專利名稱：一種幫助學生進行全腦學習的聽課機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電子教學用具，特別是涉及學生在課堂上使用的輔助聽課裝置。
背景技術：
學生在課堂聽課的過程中容易開小差，注意力不集中，原因有兩方面其一， 教師授課語音從講臺方向傳來，聲源點固定不變，再加上教室內外環境噪聲的干 擾，容易誘發學生產生聽覺疲勞；其二，由于教師授課的主要內容是由語音、文 字與邏輯推理所組成，使得學生聽課只能主要使用左腦(稱為語言腦)，而右腦 (稱為音樂腦、圖像腦)基本上空閑著。但實際上右腦又閑不住，于是就產生一 些雜碎的情景或音樂的想像，從而開小差現象就自然產生了。
現代教育科學已認識到上述現象的存在，強調學生需要全腦學習。左腦是當 然的學習主要途徑，但是右腦也必須緊密輔助之。右腦在記憶能力方面遠遠強于 左腦。欲使右腦也調動起來，應該讓學生的大腦處于a腦波狀態，即放松性的警 覺狀態，這種狀態被認為是最佳的學習狀態。
科學家們通過多次實驗證明，可以通過其頻率與a腦波狀態(8 14Hz)相 一致的物理學聲波和閃光來誘導人類大腦，使其腦電波也被同步到物理學聲波或 閃光頻率上來。于是，美國、日本等國工程師相繼開發出一種稱為"右腦開發器" 的裝置。它的工作原理有兩方面。其一，為光誘導。它用一副不透光帶有LED燈 的眼睛罩，使LED燈按a波頻率閃爍來誘導大腦。其二，是聲誘導。直接的a波 音頻(8 14Hz)是人耳所不能聽見的。所謂聲誘導是采用兩種方法。第一種方 法稱為雙腦同步。即進入左耳和右耳的聲頻不一樣(例如進入左耳音頻為500 Hz, 而進入右耳音頻是510Hz)，在大腦中將自動合成一個左右耳頻差(10Hz)與a波 相同的低頻聲波。人們能夠聽到一種"嗡嗡嗡"的聲音。第二種是使用一種短促聲 波，例如"噠噠噠"的木魚敲擊聲，或類似彈撥樂的聲音。這些聲音作用于大腦， 時間一長大腦電波便誘導于a波狀態。這種裝置只能用于人們在安靜不受干擾的環境下休息或休閑的時候使用。作 為一種健腦操的儀器，它可以使人不經過長期訓練就能進入一種平靜、放松而愉 悅的狀態。但是，它不能夠在學習過程中特別是課堂聽課過程中直接使用。因為 學生在課堂上聽課時，教師授課語音必須清晰地通過學生的雙耳進入大腦之中， 那些噠噠噠的短促聲或嗡嗡嗡的雙腦同步聲，反而會成了干擾教師講課語音的噪 聲，更不會達到誘導學生集中注意力聽課的目的。
本實用新型提出了一套技術方案，將教師授課語音改變為既清晰明了又能誘 導學生a腦波的聲波，并且直接調動右腦參與聽課，從而達到全腦學習的目的。

實用新型內容
本實用新型的目的是提供一種幫助學生進行全腦學習的聽課機，能夠將教師 講課內容接收后轉化播出，能誘導學生a腦波的聲波，并且直接調動右腦參與聽 課，從而達到全腦學習的目的。
本實用新型的技術方案如下
一種幫助學生在課堂上進行全腦學習的聽課機，包括第一單片機，第一單片 機外接液晶顯示屏、隨機RAM、 FLASH閃存、鍵盤、編解碼器、USB接口、多路 數模轉換器、多路音頻功放和多路發音器，其特征在于-
所述的第一單片機還外接遠程麥克風電路，所述的遠程麥克風電路包括有遠 程定向拾音器、近距離拾音器，所述的遠程定向拾音器、近距離拾音器分別連接 放大器，再接入一個轉換開關，轉換開關經過模數轉換電路，模數轉換電路接入 第一單片機；
所述的第一單片機還外接語音發射與接收電路，所述的語音發射電路是無線 麥克風，由拾音器、放大器、模數轉換器、第二單片機及射頻發射芯片組成，所 述的語音接收電路是第一單片機外接的射頻接收芯片；
所述的第一單片機還外接一個追憶錄音鍵。
