數字音樂教室中的音頻傳輸技術
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摘要:音樂是最古老的、最具感染力的藝術形式之一，音樂教室是人們用于開展常規音樂課程，學習和鑒賞聲樂、器樂的場所。數字音樂教室是完善音樂教育教學信息化基礎環境建設的必要條件。
關鍵詞:數字音樂教室;音頻傳輸;無線通信
一、我國數字音樂音頻傳輸發展現狀
數字音樂是用數字格式存儲的音樂，通過信息技術來傳輸的音樂。常見的有通過計算機模擬樂器編輯、處理制作，也叫“電子音樂”、“MIDI音樂”。目前，我國部分中小學的數字音樂教室內，各種傳統樂器以有線或無線麥克風作為音頻采集器采集音頻數據進入調音設備。電子樂器則以有線或無線信號收發器輸入調音設備，多路音頻混音后統一輸出。雖然也能實現一些音樂的欣賞、歌唱、演奏，但還是存在很多問題。比如，傳統樂器音色與電子樂器擴聲的音質、音色不同，現場配合演奏效果不佳;電子樂器設備連線復雜，大量的連線增加了人員維護的成本，而且后期不易增補電子樂器設備;調音設備輸入接口有限;各種專業電子樂器設備功能繁雜，相對于學生來說專業性較高;音樂素材創編模塊較少，難以提升學生創作的主觀能動性等等。因此，如何有效解決各種傳統樂器和電子樂器設備的聯合使用，如何有效改善設備間連線的復雜程度，如何提升音樂教學中的錄播通道，如何最大限度提升學生在課堂上的主觀能動性，是數字音樂教學領域所面臨的挑戰、機遇和發展空間。
二、數字音樂教室中的無線傳輸技術
(一)無線通信技術的特點
在日常生活中，無線通信技術具有覆蓋面積廣、信息傳遞快、不受空間約束限制的特點。而相對于有線通信，無線通信的這些特點有著無可替代的優越性。其中短距離無線通信技術的發展引人矚目，尤其是無線局域網、藍牙技術和基于特定頻率的智能傳輸通道。(1)無線局域網的特點。無線局域網具有高度的自由性和靈活性，可避免數字音樂教室建設中大量預埋網線和音頻線，有效地縮短數字音樂教室建設周期，降低各種設備間連線的復雜程度。同時，由于無線局域網帶寬充足，更加適合進行大量雙向和多向的多媒體信息傳輸。(2)藍牙技術的特點。藍牙技術是一種無線數據通信的開放性全球規范，以低成本、近距離無線連接為基礎，為固定和移動電子樂器設備通信環境建立連接的短程無線電技術。其同樣有效地避免了數字音樂教室建設中大量預埋網線和音頻線，降低各種設備間連線的復雜程度。(3)基于特定頻率的智能傳輸通道的特點。與無線局域網和藍牙等傳統無線系統不同，基于特定頻率的智能傳輸通道能在寬頻上發送一系列低功率脈沖。較寬的頻譜、較低的功率、脈沖化數據，引起的干擾小于傳統無線解決方案，使其不僅滿足傳統無線在數字音樂教室中的所有應用，還能夠在室內無線環境中提供與有線相媲美的性能。
(二)數字音樂教室中的數據傳輸
無線局域網、藍牙和基于特定頻率的智能傳輸通道均可替代有線音頻傳輸，在數字音樂教室中有許多用武之地。無線傳輸設備需支持多設備的同步接入，實現傳統樂器和電子樂器與調音設備間的線纜替代。通過無線通信技術，將學生手中的樂器與調音設備進行無線連接，不僅做到學生可以手持樂器在教室內隨意移動，還能夠即插即用，簡化樂器使用步驟。學生可以通過移動終端模擬各種發聲樂器，如鋼琴、小提琴、沙錘、架子鼓等。一群興趣相投的小同學聚在一起，人手一臺電子設備，卻可以集體演奏出一曲復雜的多樂器樂曲。在此過程中，孩子們不僅獲得了樂趣，更培養了團隊的協作和交往能力。