浅谈多媒体教室无线扩音系统有效改良

浅谈多媒体教室无线扩音系统有效改良
摘要21世纪以来，随着科技的进步，数字无线通信技术得到了迅猛的发展。

各种无线扩音设备在现代高校多媒体教室中的普遍应用，成为多媒体教学的主要工具之一，为多媒体教学带来了极大的方便。

但是随之带来的却是管理与维护等诸多问题。

因此，本文从无线话筒传声原理出发，分析了多媒体教室扩音对无线传声器的特定要求，并对比了几种较为常见的无线扩音设备的优缺点，总结出高校教学无线扩音系统在使用中存在的较为普遍的问题，最后提出了对多媒体教室无线扩音系统实用性改良的方法及无线扩音系统应用跳频技术的研究，期望与各位同仁交流、探讨。

关键词多媒体；无线扩音；无线麦克风；语音处理；无线传输
中图分类号G434 文献标识码 A 文章编号1673-9671-(2012)072-0162-03
信息技术时代的到来，多媒体作为教学辅助手段在高校教学中的运用由来已久，多媒体技术在改善人机交互效果、提高信息交流效率、促进合作方面具有十分重要的作用。

在整个多媒体教室组成中，音响设备是重要的组成之一。

无线扩音系统已成为教师多媒体教学的主要工具之一。

无线麦克风作为教师的日常教学装备持续使用的时间大大超过了其他设备。

同时由于模拟无线麦克风其自身技术的局限性，随之而来的管理、使用和维护问题逐渐凸显。

所以，研究多媒体教室无线扩音系统及先进技术的应用有着重要的现实意义。

1 无线扩音理论及多媒体教室扩音的特定要求
1.1 无线话筒传声原理
无线话筒，学名“无线传声器”，也叫做“无线麦克风”。

是由若干部袖珍发射机和一部集中接收机组成，每部袖珍发射机各有一个互不相同的工作频率，集中接收机可以同时接收各部袖珍发射机发出的不同工作频率的话音信号。

通常一套无线麦克风系统由三个主要的部分组成：输入设备（咪头）、发射器、接收器。

首先发射器将咪头录入的声音变成电信号，然后通过调制器将信号定位于适合无线传输的高频信号，并通过天线发射到空中。

我们将发射频率设计在FM收音机波段，因此可以配合任何FM收音机接收到该高频信号，并从该高频信号还原出声音。

因此，无线话筒实质上是一个单向传输的无线通信系统。

作为一个无线通信系统，无线话筒的音质和传输距离，不但存在由于地理环境引起的衰落和阴影，而且还要受到开放式信道结构带来的各种干扰和噪声的影响。

1.2 多媒体教室无线扩音对传声器的特定要求
多媒体教室扩音系统主要是针对教师的授课发言进行扩声。

专业的扩音产品（人声）丰满、清脆、穿透力强、高中低音富有层次感。

为保证讲话者声音的抑扬顿挫，保持良好的音质，发射与接收机的载波频率稳定度是首要的基本条件。

通常都采用高稳定的石英振荡器，解决固定频率的稳定度问题。

另外，在高校的教学楼上通常有很多间多媒体教室，各多媒体教室的距离可能比较近，为避免各多媒体教室间产生串扰现象，无线传声器的发射功率不能太大，接受距离一般在5 m-10 m之间，应根据多媒体教室的实际分布最好采用像蜂窝移动通信那样的频率空分复用。

2 高校常用的无线扩音系统优缺点对比
教学无线扩音发展从红外无线麦克风、调频无线扩音、数字跳频等多个阶段，在每一个阶段都有各自的优缺点。

红外线穿透力弱，易出现声音“断档”；调频无线麦克风发射器笨重、电池消耗大、故障率高、易串频、难管理。

具体优缺点对比见表1。

当今，高校多媒体教室的普及，教学的推广进一步加大了潜在市场对数字无线扩音系统的需求。

然而，在高校常用的无线扩音系统现实使用中，也多多少少普遍存在一些问题，这些问题甚至干扰到正常教学，根据表1优缺点对比总结分析，普遍存在以下问题：
1）电子设备的稳定性问题造成的经常性声音不理想现象。

