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摘要：从基于RC振荡电路、晶体振荡电路到石英锁相环频率合成电路的无线话筒，目前在多媒体教室应用中仍然是主流。但在多媒体教室密集的教学楼或区域紧凑的教室群，现有技术的无线话筒显然不能满足应用需求。为此，文中进一步介绍了有线(移频)话筒、可调频率无线话筒、红外线无线话筒等过渡性技术，并阐述了收发双方实现任意配对自适应跳频无线话筒的技术方案。最后，通过技术比较表明收发双方都实现任意配对技术功能的无线话筒是目前多媒体教室无线话筒的技术发展趋势。
关键词：无线话筒 多媒体教室 工作频率 任意配对
无线话筒作为教室里扩音系统的前置设备，由于其便捷的移动性和省去了布线的麻烦，确实为教师发挥了良好的讲课效果。但是无线话筒的声音是调制到高频信号，通过空间传输的，必然占用一段空间频率。而空间频率的范围是有限的，不然会与其它同频段的无线设备发生冲突，以致于声音无法正常传输到目的地。在多媒体教室密集的教学楼或局域紧凑的教室里，无线话筒的大量使用，使无线话筒之间的频率冲突尤为突出，以至于不能正常使用，成为了目前多媒体教室无线话筒使用者、管理者和研制者亟待解决的难题。如何更好地实现多媒体教室大量无线话筒的无干扰音频传输，也就决定了无线话筒的技术发展趋势。
一、目前主流的多媒体教室无线话筒
目前在多媒体教室广泛使用的无线话筒，其工作频率主要在甚高频(VHF：169～230MHz)至特高频(UHF：690—960MHz)之间。无线话筒工作频率产生方法一般情况下有3种：
1 RC振荡电路：电路简单、成本很低、但工作频率易发生漂移、音质较差，主要应用在无线话筒的低端产品。
2 晶体振荡电路：电路简单、成本低、工作频率漂移小、音质较好，是目前无线话筒中端产品的主流技术应用。
3 石英锁相环频率合成电路：电路复杂、成本较高、音质好，可以在一定的频率范围内锁定所需的工作频率，主要应用在无线话筒的高端产品。
上述无线话筒所产生的工作频率都有一个共同特点，无线话筒发射机工作频率和接收机工作频率在生产制造过程中，每一套部需要一对一地调试，按需固定工作频率，收发双方需配对出厂销售，用户需配对购买，购买回来后就不能再更换和修改。一般情况下，可以满足舞台、会议室、宾馆等应用。
但是在多媒体教室密集的教学楼或区域紧凑的教室群，比如在有上百个教室的大楼，同时使用若干套无线话筒，就有可能这个教室的讲课教师使用无线话筒发射机，教师讲课的声音却传到另外教室无线话筒接收机里，表现形式是同频干扰，出现了串音。为了避免同频干扰，就得配置多套不同频率的无线话筒来使用，必然产生以下难题：
(1)无线话筒提供的频点是有限的，配置到一定的空间或局域的无线话筒数量也是有限的。那么在无线话筒使用之前，教学设备管理人员首先要在一定空间或区域范围内的教室里(即无线话筒的射频发射功率范围内)，安装无线话筒接收机时，无线话筒发射机的频点和接收机的频点都需要人为地去对频，小心地错开其它无线话筒的相近射频频点或邻接的外界无线设备的干扰信号。
(2)对所有的无线话筒发射机都要做标记，并与已经摆放安装好的无线话筒接收机一一对应(同样无线话筒接收机也要做标记，与无线话筒发射机也要一一对应)，需要专人管理发放给讲课教师，课后还得收回，以备后面的讲课教师使用，不用时还得专门存放，不能有任何差错。
(3)如果无线话筒发射机或接收机任何一方发生故障或遗失，整套就得报废，同时需要一整套更换，增加了多媒体教室无线话筒的更新成本。
二、多媒体教室无线话筒的过渡技术产品
因目前主流无线话筒有诸多无法解决的管理和应用难题，为了能适应密集型的多媒体教室使用，有不少的研制单位和学校，采取了如下几种技术的过渡方案。
1 干脆使用有线话筒，在讲台上留下一根长长线，以适应讲课教师在讲台范围内走动。比如在作者所在的高校东九楼，有160多问多媒体教室，由于无线话筒没有那么多的工作频率，在实在不能使用无线话筒的教室里(以避开与其它教室无线话筒的干扰)，使用有线话筒作为无线话筒无法解决的补充，为了解决无线话筒啸叫问题，使用了基于移频技术的话简。显然，这是无线话筒目前技术不能解决的临时性替代办法。 2 在无线话筒的发射机和接收机，都设置3种工作频率以上可调点，使无线话筒在使用上带来一定的灵活性，即在无线话筒发生故障或某一方遗失，可以不需要整套更换。但是，工作频率的产生仍然使用现有技术，主要是石英锁相环频率合成电路，使用时需要教室管理人员预先人为地一对一地调试对应的工作频率，还是不能解决现有技术无线话筒的所有难题。