在小樂隊創編演奏過程中，音頻實時輸出才能不影響演奏效果，因此無線發射傳輸設備的延時必須低于20ms。而傳統的無線傳輸方式帶來的高延時是無法達到小組樂隊演奏的要求的，只有通過特定頻率的智能傳輸通道才能滿足低延時的要求。設備無線傳輸后，教師端的管理也顯得尤為重要。無線設備通過集成連接到網絡收發端，教師通過傳輸網絡下的教師端控制軟件實時監管所有無線發射端設備工作狀態，實現一對多式管理模式下的音頻有效輸出。為教師端開放調音界面，實現數字調音臺的效果管理。教師通過選擇不同的演奏模式，模擬出最佳調音效果，通過數字音樂管理軟件所提供的師生互動，完成教與學的統一。
(三)數字音樂教室音頻傳輸系統組成
在一個完整的數字音樂教室中，配置無線音頻傳輸接收端和發射端時，發射端數量根據學生同步演奏需求數量配置，接收端接入有源音箱或調音臺。在網絡環境下，教師在數字音樂教室管理軟件上控制任意發射端的開關、均衡音色等狀態，實現數字調音臺的效果管理。教師選擇當前演奏模式便可模擬出最佳調音效果，通過數字音樂管理軟件提供的師生互動，完成教與學的統一。通過以上設備的有機結合，為數字音樂演奏提供了新思路和新方法，為學生欣賞音樂、感受音樂提供了良好的環境。
(四)數字音樂教室的教學應用場景
數字音樂發展背景下，小組樂隊協同演奏成為主要教學應用方式。學生通過電子樂器或電子平板設備可以模擬出不同的樂器音色，結合打擊、旋律、和聲等功能，配合學生對節奏的理解，即可組建成一支小小的樂隊，在演奏中相互配合。無線通信技術使得學生端的電子設備工作狀態直接受教師端軟件控制開關和均衡，教師無需進行線材整理。某學校音樂教研組組建了電鋼教室，學生可以利用電鋼琴進行配合演奏，也因此經常進行排練以及各種活動現場演出。由于電鋼本身音量不夠大，老師往往要協助學生把電鋼的線路接入調音臺進行擴聲。一節40分鐘左右的音樂課，有10分鐘在整理線材。演出前也要專門空出半個小時的時間將線路梳理好才行，非常不便。為了解決這一困擾，學校使用數字音樂無線傳輸系統，讓每臺電鋼琴接入無線發射端，無延時數字音頻傳輸技術幫助教師輕松控制每一個學生終端。軟件上一鍵開啟調音，實現音樂教室的數字化管理。某學校在數字音樂建設方面，使用了移動平板電腦作為學生演奏樂器。移動終端音量不足以在教室內實現擴聲，只能讓每個學生背上一只移動音箱，把平板電腦接入音箱擴聲。老師無法控制學生的音箱，管理起來十分吃力。學校老師通過數字音樂無線音頻傳輸系統，將學生移動端合理管理起來，軟件上即可調用控制。同時，該無線技術保障實時演奏情況下，無延時感知，有效提升數字音樂樂隊組織效率。
三、結束語
數字音樂作為新媒體和音樂的融合體，是學生了解音樂、發揮想象力創編音樂的新途徑。從各個方面來看，數字音樂教室中對無線通信技術的需求是全方位的。因此，如何將無線通信技術運用得更貼近數字音樂教學，服務于數字音樂課堂，是數字音樂教室向數字化、智能化、一體化的必然趨勢。在技術手段解決音樂教室的數據傳輸基礎上，學生初步了解信息化背景下的音樂教學模式，教師以跨學科理念設計音樂教學，指導學生全面發展，發展個性培養學生綜合素養能力，通過動手操作、彈奏、合作演奏等形式，使學生獲得對數字音樂和樂隊演奏的初步知識，充分體驗演奏的樂趣，激發學生對藝術的興趣，在學習創編與演奏過程中培養學生的綜合創新能力。
參考文獻:
［1］數字音樂百科．
［2］陳浩，孟夏．論無線通訊技術創新與應用［J］．電子技術與軟件工程，2015，(3)．
作者：肖玲妮 楊林 單位：教育部教育裝備研究與發展中心 南京市南京中芯聲學技術研究院
