多媒体教室建设的规范化*

钱震 闫永平 范慧敏

苏州科技学院网络与教育技术中心 江苏 苏州 215009

1 教室环境设计

1.1 教室结构与布局

多媒体教室的形状一般都是设计成长方形或梯形，长、宽比在5:2或7:3；前立面空间高度起码要大于投影屏幕高度加一般人员坐姿（约1.1～1.3 m）的高度；座位平面排布以梯形为主，大教室应该采用阶梯，每层抬高20 cm左右；第一排座位到屏幕的距离应大于屏幕的高度，最后一排与第一排座位距离以屏幕的高度的5倍为基准；屏幕底边离地面距离1.1～1.3 m左右，这样前排人员不会遮挡后排人的视线。

1.2 环境亮度与照明

环境亮度主要是通过控制教室中的照明来实现。教室中的照明情况是选择投影机亮度、对比度、分辨率等技术指标的参考依据之一。通过对教室窗户采取遮光（如朝南窗户玻璃上粘贴遮光薄膜、所有的窗户都加装挡光窗帘等），使用投影机时对照明光源特别是要直接照射到投影屏幕的照明光源进行局部调整控制，使环境均匀亮度保持在400 lux左右，不会影响投影图像质量和学生记课堂笔记。

2 黑板与屏幕

2.1 常见投影屏幕

屏幕从工作方式上分为反射式、透射式两类。反射式用于正投，透射式用于背投。正投幕又分为平面幕、弧型幕（柱面、球面）。平面幕增益较小，视角较大，环境光必须较暗；弧型幕增益较大，视角较小，受环境光的影响小些。

从屏幕本身的材质上分为珠光幕（玻璃幕、玻珠幕）、金属幕（金属硬屏）、压纹塑料幕（白塑幕）等。一般珠光幕的增益、视角分别为2.0～2.8，28°～42°；一般金属幕的增益、视角分别为2.5～3.5，25°～40°；白塑幕的增益、视角一般分别为1.05～1.3，45°～75°。球面型增益达到7，视角在30°；柱面型增益达到6，视角在45°；平面型增益达到4，视角在55°。这为人们提供了更大的选择范围。

屏幕的尺寸是以其对角线的长度来定义的，通常是以英寸（inch）为计量单位，较常见的有60 inch、72 inch、80 inch、100 inch、120 inch、150 inch、200 inch，再大的屏幕就需定做。

2.2 选择合适的屏幕

选择屏幕主要是从3个方面考虑。

1）屏幕安装方式。投影幕布从功能上分为反射式、透射式两类，学校常用的是反射式；从控制方式可分为电动式和固定式。应当根据不同的需要和场地环境要求，选择和安放投影幕布。场地条件许可时，采用组合投影黑板的模式。这样选择的主要理由是：①固定安装，可避免悬挂式安装带来的屏幕变形、风吹易晃动造成投影效果不好的问题；②避免电动投影幕布放下收起造成的屏幕表层材料脱落，影响投影质量的问题，同时由于不再使用电机升降屏幕，减少故障的发生；③满足部分课程在讲授时需要板书的要求。缺点是一次性投入相对较大。根据教室大小可以选择幕布固定在中间还是在旁边，大教室采用中间的为好。在选用电动幕布的场所，对其电动机的要求较高，千万不要为省经费而降低指标，为后面的维护和使用带来隐患。

2）屏幕尺寸。屏幕尺寸的选择主要取决于使用空间的面积和座位的多少以及位置的安排等诸多因素。选择时应当把学生的视觉感受放在第一位。首先要考虑的是选择学生观看舒服的屏幕，而不仅仅是选择适合投影机的屏幕。一般要求屏幕高度要让每一排的观众都能清楚地看到投影画面的内容，屏幕高度大约等于从屏幕到最后一排座位的距离的1/5；屏幕到第一排座位的距离最好大于2倍屏幕的高度；屏幕底边离地面距离1.1～1.3 m左右。在国外有的是按照“2-6”法则来确定屏幕的，即以屏幕的宽度为基准，最近距离为2倍的宽度，最远距离为6倍的宽度。但是根据我国家的具体情况，如以100 inch屏幕为例，对角线为100×2.54＝254 cm，高152.4 cm，宽203.2 cm，前排的距离就要离投影幕4 m远。而实际上现在采用的方法是，教师的踏步按照1.6～1.8 m宽度设计，加上学生的通道0.6 m，则只有2.2～2.4 m。所以不采用“2-6”法则。

