某车载音响系统音效问题识别研究.pdf

汽车论坛1552023.6某车载音响系统音效问题识别研究任 平（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心 安徽 合肥 230601）摘要：该文阐述车载音响系统音效的评价方法，包含主观、客观两大维度，分析影响车载音响系统音效的因素，并基于某车型音响系统音效进行评价与问题识别，针对识别到的音效问题进行原因排查，结合音效评价问题与车内频响曲线，通过音效调试优化关键频段，最终实现车内音效的提升。关键词：车载音响；音效评价；扬声器；调音作者简介：任平，安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心工程师，研究方向为汽车整车性能集成。随着智能座舱的兴起，汽车已逐渐成为人们生活中的一部分。车载音响系统作为影音娱乐工具，直观体现了汽车听觉感受的功能，越来越多的消费者愿意为更好的音响体验买单。传统中低端车型的扬声器数量一般较少，车内音响效果总体感受一般。为了更真实地重现音乐厅现场感受，近些年来在新能源汽车智能化、电动化浪潮的驱动下，众多车企纷纷在车内安装越来越多的扬声器，音响系统配置日趋完善，以打造出高级音乐座舱，更好地吸引消费者。本文系统阐述音响系统音效的评价方法，分析音效的影响因素，并基于某车型进行音效问题识别与优化研究。1 音响系统音效评价方法1.1主观评价方法经过调研及归纳1-3，车载音响系统音效的主观评价维度可分为音质音色、声场效果两大项：音质音色包括人声与乐器的音色表现；声场效果主要从声像定位与舞台还原两方面进行评价，同时还需结合整体频率分配的平衡感进行整体评价，如表 1 所示。为保证主观评价结果的可靠性与真实性，听音评价团队需由专业人员及大众人员组成。其中，专业人员应当有丰富的听音技巧和一定的音乐理论基础，而且经过半年时间的听音培训；大众人员应听力正常，接受过基础听音培训，培训结束后需进行考核。1.2客观评价方法为客观评估车载音响系统声学性能，可通过专业数据采集设备（LMS 系统或者声卡与麦克风的组合等）采集整车各个座位的频响曲线、扬声器电声性能指标（频响函数、谐波失真、阻抗等）。整车频响曲线是调音师进行实车调音的重要参考依据4，先通过数据采集设备获取实车客观频响曲线数据，再根据之前设定的整车目标曲线（图 1）优化每个频段，结合基于 DSP 控制的上位机进行客观调校，主要包含相位、延迟、Q 值等参数调整。当调音达到理想状态后，可组织评价团队进行实车主观评价与验收5。2 音响系统音效影响因素汽车音响系统是一个复杂的串联系统，该系统中无论哪个环节出现问题，都会影响音响效果。因此，表 1 音响系统音效主观评价维度评价内容评价维度代表曲目评分 1 5音质音色人声表现One I Love、船歌乐器表现加州旅馆渡口平衡感Love will keep us alive声场效果声像定位Various Artists舞台还原连锁反应图 1 整车音响系统频响目标曲线汽车论坛156汽车测试报告除了要求硬件如车机、功放、扬声器单体技术参数满足相应的电声性能要求外，还要求在音响系统设计开发前期根据车型市场定位与目标风格进行音响方案布置，包括扬声器的数量、位置及安装，并要求车内声场环境满足一定要求6。在上述条件均满足的情况下，如果车内的音响音效一般，难以让人满意，则需要调音师通过调音使音乐的高音、中音、低音等频段更加平衡、饱满，声像位置更加稳定，从而达到低音动态冲击力好，人声饱满，音乐细节表现丰富，声像准确、舞台感好的效果7。汽车音响系统音效影响因素如图 2 所示。3 音响系统音效问题识别与分析3.1音效问题识别某车型车载音响系统音效主观评价感受整体较差，识别到的音效问题较多，如表 2 所示。测试该车型各位置频响曲线客观数据，其中在20 20 000 Hz 频段的粉红噪声激励下主驾左、右耳平均后的频响曲线如图 3 所示，结果显示测试曲线中的低频能量小、中频凹坑、高频下掉与主观评价结论中的音质音色问题非常吻合，可验证该车型音响系统音效主观评价问题的有效性8。3.2音效问题分析主要从硬件配置、音响布置方案等多个方面对该车型音响系统音效问题的产生原因进行排查，经过分析，音质音色与扬声器单体性能、扬声器与功放的匹配、车机性能相关；空间声场主要与音响布置方案有关。详细原因分析如表 3 所示。第一，重低音扬声器硬件问题分析。