所述的多路發音器是采用抗噪音高性能耳塞機；或者是一對骨傳導耳機，以 及用于堵塞雙耳的硅膠耳塞子；或者是三只以上的骨傳導喇叭，以及用于堵塞雙 耳的硅膠耳塞子。其中講課信號的采集有兩種技術方案，第一種是采用遠距離定向麥克風。它 只拾取由講臺方向傳來的教師語音信號，經高性能前置放大器和A/D轉換器獲得 數字語音信號。第二種是教師端采用領夾式無線麥克風，由拾音器，放大器和A/D 轉換器獲得數字語音信號后，再由一片射頻發射芯片發送出去，而學生端由一片 射頻接收芯片接收空中的由老師端發送的數字語音信號。
本實用新型通過對教師講課語音信號的處理，在教師講課連續語音群間歇時 間內產生一種具有8 14Hz頻段的余波回響。例如老師講課語音群結束字是"發 達"，則回響聲類似"啊 啊 啊……"的逐漸衰減的余波，其"啊 啊 啊……" 的頻率在a腦波頻段之內。
本實用新型利用人類"雙耳效應"的自然規律，所述的教師講課的數字語音信 號進行播放時，使得同一教師語音進入左耳、右耳的時間不同，具有數毫秒級的 時間差。時間差較大時(大于12毫秒)感覺到兩個人在說話。時間差較小時感覺 到教師語音或在左腦區出現，或在右腦區出現，或在左腦區和右腦區之間連續來 回移動。當聲源映射點到右腦區時，學生感覺到是右腦在聽課，當聲源映射點在 左腦區時，學生感覺到是左腦在聽課。當時間差大到一個臨界狀態，學生會感覺 到雙腦都在聽課。其實事實上聽課的主要承擔者是左腦，但本實用新型使得聽者 在潛意識層面感覺到了右腦也參與了聽課，這對于增強對聽課內容的吸收與記憶 有著很積極的意義。
聽課機語音最終輸出的耳機或喇叭有三種技術方案第一種是直接使用抗噪 聲的高性能耳機；第二種是采用了一對骨傳導耳機，并且在釋放了的雙耳中塞上 硅膠耳塞子，以隔絕室外噪音干擾和保護耳膜長期使用不至于受損；第三種，采 用多只骨傳導喇叭分布在頭部周圍，用彈性帶扣緊。每只骨傳導喇叭在輸出教師 語音時都有著不同的時間差和不同的響度，使聽者感覺到聲源映射點在左腦、前 腦、中腦、右腦和后腦之間環繞。可以更進一步調動全腦學習的潛意識。
高年級學生喜歡做課堂錄音，本實用新型遠程麥克風電路為準專業級的錄音 效果提供了可能性條件。但實際上沒有必要整堂課都全部錄音，只是要把自己未 聽清楚的、不理解的或者是感興趣的那段語音錄下來。
本實用新型聽課機可以設置一個追憶錄音鍵。按下它時，把錄音起始點提前 一段時間(例如20秒)，再按此鍵結束錄音。這樣做的目的是節省了課后復習的時間。
本實用新型聽課機還設置了一個內置近距離麥克風電路。學生在課后復習時 作朗讀、復讀也可以使用"聽課機"而達到全腦學習的目的。與課堂聽課不同的是 自己說話自己聽，所獲得的記憶效果將會大大地增強。
學生經常使用的電子產品有MP3、電子詞典和電子課本等。為了減少學生攜 帶學具的數量，本實用新型聽課機可以將電子詞典和MP3與"聽課機"組合為一體。 而電子課本則以有聲課件的形式存于專門網站之中，學生可以通過USB接口從網 站上下載。
一個班上的同學可能只有一部分擁有本實用新型聽課機，而其他人暫時未擁 有。為了彌補這種不足，本實用新型聽課機可以配套一對或多只擴音回響音箱。 音箱有一個射頻接收芯片，接收教師無線麥克風信號，并且也能產生間歇性a波 頻段的回響，對沒有聽課機的同學也有一定的誘導右腦學習的作用。
本實用新型的積極效果在于通過創立相對安靜的環境，施以有益的暗示和 右腦誘導的技術，不僅使學生在課堂或課后能集中注意力，以全腦參與學習和復 習的過程，而且長期使用培養了輕松而警覺的a腦波狀態思維意識習慣。這種習 慣對于學生將來處理任何事情(包括學習、寫作、演講、考試、社交甚至體育活 動)都有著很大的裨益。


圖l是聽課機的硬件結構示意圖。 圖2是擴音回響音箱電路結構圖。 圖3是彈性扣帶式四喇叭結構示意圖。
