專利名稱：教室補(bǔ)聲設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及聲音處理放大領(lǐng)域，尤其是涉及一種應(yīng)用于教室、會(huì)場(chǎng)等室內(nèi)環(huán)境的教室補(bǔ)聲設(shè)備。
背景技術(shù)：
教師在沒有現(xiàn)場(chǎng)擴(kuò)聲系統(tǒng)的場(chǎng)地授課全靠自己的嗓音，為了讓全教室都能聽清楚授課內(nèi)容必須盡量提高音量，使嗓子超負(fù)荷運(yùn)行，長(zhǎng)期以往會(huì)產(chǎn)生許多職業(yè)病。以往傳統(tǒng)的本地采集本地?cái)U(kuò)聲系統(tǒng)為了避免由于循環(huán)采集喇叭里放出的聲音而引起的囂叫，拾音器多采用低靈敏度的近講傳聲器。由于近講傳聲器靈敏度低，老師上課的時(shí)候必須近身攜帶非常不方便。傳統(tǒng)的教室擴(kuò)聲系統(tǒng)多采用數(shù)量較少且功率較大的喇叭，這會(huì)導(dǎo)致教室內(nèi)聲場(chǎng)不均勻，離喇叭近的學(xué)生由于聲音太響而感覺不適，距離喇叭遠(yuǎn)的學(xué)生又會(huì)覺得聽不清楚，而且如果喇叭聲音過響會(huì)影響隔壁班級(jí)的正常上課。中華人民共和國國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局于2011年06月01日公開了公布號(hào)為CN102082989A的專利文獻(xiàn)，名稱是一種基于ZigBee協(xié)議的教學(xué)用全數(shù)字無線擴(kuò)聲裝置。此裝置包括發(fā)送端和接收端；所述發(fā)送端包括麥克風(fēng)以及與麥克風(fēng)連接的ZigBee發(fā)送模塊，所述接收端包括ZigBee接收模塊、音頻解碼電路、音頻放大電路和喇叭，ZigBee接收模塊依次經(jīng)音頻解碼電路、音頻放大電路后與喇叭連接；所述ZigBee發(fā)送模塊與ZigBee接收模塊無線連接。此方案仍然需要教師隨身攜帶麥克風(fēng)，并且難以產(chǎn)生合適的聲場(chǎng)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的教師需要近身攜帶傳聲器、揚(yáng)聲器聲場(chǎng)不均勻的技術(shù)問題，提供一種無需教師近身攜帶傳聲器、具有良好聲場(chǎng)的教室補(bǔ)聲設(shè)備。本實(shí)用新型針對(duì)上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的一種教室補(bǔ)聲設(shè)備，包括拾音裝置、音頻處理主機(jī)和揚(yáng)聲器陣列，所述拾音裝置與所述音頻處理主機(jī)連接，所述音頻處理主機(jī)與所述揚(yáng)聲器陣列連接，所述拾音裝置安裝在教師主要授課區(qū)域上方的教室頂部，所述揚(yáng)聲器陣列的覆蓋范圍與拾音裝置的拾音范圍互補(bǔ)。作為優(yōu)選，所述拾音裝置包括駐極體電容式拾音頭、拾音放大模塊和自動(dòng)增益控制模塊，所述駐極體電容式拾音頭與所述拾音放大模塊連接，所述拾音放大模塊通過所述自動(dòng)增益控制模塊與音頻處理主機(jī)連接。拾音裝置采用UniGuard射頻干擾(RFI)屏敝技術(shù)，防止射頻干擾，抑制環(huán)境周邊的雜音。其采用高級(jí)阻燃樹脂ABS設(shè)計(jì)，內(nèi)部共振聲腔經(jīng)過精確計(jì)算，收音更清晰。拾音裝置采用回聲消除凹腔有效減少空曠房間的嚴(yán)重回音，提供清晰及高質(zhì)量音頻信號(hào)輸出。拾音裝置采用杜比定向邏輯環(huán)繞聲系統(tǒng)，內(nèi)置高速語音處理單元，兩級(jí)動(dòng)態(tài)降噪處理。拾音裝置還內(nèi)置自動(dòng)調(diào)節(jié)高強(qiáng)度聲音和瞬間沖擊音的AGC及DTS降噪信號(hào)微處理電路和能夠徹底消除“撕撕”電子噪音的電子噪聲動(dòng)態(tài)閉環(huán)抑制電路。作為優(yōu)選，所述音頻處理主機(jī)包括依次連接的反饋抑制模塊、噪音抑制模塊、回聲消除模塊、自動(dòng)音量調(diào)節(jié)模塊和頻譜均衡控制模塊，所述反饋抑制模塊與拾音裝置連接，所述頻譜均衡控制模塊與揚(yáng)聲器陣列連接。