CN117319883A - 一种车载立体式扬声器及扬声器系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种车载立体声扬声器及扬声器系统，包括：音频数据处理器；麦克风；扬声器；用户界面；控制器；所述麦克风设有多个，所述扬声器设有多个；所述音频数据处理器与所述控制器电性连接，所述控制器分别与所述麦克风和扬声器电性连接；所述麦克风用于收集车内的声学数据，并将所述数据通过电信号传输给所述音频数据处理器；所述音频数据处理器通过自适应算法生成一个优化函数，用于动态调整扬声器输出的频率响应，通过所述控制器控制所述扬声器；所述用户界面用于接收乘客的听觉偏好，并将这些偏好通过电信号传输给所述音频数据处理器。

Description

一种车载立体式扬声器及扬声器系统

技术领域

本发明提出了一种车载立体式扬声器及扬声器系统，属于车载声学用品领域。

背景技术

车载扬声器系统是指安装在车辆内部的一套完整的音频播放系统，它包括扬声器、音频数据处理器(通常是车载音频播放设备或娱乐系统的一部分)、连接这些组件的电缆，以及用于控制音频输出的用户界面。这种系统旨在为车辆内的乘客提供音频娱乐(例如音乐、广播、播客等)或是用于通信(如导航指令、来电、车辆警报等)的声音；

现有的车载音响系统受限于缺乏环境感知和个性化功能，用户需手动繁琐调整，且无法有效抵御环境噪声干扰，用户界面复杂且不直观，也缺乏基于用户偏好的智能预测和对车内特定声学条件的灵活调整能力，从而在多变的驾驶条件下未能提供一致和优化的听觉体验。

发明内容

本发明提供了一种车载立体式扬声器及扬声器系统，用以解决现有技术中依赖商业软件、单维度评价、数据导入和格式转换困难和不利于数据整合的技术缺陷，所采取的技术方案如下：

一种车载立体声扬声器系统，包括：

音频数据处理器；

麦克风；

扬声器；

用户界面；

控制器；

所述麦克风设有多个，所述扬声器设有多个；

所述音频数据处理器与所述控制器电性连接，所述控制器分别与所述麦克风和扬声器电性连接；

所述麦克风用于收集车内的声学数据，并将所述数据通过电信号传输给所述音频数据处理器；

所述音频数据处理器通过自适应算法生成一个优化函数，用于动态调整扬声器输出的频率响应，通过所述控制器控制所述扬声器；

所述用户界面用于接收乘客的听觉偏好，并将这些偏好通过电信号传输给所述音频数据处理器。

优选地，所述音频数据处理器的自适应算法包括：

S1、使用车内麦克风收集的声学数据，通过傅里叶变换分析当前车内的声音频谱；

S2、接收来自用户界面的乘客听觉偏好输入；

S3、计算优化函数，以最小化所述声音频谱和所述乘客听觉偏好输入的差异。

优选地，

所述优化函数的计算公式为：

O(f)＝α*|S(f)-P(f)|-λ*d2O(f)/df2；

其中O(f)为优化函数，S(f)为声音频谱，其中f代表频率；P(f)为乘客听觉偏好，α是权重参数，用以平衡乘客听觉偏好与实际声音输出声音频谱之间的优先级，d2O(f)/df2是O(f)的二阶导数，用于确保输出声音的平滑性；λ为正则化参数。

