）作為語言可懂度的評價指標。

（三）教室室內聽聞環境的評價參數及目標。

在實際評價室內聽聞環境時，常用參數的有背景噪聲級（dB）、信噪比（dB）、混響時間（s） 。Bradley等認為，影響教室內聽聞環境最主要的因素還是信噪比和混響時間。

在背景噪聲級的聲源方面，有研究表明，師生活動噪聲是室內的主要噪聲，上課時，室內背景噪聲級達到了50.5dB。

一般可以滿意的信噪比為15dB ～25dB 。有較好聽聞環境的信噪比是大于12dB 。

有研究認為中頻最佳混響時間為0.5s。宋擁民等研究認為教室室內最佳混響時間為0.6s（體積≤）。國家標準是0.9s，這數值明顯太大。

在對待混響時間的問題上，需要注意到教室和音樂廳堂的不同。教室的混響時間要盡量減小，以接近推薦范圍（0.5s～0.6s），而音樂廳堂一般不能小于1s。

綜上，我們的目標就是降低背景噪聲，增大信噪比，增加早期反射聲，減小混響時間，盡量使聲壓級分布均勻。另外還要防止簡并和顫動回聲、減少室內噪聲源、防止出現聲缺陷（如聲染色、聲聚焦、聲影等）。

（四）吸聲體與擴散體。

（1）吸聲體。吸聲結構中，微穿孔板已經得到了廣泛的應用。微穿孔板吸聲體能夠有效吸收實際上多余而且有害的那些中高頻聲。目前使用最多的是穿孔礦棉板。除了微穿孔板以外，還可以使用泡沫體或海綿體。

有研究顯示，人體及衣服能吸收大量的中高頻聲波，教室中坐滿學生時的混響時間會明顯下降。

教室中，窗簾就是一個很好的吸聲體，應該加大窗簾的覆蓋面積，甚至沒有窗戶的地方也要懸掛窗簾（比如后墻）。還要增加褶皺程度，選用多孔及厚實的窗簾。以下提及的窗簾均按照這些要求。

在鋪設吸聲體時，我們應該注意到房間尺寸，在長寬高三個方向上的尺度不同，由于高度方向的尺寸最短（如3.2m～4.5m），所以在與其垂直的平面上（頂棚和地板）鋪設吸聲體的效果最好。層高較高時，鋪設在頂棚的吸聲效果就不明顯，這時可以考慮在兩側鋪設吸聲體。

（2）擴散體（反射板）。通過擴散體（反射板）增加早期反射聲，可以提高早期聲能、減小混響時間。常見的反射板有低穿孔率的鋁合金板和二次余數擴散體。

（五）室內低頻聲的處理

在會議室中通過鋪設地毯等方式，增加聲音阻尼，可以大幅度的損耗低頻聲。對于普通多媒體教室，低頻聲的吸收總是很困難，那些能夠吸收低頻聲的共振結構或復合結構還不太實用。

聲波是機械波，低頻聲的波長較長，如100Hz的波長為3.4m。在缺乏有效阻尼和吸聲體的情況下，我們不能指望教室里的座椅板凳像不銹鋼那樣，在亞波長尺度都能對于電磁波具有著極大的耗散。

盡管可以開門開窗能釋放出一部分低頻聲，但又會造成教室間的相互影響。一個簡單易行的辦法是從聲源著手，就是不能讓低頻聲從音箱播放出來，特別是125Hz以下的。這不僅需要在處理聲音時對低頻段作適當的衰減（從-5dB到-20dB），而且播放時要使用小截面的音柱，不能使用全頻音箱，特別是大截面有超重低音的全頻音箱。盡管這會犧牲掉教學中多媒體內容的低頻音質，還會犧牲掉低頻聲對于聲壓級的貢獻，但這些都是為了改善室內聲場環境而必須付出的代價。

（六）教室的門窗隔音。

除了室內盡量避免產生低頻聲和活動噪聲以外，室外通道和隔壁教室就是一個很大的噪聲源。所以我們要非常重視門窗的隔音問題，做好門窗隔音就能有效的阻斷教室內外相互的噪聲影響。

二、教室室內聲場環境的重要性及其改造價值

有研究顯示，在室內較大噪聲的干擾下，學生的大腦工作能力明顯下降，表現為容易產生學習疲勞，作業能力下降、閱讀能力下降和記憶能力下降。對比實驗表明，在相對安靜的環境中學生的學習能力更強，成績更好。另外，有研究顯示，投資于改善室內聲場環境具有很高的價值。

我們需要充分認識到改善室內聲場環境對于教學的極端重要性，針對不同用途的教室，科學分析，區別對待，綜合施策。

三、音響設備的合理選擇與布置

（一）音箱與功放的選擇。音箱盡量使用音柱而不是全頻音箱，以減少低頻污染，這也是教室區別于音樂廳堂的地方。音柱的聲音會感覺有些偏小。

為了配合音柱，功放在處理信號時，就要對低頻段作不同程度的衰減，特別是125Hz以下可以直接舍棄。考慮到設備的其它用途，折衷的辦法是，功放正面的低音旋鈕可以保留，但在功放背部設置一個低頻硬開關。

在設備類型方面可以選擇教學音箱（以下說的音箱指的是音柱一類）。音箱總功率通常按教室面積1w/，功放功率按幾只音箱總功率的1.5倍選擇[6]，還可以再高一些，這才符合“大馬拉小車”的原則。當然，這些都是估算，不同廠家的設備會有所區別 。