一般屏幕尺寸选择大体是：座位数在60～100的教室，屏幕选择在100 inch；座位数在100～150的教室，屏幕选择在120 inch；座位数在150～200的教室，屏幕选择在150 inch。

3）屏幕面料。选择的屏幕面料要适合投影机及观众的需要。但是，如果一张屏幕需要给几种不同亮度的投影设备使用时，屏幕面料就应选择适合对屏幕要求较高的那种投影设备的需要。例如，在一间教室，要用幻灯机、书写投影仪和投影机，因为投影机的光线输出亮度比幻灯机、书写投影仪低，所以应选择那种反射率（增益）参数适合于投影机的面料。对于一些有特殊要求的地方，要求亮度、对比度、色彩还原较高的场所，可以适当调整屏幕的面料。如安装金属屏幕，根据课程内容和要求排课，满足美术、摄影等特殊教学要求。

投影面料又决定了投影视角。增益越大的屏幕，视角越小；增益越小的屏幕，视角越大。因此，要根据使用场所的内部结构条件选择屏幕。纵向较长的场地，为考虑后排视觉效果，选择视角小、但增益高屏幕，如柱面金属屏幕等；横向较宽的场地，则选择视角大的白塑屏幕，但增益会小一些，可通过选择亮度大一些的投影机来弥补。

2.3 组合式投影黑板的设计

计算组合投影黑板尺寸时，先确定需要的投影屏幕的大小。以150 inch的为例，按照理论测算，150 inch的投影屏幕，需要宽3.10 m、高2.20 m的净尺寸。它的移动边框设计为15 cm，这样就需要大约宽3.40 m、高2.50 m的尺寸来保证。若采取的是中间向两边分开的模式，则起码2块遮挡在投影屏幕前面的移动黑板的尺寸应当分别为1.7 m×2.50 m。按照理论值计算总宽度：1.7 m×4＝6.8 m。算上最外边框的宽度要取20 cm，则整个组合投影黑板的总尺寸大约在7 m×2.6 m。

2.4 投影屏幕的更换原则

早期的多媒体教室进入更新换代的时期，是否需要对投影屏幕进行更换呢？有无适当的依据？根据多年的跟踪测试（利用自制的测试卡，对投影屏幕进行测试），得出结论：在投影屏幕的均匀度只有70%或者反射率只有原来的2/3时，该屏幕就得更换。

3 扩音系统

在多媒体教室中，声音处理的关键是如何解决扬声器发出的声音经过墙壁等障碍物反射之后的前期反射声返回到传声器，形成的间接声反馈。扬声器发出的声音直接传达到传声器的称为直达声反馈，它可以通过合理布置传声器和扬声器的位置解决；而间接声反馈常采用指向性传声器以及均衡传输响应和移频的方法来抑制。

多媒体教室中电声系统主要由拾音话筒、处理功放、还音喇叭组成。

3.1 拾音话筒

在多媒体教室中，目前常用的拾音器材，按电信号的传输方式分类有无线话筒和有线话筒2种。一般在多媒体教室电声系统中，要求传声器频率响应平滑并且覆盖整个声频范围，指向性均匀，瞬态特性好，固有噪声小，稳定性好，使用可靠。具体安装传声器时特别应注意避免直达声反馈。

无线话筒向一体化、智能化发展。1）设计更加新颖，咪头内置在发射机里，取消天线，大大减少发射机的使用故障，携带、管理方便。这种话筒也称之为笔形话筒。2）电池使用普通的五号或七号的，有的也可以同时使用锂离子可充电电池，可重复充放电200次以上，节约使用成本，管理方便。发射机上有电量显示，指示剩余电量。3）使用U波段高端工作频率，抗干扰性强，信号稳定可靠，符合无委会关于微功率无线电设备管理规定要求。4）发射机无线遥控接收机的电源开关，在发射机上还可以遥控调整接收机的功放音量。5）频点数达200个以上，有两种智能对码方式选择：手工按键盘智能对码方式和一键遥控智能对码方式。6）在需要时，可以通过网络将所有接收机强制调制在同一频点，形成校园广播系统。