3 目前无线话筒主要难题是：无线话筒发射机和接收机都需要做标记，特别是无线话筒发射机的管理和应用难题，不能有任何差错。为了解决无线话筒的管理和应用难题，特别是针对无线话筒发射机，采取无线话筒接收机的工作频率调到在无干扰时锁定，无线话筒发射机则任意使用，即无线话筒发射机不再做标记，可以与任意一个教室里的无线话筒接收机配套使用。据参考公开专利文献报道，有一种红外线传送工作频率资料实现：把无线话筒接收机调到无干扰的工作频率以编码方式作为资料储存，利用红外线作为工具近距离传送工作频率到无线话筒发射机，使无线话筒发射机和接收机的工作频率一致，从而实现任意配对功能，如图1基于红外线传送工作频率实现原理框图。
一般情况下，无线话筒接收机工作频率根据多媒体教室实际环境进行无干扰的人工预先设置，保存在工作频率资料库中。讲课教师可以使用任何一个无线话筒发射机，先通过红外线读入所在教室的无线话筒接收机原先已经设置好的工作频率，使无线话筒收发双方的工作频率一致。
这种方式只是利用红外线所携带接收机工作频率信息，按照使用者对语音通信质量、有无干扰进行判断，直到挑出满意的工作频率。这种方式需要使用者进行判断、不断调整，使用起来还是很麻烦。 4 使用红外线无线话筒，红外线无线话筒及其接收机是以红外线作为声音信号的载波，基本原理与普通射频系统类似，在无线发射接收过程中也需要进行音频信号的调制与解调过程。红外线有一个普通射频系统没有的特性：衍射能力、穿透力非常弱，因此在各个相对独立空间内的红外线无线话筒之间是不会相互干扰的，在数量上没有使用限制，从而实现无线话筒和接收机的任意配对。
但是红外线具有直线传播，有非常强的反射性能，这就需要使用环境有基本的反射面，否则接收机红外接收管的接收窗将无法收到信号。因此红外线无线话筒及其接收机不适于在开放的环境下使用(如户外，面积很大的阶梯教室等)，而在中小相对密闭的多媒体教室则会有很好的效果。由于是红外线作为工作频率的载波， 有着技术先天的缺陷性，必然受到荧光灯、等离子电视机等发出红外线器件的干扰，从而限制了此类技术的使用。
三、收发双方都可以任意配对技术是多媒体教室无线话筒的发展趋势
从图1可知，无线话筒发射机实现了任意配对，而无线话筒接收机仍然与目前主流产品一样使用，故解决目前多媒体教室无线话筒的主流产品和过渡性产品使用和管理方面的难题是：无线话筒发射机和接收机双方都以任意配对技术方式实现无干扰工作频率自动通信“盲”连接，是解决目前现有技术无线话筒的最佳解决方案，也是多媒体教室无线话筒技术的发展趋势。
本文作者所在项目课题组，针对于上述技术所有缺陷，在本项目具体实施过程中，采用了全自动对频自适应跳频实现无线话筒发射机和接收机的任意配对：收发双方除了音频流传输外，另有数字控制信号从发射机发送到接收机，然后延时一段时间监听是否有接收机发来的确认信号，决定收发双方的工作频率是否按跳频序列跳到无干扰的下一个频率，现提供如图2所示的自适应跳频实现的任意配对无线话筒原理框图，其中粗箭头为音频流信号，细箭头为AVR单片机发出或读入数字控制流信号。
由图2可知，无线话筒发射机和接收机在现有技术基础上添加了数字控制流信号和跳频序列。收发双方开机后，以相同的初始工作频率，发射机发送数字控制流信号试探连接，接收机如收到正常的连接信号，就返回正确接收的应答信号，发射机如在规定的时间收到确认信号，说明此工作频率目前无干扰，可以锁定双方的工作频率，反之按跳频序列跳到下一个工作频率，再试探建立连接，直到无干扰的工作频率为此。最后，无线话筒收发双方进入正常发送音频流、发送或接收数字控制流信号工作状态。
四、结束语
