CN113473311A - 一种车内多媒体声分区控制装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种车内多媒体声分区控制装置和方法,S1、输入原始音频信号经多次滤波计算后产生多路次级音频,次级音频的数量与数字换能器阵列的数量相对应,每路次级音频在执行对应的滤波计算时具有独立的滤波系数;S2、对步骤S1中产生的多路次级音频,进行相同比例放大,得到对应数量的放大次级音频;S3、多路放大次级音频均具有独立的数字换能器阵列,放大次级音频经对应的数字换能器阵列进行定向播放。本发明所述的一种车内多媒体声分区控制装置和方法,基于声音分区控制算法对车内声势能密度分布进行重构,结合声频定向系统的强指向性,实现了对车内多媒体声场的区域化管理,能够让车内后排左右两名乘客获得相对独立的多媒体声场环境。
Description
技术领域
本发明属于汽车音响领域,尤其是涉及一种车内多媒体声分区控制装置和方法。
背景技术
当前,鉴于高指向性扬声器的快速发展以及各种多媒体设备的广泛普及,声音分区控制装置的开发与设计越发受到关注,其在汽车领域的应用更是方兴未艾。汽车搭载声音分区控制装置后,可以在车内形成所谓的声音“亮区”与“暗区”,车上的驾乘人员可以享受到“你听音乐,我打电话,大家互不干扰”的个性化听觉体验,驾乘舒适性与娱乐性都将得到极大的提升。
然而,当前已经面市的车内多媒体声分区控制装置仅仅是对车载扬声器功率进行简单的二次分配,最多只能让一名车内乘员享受到私密的声场环境,其他乘员的听觉体验反而遭到破坏,因而不能算作真正意义上的声音分区控制装置;而大多数正在开发的车内多媒体声分区控制装置则没有充分分析车内复杂的声场环境,企图单纯依靠定向发声装置的高指向性来实现声音分区控制。这种技术方案仅考虑了车内直达声而忽略了混响声对乘客听觉感受的影响,经实际测试最多只能使同一音源在不同座位形成约10dB的声级差,难以实现不同座位乘客互不干扰的听觉效果。
发明内容
有鉴于此,本发明旨在提出一种车内多媒体声分区控制装置和方法,以解决车内的混响声场不能进行有效控制的问题。
为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
一种车内多媒体声分区控制方法,包括以下步骤:
S1、输入原始音频信号经多次滤波计算后产生多路次级音频,次级音频的数量与数字换能器阵列的数量相对应,每路次级音频在执行对应的滤波计算时具有独立的滤波系数;
S2、对步骤S1中产生的多路次级音频,进行相同比例放大,得到对应数量的放大次级音频;
S3、多路放大次级音频均具有独立的数字换能器阵列,放大次级音频经对应的数字换能器阵列进行定向播放。
进一步的,滤波计算采用频域点乘计算或时域卷积计算;
采用频域点乘计算时,对原始音频信号做FFT运算,然后与滤波系数对位相乘;
采用时域卷积计算时,对滤波系数做IFFT运算,然后与原始音频信号做卷积。
进一步的,滤波系数公式:
q0为Mx1的滤波系数矩阵;Zb、Zd均为NxM的传递函数矩阵,Zb、Zd分别代表由各数字换能器阵列发出的音频信号和后排两名乘客耳部接收到的声音信号之间的传递函数;k为权重系数,取值范围在0到1之间;pbt为目标声压。N代表测量传递函数矩阵所需的麦克风通道数,M代表数字换能器阵列数。
一种车内多媒体声分区控制装置,包括音频处理模块、功放模块和定向发声模块;
音频处理模块与功放模块连接,功放模块与定向发声模块连接;
音频处理模块用于将原始音频进行滤波处理,得到多路次级音频;
音频处理模块上设有多个次级音频信号输出通道,功放模块上设有与次级音频信号输出通道数量对应的次级音频信号输入通道;
功放模块用于将多路次级音频放大相同的预设倍数;
功放模块还设有多个放大次级音频输出通道;
定向发声模块包括多个数字换能器阵列,每个数字换能器阵列均对应连接有独立的次级音频输出通道;
进一步的,数字换能器阵列包括若干数字换能器单元;
数字换能器用于将放大后的次级音频定向播放。
进一步的,数字换能器表面法线指向乘客头部且与同排乘客头部夹角不小于八十度。
相对于现有技术,本发明所述的一种车内多媒体声分区控制装置和方法具有以下优势:
本发明所述的一种车内多媒体声分区控制装置和方法,基于声音分区控制算法对车内声势能密度分布进行重构,结合声频定向系统的强指向性,实现了对车内多媒体声场的区域化管理,能够让车内后排左右两名乘客获得相对独立的多媒体声场环境。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为本发明实施例所述的各模块连接结构示意图;