2）窜扰现象严重。

3）电池用量大。

其中有设备自身耗电量大的原因，也有上课老师因操作不当造成的电池消耗量过大。

4）咪头线及电池簧片的维护及发射器更新费也极为可观。

3 对部分无线扩音系统电源指示灯实用性改良
大多数的无线扩音设备都不是为每个用户个性化设计，因此其在使用当中会碰到不可预料的操作问题，而这些问题并非产品的质量或元器件损坏引起，通常我们可以对其进行简单的电路改造，让无线扩音系统使用起来更符合教师的使用要求。

本节主要对部分无线扩音系统电源指示灯实用性改良，主要是解决因教师操作不当，误更换电量正常的电池。

3.1 发射器电池消耗量较大的原因分析
改造前首先对无线扩音系统发射器的总电流进行了测试，静态时为18.5 mA，动态时为19 mA，查阅设备的产品技术参数说明书，发现发射器两种状态的电流都符合标准值，排除了设备自身耗电量大的原因，而上课老师操作不当是电池消耗量过大的主要原因。

3.1.1 发射器电源指示灯状态设计思路
在部分无线扩音系统中，厂家出于对发射器的省电设计，通常在电池电量不足的情况下电源指示灯才亮，当指示灯亮起来的时候，发射器仍然可以正常工作，持续使用1小时后电源指示灯由于电池电量严重不足而进入熄灭状态，这时必须更换发射器的电池才能正常工作。

3.1.2 上课教师操作不当原因分析
由于部分发射器电量指示灯，是在亏电的情况下才亮起来，电量正常时候指示灯是熄灭的，这对于教师的正常使用，极易造成错误的判断。

1）当无线扩音系统由于其它原因产生故障时，这时候的电源指示灯依旧不会亮起，没有维护经验的授课教师通常会误以为是电池亏电造成的，再更换几节电池后才发现是其它原因导致的故障。

2）由于发射器电源电量正常的时候指示灯是关闭的，授课老师也会根据电源电量指示灯显示，将工作状态的发射器误认为已经是关闭，这就极大地造成了电池电能的额外消耗。

另外，在寒暑假期间，同样由于电源电量指示灯显示，误认为已经关闭的发射器也处于开启状态而导致电池能量耗光，耗光能量的电池由于化学作用会在较短时间内出现漏液，时间久了通常会腐蚀发射器的电路板，故而易引发一些其他故障等。

3.2 无线扩音系统电路改造
3.2.1 电路组成简介与工作原理
作者通过对发射器的实物线路图分析，测绘出其电路原理图（图1），并分
析介绍它的工作原理，NE751的5脚外接电容为电源检测端，14脚（VCC）为NE751的供电端，10脚为其内部电压比较器输出端，NE751的其余引脚为双通道音频的动态压缩扩展电路。

结合图1分析发射器电路的工作原理，当电池电量充沛的情况下打开发射器，NE751的5脚因外接电容两端电压不能突变，其内部电压比较器的反相输入端（5脚）电平低于同相输入端基准电平（1.8V），NE751的10脚为高电平，电流流经电阻R再经电源指示灯到地，电源指示灯亮起，随着电容充电，其两极电压升高，当NE751的5脚电平高于
1.8 V时，比较器反转，NE751的10脚为低电平，电源指示灯熄灭。

伴随着发射器的正常使用，电池电量的消耗，电池供给的电压和电流都会降低，NE751的5脚电平下降，当其小于1.8 V后，10脚输出高电平，电源指示灯长亮，提示电池电量不足，需要及时更换。