為了防止干擾，多媒體設備的中控和功放都要有良好的接地。

（二）音箱的布置。根據不同教室的聲壓級分布特點，音箱安裝位置要看教室的具體情況，一般安裝高度為1.8m～2m以上，左右等高但不能太高。要以面向教室中后部為主，適當的向內、向后、向下傾斜，左右兩邊音箱的軸線交叉，盡量使室內各點聲壓級分布均勻，音量大小相當[7]。我認為，要同時滿足這些安裝要求，或許需要定制專門的音箱托架，而不能直接將其固定在兩邊的墻柱上。我注意到有部分廠家，采用了能做水平位置調節的安裝托架，但如果音箱不能向下傾斜，再加上位置較高，就會造成功率的浪費。

（三）嘯叫的防止。讓音箱向后離開講臺一段距離，就是要離開麥克風且指向相反，以避免發生正反饋而嘯叫。另外，傳統的功放也都帶有防止嘯叫的功能，比如有的功放集成了移頻器和1/3倍頻的8路調音臺，通過移頻或衰減部分頻段信號來防止嘯叫，但這些都會導致聲音失真和需要手工調節。

（四）麥克風。教室中常用的麥克風有動圈式和電容式。動圈式麥克風具有很好的指向性，需要適當的聲壓閾值，才會拾取聲音，因而具有一定防止嘯叫的能力，很耐用。電容式具有將聲音信號轉變為電信號的最佳設計原理，能實現“原聲重現”，具有很高的靈敏度和瞬時響應特性，多用于領夾式的無線話筒，比較結實。

麥克風最好選用XLR接頭（卡儂接頭），其提供的信號能作為一種平衡信號、低阻信號接入中控。平衡信號具有很強的抗干擾能力。近些年來，中控還能為麥克風提供48V幻相電源，從而很好的解決了麥克風的供電問題。

（五）傳統設備在信號處理能力上的不足。除了兩頭，語音信號的輸入（麥克風）和輸出（音箱）的效果有待改善，作為中間環節的信號處理，由于只有功放這一臺設備，明顯力不從心。

我們的要求很多，如對于低頻段的衰減，中高頻段的增益，較高頻段的衰減，還有適當的均衡等等。單是防止嘯叫的能力，其實讓人還難以放心。其音質與調音臺—均衡器—反饋抑制器—功放這樣的基本組合差別較大。

（六）音量調節。為了便于控制音量，通常會在多媒體控制面板上設置調節按鈕，但這是在調節輸入電平，不利于后續信號的處理，我們更希望通過控制功放的輸出來調節。

（七）數字音頻設備。近年來，有的在講臺上方安裝吊裝式麥克風，這是基于DSP（數字信號處理器）的數字音頻設備，由2個到4個駐極體組成的麥克風陣列，能夠實現講臺8米以內的大范圍拾音，甚至學生回答問題時的聲音，都能有效捕捉。

在音響設備的發展趨勢上，基于DSP的數字音頻設備正在逐步替代傳統設備，其具有強大的窄帶化和智能化的音頻處理能力，可以將以往多種音響設備的功能整合在一起，重點是我們為了配合室內聲場環境，此前對于音響設備的種種要求可由其一體承擔。

話雖如此，但問題的復雜性在于，許多數字音頻設備表現出來的實際音質，并沒有原來以為的那么好。

考慮到成本因素，對于傳統功放，一個折衷的辦法是，可以在功放之前接入一臺低配版的數字音頻設備，能夠自動進行動態的反饋抑制和均衡頻帶，從而強化音頻處理能力。另外，還可以在增加的設備中通過適當的接口，接入控制面板上的音量控制，這始終要比直接降低麥克風的輸入電平要好。

四、改善教室室內聲學環境的綜合措施

（一）如前所述，由于小教室（體積≤）的空間較小，所以混響時間短，但回音現象明顯。可在頂棚鋪滿穿孔礦棉板，不需要安裝反射板。一般講課不要使用麥克風，音響設備的功率要小，播放時音量也要開得小。

從實際效果來看，對于普通多媒體教室，當體積在～之間時，僅采取頂棚安裝穿孔礦棉板一項措施，就能夠起到很好的吸音效果。對于其它類型的教室，比如錄播室、語言實驗室、機房、模擬法庭等，也建議參照處理。

（二）階梯教室。對于120人至150人的階梯教室，可以采取如下措施：

（1）如果教室比較寬，可以考慮作矩形切角，如果不太寬，則不必切角。

（2）在講臺兩側安裝反射板，采用低穿孔率的鋁合金板，以增加早期反射聲，優化早期聲壓級分布。這些反射板安裝在矩形切角面或兩側墻面，還可以傾斜安裝在講臺頂部，作用相同。

（3）在教室上方的中前部（靠近講臺一側）再增加反射板，背后（上面）填充玻璃棉氈。教室后墻頂部也要安裝傾斜的反射板，以加強教室后面的聲音級分布。在其它頂棚區域（主要是中后部）和后墻則鋪滿玻纖天花吸聲板。

（4）鋪設通道地毯。

（5）使用柔軟面質的座椅。

（三）對于各類教室，都需要做好門窗的消音隔音，同時發揮窗簾的吸音作用，增加窗簾覆蓋范圍。

（四）注意各種散熱風扇的噪聲。講臺上的多媒體設備通常會被集中在一個鐵皮柜子內，電腦和功放的散熱風扇（3～6個）組成了一個密集的低頻噪聲源。這就要求電腦的各風扇均使用靜音風扇。另外還有投影機散熱風扇發出的噪聲，這些散熱風扇都需要及時清理灰塵，防止噪聲過大。

（五）做好音響設備選擇的與布置。要使得室內各點的聲壓級均勻，應根據聲場環境，選擇合適的音響設備并合理布置。

五、結論

多媒體教室室內的聲學環境重要而且復雜，通過聲學分析，需要根據不同環境來選擇聲學材料，合理搭配，多措并舉，就能夠改善各類問題。