自適應(yīng)全頻帶回聲消除，可在完全消除回音的同時(shí)而不影響本地的發(fā)言，做到真正任何時(shí)刻的全雙工效果。自動(dòng)音量調(diào)節(jié)和頻譜均衡控制，能夠自動(dòng)識(shí)別出語音信號(hào)并根據(jù)發(fā)言人的音量大小自動(dòng)調(diào)整輸出電平和頻譜，使得發(fā)言人無論距離話筒遠(yuǎn)近，遠(yuǎn)方與會(huì)人員都可以輕松聽清楚其每一句話。作為優(yōu)選，所述揚(yáng)聲器陣列包括若干個(gè)功率小于10瓦的揚(yáng)聲器。一種教室補(bǔ)聲方法，包括以下步驟步驟一通過拾音裝置采集聲音信號(hào)； 步驟二 檢測(cè)聲音信號(hào)的響度，如果聲響小于Kl,則將輸入信號(hào)衰減60db以后輸出，補(bǔ)聲過程結(jié)束；如果聲響大于Kl，跳轉(zhuǎn)步驟三；步驟三判斷聲音信號(hào)的響度是否大于K2，如果大于，則輸出信號(hào)根據(jù)以下公式確定輸出信號(hào)=K2+ (輸入信號(hào)-K2) ,補(bǔ)聲過程結(jié)束；如果聲音信號(hào)的響度不大于K2,則輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相等,補(bǔ)聲過程結(jié)束；Kl為補(bǔ)聲下限值，K2為補(bǔ)聲上限值，P為衰減系數(shù)。作為優(yōu)選，檢測(cè)聲音響度之前，先進(jìn)行系統(tǒng)模式判定，如果當(dāng)前模式為普通模式，則進(jìn)入步驟二；如果當(dāng)前模式為環(huán)境自適應(yīng)模式，則判斷采集聲音信號(hào)的周期是否完成，如果已經(jīng)完成則計(jì)算常態(tài)環(huán)境底噪，并通過常態(tài)環(huán)境底噪修正Kl和K2，如果采集聲音信號(hào)的周期未完成則跳轉(zhuǎn)回步驟一。本實(shí)用新型的補(bǔ)聲方法通過現(xiàn)場(chǎng)自適應(yīng)的方式過濾教室內(nèi)輕微的聲音(如翻書聲，小聲討論聲等)，又削弱教室內(nèi)過響的聲音(如齊聲朗讀)，使他們不會(huì)被現(xiàn)場(chǎng)擴(kuò)聲系統(tǒng)再次放大。作為優(yōu)選，Kl為3db，K2為60db，P為0. I。一般人的聽闕(聽闕指人或其它動(dòng)物的耳朵在特定環(huán)境中，能感覺到的聲音的最小強(qiáng)度)則在I至3 db之間，在考慮到聲音源到傳音器間聲音傳遞過程中的衰減，所以把不放大聽闕以下的聲音作為確定Kl的重要標(biāo)準(zhǔn)，即不把原來教師在講臺(tái)上聽不清楚的細(xì)小聲音通過我們的系統(tǒng)放大輸出；聲響高于80db會(huì)導(dǎo)致中耳的肌肉會(huì)緊張，長(zhǎng)期處于SOdb會(huì)導(dǎo)致人體不適應(yīng)。而60db是人體對(duì)聲音感覺舒適的上限，超過60db人體就會(huì)感覺聲音過響所以將60db作為K2的默認(rèn)值。聽覺面積的上限為痛閥，其值約為137. 5dB，由(137.5-60)* P+60〈70得出^ <1/8,所以取1/10。本實(shí)用新型帶來的有益效果是，通過數(shù)量多且功率小的揚(yáng)聲器陣列替代傳統(tǒng)擴(kuò)聲喇叭，使教室內(nèi)的聲場(chǎng)均勻，不會(huì)有地方響有地方輕，也不會(huì)影響隔壁班級(jí)；通過對(duì)不同響度的聲音進(jìn)行不同處理，使得揚(yáng)聲器輸出的聲音在合適的范圍內(nèi)。

圖I是本實(shí)用新型的教室補(bǔ)聲設(shè)備的一種結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本實(shí)用新型的拾音裝置的一種結(jié)構(gòu)框圖；[0028]圖3是本實(shí)用新型的音頻處理主機(jī)的一種結(jié)構(gòu)框圖；圖4是本實(shí)用新型的教室補(bǔ)聲方法的一種流程圖；圖中1、拾音裝置,2、音頻處理主機(jī),3、揚(yáng)聲器陣列，11、駐極體電容式拾音頭，12、拾音放大模塊。13、自動(dòng)增益控制模塊，21、反饋抑制模塊，22、噪音抑制模塊，23、回聲消除模塊，24、自動(dòng)音量調(diào)節(jié)模塊，25、頻譜均衡控制模塊。