具體實施方式
圖l所示的是聽課機硬件結構示意圖。其核心是單片機系統，接有液晶顯示、 鍵盤、USB接口、 FLASH閃存、編解碼器電源管理六個常規模塊。與本實用新型主 要特征相關的是遠程麥克風電路、射頻接收芯片、和多路音頻功放模塊。
遠程麥克風電路由遠程定向拾音器、放大器A、與內置式麥克風的切換開關 和模數轉換器(ADC)組成。由于室內外的噪聲干擾，不能用聽課機的內置麥克 風直接采集教師講課的聲音。一個直接的方法是從市場上選用強指向性遠距離麥克風，這種麥克風可以錄制樹頭上小鳥的叫聲，方向性強，對其他方向聲音衰減 很大。但缺點是造價貴，尺寸大不方便攜帶。如要降低抗噪成本也可采用一種簡 易制作法，即釆用吸音材料做一根20厘米左右的長管，管口蒙上防風網，管底 部裝上指向性拾音傳感器和前置放大器，再組過導線連向聽課機的A/D轉換器。 使用時長管指向講臺方向。
麥克風電路的另一種方案是采用教師領夾式麥克風，是本實用新型語音發射 與接收電路。由于拾音器跟聲源很近，可以做到很好地抑制噪音。拾音器得到語 音信號，經放大器C放大后送給模數轉換器得到數字語音信號，再經過第二單片 機控制一片射頻發射IC將數字信號發送出去。第二單片機可選內含ADC的MCU (例如PIC12F683)。在學生聽課機端有一片射頻接收芯片，用于接收空中的教 師講課的語音數字信號。射頻IC可采用2.4G藍牙芯片，或其他射頻芯片。
圖1所示的是聽課機硬件結構中的第一單片機可采用帶多路ADC的單片機 (例如PIC18F4525),其開關也含在單片機內部，放大器A和放大器B實際上接到 單片機的兩個模擬輸入端口，由軟件控制內部開關鍵的切換。ADC的采樣頻率在 10KHz_40KHz范圍內選擇。圖1中的隨機RAM也可含在單片機內部(例如 PIC18F4525內含3. 8KB的RAM,是滿足要求的)。圖1中的FLASH閃存可選1G—4G 的SD卡或MMC卡，用于存儲錄音。
通過上述電路采集教師語音的信號是一串串數字信號,在教師語音存續期數 字信號較大(這些數字信號都循環存儲在一段隨機存儲器中)，在教師語音間歇 期有很小的噪音數字信號。我們可以設置一個門檻值(取最大的噪音數字信號值) 抑制這些噪音，并且在教師語音間歇期內添加一組組余音信號。第一組余音信號 是取教師講課連續語音群間歇開始處前70ms—250ms時段的數字信號并衰減 20%—50%進行存儲和播放，第二組余音信號是取第一組余音信號再衰減20%—50% 進行存儲和播放，以此類推得到后續各組余音信號直到衰減為零。在處理和播放 余音的過程中， 一旦檢測到數字信號超過門檻值，則不管余音信號是否衰減為零 都要立即轉到正常教師語音采集和播放。而當采集教師語音的數字信號小于門檻 值且持續了 20ras—30ms時，又進入余音處理和播放的過程。
這樣處理的數字信號經圖1中的多路數模轉換輸出到多路音頻功放。每路數 模轉換的從隨機R旭取值起始是不同的，因而每路輸出的模擬音頻信號有著不同的時間差。該時間差的控制在0—12ms范圍內。
多路音頻功放輸出到發音器可以釆用三種方案-
第一種直接采用抗噪聲高性能耳機。這種耳機能自動檢測外界噪聲，并在耳 機中再產生一個幅度相等而相位相反的反噪聲信號，以產生一個靜的感覺，而對 教師講課的語音聽起來更清晰。
第二種是采用兩路骨傳導耳機。它的音頻傳送點是耳根或耳前的骨骼，而雙 耳被釋放。為了 "靜"的要求，雙耳中可塞上硅膠耳塞子。
第三種是采用多路骨傳導喇叭。如圖3所示，用一根彈性扣帶1固定在大腦 頭部一圈，骨傳導喇叭2分布點可位于耳根部、太陽穴部、前額部或后腦部。要 注意的問題，耳根部聽覺敏感，功放強度應該小一些，而其他部位音頻功率應該 較強。同樣為了 "靜"的要求，雙耳中也應塞上硅膠耳塞子。