有线话筒向移频发展，实际上移频处理是在功放上完成的。1）移频系统配置优点：①提高话筒灵敏度；②拉长话筒拾音距离；③有效抑制声反馈，使系统增益显著提高；④音质丰满，中音明亮，层次清晰；⑤解除教师长期以来受话筒拾音距离限制，扩大教师讲课活动范围；⑥安装、调试、使用简单，系统调试完毕，使用时一般不再作调整，方便管理。2）人体红外线感应控制和传声器自采声控制2种智能“多选一”技术。利用话筒“多选一”技术，可以使系统随时保持接收授课教师声音最大的那一只话筒自动开通，其余话筒处于待机状态，使整个扩声系统增益总量最大。3）移频话筒的缺点：使用前调整不当会有语音失真，不太适合于较高语音还音要求的场所，如外语教学。

3.2 功率放大器

功率放大器主要考虑可靠性和电气性能。音频的总功率大小的估算，可以按照教室的容积，采用0.3～0.5 W/m3来进行估算。计算出的结果就是扬声器系统需要的总功率，也就是功率放大器输出的总功率。一般以语音扩音为主时，选择0.3 W/m3；音乐为主时，选择0.5 W/m3；综合性的可以考虑0.4 W/m3。为使得功放不至于工作在极限状态，可对计算的结果再加大30%。非线性失真度（THD）≤0.5；计权信噪比≥86 dB；频率响应在40 Hz～16 KHz范围内，对1 KHz的不均匀度≤0.5 dB。

3.3 扬声器

在多媒体教室扩声系统中，通常选择扬声器额定功率一般在20～50 W；频率响应要求50 Hz～13 KHz，l5 dB；灵敏度高于92±3 dB；要求有较强指向性。扬声器的总功率要与功放的匹配。

布置扬声器时应选择与扬声器指向性相适应的位置，根据需要采用集中式和分布式。集中式系统扬声器通常装置在讲台两侧，而分布式系统扬声器则可以装在天花板上、两侧墙上。安装原则：1）扬声器与功率放大器的功率应相适应且阻抗匹配；2）室内所有扬声器应该同相工作；3）不激发或少激发室内混响。

3.4 电声系统配置

1）统一使用移频扩声系统，其中150座以上的教室同时增配无线话筒拾音，要求界面话筒和无线话筒可同时拾音。无线话筒采用咪头和发射机一体化结构，非层叠电池，具有自动对频功能。

2）音频系统工作频率特性：120 Hz～16 KHz。

3）话筒输入不少于4路，具备幻象电源供电，单路音量可调。双声道音频线路输入不少于2路。

4）采用书架式两单元音箱，根据教室大小（容积），一般100座以内的教室配1对音箱；100～200座教室配2对音箱。具体多少可按照前面内容进行估算。

5）由于教室音箱的布置离功放较远，因此对音箱线的选择应作必要的考虑，以尽量减少线阻的功率损耗。通常认为导线上的损失（插入损耗）在0.5 dB以下是满足要求的。从功放输出到音箱的这部分电路中，喇叭的阻抗、导线的长度、导线的粗细都很重要，一般做法是根据导线长度和喇叭阻抗来推算出导线的粗细。

一般额定功率在80～100 W左右的功放，传输距离30 m，8 ohm扬声器，截面积在2.5～4 mm2左右的多股无氧铜线，既经济又实惠。

3.5 混响时间的要求

由于多媒体教室一般是语言为主，兼顾播放影音录像节目。因此，混响时间通常考虑控制在0.8～1.2 s之间。

4 投影机的定位

4.1 教室规格与投影机选配的关系

1）投影机类型。在教育系统，目前采用的还是以LCD液晶板为主，分辨率要求不低于1024×768；对比度不低于500:1。

2）投影机的亮度。目前国际通用亮度指标以ISO流明标称，而不是以前的ANSI。投影机的亮度过高，会使人眼睛不舒服、刺眼，容易产生疲劳。因此，应当根据使用场地的大小，选择亮度适宜的投影机。一般90人左右的教室，亮度为2500ISO流明；150人左右的教室，亮度为3000ISO流明；200人左右的教室，亮度为3500ISO流明为宜。在开始使用阶段，亮度不宜调得太高，使用一个阶段后逐步调整亮度，基本保证在灯泡的使用寿命中亮度的一致性，并且可以适当延长灯泡的使用寿命。