改造前发射器电源电量指示灯状态详见表2所示。

3.2.2 电路改造的实施过程
根据发射器电路原理图1，将NE751的10脚至电阻R之间的线路断开，拆除电容C，再断开NE751集成电路的第五脚，然后将电阻断开的一端接到电容C 原正极位置（电源检测端）上，即可完成发射器电源指示电路的改造。

改造后的工作原理是，当电池电量充沛的情况下打开发射器，电流直接通过电阻R再经电源指示灯到地，电源指示灯长亮，随着电池电量的消耗，供给的电压和电流都会降低，电源指示灯逐渐变暗，电池电量耗尽时指示灯长灭。

改造前后电源指示灯状态如表2所示。

表2 改造前后电源指示灯状态
3.3 电路改造后使用效果
发射器电路经过改造后，测试其电池总电流，其静态为
19.5 mA，动态为20 mA，比改造前的电流仅大1 mA，能耗没有明显加大，经过一个月测试，无线扩音系统也不会因电路改造而产生不良的影响。

改造后发射器电源指示较为直观，上课老师都能正确地更换电池和及时关闭发射器，有效解决了因操作不当造成的电池用量大。

4 跳频技术在无线扩音系统的应用设计
4.1 跳频技术的理论概述
跳频技术（FHSS）是在同步、且同时的情况下，接受两端以特定型式的窄频载波来传送讯号，对于一个非特定的接受器，FHSS所产生的跳动讯号对它而言，也只算是脉冲噪声。

跳频通信系统是瞬时窄带系统，它易于与其他的窄带通信系统兼容，也就是说，跳频电台可以与常规的窄带电台互通。

跳频是最常用的扩频方式之一，其工作原理是指收发双方传输信号的载波频率按照预定规律进行离散变化的通信方式，也就是说通信中使用的载波。

其具有良好的抗干扰能力，即使有部分频点被干扰，仍能在其他未被干扰的频点上进行正常的通信。

4.2 跳频无线麦克风的设计
本文设计的跳频无线麦克风是完全数字化的麦克风，发射机的驻极体话筒信号（语音）通过音频AD转换器转换成I2S格式的数字音频信号，然后使用高速MCU（或者DSP）对这些数字信号进行封装，最后调制到2.400 GHz-2.4800 GHz 频段，则信号被扩展为80M带宽经跳频扩频方式传输给接收机，接收机对信号流进行处理后通过DA转换器将I2S音频信号转换为模拟信号传输始音频功率放
大器进行扩音。

如图2、图3所示。

由系统结构可知本无线麦克风传输系统采用半双工方式，其发射机和接收机可以在跳频机制中采用数据校验，应答信号（ACK），重发等手段自动避开干扰源，再者由于采用数字编码方式，可以通过地址码识别、锁定等软件手段，实现发射机和接收机的自动匹配、任意匹配。

5 结束语
21世纪以来，随着科技的进步，数字无线通信技术得到了迅猛的发展。

与此同时，人们对通信的要求也越来越高，希望能够使用更高效率，更高质量，更高安全性的无线通信系统。

然而，无线信道的环境恶劣和复杂是客观存在的。

对于接收端的信号，不但存在由于地理环境引起的衰落和阴影，而且还要受到开放式信道结构带来的各种干扰和噪声的影响。

这就要求我们应当更加重视研究应用到无线扩音系统的技术，才能提高信号的传输质量，保证信息可靠传输。

总之，在这个信息技术发达的时代，多媒体教室已成为必不可少的教学工具，多媒体教室的管理和维护是一个较为复杂的工作。

对于多媒体教室的科学管理而言，要不断完善、提高多媒体教室管理人员的素质与能力，处理好每一个相应环节，立足于保证设备使用安全，方便教师使用，方能发挥多媒体技术的优势，提高教学质量和效果。

以上所述主要是笔者根据多年从事高校多媒体教室维护的经脸主，并结合实际理论，提出了对多媒体教室无线扩音系统实用性改良的方法及无线扩音系统应用跳频技术的研究，希望能为今后的研究者起到抛砖引玉的作用。

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