這三種語音輸出裝置，第一種求靜的效果好，音頻保真效果也好。缺點是長 期使用不利于保護耳膜，所以使用者不宜將聲音調得過大。
后兩種的優點就是可以保護耳膜不被損傷，音頻保真差一些，對于課堂聽課 (不是欣賞音樂)也是完全滿足要求的。學生在具體使用可根據自己的喜好而選 擇。
圖1所示的聽課機電路框圖的鍵盤中含有一個追憶錄音鍵，用于課堂即時錄 音。由于FLASH閃存擦寫次數可達10萬次，壽命很長，而且容量又很大，所以 完全可以實現整堂課按WAVE方式直接錄音。如果錄音采樣頻率是lOKHz， ADC位 數是8位(對于非音樂的說話聲有較好錄音質量)。4GB的FLASH閃存可存放100 小時以上的錄音內容，所以課堂錄音實際上無須考慮節省閃存。
追憶錄音鍵按下，實際記錄的是本堂課錄音過程中一個即時地址。在課后復 習時，按鍵檢索學每一個"追憶式錄音鍵"地址，并在向前增加200KB或300KB 的地址(前20或30秒)開始放音。
圖2所示的是擴音回響音箱電路結構圖，它由一片射頻接收芯片接收領夾式 教師無線麥克風傳來數字語音信號，再經過像聽課機一樣的數字語音信號處理之 后由DAC作數模轉換形成模擬音頻信號，最后由功放推動大功率音箱發聲。
圖1所示的聽課機電路還含有USB接口、編解碼器，是為了下載和播放MP3 音樂、有聲電子課件而設置的。如果聽課機只含全腦聽課、復讀機、錄音筆和
8MP3下載及播放，這時只需要小尺寸的液晶和少數幾個按鍵則可以了。但要與電
子詞典、電子課本組合為一體，就必須擴大液晶屏幕的尺寸、增加鍵盤的按鍵數
量(包括二十六個英文字母和十個數字、上下左右移動和若干個功能鍵)。MP3、 電子詞典和電子課本的技術已經非常成熟，這里不再贅述了。
權利要求1、一種幫助學生在課堂上進行全腦學習的聽課機，包括第一單片機，第一單片機外接液晶顯示屏、隨機RAM、FLASH閃存、鍵盤、編解碼器、USB接口、多路數模轉換器、多路音頻功放和多路發音器，其特征在于所述的第一單片機還外接遠程麥克風電路，所述的遠程麥克風電路包括有遠程定向拾音器、近距離拾音器，所述的遠程定向拾音器、近距離拾音器分別連接放大器，再接入一個轉換開關，轉換開關經過模數轉換電路，模數轉換電路接入第一單片機；所述的第一單片機還外接語音發射與接收電路，所述的語音發射電路是無線麥克風，由拾音器、放大器、模數轉換器、第二單片機及射頻發射芯片組成，所述的語音接收電路是第一單片機外接的射頻接收芯片；所述的第一單片機還外接一個追憶錄音鍵。
2、 根據權利要求1所述的幫助學生進行全腦學習的聽課機，其特征在于所述 的多路發音器是采用抗噪音高性能耳塞機；或者是一對骨傳導耳機，以及用于堵 塞雙耳的硅膠耳塞子；或者是三只以上的骨傳導喇叭，以及用于堵塞雙耳的硅膠 耳塞子。
專利摘要本實用新型公開了一種幫助學生在課堂上進行全腦學習的聽課機，包括第一單片機，第一單片機外接液晶顯示屏、隨機RAM、FLASH閃存、鍵盤、編著解碼器、USB接口、多路數模轉換器，多路音頻功放和發音器，所述的第一單片機還外接遠程麥克風電路和語音發射與接收電路。本實用新型目的是在教師講課連續語音群間歇時間內產生一種具有8～14Hz頻段的余波回響。例如老師講課語音群結束字是“發達”，則回響聲類似“啊·啊·啊……”的逐漸衰減的余波，其“啊·啊·啊……”的頻率在α腦波頻段之內。能誘導學生α腦波的聲波，并且直接調動右腦參與聽課，從而達到全腦學習的目的。
文檔編號G09B5/04GK201322999SQ2008202393
公開日2009年10月7日 申請日期2008年12月30日 優先權日2008年12月30日
發明者汪銀海 申請人:汪銀海