具體實(shí)施方式
下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。實(shí)施例本實(shí)施例的一種教室補(bǔ)聲設(shè)備,如圖I所不，包括拾音裝置I、音頻處理主機(jī)2、揚(yáng)聲器陣列3，拾音裝置與音頻處理主機(jī)連接，音頻處理主機(jī)與揚(yáng)聲器陣列連接。如圖2所示，拾音裝置包括依次連接的駐極體電容式拾音頭11、拾音放大模塊12和自動(dòng)增益控 制模塊13，自動(dòng)增益控制模塊與音頻處理主機(jī)連接。如圖3所示，音頻處理主機(jī)包括依次連接的反饋抑制模塊21、噪音抑制模塊22、回聲消除模塊23、自動(dòng)音量調(diào)節(jié)模塊24和頻譜均衡控制模塊25，反饋抑制模塊與拾音裝置連接，頻譜均衡控制模塊與揚(yáng)聲器陣列連接。標(biāo)準(zhǔn)教室(教室的長(zhǎng)/寬/高分別為8. 9/7. 9/3. 3M)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試聲音頻頻率分別為250、500、1000Hz，在教室講臺(tái)正前方廣8米和斜前方廣8米傳播的衰減量大約為前3米5db/m,大于3米則為2db/m。普通人說話響度在45dtT60db,正常人能舒服的傾聽的響度下限在2(T30db，則教室內(nèi)老師直達(dá)聲可以清晰傳遞的范圍是以講臺(tái)為圓心半徑3飛米的圓型面積，我們大這個(gè)范圍定義為“直達(dá)聲授課區(qū)域”。在這個(gè)范圍以外的區(qū)域定義為“補(bǔ)聲授課區(qū)域”。在補(bǔ)聲授課區(qū)域內(nèi)設(shè)置由多個(gè)傳聲器組成揚(yáng)聲器陣列，為了不使局部聲強(qiáng)過大，每個(gè)揚(yáng)聲器功率都控制在3 8W之間,保證每揚(yáng)聲器輸出的響度在45db 50db,這樣每個(gè)揚(yáng)聲器的有效覆蓋范圍都是個(gè)半徑3米的圓型面積，可以根據(jù)教室的實(shí)際大小和外部環(huán)境按照上述原則配置揚(yáng)聲器。由于到任意最近的揚(yáng)聲器之間的距離小于3米所以即使同時(shí)被2個(gè)揚(yáng)聲器有效覆蓋范圍覆蓋也不會(huì)覺得有回聲的效果，聲場(chǎng)保持均勻。同時(shí)拾音裝置在出廠的時(shí)候?qū)τ谟行耙舴秶呀?jīng)做出固化，大約是半徑5米的圓型面積，正好可以覆蓋直達(dá)聲授課區(qū)域，配置揚(yáng)聲器的時(shí)候使聲場(chǎng)不覆蓋直達(dá)聲授課區(qū)域，這樣可以使直達(dá)聲場(chǎng)和補(bǔ)聲聲場(chǎng)不重疊，提高整體聲場(chǎng)環(huán)境。在教師的主要授課區(qū)域上方的教室頂部安裝高靈敏傳聲器拾音范圍覆蓋直達(dá)聲授課區(qū)域，在補(bǔ)聲授課區(qū)域均勻的使用揚(yáng)聲器陣列，聲場(chǎng)覆蓋補(bǔ)聲授課區(qū)域。即揚(yáng)聲器陣列的聲場(chǎng)不覆蓋傳聲器拾音范圍保證揚(yáng)聲器發(fā)出的聲音不會(huì)被2次采集并放大產(chǎn)生囂叫，揚(yáng)聲器陣列的聲場(chǎng)不覆蓋教師直達(dá)聲有效覆蓋范圍，避免聲場(chǎng)重疊產(chǎn)生回聲效果，揚(yáng)聲器陣列的聲場(chǎng)均勻覆蓋教師直達(dá)聲有效覆蓋范圍以外的范圍保證教室里所有的學(xué)生都可以清晰的聽到老師的講課內(nèi)容。補(bǔ)聲過程包括以下步驟步驟一通過拾音裝置采集聲音信號(hào)；步驟二 檢測(cè)聲音信號(hào)的響度，如果聲響小于Kl,則將輸入信號(hào)衰減60db以后輸出，補(bǔ)聲過程結(jié)束；如果聲響大于Kl，跳轉(zhuǎn)步驟三；步驟三判斷聲音信號(hào)的響度是否大于K2，如果大于，則輸出信號(hào)根據(jù)以下公式確定[0039]輸出信號(hào)=K2+ (輸入信號(hào)-K2) ,補(bǔ)聲過程結(jié)束；如果聲音信號(hào)的響度不大于K2,則輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相等,補(bǔ)聲過程結(jié)束；Kl為補(bǔ)聲下限值，K2為補(bǔ)聲上限值，P為衰減系數(shù)。