优选地，

根据优化函数计算的结果，系统动态调整扬声器输出的频率响应，以在实际车内声学环境中实现优化的听觉体验。

优选地，

所述控制器动态调整扬声器输出的频率响应的方法包括：

S1、计算优化函数和当前扬声器频率响应之间的差异；

S2、基于所述差异，使用数字滤波器来调整扬声器的频率响应；

S3、所述滤波器设置应用于音频信号路径中，改变扬声器的频率响应；

S4、持续监控通过麦克风接收的车内声学反馈，并根据实际听音环境微调滤波器设置；

S5、允许用户通过用户界面直接进行调整，所述调整作为额外的参数输入到优化函数中。

优选地，所述数字滤波器基于计算出的优化函数与当前扬声器频率响应之间的差异，还包括图形均衡器设置、低通/高通滤波器和多带动态压缩设置；

所述音频数据处理器动态更新数字滤波器设置，从而实时调整扬声器输出以适应车内不断变化的声学条件，包括车速变化、窗户开闭、外部噪声侵入和车内乘客对话。

优选地，所述用户界面包括触摸屏、物理旋钮、语音控制接口或者其它用户输入装置，用于收集乘客关于音量、音调、音色、立体声平衡及其它听觉偏好的输入。

优选地，所述音频数据处理器包括存储器，用于存储多个预设的听觉偏好设置，这些预设可以基于乘客之前的选择，通过用户界面快速选择和应用。

优选地，所述的正则化参数λ可通过用户界面进行调整，允许乘客根据个人喜好微调音频输出的平滑度和自然度；

所述自适应算法还包括机器学习模型，所述模型通过分析多次行程中收集的声学数据和用户偏好，自动预测和调整音频设置，以改善乘客的听觉体验。

一种车载立体声扬声器，包括所述的一种车载立体声扬声器系统。

本发明具有如下有益效果：

提升听觉体验：通过实时分析车内的声学数据并调整扬声器的音频输出，系统能够在各种环境条件下保持最佳的音质，从而提供一致的高质量听觉体验；考虑到乘客的听觉偏好，可以创建更个性化的音频环境，从而提高用户满意度。

适应性和智能调整：自适应算法允许系统智能地识别和响应车内的多变条件，如噪音水平、车速变化、外部噪声侵入等，从而无需人为干预即可自动调整音频性能机器学习组件能够基于历史数据预测用户偏好，自动进行调整，省去了用户每次都需要手动设置的麻烦。

用户友好的交互：提供多种输入选项(如触摸屏、物理旋钮、语音控制等)，增强了用户界面的便利性和可访问性；用户能够轻松调整音频设置，甚至是更高级的参数(如正则化参数λ)，使得音频输出的平滑度和自然度能够根据个人喜好进行微调。

增强的车内通信：通过优化音频输出，可以减少噪音干扰，改善车内通信环境，使得对话更加清晰易懂，尤其是在高速行驶或嘈杂环境中。

存储和快速应用预设：存储乘客之前的听觉偏好设置，使其能够快速选择和应用，无需每次重新进行配置，从而节省时间并增加便利性。

安全提升：通过减少驾驶员从驾驶任务中分心以手动调整音频设置的需要，可以间接提高驾驶安全性；清晰的车内通信和高质量的音频输出有助于保持驾驶员的警觉性和舒适性，从而间接提高驾驶安全。

附图说明

图1、一种车载立体式扬声器及扬声器系统的主要流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

一、实施例1：

一种车载立体声扬声器系统，包括：音频数据处理器；麦克风；扬声器；用户界面；控制器；所述麦克风设有多个，所述扬声器设有多个；所述音频数据处理器与所述控制器电性连接，所述控制器分别与所述麦克风和扬声器电性连接；所述麦克风用于收集车内的声学数据，并将所述数据通过电信号传输给所述音频数据处理器；所述音频数据处理器通过自适应算法生成一个优化函数，用于动态调整扬声器输出的频率响应，通过所述控制器控制所述扬声器；所述用户界面用于接收乘客的听觉偏好，并将这些偏好通过电信号传输给所述音频数据处理器。

具体地，所述音频数据处理器的自适应算法包括：

S1、使用车内麦克风收集的声学数据，通过傅里叶变换分析当前车内的声音频谱；

S2、接收来自用户界面的乘客听觉偏好输入；

S3、计算优化函数，以最小化所述声音频谱和所述乘客听觉偏好输入的差异。

具体地，所述优化函数的计算公式为：

O(f)＝α*|S(f)-P(f)|-λ*d2O(f)/df2；

其中O(f)为优化函数，S(f)为声音频谱，其中f代表频率；P(f)为乘客听觉偏好，α是权重参数，用以平衡乘客听觉偏好与实际声音输出声音频谱之间的优先级，d2O(f)/df2是O(f)的二阶导数，用于确保输出声音的平滑性；λ为正则化参数。