附图标记说明:
100-音频处理模块;11-处理器;12-存储器;13-随机存贮器;14-输入通道;15-次级音频信号输出通道;151-第一输出通道;152-第二输出通道;153-第三输出通道;154-第四输出通道;155-第五输出通道;156-第六输出通道;157-第七输出通道;158-第八输出通道;16-开关;200-功放;211-第一输入通道;212-第二输入通道;213-第三输入通道;214-第四输入通道;215-第五输入通道;216-第六输入通道;217-第七输入通道;218-第八输入通道;221-第十一输出通道;222-第十二输出通道;223-第十三输出通道;224-第十四输出通道;225-第十五输出通道;226-第十六输出通道;227-第十七输出通道;228-第十八输出通道;300-定向发声模块;311-第一数字换能器阵列;312-第二数字换能器阵列;313-第三数字换能器阵列;314-第四数字换能器阵列;315-第五数字换能器阵列;316-第六数字换能器阵列;317-第七数字换能器阵列;318-第八数字换能器阵列。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种车内多媒体声分区控制方法,包括以下步骤:
S1、输入原始音频信号经多次滤波计算后产生多路次级音频,次级音频的数量与数字换能器阵列的数量相对应,每路次级音频在执行对应的滤波计算时具有独立的滤波系数;
S2、对步骤S1中产生的多路次级音频,进行相同比例放大,得到对应数量的放大次级音频;
S3、多路放大次级音频均具有独立的数字换能器阵列,放大次级音频经对应的数字换能器阵列进行定向播放。
滤波计算采用频域点乘计算或时域卷积计算;
采用频域点乘计算时,对原始音频信号做FFT运算,然后与滤波系数对位相乘;
采用时域卷积计算时,对滤波系数做IFFT运算,然后与原始音频信号做卷积。
滤波系数公式:
q0为Mx1的滤波系数矩阵;Zb、Zd均为NxM的传递函数矩阵,Zb、Zd分别代表由各数字换能器阵列发出的音频信号和后排两名乘客耳部接收到的声音信号之间的传递函数;k为权重系数,取值范围在0到1之间;pbt为目标声压。一般情况下取〖[1 1 1 1]〗^T。N代表测量传递函数矩阵所需的麦克风通道数,M代表数字换能器阵列数。
一种车内多媒体声分区控制装置,包括音频处理模块、功放模块和定向发声模块;
音频处理模块与功放模块连接,功放模块与定向发声模块连接;
音频处理模块用于将原始音频进行滤波处理,得到多路次级音频;
音频处理模块上设有多个次级音频信号输出通道,多个次级音频信号输出通道包括第一输出通道151、第二输出通道152、第三输出通道153、第四输出通道154、第五输出通道155、第六输出通道156、第七输出通道157和第八输出通道158;
功放模块上设有与次级音频信号输出通道数量对应的次级音频信号输入通道;
次级音频信号输入通道包括第一输入通道211、第二输入通道212、第三输入通道213、第四输入通道214、第五输入通道215、第六输入通道216、第七输入通道217和第八输入通道218;
功放模块用于将多路次级音频放大相同的预设倍数;
功放模块还设有多个放大次级音频输出通道;
放大次级音频输出通道包括第十一输出通道221、第十二输出通道222、第十三输出通道223、第十四输出通道224、第十五输出通道225、第十六输出通道226、第十七输出通道227和第十八输出通道228;
定向发声模块包括多个数字换能器阵列,每个数字换能器阵列均对应连接有独立的次级音频输出通道;
数字换能器阵列包括若干数字换能器单元;
定向发声模块包括第一数字换能器阵列311、第二数字换能器阵列312、第三数字换能器阵列313、第四数字换能器阵列314、第五数字换能器阵列315、第六数字换能器阵列316、第七数字换能器阵列317和第八数字换能器阵列318;
数字换能器用于将放大后的次级音频定向播放。
数字换能器表面法线指向乘客头部且与同排乘客头部夹角不小于八十度。
后排左右座位各安装一套所述分区控制装置,每套所述的分区控制装置包括:音频处理模块、功放模块和定向发声模块各一个。其中,所述音频处理模块与所述功放模块相连接,所述功放模块与所述定向发声模块相连接。
所述音频处理模块使用声音分区控制算法(具体而言,是声音分区控制算法中的“对比度控制-声压匹配(ACC-PM)”算法)对待播放的音频进行滤波处理得到八段次级音频,并通过八个相互独立的输出通道将所述八段次级音频分别传送给所述功放模块。