4.2 投影机的选择

投影机的选择：在对样机投影效果主观评价的基础上，采用综合评分评价方式确定。评分标准：主观评价分40%（亮度、对比度、色彩和清晰度），价格分30%，技术分30%（液晶片尺寸大小，在亮度相同时灯泡功率大小，调焦范围比较大，是否具有梯形校正，外形尺寸）。

4.3 投影机吊装

投影机均采用前投吊装方式，采用防盗吊架。小教室采用固定吊架；大的阶梯教室采用电动升降吊架，解决超高维护困难问题。吊架应适应多种类型投影机安装要求，牢固耐用。吊架应具有一定的垂直角度误差矫正功能。垂直角度能够有±15°的调整范围，能够进行水平（投影机）位移调整更好。

安装施工时，VGA信号线穿管尽量采用焊（接）线不焊头的工艺；明线布设时，尽量使用优质模压成品线，以保证使用的稳定性。

4.4 投影机更换的基本原则

在整个多媒体系统中，投影机是花费最大的设备，对投影机进行更换的依据是用自己制作的测试卡，对投影机进行测试。有两种情况：其一是更换了新灯泡，但投影效果，特别是经过测试，亮度只有原来的一半时；其二是更换了新灯泡，在灯泡正常使用下，在不到半衰期，亮度就急剧下降至原来的一半。这时候建议更换投影机。

5 控制系统的基本功能定位与接口要求

5.1 系统总体功能要求

1）教室端：采用网络中控技术和全封闭式讲台机柜模式，教师不再需要领取钥匙开柜，只要刷卡即可开机上课，下课关机。使用中遇到问题可通过本地网络IP电话与中心控制室联系求助。

2）中心控制室端：管理人员可对所有多媒体教室的工作状态进行有效监控和远程管理（如是否在线，受控设备工作状态，远程手动或自动开启或关闭控制，网络通话咨询和运行数据采集等）。

3）系统具有可扩展性：今后能够以此技术平台新建或对原有人工管理的多媒体教室进行改造，最终实现新老多媒体教室的统一网络化监控与管理。

5.2 系统设计要求

网络中控系统，包括控制台桌面控制面板、接口面板、刷卡器。网络中控系统采用IC卡教师身份管理和本地集中控制操作方式，外加网络远程控制技术，在需要时由中心控制端管理服务器，通过IP网络和教室端网络中控对教室中多媒体设备完成远程代管，为确保教学运行提供双重保证。同时系统提供远程智能检测和远程管理，进行远程监看，定时控制，防盗报警和信息采集等功能。要求系统能够保证全天候稳定运行（开机或待机）。

1）教室端网络中控基本控制功能。

①要求同时具备本地刷卡开关机（教师本地集中控制模式）、网络远程开关机（网络远程控制模式）和人工手动开关机（专业人员维护控制模式）3种开关机控制能力。要求中控同时具备在本地通过控制面板和网络远程控制2种运行能力，即本地中控在服务器掉线和网络中断情况下仍能够以本地控制方式正常运行，也能够在授权后通过网络进行远程遥控运行。

②中控开机后自动提供3路220 V电源输出（其中1路电动幕布正反转电源，1路具有延时断电功能投影机电源）；自动提供3路设备启动触发信号（计算机、投影机和电动幕布）。

③提供与中心控制端的IP语音通讯功能及非电话机类的通讯模块。

④提供讲台柜门锁和投影机掉线报警功能（声光报警和短信接收报警）。

⑤提供1路视音频输入和采集的扩展功能。

⑥中控主机的接口要求不少于表1的要求。

?