具体地，根据优化函数计算的结果，系统动态调整扬声器输出的频率响应，以在实际车内声学环境中实现优化的听觉体验。

具体地，所述控制器动态调整扬声器输出的频率响应的方法包括：

S1、计算优化函数和当前扬声器频率响应之间的差异；

S2、基于所述差异，使用数字滤波器来调整扬声器的频率响应；

S3、所述滤波器设置应用于音频信号路径中，改变扬声器的频率响应；

S4、持续监控通过麦克风接收的车内声学反馈，并根据实际听音环境微调滤波器设置；

S5、允许用户通过用户界面直接进行调整，所述调整作为额外的参数输入到优化函数中。

具体地，所述数字滤波器基于计算出的优化函数与当前扬声器频率响应之间的差异，还包括图形均衡器设置、低通/高通滤波器和多带动态压缩设置；

所述音频数据处理器动态更新数字滤波器设置，从而实时调整扬声器输出以适应车内不断变化的声学条件，包括车速变化、窗户开闭、外部噪声侵入和车内乘客对话。

具体地，所述用户界面包括触摸屏、物理旋钮、语音控制接口或者其它用户输入装置，用于收集乘客关于音量、音调、音色、立体声平衡及其它听觉偏好的输入。

具体地，所述音频数据处理器包括存储器，用于存储多个预设的听觉偏好设置，这些预设可以基于乘客之前的选择，通过用户界面快速选择和应用。

具体地，所述的正则化参数λ可通过用户界面进行调整，允许乘客根据个人喜好微调音频输出的平滑度和自然度；

所述自适应算法还包括机器学习模型，所述模型通过分析多次行程中收集的声学数据和用户偏好，自动预测和调整音频设置，以改善乘客的听觉体验。

本实施例描述了一种先进的车载立体声扬声器系统，该系统综合应用了多个技术组件以优化车内音频体验，重点是采用了两个关键算法以实现声音质量的动态自适应调整。这种技术的实施能够为用户提供一个更加沉浸式的音响体验，同时考虑到了车内复杂多变的声学环境。

系统中的麦克风首先收集车内环境的声学数据。这些麦克风散布在车厢的不同位置，可以捕捉到全面的声音信息，这些信息不仅包括扬声器的音频输出，还包括车内外的环境噪声。收集的数据随后通过电信号传输给音频数据处理器进行分析。这种设计的有益效果在于，通过实时捕获车内的声学环境，系统能够更精准地响应环境变化，如车速的改变、窗户的开闭，或是车内乘客的对话等，从而实现音响输出的动态调整。

接下来是系统的核心部分，自适应算法。这个算法包含两个主要的计算步骤。第一步是使用傅里叶变换分析从麦克风收集的声学数据，这可以转换为声音频谱S(f)，其中f代表频率。与此同时，系统通过用户界面收集乘客的听觉偏好，转换为听觉偏好曲线P(f)。有了这两个数据基础，系统进入第二步，即计算优化函数O(f)。这一函数采用了一种创新的计算公式：

O(f)＝α*|S(f)-P(f)|-λ*d2O(f)/df2；

在这个公式中，α是一个权重参数，决定了实际声音输出与用户偏好之间的平衡，而λ是一个正则化参数，用于调整输出声音的平滑性。通过这个函数，系统可以确定一个理想的频率响应曲线，从而指导扬声器的音频输出。算法的优点在于，它不仅仅是简单地调整音量或是均衡器，而是通过复杂的数学模型，实现了声音频率的细致调整，确保了音频输出的高保真度和乘客的最佳听觉体验。

然而，仅有一个理想的频率响应曲线并不足以保证最佳的听觉体验，因为扬声器的实际输出受到车内实时声学环境的影响。因此，控制器的角色在于动态调整扬声器的输出。这一过程包括计算当前的扬声器频率响应与优化函数的差异，然后使用数字滤波器调整扬声器的频率响应。系统会持续监控车内声学反馈，并根据反馈微调滤波器设置。这种方法的优势在于，它能够实时调整音频输出以适应车内不断变化的声学条件，确保音频质量的稳定性和连贯性。

值得注意的是，两个算法之间的协作是实现最佳听觉体验的关键。自适应算法计算出最理想的声音输出曲线，而控制器则确保这一输出在实际环境中的实施。这两个算法的联动有效地消除了车内外部环境噪声的干扰，提供了一个清晰、纯净的音频输出。同时，由于算法考虑了用户的个性化设置，这大大增强了用户的满意度和舒适感。

