CN112289331A - 一种基于软件算法的娱乐系统音效提升方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于软件算法和汽车电子技术领域，涉及一种基于软件算法的娱乐系统音效提升方法；通过软件算法调整不同频率段的增益和声压级，并结合实车标定，改善不同频率范围的声音表现和等响度曲线，提高并扩宽声场；将至少4路音频通道采集到的信号作为输入值，叠加后生成声场虚拟效果图和频响曲线，调整各频段的增益，并结合车内真实声场环境，使声场和频响通过实车主客观评价；本发明在不增加整车成本的前提下，提升娱乐系统音效表现，引入负反馈信号，能够做到实时、动态监测参数变化，标定后参数集成进娱乐主机内的DSP芯片，不需额外硬件支持。

Description

一种基于软件算法的娱乐系统音效提升方法

技术领域

本发明属于软件算法和汽车电子技术领域，涉及一种提高车载娱乐系统音效表现的方法。具体涉及一种基于软件算法的娱乐系统音效提升方法。

背景技术

汽车驾乘舒适度提升包含很多方面，娱乐系统音效提升是其中一个重要方面。通过软件算法提升音效表现，相比硬件的改善和增加，有着明显优势，包括：降低整车设计难度、减轻整车成本压力、不增加整车重量、车型通用率高等。因此，音效软件算法日益成为娱乐系统音效提升的重要方法。

娱乐系统中的娱乐主机或外置功放，驱动扬声器发声，声波在狭小的、包含多种不同材料的乘员舱内，经过复杂的反射、折射、吸收、抵消等相互作用后，形成特定的声场。

目前，提升娱乐系统音效的方法，主要是针对扬声器本身，包括增加扬声器数量、提高性能、调整布置位置、改善布置环境等方面。这样的做法提升了硬件整体水平，但整车的成本、重量同时也限制了硬件水平提升的上限，这就导致软件音效算法的优劣成为了娱乐系统音效继续提升的关键因素。

现有技术中针对提高娱乐系统音效的方式主要有：

1、没有外置功放的条件下，增加扬声器数量和种类。这种方式是最直接，也是最容易实现的方式，根据声波频率的特性，高中低频不同频段的声波越多，在理想情况下，其对声音的还原和重现就越好。但是这种方式首先受限于娱乐主机的带载能力，娱乐主机内置功放的性能最多能驱动4路通道、8个扬声器。这8个扬声器一般由高指向性的4个高音扬声器，和4个中低音二合一扬声器组成，在中低频部分必然损失较大。其次受限于娱乐主机的内置DSP芯片的解码能力和性能。一般娱乐主机采用的芯片，如TEF6638、AK7739或同性能芯片，其内部负责将解码好的数字音频流，转换成模拟音频信号的DAC单元(数字-模拟转换器)性能只能满足基本使用，声音解析度、声场效果等都很一般。例如TEF6638的信噪比只能达到45dB，TDA1541的信噪比能达到95dB，当然后者的价格也更高，不适合作为内置DSP芯片使用。

2、增加外置功放和配套扬声器。此方式优点是硬件水平显著提升，但是缺点也十分明显。第一，成本增加过多。一般外置功放最低支持6通道、9扬声器，前4路与传统一致，新增2路分别驱动1个中音扬声器，或共同驱动1个重低音炮。其成本几乎也已经是普通扬声器的5～7倍。第二，对整车开发造成较大负担。外置功放和多出的扬声器，都需安装固定，且扬声器对安装布置要求比较苛刻，需要考虑共振、声音透过率、防水等方面。增加相关零件设计难度、提高整车重量、延长整车装配工时，对于家用轿车上的使用要求不符。

专利文献CN201410503352.9中公开了车载娱乐系统音效参数调试装置及方法，其中该装置包括：车载娱乐系统模块、音效参数调试模块以及无线通信模块，所述车载娱乐系统模块及音效参数调试模块均与所述无线通信模块连接，所述车载娱乐系统模块及音效参数调试模块之间通过所述无线通信模块进行无线通信，所述音效参数调试模块用于实时修改音效参数并生成音效参数调试文件，所述音效参数和所述音效参数调试文件通过所述无线通信模块发送到所述车载娱乐系统模块中，所述车载娱乐系统根据所述音效参数播放娱乐文件并存储所述音效参数调试文件。本发明技术方案利用系统自带的无线通信模块进行音效参数调试，无需接入线束，且将音效参数单独存储，便于兼容不同的车型。