由上面概述可知，目前主流产品工作频率一对一的无线话筒已经不能满足现有多媒体教室的应用需求，有线(移频)话筒、多频点调节无线话筒、红外线传送工作频率无线话筒、红外线无线话筒因有各自的技术或应用上的缺陷，也只能作为现有主流技术无线话筒的过渡。随着单片机和相关硬件器件的价格降低，软件技术的发展，无线话筒整体成本降低，收发双方都具有任意配对功能的自适应跳频技术无线话筒应需而生，是多媒体教室无线话筒技术的发展趋势。
关键词：无线话筒 多媒体教室 工作频率 任意配对
无线话筒作为教室里扩音系统的前置设备，由于其便捷的移动性和省去了布线的麻烦，确实为教师发挥了良好的讲课效果。但是无线话筒的声音是调制到高频信号，通过空间传输的，必然占用一段空间频率。而空间频率的范围是有限的，不然会与其它同频段的无线设备发生冲突，以致于声音无法正常传输到目的地。在多媒体教室密集的教学楼或局域紧凑的教室里，无线话筒的大量使用，使无线话筒之间的频率冲突尤为突出，以至于不能正常使用，成为了目前多媒体教室无线话筒使用者、管理者和研制者亟待解决的难题。如何更好地实现多媒体教室大量无线话筒的无干扰音频传输，也就决定了无线话筒的技术发展趋势。
一、目前主流的多媒体教室无线话筒
目前在多媒体教室广泛使用的无线话筒，其工作频率主要在甚高频(VHF：169～230MHz)至特高频(UHF：690—960MHz)之间。无线话筒工作频率产生方法一般情况下有3种：
1 RC振荡电路：电路简单、成本很低、但工作频率易发生漂移、音质较差，主要应用在无线话筒的低端产品。
2 晶体振荡电路：电路简单、成本低、工作频率漂移小、音质较好，是目前无线话筒中端产品的主流技术应用。
3 石英锁相环频率合成电路：电路复杂、成本较高、音质好，可以在一定的频率范围内锁定所需的工作频率，主要应用在无线话筒的高端产品。
上述无线话筒所产生的工作频率都有一个共同特点，无线话筒发射机工作频率和接收机工作频率在生产制造过程中，每一套部需要一对一地调试，按需固定工作频率，收发双方需配对出厂销售，用户需配对购买，购买回来后就不能再更换和修改。一般情况下，可以满足舞台、会议室、宾馆等应用。
但是在多媒体教室密集的教学楼或区域紧凑的教室群，比如在有上百个教室的大楼，同时使用若干套无线话筒，就有可能这个教室的讲课教师使用无线话筒发射机，教师讲课的声音却传到另外教室无线话筒接收机里，表现形式是同频干扰，出现了串音。为了避免同频干扰，就得配置多套不同频率的无线话筒来使用，必然产生以下难题：
(1)无线话筒提供的频点是有限的，配置到一定的空间或局域的无线话筒数量也是有限的。那么在无线话筒使用之前，教学设备管理人员首先要在一定空间或区域范围内的教室里(即无线话筒的射频发射功率范围内)，安装无线话筒接收机时，无线话筒发射机的频点和接收机的频点都需要人为地去对频，小心地错开其它无线话筒的相近射频频点或邻接的外界无线设备的干扰信号。
(2)对所有的无线话筒发射机都要做标记，并与已经摆放安装好的无线话筒接收机一一对应(同样无线话筒接收机也要做标记，与无线话筒发射机也要一一对应)，需要专人管理发放给讲课教师，课后还得收回，以备后面的讲课教师使用，不用时还得专门存放，不能有任何差错。
(3)如果无线话筒发射机或接收机任何一方发生故障或遗失，整套就得报废，同时需要一整套更换，增加了多媒体教室无线话筒的更新成本。
二、多媒体教室无线话筒的过渡技术产品
因目前主流无线话筒有诸多无法解决的管理和应用难题，为了能适应密集型的多媒体教室使用，有不少的研制单位和学校，采取了如下几种技术的过渡方案。
1 干脆使用有线话筒，在讲台上留下一根长长线，以适应讲课教师在讲台范围内走动。比如在作者所在的高校东九楼，有160多问多媒体教室，由于无线话筒没有那么多的工作频率，在实在不能使用无线话筒的教室里(以避开与其它教室无线话筒的干扰)，使用有线话筒作为无线话筒无法解决的补充，为了解决无线话筒啸叫问题，使用了基于移频技术的话简。显然，这是无线话筒目前技术不能解决的临时性替代办法。 2 在无线话筒的发射机和接收机，都设置3种工作频率以上可调点，使无线话筒在使用上带来一定的灵活性，即在无线话筒发生故障或某一方遗失，可以不需要整套更换。但是，工作频率的产生仍然使用现有技术，主要是石英锁相环频率合成电路，使用时需要教室管理人员预先人为地一对一地调试对应的工作频率，还是不能解决现有技术无线话筒的所有难题。
