「本地扩声」如何改变现代课堂
语音质量的提升对促进教育公平至关重要。在如今的混合式课堂中，人们常关注投影仪、智能白板、移动设备或摄像头等视觉技术。然而，音频才是构建卓越、公平且包容学习环境的关键。在大型教室或演讲厅中，为了确保每个人都能收获清晰自然的语音并轻松参与互动，本地扩声已成为不可或缺的技术支撑。
远程vs线下，如何实现教育公平
过去五年，统一通信(UC)技术在教育领域迅猛发展，让远程学生能够沉浸式参与课堂并实现无缝互动。与此同时，线下教学同样需要专业音频技术来保障顺畅沟通。本地扩声系统不仅支持自由发言，更确保每位学生都能获得清晰的语音，真正实现公平、无差别的学习环境。
什么是本地扩声系统？
本地扩声是音频科学中一个常被误解的领域，它不同于公共广播(PA)和扩声(SR)系统，主要通过放大房间内的所有信号，使最远端听众也能听清。但这容易带来两个问题：首先，为获得足够的反馈前增益(GBF)，演讲者需要贴身佩戴麦克风，难以固定在最佳收音位置；其次，学生发言需传递麦克风或移动至固定麦克风位置，严重影响互动体验和效率。此外，这类系统通常需要将前置扬声器音量调得很高才能覆盖后排，导致前排声音过大，同时后排可能听不清，造成音量分布不均的问题。
本地扩声系统是一种声场分布更为均衡的音频解决方案，可将演讲者的自然语音均匀覆盖至整个空间。无论听众身处何处，都能获得一致的音频体验，并最大限度地还原声音的自然质感，避免电子音染与反馈啸叫。系统采用独立信号放大技术，将语音电平提升至高于环境底噪3至6分贝，确保出色的语音清晰度。通过天花阵列麦克风与分布式扬声器的分区部署，配合外置数字信号处理器(DSP)实现精准的电平控制，构建起智能化的声场管理系统。
什么情况下需要部署本地扩声系统？
当听众与演讲者距离超过7.3米(约24英尺)，如在阶梯教室或礼堂等场所，通常需要部署本地扩声系统。实际声学环境也是重要的考量因素。尤其在高反射环境中，语音清晰度会大幅下降，此时本地扩声就显得尤为重要。
当听众距离演讲者不足7.3米时，本地扩声系统的分区调控难度会有所增加。但对于那些声线轻柔或低频突出的讲师而言，该系统仍具备重要的应用价值。其核心目标是确保室内所有参与者都能获得清晰可辨的音频体验。
本地扩声系统支持“主动学习”
本地扩声系统通过将房间内的扬声器与麦克风划分为多个声学区域，以实现无反馈的均匀声场分布。分区数量和布局取决于房间大小、声学环境、听众数量、麦克风与扬声器的距离，以及所选扬声器的类型。为了确定系统需要多大的音量才能实现声音的均匀覆盖和语音清晰度，需计算两个关键的声学指标：潜在声学增益 (PAG) 和所需声学增益 (NAG)。
当PAG–NAG >= 0 dB时，意味着本地扩声系统能达到稳定的工作状态。如果结果为负值，则可能存在反馈啸叫和清晰度不足的风险。
计算PAG/NAG值需要以下公式：
PAG = 20*log((D0×D1)/(D2×DS)) − 10*log(NOM) − FSM
NAG = 20*log(D0 / EAD)
PAG − NAG = x dB
当 x ≥ 0 dB 时，系统可能稳定
当 x < 0 dB 时，系统可能不稳定，易产生反馈
参数说明：
D0 = 演讲者与最远听众的距离
D1 = 天花阵列麦克风与扬声器的距离
D2 = 最远听众与扬声器的距离
EAD = 演讲者与最近听众的距离
DS = 演讲者与天花阵列麦克风的距离
NOM = 开启的麦克风数量
FSM = 天花阵列麦克风的反馈稳定余量
计算示例：
PAG = 20*log((33×10)/(6×7))−10*log(2)−6 = 17.9 dB
NAG = 20*log(33/12) = 8.78 dB
PAG − NAG = 9.12 dB
本地扩声系统的应用场景