此外，用户界面不仅提供了触摸屏、物理旋钮、语音控制等多种操作方式，还允许用户微调诸如音量、音调、音色等音频参数，甚至可以保存这些个性化设置供日后使用。这种灵活性和便捷性使得系统能够满足不同用户的独特需求。

Claims (10)

1.一种车载立体声扬声器系统，其特征在于，包括：

音频数据处理器；

麦克风；

扬声器；

用户界面；

控制器；

所述麦克风设有多个，所述扬声器设有多个；

所述音频数据处理器与所述控制器电性连接，所述控制器分别与所述麦克风和扬声器电性连接；

所述麦克风用于收集车内的声学数据，并将所述数据通过电信号传输给所述音频数据处理器；

所述音频数据处理器通过自适应算法生成一个优化函数，用于动态调整扬声器输出的频率响应，通过所述控制器控制所述扬声器；

所述用户界面用于接收乘客的听觉偏好，并将这些偏好通过电信号传输给所述音频数据处理器。

2.根据权利要求1所述的一种车载立体声扬声器系统，其特征在于，所述音频数据处理器的自适应算法包括：

S1、使用车内麦克风收集的声学数据，通过傅里叶变换分析当前车内的声音频谱；

S2、接收来自用户界面的乘客听觉偏好输入；

S3、计算优化函数，以最小化所述声音频谱和所述乘客听觉偏好输入的差异。

3.根据权利要求2所述的一种车载立体声扬声器系统，其特征在于，

所述优化函数的计算公式为：

O(f)＝α*|S(f)-P(f)|-λ*d2O(f)/df2；

其中O(f)为优化函数，S(f)为声音频谱，其中f代表频率；P(f)为乘客听觉偏好，α是权重参数，用以平衡乘客听觉偏好与实际声音输出声音频谱之间的优先级，d2O(f)/df2是O(f)的二阶导数，用于确保输出声音的平滑性；λ为正则化参数。

4.根据权利要求3所述的一种车载立体声扬声器系统，其特征在于，

根据优化函数计算的结果，系统动态调整扬声器输出的频率响应，以在实际车内声学环境中实现优化的听觉体验。

5.根据权利要求4所述的一种车载立体声扬声器系统，其特征在于，

所述控制器动态调整扬声器输出的频率响应的方法包括：

S1、计算优化函数和当前扬声器频率响应之间的差异；

S2、基于所述差异，使用数字滤波器来调整扬声器的频率响应；

S3、所述滤波器设置应用于音频信号路径中，改变扬声器的频率响应；

S4、持续监控通过麦克风接收的车内声学反馈，并根据实际听音环境微调滤波器设置；

S5、允许用户通过用户界面直接进行调整，所述调整作为额外的参数输入到优化函数中。

6.根据权利要求5所述的一种车载立体声扬声器系统，其特征在于，所述数字滤波器基于计算出的优化函数与当前扬声器频率响应之间的差异，还包括图形均衡器设置、低通/高通滤波器和多带动态压缩设置；

所述音频数据处理器动态更新数字滤波器设置，从而实时调整扬声器输出以适应车内不断变化的声学条件，包括车速变化、窗户开闭、外部噪声侵入和车内乘客对话。

7.根据权利要求1所述的一种车载立体声扬声器系统，其特征在于，所述用户界面包括触摸屏、物理旋钮、语音控制接口或者其它用户输入装置，用于收集乘客关于音量、音调、音色、立体声平衡及其它听觉偏好的输入。

8.根据权利要求1所述的一种车载立体声扬声器系统，其特征在于，所述音频数据处理器包括存储器，用于存储多个预设的听觉偏好设置，这些预设可以基于乘客之前的选择，通过用户界面快速选择和应用。

9.根据权利要求3所述的一种车载立体声扬声器系统，其特征在于，所述的正则化参数λ可通过用户界面进行调整，允许乘客根据个人喜好微调音频输出的平滑度和自然度；

所述自适应算法还包括机器学习模型，所述模型通过分析多次行程中收集的声学数据和用户偏好，自动预测和调整音频设置，以改善乘客的听觉体验。

10.一种车载立体声扬声器，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的一种车载立体声扬声器系统。