3 目前无线话筒主要难题是：无线话筒发射机和接收机都需要做标记，特别是无线话筒发射机的管理和应用难题，不能有任何差错。为了解决无线话筒的管理和应用难题，特别是针对无线话筒发射机，采取无线话筒接收机的工作频率调到在无干扰时锁定，无线话筒发射机则任意使用，即无线话筒发射机不再做标记，可以与任意一个教室里的无线话筒接收机配套使用。据参考公开专利文献报道，有一种红外线传送工作频率资料实现：把无线话筒接收机调到无干扰的工作频率以编码方式作为资料储存，利用红外线作为工具近距离传送工作频率到无线话筒发射机，使无线话筒发射机和接收机的工作频率一致，从而实现任意配对功能，如图1基于红外线传送工作频率实现原理框图。
一般情况下，无线话筒接收机工作频率根据多媒体教室实际环境进行无干扰的人工预先设置，保存在工作频率资料库中。讲课教师可以使用任何一个无线话筒发射机，先通过红外线读入所在教室的无线话筒接收机原先已经设置好的工作频率，使无线话筒收发双方的工作频率一致。
这种方式只是利用红外线所携带接收机工作频率信息，按照使用者对语音通信质量、有无干扰进行判断，直到挑出满意的工作频率。这种方式需要使用者进行判断、不断调整，使用起来还是很麻烦。 4 使用红外线无线话筒，红外线无线话筒及其接收机是以红外线作为声音信号的载波，基本原理与普通射频系统类似，在无线发射接收过程中也需要进行音频信号的调制与解调过程。红外线有一个普通射频系统没有的特性：衍射能力、穿透力非常弱，因此在各个相对独立空间内的红外线无线话筒之间是不会相互干扰的，在数量上没有使用限制，从而实现无线话筒和接收机的任意配对。
但是红外线具有直线传播，有非常强的反射性能，这就需要使用环境有基本的反射面，否则接收机红外接收管的接收窗将无法收到信号。因此红外线无线话筒及其接收机不适于在开放的环境下使用(如户外，面积很大的阶梯教室等)，而在中小相对密闭的多媒体教室则会有很好的效果。由于是红外线作为工作频率的载波， 有着技术先天的缺陷性，必然受到荧光灯、等离子电视机等发出红外线器件的干扰，从而限制了此类技术的使用。
三、收发双方都可以任意配对技术是多媒体教室无线话筒的发展趋势
从图1可知，无线话筒发射机实现了任意配对，而无线话筒接收机仍然与目前主流产品一样使用，故解决目前多媒体教室无线话筒的主流产品和过渡性产品使用和管理方面的难题是：无线话筒发射机和接收机双方都以任意配对技术方式实现无干扰工作频率自动通信“盲”连接，是解决目前现有技术无线话筒的最佳解决方案，也是多媒体教室无线话筒技术的发展趋势。
本文作者所在项目课题组，针对于上述技术所有缺陷，在本项目具体实施过程中，采用了全自动对频自适应跳频实现无线话筒发射机和接收机的任意配对：收发双方除了音频流传输外，另有数字控制信号从发射机发送到接收机，然后延时一段时间监听是否有接收机发来的确认信号，决定收发双方的工作频率是否按跳频序列跳到无干扰的下一个频率，现提供如图2所示的自适应跳频实现的任意配对无线话筒原理框图，其中粗箭头为音频流信号，细箭头为AVR单片机发出或读入数字控制流信号。
由图2可知，无线话筒发射机和接收机在现有技术基础上添加了数字控制流信号和跳频序列。收发双方开机后，以相同的初始工作频率，发射机发送数字控制流信号试探连接，接收机如收到正常的连接信号，就返回正确接收的应答信号，发射机如在规定的时间收到确认信号，说明此工作频率目前无干扰，可以锁定双方的工作频率，反之按跳频序列跳到下一个工作频率，再试探建立连接，直到无干扰的工作频率为此。最后，无线话筒收发双方进入正常发送音频流、发送或接收数字控制流信号工作状态。
四、结束语
由上面概述可知，目前主流产品工作频率一对一的无线话筒已经不能满足现有多媒体教室的应用需求，有线(移频)话筒、多频点调节无线话筒、红外线传送工作频率无线话筒、红外线无线话筒因有各自的技术或应用上的缺陷，也只能作为现有主流技术无线话筒的过渡。随着单片机和相关硬件器件的价格降低，软件技术的发展，无线话筒整体成本降低，收发双方都具有任意配对功能的自适应跳频技术无线话筒应需而生，是多媒体教室无线话筒技术的发展趋势。