⑦控制台桌面中控面板控制功能要求：电脑主机、笔记本、外接视音频设备输入信号的选择控制；电动幕布升降控制；音量的调整控制；投影机开启、关闭控制。

⑧控制台桌面面板接口要求不少于表2所示的要求，要求控制室端管理平台、教室端中控、讲台桌面控制面板、讲台桌面接口面板、刷卡器、语音对讲等系统由同一中控生产商负责提供整合，以确保最终功能的实现。

?

2）中心控制端具备的基本功能。

①管理服务器，保证全天候开机稳定运行，通过网络进行控制开关机并对教室端中控进行远程智能配置。权限管理分为管理员、高级用户、普通用户三级配置。管理服务器平台功能支持远程登录代理功能。

②网络远程控制能够提供教室端中控的全部控制功能；提供对教室终端的定时开关机功能（单控或群控）；提供对教室计算机的远程接管功能（进行计算机远程维护）。

③管理软件平台提供对全部多媒体教室的工作状态监看功能（单选或群选）；数据采集功能（投影机工作时数、多媒体教室工作日志）及查询功能。

④控制管理端显示屏幕能够满足教室终端工作状况信息监看的需求。

⑤提供被叫时与选定教室端的IP呼叫通讯功能。

⑥提供教室端报警的声光和短信提示功能。

⑦系统管理和维护，提供用户卡管理功能，提供新增需求的扩展模块功能。

⑧售后服务要求：系统保修期符合国家相应的要求，提供终身售后服务。提供相应软件备份，系统设备安装、调试的资料齐全。

6 控制讲台的设计

1）采用钢制全封闭站立式讲台，教师非开锁使用方式。

2）控制讲台应具有较强的防撬能力，钢板厚度不低于1.2 mm，预留专业维修的门并且具有门锁开启模式。除维修门外，具有柜内设备均无法被取出的防撬结构，维修门的锁具有被撬网络报警功能。

3）在合适的位置留有刷卡器、中控控制面板和外设电源、信号接口、网络IP呼叫器等。

4）前面板开有计算机电源、光驱和USB外设操作孔，尺寸规格按具体要求定做。

5）控制台内部电源线路原理图如图1所示，电源功率以3倍于设备的功率总和为基本要求。

7 计算机的要求

图1

国内主流品牌计算机基本都能够满足教学要求，配备17 inch以上液晶显示器或CRT显示器。要求电源开关、光驱和USB接口位于主机箱上部，具有网络开机功能。

8 其他功能要求

8.1 电子监考功能

结合安防与中央控制系统，根据教室大小和需求，安装固定式摄像头或者是三可变摄像头，对教室的考试情况进行监督或者起到防盗监控作用。利用红外控制照明技术，保证拍摄的图像即使是在夜晚也能够比较清晰。这种方式有别于目前的红外光拍摄模式，画面质量有保证。

8.2 自动录播教室

关键技术在于视音频自动跟踪技术，分为红外线跟踪、射频跟踪以及区域定点跟踪等方式。

1）声音环境的处理，安装的拾音话筒的布局很重要；有吊装的强指向性话筒、桌面摆放的鹅颈话筒和无线话筒3种模式；可以根据教室声学情况、管理模式、资金情况进行选择。

2）拍摄需要的基本照明与投影屏幕图像之间的关系处理，需要对照明光教学区域控制；增加部分造型光。

3）前墙颜色最好是用浅灰色或者是淡蓝色。

4）视频处理通道基本要求有4路：教师的画面、学生的画面、板书和计算机VGA信号。

以上所述，笔者认为只是建设多媒体教室的基本技术要求。随着各个方面的重视，多媒体教室建设的规范化问题会越来越引起重视，相信不久就会有行业标准出台。

[1]韩宪柱.现代扩声技术与工程[M].北京:北京广播学院出版社,2000

[2]金继才.现代音像技术实用手册[M].安徽:安徽科学技术出版社,2003

[3]段少刚.现代教育系统中语言扩声[J].电声技术,2001(9)

[4]钱震.投影机与屏幕选择[J].现代教育技术,2004(2)

[5]钱震.多媒体教室建设中需要考虑的问题[J].中国教育技术装备,2008(9)

[6]钱震,闫永平.多媒体教室声音处理[J].教育信息化,2004(8)

[7]钱震.制订多媒体视听技术检测规范，提高管理水平[J].甘肃科技纵横,2009(1)