专利文献CN201410503352.9中公开的系统，其所述音效参数调节需有其他设备支持，且参数调整没有高灵敏度拾音设备提供负反馈信号，造成整车成本增加，音效调节能力有限。

专利文献CN201821979252.3中公开了一种音频放大电路和车载终端，用以传输和处理模拟音频信号，避免信号失真和噪声干扰，提高播放音效。所述音频放大电路，包括：初级放大电路，耦接至所述音频放大电路的输入端，用于接收模拟音频输入信号，并对所述模拟音频输入信号进行放大处理；电压跟随电路，连接所述初级放大电路的输出端，用于对所述初级放大电路的输出信号进行阻抗变换；二级放大电路，输入端连接所述电压跟随电路，输出端耦接至所述音频放大电路的输出端，用于对所述电压跟随电路的输出信号进行放大处理。

专利文献CN201821979252.3中公开的系统，其所述音效处理是通过硬件优化设计避免声音失真和提高信噪比，没有提高扬声器出声后各频段音频性能和整车声场效果，对娱乐系统音效提升帮助有限。

专利文献CN201811162655.3中公开了一种车辆音效自动调整方法、系统及车辆。该方法包括如下步骤：获取并预存基于车厢空间下的最优音效特征；获取基于车厢空间下的、与所述最优音效特征性质相同的实际音效特征；分析所述实际音效特征和所述最优音效特征间的差异；根据所述差异，对所述实际音效特征进行补偿，以获得贴近所述最优音效特征的目标音效特征。本发明的车辆音效自动调整方法，在音效装置发生变更后，能够获得贴近最优音效特征的目标音效特征，使音效装置发生变更后的车内音效趋近于原始设定的最优音效，改善了车辆的使用性能。

专利文献CN201811162655.3中公开的系统，其所述音效参数调节需有其他设备支持，其使用场景是用户更换娱乐系统控制单元后的被动改善，造成整车成本增加，改善效果有限。

发明内容

本发明目的在于基于现有车载娱乐系统的娱乐主机和扬声器的性能，实现声场抬升、解析度提高，而提供的一种基于软件算法的娱乐系统音效提升方法。

本发明采取的技术方案是：

一种基于软件算法的娱乐系统音效提升方法，通过软件算法调整不同频率段的增益和声压级，并结合实车标定，改善不同频率范围的声音增益和等响度曲线，提高并扩宽声场；

所述软件算法，具体内容如下：

将至少4路音频通道采集到的信号作为输入值，叠加后生成声场虚拟效果图和频响曲线，调整各频段的增益，并结合车内真实声场环境，使声场和频响通过实车主客观评价。

技术方案中所述不同频率段的增益和声压级，具体内容如下：

结合车内真实声场环境，真实声场环境包括座椅材质、仪表板材质、是否有天窗，对声音的反射、折射、混响都有影响，调整各频段的增益值和声压级，以减小混响提高空间表现。

技术方案中所述软件算法在设计阶段运行于音效提升单元内，并通过高灵敏度声音采集设备提供的实时负反馈信号，动态调整软件算法内参数；

所述音效提升单元，具体是指：

音效提升单元用于音效标定阶段，完成声音处理和计算工作，且音频处理性能要高于音响系统的控制单元。

技术方案中所述音效提升单元支持至少4路声音输入通道的采集、计算和优化工作，在生成音效参数后，导入音响系统的控制单元。

技术方案中所述音效提升单元直接驱动扬声器，车内架设高灵敏度声音采集设备；音效提升单元的DSP与娱乐主机内相同，通过接收并分析来自声音采集设备的信息，实时获取当前音效参数对整车音效的作用和影响。

