多媒体教室光环境与投影清晰度浅析——以贵州大学智慧教室为例

石亚鹏，唐洪刚

（贵州大学 建筑与城市规划学院，贵阳 550000）

近年来，运用多媒体进行课程教学成为主流教学方式，每堂课都会用到多媒体设备，但由于硬件基础设施落后，现有多媒体教室一部分由普通教室改装而成，在光照强度大的时候，投影屏幕的清晰度低，影响教学质量［1］。

通过对贵州大学西校区多媒体教室进行实地调研、测绘记录、数据分析，综合得出现有多媒体教室存在的问题：1）投影屏幕附近开窗，当光线强时容易产生眩光；2）开灯形式为纵向控制，当室外光线弱时，只能通过牺牲平均照度来换取投影屏幕清晰度。

1 测量对象界定

多媒体教室的硬件配置和教学功能多种多样，测量研究的多媒体教室配置了大视频展台、屏幕投影仪（必备）、多媒体计算机等设备，通过教室上方悬挂的投影仪设备将教师事先准备好的数据、图形、声音、文字、图像等教学信息投影到幕布上展示给学生［2］。

在信息高度发展的现代社会，普通教室与多媒体教室有本质区别，多媒体教学为师生带来了沉浸式、交互式的学习环境，教师通过多媒体教室中的投影屏幕，实时传送操作界面给每一个学生观看［3］，且多媒体教室增强了教学内容的表现形式，多媒体的信息符号有图像、音频等形式［4］，整个教学过程更加生动，提高了教学效率，因此，多媒体教室与普通教室的光环境设计多有不同，多媒体教室的光环境既要满足桌面阅读、书写等传统的使用要求，又要保证投影大屏幕的清晰度，其要求有以下几点：

1）桌面。提供适当的水平照度，满足传统的桌面阅读、书写要求。

2）投影大屏幕。要求文字内容、色彩能清晰辨别。平均照度、照度均匀度与屏幕投影的清晰度相关联，当多媒体教室的投影设备打开使用时，必须注意控制环境的平均照度和照度均匀度，可通过教室开关灯和窗帘开启关闭等方式来实现［5］。

3）天然光照度。选取贵阳秋季学期最频繁的阴天天气，且测量时间选取建筑与城市规划学院上课时间段，分为下午和晚上。

2 光环境实测调查

2.1 测量内容

1）实测多媒体教室内各工作面的天然采光系数；

2）投影屏幕在不同环境亮度下的清晰度主观评价；

3）教室内工作平面的照度评价；

4）天然采光的实际利用情况。

2.2 测量方法和测量仪器

1）采用莱卡DISTO D110型激光测距仪测量教室面积和开窗面积，计算窗地比。

2）采用建通科技JTG01型手持照度计测量教室各测点的天然光照度及不同工况条件下的光照度，测点间距约为1～2 m，测量高度为教室桌面，并测量同时刻室外全阴天时无遮挡水平面的照度，计算所测各点的室内平均照度和照度均匀度［6］。

3）记录投影屏幕的具体尺寸、悬挂投影仪到投影屏幕的距离。

4）屏幕投影清晰度评价。打开多媒体计算机和投影仪，采用主观分级评价方式，评价其在各种环境亮度下的清晰度，问卷将主观评价分为不清晰、较清晰、清晰3个级别。

2.3 实测调查

实测地点为贵州大学建筑与城市规划学院，测量的教室选取多媒体教室，测量时间为2021年10月17日13：00和19：00，天气为阴天。

2.3.1 实测教室工作面及窗户布置

该多媒体教室面积约63.12 m2，30个座位，为小型普通多媒体教室（见图1），教室单侧采光，窗户朝向正南，开窗面积为14.43 m2，开窗形式为推拉窗，窗户材料为普通玻璃单层铝合金。教室内设有台式计算机、投影仪、投影用的白色幕布（尺寸为3.6 m×2.24 m）、普通中小学生课桌椅，缺少板书所用的黑板，但考虑大多数课程黑板使用率低，基本可以代表普通多媒体教室的一般情况。

