基于红外线无线传输的大学英语四、六级听力考试系统构建和应用

柯家海

（广州医科大学信息与现代教育技术中心，广东广州 511436）

0 引言

随着改革开放的深入，对外交往日益广泛，外语听力水平如何直接关系到人们的就业、交流和生活等。全国大学英语四、六级考试（CET）是教育部考试中心主持和实施的一项大规模标准化考试。自1987年以来，大学英语四、六级考试已经实施了30 多年，并根据我国高等教育发展的方向，持续地进行改革和完善。目前考试内容涵盖听、说、读、写、译等语言技能，听力理解部分考核学生获取口头信息的能力，包括理解主旨大意、重要事实和细节、隐含意义，判断话语的交际功能、说话人的观点、态度等。在CET 考试中听力考试所占比例越来越高，外语听力学习的重要性已受到前所未有的重视。因此，如何有效提高CET听力考试系统的方便性、实用性和易管理性，是教育信息化工作者需要面对的重要课题。

1 听力考试系统现状分析

大学英语四、六级听力考试系统由于受经济影响及相关设备功能所限，经历了几个阶段的发展和变化，从最早的每个教室配备一台放音机进行播放，演变到专业的语音室和有线广播系统。随着经济发展和科技进步，信息技术与外语教育开始深度融合，听说训练系统、智能作文批改系统等信息系统不断更新换代，已从单一的软件向各类融合的信息系统解决方案发展［1］。目前在全国大学英语四、六级听力考试中，各高校使用的主要有以下几种系统：有线广播系统、无线音频听力系统、无线调频听力系统、红外无线听力系统。

1.1 有线广播系统

有线广播系统分为模拟和数字广播系统，采用音频前置采集或音频转数字信号，通过定压功放播放或直接数字解码音箱直接播放出来。因喇叭安装位置不同，在教室内会出现收听效果不同，前后左右都会根据教室的结构产生一些差异，后排会因衰减和回声反射导致不清晰，同时教室间有可能存在相互干扰现象，目前此类系统在少数高校中应用。

1.2 无线音频听力系统

无线音频听力系统音频发射系统和音频接收系统组成，利用电磁感应原理，音频发射系统携带音频信号，经过一定程度的放大后，输出到功率发射机，发射出去后由负载线圈在教室产生磁场。在接收机端，内部的接收线圈感应到空中的电磁场后，经过感应线圈将音频磁场信号接收、放大、转换等一系列操作后，发出声音。系统容易受电磁干扰，目前此类系统在部分高校中应用。

1.3 无线调频听力系统

无线调频听力系统包括调频发射系统和调频接收系统组成，调频发射系统由话筒、音频放大器、调制器、变频器、功率放大器和发射天线组成。低频的音频信号经过放大后，首先进行调制后达到需要的发射频率，经高频功率放大后，再通过天线发射出去。接收系统是具备调频接收功能的耳机。尽管调频听力系统容易受电磁波的干扰以及非法调频广播的同频干扰，并且开放式的广播形式使得考试内容易外泄，但它具有覆盖面广、安装容易和维护方便等优点，因此此类系统被大部分高校采纳应用。

1.4 红外无线听力系统

相较于传统的无线调频扩音设备或是其他听力系统，红外无线听力系统具有诸多优点。首先，由于红外光线不具备穿透墙壁的物理特性，所以在学校等场合大规模集群范围内使用时，不会相互产生频率干扰的问题。同时室内发射机不向考场外传播听力考试信息，也避免了音频信号不必要的外泄。其次，红外线信号不易受到强电设备低频信号及考场内外移动式电子产品干扰，可以保证接收端音频信号的足够清晰。因此，此类系统也逐步在一些地区的高校中开始应用。

2 红外数据通信技术的基本原理和特点

2.1 红外数据通信技术的基本原理

光线可分为可见光和不可见光，红外线是光谱中红光以外的不可见光，它的波长范围是750 nm～1 mm，频率比微波高，比可见光低［2］。红外线的波长比较长，衍射能力差，适合在近距离无线通信的场合，进行点对点的数据传输。为了确立最佳的通信效果，红外数据通信协会（IRDA）建立了通用的红外数据通信标准信息，即IRDA 标准。红外数据通信系统主要包括发射系统、传输信道和接收系统。它的基本原理是利用特定波长的红外线，将其作为传递信息的载体，即传输信道，在发送端将二进制信号调制为一系列的脉冲串信号，通过红外发射管发射出去。在接收端将接收到的光脉冲转换成电信号，经过放大、滤波等一系列处理后送给解调电路进行解调，还原为二进制数字信号，从而实现红外线通信传输，属于一种光电传输信息技术。