进一步地，所要改善不同频率范围的声音增益，具体内容如下：

低频部分的60～200Hz增益为-3dB；

中低频部分的200～500Hz增益为-6dB，其中的150Hz为-3dB。

中频部分的500Hz～2KHz增益为-1dB，提高声音透明度；

中高频的2～5KHz增益为-1dB；

高频的6～10KHz增益为-3dB；

极高频10～20KHz增益为-1dB。

技术方案中所述不同频率段的增益和声压级经过实车标定后，需完成声音通路、音源识别、声音响度曲线、可编程性、集成性、平面校准、平坦响应曲线测试流程，测试通过后，将软件算法导入娱乐主机DSP内。

技术方案中所述声场的高度从驾驶员胸部，提高至双耳附近，形成环绕声场；声场中心从前排乘员中间，前移至仪表板中前部，提高声场纵深度。

技术方案中所述软件算法在实车环境下调整完成后，集成并运行在音响系统的控制单元内。

技术方案中所述音响系统的控制单元，具体是指：

音响系统由控制单元、显示屏、扬声器、麦克风、摄像头、收音天线、USB接口组成；音响系统的控制单元负责接收来自收音天线、USB设备、麦克风等设备的输入信号，处理后输出至显示屏、扬声器，满足乘客对视觉、触觉、听觉的需求。

本发明与现有技术相比，有益技术效果是：

1、不增加整车成本的前提下提升娱乐系统音效表现。

2、引入负反馈信号，能够做到实时、动态监测参数变化。

3、标定后参数集成进娱乐主机内的DSP芯片，不需额外硬件支持。

附图说明

图1是本发明的扬声器布置示意图；

图2是本发明的声压级调整前后对比图；

图3是本发明的调整前的等响度曲线示意图；

图4是本发明的调整后的等响度曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步说明：

一种基于软件算法的娱乐系统音效提升方法，通过软件算法调整不同频率段的增益和声压级，并结合实车标定，改善不同频率范围的声音表现和等响度曲线，提高并扩宽声场。

所述软件算法在设计阶段运行于音效提升单元内，并通过高灵敏度声音采集设备提供的实时负反馈信号，动态调整软件算法内参数。

所述软件算法在实车环境下调整完成后，集成并运行在音响系统的控制单元内，不对音响系统控制单元造成性能和成本影响。

解除娱乐主机对扬声器的驱动，由音效提升单元直接驱动扬声器，车内架设高灵敏度声音采集设备。音效提升单元的DSP与娱乐主机内相同，通过接收并分析来自声音采集设备的信息，实时获取当前音效参数对整车音效的作用和影响。

软件算法提升音效后，整车声场高度从驾驶员胸部，提高至双耳附近，形成环绕声场；声场中心从前排乘员中间，前移至仪表板中前部，提高声场纵深度，如图2所示。

三频表现中，低频部分的60～200Hz增益为-3dB，提高低音冲击力，增强饱满度；

中低频部分的200～500Hz增益为-6dB，提高人声厚度和力度，但其中的150Hz为-3dB，否则会影响声音清晰度。

中频部分的500Hz～2KHz增益为-1dB，提高声音透明度；

中高频的2～5KHz增益为-1dB，提高声音穿透力，且不引起疲倦感。

高频的6～10KHz增益为-3dB，提高声音层次感；

极高频10～20KHz增益为-1dB，提高特定乐器如沙锤、三角铁的辨识性。

软件算法内的关键参数经过实车标定后，需完成声音通路、音源识别、声音响度曲线、可编程性、集成性、平面校准、平坦响应曲线等测试流程。测试通过后，将算法导入娱乐主机DSP内。

如图1所示，车内扬声器共8个，分4路，每一路都包含1个高音扬声器和1个中低音扬声器。

软件算法应用前后，均需完成主客观评价并记录。客观评价如图3和图4所示，通过在车内架设高灵敏度的声音采集设备和数据处理设备，确定当前声场高度、三频的频响曲线、三频之间衔接过渡曲线等在调整前后有明显改善。主观评价由5位听音人员完成，按声音解析度、三频还原、声场效果、S/N感、动态响应等方面分别进行评分。