所述功放模块将所述八段次级音频放大相同的预设倍数,并通过八个相互独立的输出通道将所述放大后的八段次级音频传送至所述定向发声模块。
所述定向发声模块由八个相同但独立的数字换能器阵列构成,每个所述换能器阵列播放一段所述放大后的次级音频。
进一步的,所述定向发声模块可以安装在前排座椅靠背内、后排座椅头枕内或车辆天棚上,其表面法线应指向一名后排乘客头部且与另一名乘客头部夹角不小于八十度。
车内多媒体声传播途径包括直达声和混响声。为了获得理想的车内多媒体声分区控制效果,必须同时对上述两条途径采取有效的控制措施。然而,现有的以及绝大多数正在研发的车内多媒体声分区控制装置都只能对二者之一进行有效控制。与之相比,本发明则可以同时切断两条传播途径,从而获得更加理想的车内多媒体声分区控制效果。实车测试显示,本发明可以在车内同排两座位之间制造出约20dB左右的声级差,与现有同类装置相比提高约10dB。
本发明的基本工作原理及流程如下:当原始音频信号001由输入通道14输入后,DSP芯片11从存贮器12中调取滤波系数并对原始音频信号执行滤波算法。所述滤波算法可以为频域点乘计算,即首先对原始音频信号做FFT运算,然后与滤波系数对位相乘;也可以为时域卷积计算,即首先对滤波系数做IFFT运算,然后与原始音频信号做卷积。滤波后产生八段次级音频信号011至018,分别由八个输出通道151至158传送至功放模块200中对应的输入通道211至218,经功放模块按相同比例放大后,再分别由功放模块的八个输出通道221至228传送至定向发声模块300的八个数字换能器阵列311至318,并由所述的数字换能器阵列进行定向播放。
实施例1:车内后排左右侧座位均坐有乘客,左侧乘客点播音乐1,右侧乘客点播音乐2。其中,音乐1经安装于车辆左侧的多媒体声分区控制装置中的音频处理模块滤波处理、功放模块放大以及定向发声模块播放,在后排左右两座位形成约20dB的声级差(左大右小);同样,音乐2经安装于车辆右侧的多媒体声分区控制装置处理后也在后排左右两座位形成约20dB的声级差(左小右大)。这样一来,只要保证音乐1、2的初始音量基本相同,那么利用声音的掩蔽效应,左侧座位处音乐1将对音乐2形成有效掩蔽,从而使左侧乘客基本上只能听到音乐1;同理,右侧座位处音乐2将对音乐1形成有效掩蔽,从而使右侧乘客基本上只能听到音乐2。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种车内多媒体声分区控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、输入原始音频信号经多次滤波计算后产生多路次级音频,次级音频的数量与数字换能器阵列的数量相对应,每路次级音频在执行对应的滤波计算时具有独立的滤波系数;
S2、对步骤S1中产生的多路次级音频,进行相同比例放大,得到对应数量的放大次级音频;
S3、多路放大次级音频均具有独立的数字换能器阵列,放大次级音频经对应的数字换能器阵列进行定向播放。
2.根据权利要求1所述的一种车内多媒体声分区控制方法,其特征在于:滤波计算采用频域点乘计算或时域卷积计算;
采用频域点乘计算时,对原始音频信号做FFT运算,然后与滤波系数对位相乘;
采用时域卷积计算时,对滤波系数做IFFT运算,然后与原始音频信号做卷积。
4.一种车内多媒体声分区控制装置,用于执行如权利要求1所述的一种车内多媒体声分区控制方法,其特征在于:包括音频处理模块、功放模块和定向发声模块;
音频处理模块与功放模块连接,功放模块与定向发声模块连接;
音频处理模块用于将原始音频进行滤波处理,得到多路次级音频;
音频处理模块上设有多个次级音频信号输出通道,功放模块上设有与次级音频信号输出通道数量对应的次级音频信号输入通道;
功放模块用于将多路次级音频放大相同的预设倍数;
功放模块还设有多个放大次级音频输出通道;
定向发声模块包括多个数字换能器阵列,每个数字换能器阵列均对应连接有独立的次级音频输出通道。
5.根据权利要求4所述的一种车内多媒体声分区控制装置,其特征在于:数字换能器阵列包括若干数字换能器单元;
数字换能器用于将放大后的次级音频定向播放。
6.根据权利要求5所述的一种车内多媒体声分区控制装置,其特征在于:数字换能器表面法线指向乘客头部且与同排乘客头部夹角不小于八十度。
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