2.2 红外数据通信技术的特点

红外数据通信技术具有以下特点：一是通过红外光脉冲和数据电脉冲进行转换，从而实现数据的传输与接收［3］。二是点对点直线数据传输，属于不可见光，保密性强。三是传输速度快，在传输的过程中，遇到障碍物会反射。四是抗干扰性强，不存在频率干扰等问题。红外线具有抗电磁干扰能力强，传输速度快等诸多优势，能够在不同产品之间，快速方便安全的传输实时信息，适合于跨平台、低成本、点对点数据连接,尤其适合嵌入式系统［4］。据不完全统计，红外数据通信技术已被广泛应用在移动计算和移动通讯的设备中，在全球范围内超过亿万件包括电子产品、工业设备等得到了应用［5］。此外，红外数据通信技术还存在一些缺点，如传输距离短，要求通信设备的位置相对固定，无法灵活地组成网络等。

3 红外无线听力系统的构建

根据学校的实际情况，建设的红外无线听力系统要能满足学校5 000名考生同时进行大学英语四级或六级听力考试的需求。在本次红外无线听力系统设计中，系统主要由音频处理部分、线路传输部分、红外线发射部分及红外线接收部分组成，具体系统设计如图1所示。

3.1 音频处理部分

音频处理部分主要是由音源设备（如计算机、CD播放机、麦克风等）、调音台、音频矩阵、监听设备等组成。音频矩阵可将各种模拟音频信号调制成数字信号，再将数字信号传输至红外辐射终端后调制成红外光信号，无线发射，无线接收。数字传输方式使系统输出的音质效果可以达到CD级效果，音质清晰，音量大小可以调节控制，并且音源输出的教室数量可以增加，方便系统扩容。

3.2 线路传输部分

线路传输部分主要通过核心交换机连接到各楼层交换机，然后从楼层交换机输出到红外辐射终端，考虑到音频在线路中产生的耦合噪音，采用超五类带屏蔽双绞线，实现专线传输，消除自身的信号耦合和降低外界的杂音干扰，提高系统信噪比和降低线路损耗。在距离超长的情况下可采用光纤进行主干信号传输，可覆盖整座教学楼或多栋教学楼。在设计中，采用了双信道进行传输，两信道同步播放，既可以实现主备备用功能，为听力考试增加保障，又可以作为两套独立系统使用。

图1 红外无线听力系统设计

3.3 红外线发射部分

红外线发射部分由红外辐射终端及设备供电开关组成，主要是通过红外辐射终端将信号前置放大、调制、驱动，再通过发射管将信号以红外线的方式发射出去，设备采用UPS 集中供电方式。红外辐射终端为弧面设计，不受环境限制覆盖角度广，可任意放置在教室的前端后端，直线传播距离可达30 米。为实现教室全覆盖，需要在每个教室安装2 台独立的红外辐射终端。为了检查每个房间的发射信号是否正常，需要通过监听软件，实时获知每个房间红外音频信号的发射是否正常，采用集中管理的方式，保证第一时间发现不能正常工作的红外辐射终端，减少故障。

3.4 红外线接收部分

红外线接收部分主要通过耳机内置的红外线接收器准确地接收红外辐射终端发出的信息，并将其放大、解调；再功率放大转化为声音信号，在红外辐射终端覆盖有效范围内，可以多台使用且互不影响，易于扩容。红外接收耳机也是双信道接收机，学生可以任意切换，收听效果最好的信道。由于红外线不能穿透墙壁，因此信号辐射范围仅限于教室内，红外接收耳机也只在教室内才可接收，可以防止考场听力考题的泄密现象。红外接收耳机本身属于易耗品，不方便集中化管理，由学生自行购买，可以减轻耳机管理的困难。

4 红外无线听力系统的应用

红外无线听力系统采用结构化、模块化的方式进行建设，可以满足学校听力考试的要求，并于2019 年12月投入使用，共有5 000多名学生利用该系统进行大学英语四、六级听力考试，为学生提供了性能稳定的听力考试服务，实际应用效果良好。此外，无线红外线听力系统可以根据具体的需要进行扩展，各教室既能接收全校的统一音源，又能按照区域进行分类考试，还可以通过将音源信号接入到红外辐射终端，实现脱网播放，不受外界影响和干扰。通过智能化的管控，它能够实现分区播控、点对点播控、同步考试等功能，这就能满足大学英语四、六级听力训练、教学及考试的综合要求。

5 结语

大学英语四、六级考试历经多年的改革和发展，其目的是为了满足社会对人才需求的变化，社会对人才需求的变化促使大学英语的教学内容、评价体系等发生变革［6］。听力考试系统则是这个过程中不可或缺的组成部分，而基于红外线无线传输技术的大学英语四、六级听力考试系统以其独特的优势，具有较强的实用性，将成为未来应用的重点。在今后的发展过程中，红外线技术的应用会更加成熟、广泛，并将在教育、通信等领域发挥更重要的作用。