扬声器内的振膜、盆架等，为了满足耐久性能，会涂抹化学材料进行保护。这样的副作用就是塑料等材料会有硬化，导致声音品质不好，特别是低音偏硬。为了使扬声器的性能得到最大限度的、稳定的发挥，首先对扬声器进行老化，以使其恢复柔软性和韧性。方法是娱乐主机音量设置为最大音量的2/3(声压级75～80dB)，用特定曲目重复播放48小时。

软件算法参数调试时，车辆需在半消声室内，并且环境噪音不能大于声压级45dB。

同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种基于软件算法的娱乐系统音效提升方法，其特征在于：

通过软件算法调整不同频率段的增益和声压级，并结合实车标定，改善不同频率范围的声音增益和等响度曲线，提高并扩宽声场；

所述软件算法，具体内容如下：

将至少4路音频通道采集到的信号作为输入值，叠加后生成声场虚拟效果图和频响曲线，调整各频段的增益，并结合车内真实声场环境，使声场和频响通过实车主客观评价。

2.根据权利要求1所述的娱乐系统音响提升的软件算法，其特征在于：

所述不同频率段的增益和声压级，具体内容如下：

结合车内真实声场环境，真实声场环境包括座椅材质、仪表板材质、是否有天窗，对声音的反射、折射、混响都有影响，调整各频段的增益值和声压级，以减小混响提高空间表现。

3.根据权利要求2所述的娱乐系统音响提升的软件算法，其特征在于：

所述软件算法在设计阶段运行于音效提升单元内，并通过高灵敏度声音采集设备提供的实时负反馈信号，动态调整软件算法内参数；

所述音效提升单元，具体是指：

音效提升单元用于音效标定阶段，完成声音处理和计算工作，且音频处理性能要高于音响系统的控制单元。

4.根据权利要求3所述的娱乐系统音响提升的软件算法，其特征在于：

所述音效提升单元支持至少4路声音输入通道的采集、计算和优化工作，在生成音效参数后，导入音响系统的控制单元。

5.根据权利要求4所述的娱乐系统音响提升的软件算法，其特征在于：

所述音效提升单元直接驱动扬声器，车内架设高灵敏度声音采集设备；音效提升单元的DSP与娱乐主机内相同，通过接收并分析来自声音采集设备的信息，实时获取当前音效参数对整车音效的作用和影响。

6.根据权利要求5所述的娱乐系统音响提升的软件算法，其特征在于：

所要改善不同频率范围的声音增益，具体内容如下：

低频部分的60～200Hz增益为-3dB；

中低频部分的200～500Hz增益为-6dB，其中的150Hz为-3dB。

中频部分的500Hz～2KHz增益为-1dB，提高声音透明度；

中高频的2～5KHz增益为-1dB；

高频的6～10KHz增益为-3dB；

极高频10～20KHz增益为-1dB。

7.根据权利要求6所述的娱乐系统音响提升的软件算法，其特征在于：

所述不同频率段的增益和声压级经过实车标定后，需完成声音通路、音源识别、声音响度曲线、可编程性、集成性、平面校准、平坦响应曲线测试流程，测试通过后，将软件算法导入娱乐主机DSP内。

8.根据权利要求7所述的娱乐系统音响提升的软件算法，其特征在于：

所述声场的高度从驾驶员胸部，提高至双耳附近，形成环绕声场；声场中心从前排乘员中间，前移至仪表板中前部，提高声场纵深度。

9.根据权利要求8所述的娱乐系统音响提升的软件算法，其特征在于：

所述软件算法在实车环境下调整完成后，集成并运行在音响系统的控制单元内。

10.根据权利要求9所述的娱乐系统音响提升的软件算法，其特征在于：

所述音响系统的控制单元，具体是指：

音响系统由控制单元、显示屏、扬声器、麦克风、摄像头、收音天线、USB接口组成；音响系统的控制单元负责接收来自收音天线、USB设备、麦克风等设备的输入信号，处理后输出至显示屏、扬声器，满足乘客对视觉、触觉、听觉的需求。

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