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天富通亮:用声学技术实现教育公平
作者:管理员    发布于:2020-12-28 21:59:07    文字:【】【】【
摘要:天富通亮:用声学技术实现教育公平——访天富通亮总经理顾克明

教育公平和教育质量关乎国计民生。事实上,除了教育资源不均衡之外,教室听课也有很大的不公平性。前排的孩子比后排的孩子听得更清楚,因此,家长们处心积虑地想让孩子往前面坐。造成这种现象的主要原因是教室声学环境的不科学。天富通亮是由声学专家顾克明创立,专业从事建筑智能化和电子系统工程集成、音视频及灯光设备销售的高科技企业。顾克明老先生虽已是古稀之年,但仍活跃在第一线。日前,在2020第七届SMART SHOW国际智慧教育展上,顾老接受了华裕教育装备网的采访。

(图:天富通亮总经理顾克明先生)

鲜为人知的教室声学环境

众所周知,教室是教书育人的地方,老师讲课,学生听课。但鲜为人知的教室,其实是一个十分复杂的声学场所。

首先,教室听课具有不公平性。专家通过对教室声场的测试发现:当老师讲课声为65dB时,前排座位大家都能听清楚,信噪比为15-20dB,听课没有难度;中排座位大部分听得清楚,信噪比为5-15dB,听课难度较低;后排座位学生听到的声音只有47dB,信噪比为0-5dB,语言认知度较差,听课难度增加,听课效率低下,听不清老师讲的内容。

(图:教室听课的不均衡性)

这种典型的教室听课不公平性长期存在,所以在选择座位时,都希望坐在前排。尤其是望子成龙的家长,千方百计争取享受到好的教学条件,获得好的学习效果。

其次,混响声对听课的影响大。长期以来,教室千篇一律都是四白落地的房间,石灰墙、窗户、黑板、天花板等坚硬表面导致室内的声波多次反射,形成了强大混响声。房间的混响声越大,混响时间越长,听课越不清楚。

一般而言,我国中小学普通教室面积为72平方米,墙体面积136平方米。根据我国《民用建筑隔声设计规范》GB50118-2010和《中小学校设计规范》GB50099-2011 两项国家标准建议,教室空间混响时间应小于0.8秒。

但是现实中,教室的混响时间远高于 0.8 秒,建筑设计师从未考虑过声环境对学生身心成长的负面影响。建设者也无法拿出投资来改变听课的这种不公平性,一直以来严重影响着学生的健康成长和教学质量提高。

再次,是声音传输的衰减。声音在空气中传输,是随着传输距离增大而声音衰减增大,听音距离每增加1倍,声压级衰减6dB。当离开老师从1m走到2m处,声压级衰减6dB,从2m走到4m处声压级又衰减6dB。老师为了让后排(8米远处)学生能听好课,不得不提高嗓门,长期以来严重危害了老师的健康。

第四,背景噪声大。教室是普通建筑房间,没有专门的声学处理,环境噪声较大(≥45dB),严重干扰着听课的质量,尤其是后排影响更历害。

顾老强调:“听好课的基本条件是信噪比必须≥12dB 以上,就是说要满足整个教室声压级保持在 67dB 以上才能排除噪声干扰,达到满意听课状态。”

正是由于教室扩声的特殊性,对于如何做好扩声不啸叫,听清楚师生所有发言,已成为一个久而未决的难题。

解决这个难题,需要克服很多客观存在的困难:学校希望老师讲课不需要佩戴任何形式的话筒,但是普通教室丝毫没有建声装修,只能依靠电声技术单方面来改善。技术方面,拾音要安静、扩声扰乱安静,教室内双重条件共存,极难调和。加上学校投入低,无法选用昂贵设备,使得教室扩音存在啸叫无法开大,后排同学听不清楚讲课的情况得不到有效解决。

面对复杂的教室声环境,长期从事建筑声学研究的顾老坦言,这是他遇到的最大挑战。

全国首创自适应教学扩声系统

为了解决教室扩声啸叫、教学语言不清晰的难题,顾老带领天富通亮吸取了会议扩声系统的经验教训,对教学扩声系统进行了分析研究,从数字技术上寻找声场处理新突破,经过5年的创新创造,终于成功研发出自适应教学扩声系统(又称阵列吊麦扩声系统)。

这套独具风格的教学扩音系统最大的特点是扩声系统具有自测自检自行修正内置参数的功能,能够自动适应环境变化,具有高灵敏度、强指向性,清晰捕捉5-8米远处的声音,达到不啸叫、声音清晰、舒适的声学效果。

据介绍,这套扩声系统主要由【阵列扇形强指向性传声器】、【防啸叫处理教学扩声一体机】、【强指向性音柱】、【话筒电动升降器】等系列产品组成。

其中【阵列扇形强指向性传声器】是天富通亮经过5年专心致志努力,研发出的新颖专利产品。它内置23颗单指向音头,灵敏度得到大幅度提高(-10dB),可以在5-8米的远距离内拾音,听感真实自然。同时,扇形指向性设计,能够在较宽范围内拾取师生发言,显著提升语音清晰度,确保教学质量。

(图:强指向性阵列传声器)

【阵列扇形强指向性传声器】配合【话筒电动升降器】就能根据实际教学场景,自动控制将话筒送至需要高度,平时收藏隐蔽起来。

在北京101 中学综合教室里,就有一套由天富通亮为其量身定制的自适应教学扩声系统。这套系统选用3只强指向阵列传声器,4只全频音箱,经设计、安装、调试后,信噪比得到显著提高,声场均匀度得到改善,每个位置声压级基本保持在72dB 左右,语言清晰度0.73。现场每个同学都能聚精会神地听老师授课,十分清晰舒适,教学质量得到显著提高。

这样的扩声系统在北京航空航天大学、武汉大学阶梯教室、湖南大学报告厅、华东师范大学等高校,以及南通中学、北京市史家小学、北京实验第二小学等学校都有应用,凭借良好的声学效果赢得了师生的普遍赞扬。

首创教室补声新思路

教室声环境之所以长期难以提升,固然存在诸多客观因素,但最关键的原因在于电声技术在改造教室声场时的思路错误。

至今很多人都认为,听不清楚就是声音太小,实际上语言清晰度与声压级有密切的关系:声压级在50dB—80dB区间,清晰度基本不变;声压级大于80dB以上,清晰度急剧下降。所以,教学声音需要控制扩声系统,并非纯属加大声压级,而是要对教室进行合理补声,保持整个声场均匀度。

顾老结合教学实际情况,告诉我们:教学扩声系统需要实现师生互动、师师互动、远程互动,系统设计的目标是提高多处传声器系统的传声增益,采用多种数字处理新技术,弥补声场环境不足,主要解决的问题是空气对声音的衰减,改善声场不均匀度,使教学扩声后的语言声压级在 70dB 左右,信噪比≥12dB 以上,传输指数STIPA≥0.60,从而获得好的听课效果。

基于以上理论与实践研究,顾老在全国率先提出“教室扩声实质是补声,改善声场不均匀度”的新思路,给教室声学环境带来了颠覆性的革命。

年逾7旬的顾老至今奋斗在教室声学环境变革的路上,他说:“我的梦想是:让我们的园丁上课不费力,真正把双手解放出来,少得咽喉炎,健康快乐授课;让每个学生都能听清老师的精彩讲课,参与互动,天天向上;让发言者不再受传声器束缚,不影响画面,营造生态环保环境,教学变成享受。”在顾老的带领下,天富通亮正朝着梦想目标稳步迈进。

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