本實(shí)施例中，Kl為3db，K2為 60db, P 為 0. I。檢測(cè)聲音響度之前，先進(jìn)行系統(tǒng)模式判定，如果當(dāng)前模式為普通模式，則進(jìn)入步驟二；如果當(dāng)前模式為環(huán)境自適應(yīng)模式，則判斷采集聲音信號(hào)的周期是否完成，如果已經(jīng)完成則計(jì)算常態(tài)環(huán)境底噪，并通過常態(tài)環(huán)境底噪修正Kl和K2，如果采集聲音信號(hào)的周期未完成則跳轉(zhuǎn)回步驟一。本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本實(shí)用新型精神作舉例說明。本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似 的方式替代，但并不會(huì)偏離本實(shí)用新型的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。盡管本文較多地使用了拾音裝置、音頻處理主機(jī)等術(shù)語，但并不排除使用其它術(shù)語的可能性。使用這些術(shù)語僅僅是為了更方便地描述和解釋本實(shí)用新型的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本實(shí)用新型精神相違背的。
權(quán)利要求1.一種教室補(bǔ)聲設(shè)備,其特征在于，包括拾音裝置、音頻處理主機(jī)和揚(yáng)聲器陣列，所述拾音裝置與所述音頻處理主機(jī)連接，所述音頻處理主機(jī)與所述揚(yáng)聲器陣列連接，所述拾音裝置安裝在教師主要授課區(qū)域上方的教室頂部，所述揚(yáng)聲器陣列的覆蓋范圍與拾音裝置的拾音范圍互補(bǔ)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的教室補(bǔ)聲設(shè)備，其特征在于，所述拾音裝置包括駐極體電容式拾音頭、拾音放大模塊和自動(dòng)增益控制模塊，所述駐極體電容式拾音頭與所述拾音放大模塊連接，所述拾音放大模塊通過所述自動(dòng)增益控制模塊與音頻處理主機(jī)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的教室補(bǔ)聲設(shè)備，其特征在于，所述音頻處理主機(jī)包括依次連接的反饋抑制模塊、噪音抑制模塊、回聲消除模塊、自動(dòng)音量調(diào)節(jié)模塊和頻譜均衡控制模塊，所述反饋抑制模塊與拾音裝置連接，所述頻譜均衡控制模塊與揚(yáng)聲器陣列連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的教室補(bǔ)聲設(shè)備,其特征在于,所述揚(yáng)聲器陣列包括若干個(gè)功率小于10瓦的揚(yáng)聲器。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種教室補(bǔ)聲設(shè)備，旨在提供一種無需教師近身攜帶傳聲器、具有良好聲場(chǎng)的教室補(bǔ)聲設(shè)備。它包括拾音裝置、音頻處理主機(jī)和揚(yáng)聲器陣列，所述拾音裝置與所述音頻處理主機(jī)連接，所述音頻處理主機(jī)與所述揚(yáng)聲器陣列連接，所述拾音裝置安裝在教師主要授課區(qū)域上方的教室頂部，所述揚(yáng)聲器陣列的覆蓋范圍與拾音裝置的拾音范圍互補(bǔ)。通過數(shù)量多且功率小的揚(yáng)聲器陣列替代傳統(tǒng)擴(kuò)聲喇叭，使教室內(nèi)的聲場(chǎng)均勻，通過對(duì)不同響度的聲音進(jìn)行不同處理，使得揚(yáng)聲器輸出的聲音在合適的范圍內(nèi)。本實(shí)用新型適用于教室、會(huì)場(chǎng)等場(chǎng)所。
文檔編號(hào)H04R1/20GK202475732SQ20122003547
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月6日
發(fā)明者王慶, 祁才君, 趙凡 申請(qǐng)人:杭州聯(lián)匯數(shù)字科技有限公司