设想一间大型教室配备2台天花阵列麦克风和4个扬声器，房间被划分为4个声学覆盖区。其中，第一区为讲台区域。当老师授课时，讲台区域的扬声器可保持关闭，且邻近位置的扬声器也仅需极低音量，因前排学生可通过自然声场清晰听到老师的声音。但随着学生与声源距离的增加，教室侧方及后排需逐步提升增益强度，以确保后排学生获得与前排一致的学习体验。
当后排学生发言时，系统将执行反向操作：关闭该区域扬声器，以避免声反馈，同时智能调节其他区域的扩声强度，确保其他师生都能自然听清该学生的发言。此时，教师区域的麦克风也将被自动静音。
当多个麦克风协同工作时，系统需动态平衡各通道之间的关系。由于师生互动具有随机性，因此需要通过数字信号处理器(DSP)实现"混音减"——即对激活麦克风区域的扬声器执行静音或降噪处理。这种基于实时声源位置的智能调节，能有效避免各个区域的声反馈问题。
本地扩声的技术挑战
声反馈是本地扩声系统设计的核心难题。除了分区分布式扬声器之外，麦克风的选型同样重要。建议采用波束成形技术的天花阵列麦克风，并搭配第三方DSP与矩阵混音器。天花阵列麦克风拥有30°的极窄波束，可精准拾音并有效抑制环境噪声。通过与DSP及矩阵混音器无缝集成，可构建多个麦克风与扬声器的声学覆盖区，实现增益的精准控制。系统可根据实际需求，灵活对麦克风静音或调整扬声器增益。
专为本地扩声打造的麦克风
除了波束成形技术以外，支持本地扩声的麦克风还应具备自动抑制反馈的功能。音视频系统工程师应优先选择采用移频的解决方案，该程序可自动对麦克风输出信号应用算法，在保持语音质量的同时，实时移动频率，显著降低扬声器反馈风险。
当然，远端无需移频。因此在Dante数据流中，一路信号经过移频处理，另一路则保留原始无移频的麦克风信号发送至远端。这种设计让集成商能够更灵活地平衡系统性能，甚至实现更高的可用音量。
优化声学环境至关重要
要打造理想的听讲与授课环境，房间的声学特性至关重要。许多教室因使用了坚硬且反射性强的表面材料，常常存在混响的问题。因此，在部署本地扩声系统之前，应先优化声学环境。鉴于反射难以完全消除，集成商应选择能有效利用剩余反射的麦克风技术。例如，天花阵列麦克风的30°窄波束拾音技术可以在反射较多的空间中，依然确保出色的语音清晰度。即使演讲者背对麦克风（如书写白板时），也能有效收音。
智慧教育的未来
如今，高等教育学生对学习体验的要求日益提升。随着教育公平理念的深化，音频质量已成为影响学生课堂参与的重要因素，尤其对有听力障碍的学生而言，优质的音频体验不仅是基本保障，更是实现平等学习机会的关键所在。
在构建线上线下公平的学习环境时，学校还要考虑到麦克风与摄像头及控制器的无缝集成。当学生发言时，天花阵列麦克风不仅能精准拾音，还能为摄像头提供实时位置数据，让远程学生既听得清、也看得见，仿佛置身真实的课堂之中。森海塞尔作为首批为其麦克风提供定位数据和预设的制造商之一，实现了与Q-SYS、Crestron等主流摄像系统的无缝集成，为音视频协同提供强大的技术支持。
如今，越来越多的教育机构开始重视本地扩声，并积极探索其在提升教学体验中的巨大潜力。对于教师来说，他们无需再费力听清学生的问题，课堂讨论也更加自然流畅，这种轻松的交流氛围有助于缓解学生的焦虑情绪，让知识传递与接收都更加高效自如。
本文作者：
David Missall
森海塞尔商务通讯业务市场洞察经理和技术应用工程师
David Missall在专业音频行业拥有近40年的丰富经验，为新闻和体育广播机构、剧院、现场演出场所、系统集成商、咨询顾问、企业及高校提供专业咨询服务，领域涵盖：多通道无线系统部署、会议空间与教室技术集成、辅助听力解决方案等。
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