图1 教室尺寸（mm）

2.3.2 光环境实测方案

测试一方面希望掌握多媒体教室天然光环境的实况，另一方面也对不同环境照度下屏幕的清晰度进行评价。在确定教室尺寸的情况下，根据《照明测量方法》（GB／T 5700—2008）和《中小学校设计规范》（GB 50099—2011）要求，第一排课桌的前沿到黑板的距离≥2.2 m，最后一排课桌后沿至后墙或固定家具的净距≥1.1 m，距离左右墙面、管道的净距≥0.15 m［7］，确定有效光照度测量区域为4 680 mm×7 600 mm（见图2），根据《照明测量方法》（GB／T 5700—2008）要求，测量网格需均匀分布且完全覆盖被测区域，测量网格推荐为2 m×2 m的方形网格。在尽量接近推荐值又满足规范的前提下，将被测区域划分为3×4个矩形网格，矩形的尺寸为1 560 mm×1 900 mm，选用中心布点法在每个网格的中心点进行测量，布点分布与灯具分布如图3、图4所示。

图2 有效测量区域（mm）

图3 测点分布图（mm）

图4 灯具分布图

根据教室日常使用的时间，测量考虑了自然光照条件及各种灯光照明条件，记录不同照明条件下的光照度（见表1、表2），由此计算教室的平均照度和照度均匀度，同时对投影屏幕清晰度和室内照明效果进行判断分析。

表1 光照条件方案与照明效果

3 测量数据及问题分析

经过调查和测量发现，该多媒体教室的光环境难以同时满足教室内多种工作面的使用要求，主要表现在以下几方面：

1）当自然采光时，桌面等工作面天然光照度水平较高，基本能满足视觉使用要求，但教室进深较大，导致远离开窗一侧的桌面照度普遍较低，照度均匀度小，屏幕清晰度差。将1号窗帘关闭时，屏幕清晰度有所改善，但教室平均照度及桌面照度降低。

2）当照明方式为自然采光和人工采光结合时，教室平均照度提高，照度均匀度显著上升，但屏幕清晰度下降明显，幕布反光现象严重。

3）投影大屏幕清晰度评价。多媒体教室投影大屏幕尺寸为3.6 m×2.24 m，屏幕到投影仪的距离约3 m，地面到投影仪的距离约2.7 m。测试发现屏幕清晰度与光照均匀度无直接联系，而与平均照度关系紧密。根据所测数据显示，当平均照度接近150 lx时屏幕清晰度较差，低于100 lx时则可获得令人满意的清晰度（图5、图6），由此可以推断出屏幕环境亮度越低越有利于屏幕的清晰度。但教室前部与屏幕邻近的桌面、讲台、黑板的照度随屏幕环境照度的降低而明显降低，阅读、书写活动变得困难。屏幕的环境亮度低时，屏幕与桌面亮度差过大，前排的学生观看屏幕时会感到刺眼，阅读、书写又因照度不足而感到吃力，不利于用眼卫生。

图6 照度均匀度对投影清晰度的影响

4）教室的灯光控制模块较简单，一个开关控制3个日光灯，导致不同的灯光开启方式对室内平均照度和光照均匀度影响较大，测量过程中发现，B列灯组的d号日光灯对投影屏幕清晰度的影响最大，通过遮光板将d号灯遮住后再次进行光照度测试（见表3、表4），屏幕清晰度得到了显著提升，而室内平均照度略微下降。

表3 遮光后的光照条件方案与照明效果

表4 遮光后教室光照度测量记录

4 优化方案

为改善多媒体教室内部光环境，提高其采光质量，促进这类房间光照条件的规范性和合理性，针对调研发现的采光问题，提出几方面建议。

1）进一步优化室内工作面布置，将投影屏幕放在室内照度最低点，以此提高屏幕与周边光环境的亮度对比度，从而达到屏幕的清晰度要求，同时保证桌面达到照度要求，满足学生日常阅读书写的需要。

2）对灯具布置与控制方式的改善，在竖向控制的基础上，加一组横向控制开关，或单个灯具的控制开关，以控制对屏幕清晰度影响最大的灯具，同时还能满足桌面照度需求。

3）对自然光的采光口进行优化，例如，减少屏幕左侧外墙开窗，或减弱其透光性，尽量减少自然光对屏幕清晰度的影响，同时不影响桌面的自然采光。

4）合理运用室内窗帘等遮光物，针对不同光照条件开启或关闭窗帘。

5）合理选择多媒体投影设备，减少设备自身对屏幕清晰度的影响，例如，可采用较为先进的LED自发光屏幕。

6）科学确定屏幕的环境亮度，使桌面照度条件与屏幕清晰度都能达到标准的要求。

7）改变光源形式，如，将条形日光灯置换为小型圆形光源可有效避免眩光的产生。