通过检查该车型重低音扬声器的结构及位置，发现其重低音扬声器布置在备胎池，而且该重低音扬声器纸盆辐射面朝下，相较于市场上众多车型的后侧围布置方式，备胎池布置及辐射面朝下的布置方式会引起低频声波辐射面朝向地板下方。此外，该车型重低音采用导向管设计，是开口箱体式重低音扬声器的一种。开口箱对扬声器功率要求较高，易引起声音冗余、拖沓，通过调音也较难解决，可能会引发前排低频鼓声无力、无下潜等问题。第二，门低音扬声器硬件问题分析。测量车门低音扬声器的纸盆口径，数值为 120 mm，较普通车型常用的口径 150 mm 小，会直接影响中频人声音效，是引起中频人声饱满度不足问题的主要原因9。第三，高音扬声器硬件问题分析。检车整车音效布置方案，发现高音扬声器布置在门把手位置，图 2 汽车音响系统音效影响因素表 2 某车型音响系统音效主观评价问题序号分类问题描述1音质音色前排低频无力，后排低频非常轰头2人声不饱满，平淡没有感情3高频不足，声音暗淡不饱满4声场效果声场高度偏低，声场偏左（主驾）5左右耳有耳压差6前排人声有压迫感图 3 某车型主驾位置频响测试曲线表 3 某车型音响系统音效主观评价问题原因分析音效评价问题是否为硬件原因原因分析前排低频无力，后排低频非常轰头是低音炮采用导向管，虽响度有所增加，但下潜欠缺且容易造成低音冗长，影响低频力度人声不饱满，平淡没有感情是车门低音扬声器尺寸略小，能量不足，影响中高频力度，而且网罩开孔率偏小高频不足，声音暗淡不饱满是高音扬声器布置在门把手位置，高度偏低，影响指向性，而且网罩开孔率小；扬声器选型与匹配存在问题声场高度偏低，声像偏左（主驾）是高音扬声器布置在门把手位置，高度偏低，影响指向性左右耳有耳压差否前排人声有压迫感否汽车论坛1572023.6垂直方向高度偏低。由于高音频段波长较短，指向性较强，因此一般要求高音扬声器布置在与人耳水平位置高度平齐的区域。对于前门高音扬声器来说，一般优先级别为三角窗或后视镜区域、A 柱、车门把手、仪表台两侧。此外，该高音扬声器网罩开孔率校核结果为 22.5%，未达到设计要求的 50%，会影响高频指向性，进一步导致车内音效出现高频乐器暗淡等问题。4 音响系统音效问题优化策略为解决该车型的典型音效问题，提升音效主观感受，调音师可通过音效调试进行分频段优化，具体优化策略如表 4 所示。最终该车型音响系统音效评价问题得到较大改善，优化后的车内频响曲线如图 4 所示。针对音效评价问题，可识别频响曲线关键优化频段，将 40 80 Hz 低频、500 1 250 Hz 中频人声及 4 000 10 000 Hz 高频乐器响应增强，以改善低音炮、门低音扬声器选型与高音扬声器布置不合理带来的音效问题，避免通过优化硬件配置造成成本与周期变动，提升该车型音响系统的音效。5 结束语通过对某车型的音响系统音效问题进行识别与优化研究，可以得知音响系统硬件设计不合理会对车内音效产生较大影响。因此，在音响系统开发设计前期，应根据相关车型的市场定位、音效目标等方面系统规划音响系统设计方案，包括扬声器的数量、布置位置、细节安装，以及扬声器与功放、车机的性能匹配等，从而最大限度避免产生由硬件引起的通过调音也无法解决的音效问题。参考文献：1 詹德凯,刘鹏飞,杨涛.汽车整车音效设计及评价方法 J .汽车实用术,2 0 1 5(7):6 4-6 6,7 3.2 郑红丽,曾桂华,郝欣言,等.基于有限元法的乘用车音响改进及音效提升研究 J .汽车文摘,2 0 2 3(4):7-1 1.3 岳德刚,谢志文.非线性失真多频声音质评价研究 J .电声技术,2 0 0 6(1 0):4-8.4 罗逍.一种 9 扬声器的汽车音响系统设计 J .时代汽车,2 0 2 1(1 8):1 1 6-1 1 7.5 刘永明,刘少卿,李明峻,等.车载音响系统抗振可靠性仿真 J .机械设计与制造,2 0 1 7(1 2):1 9 5-1 9 8.6 石鑫焱,刘权,曹成茂.数字车载音响系统设计 J .微型机与应用,2 0 1 1(1 9):1 9-2 1.7 魏富选.车载音响系统收音方案的技术发展 J .汽车零部件,2 0 1 0(3):7 8-8 0.8 孙保群,郭恒飞,王琼.基于非特定人车载音响语音控制系统的设计与实现 J .微型机与应用,2 0 1 1(5):1 0 5-1 0 8.9 郭天娇,孙越.车载音响单元自动化测试系统的开发 J .汽车实用技术,2 0 1 6(1 2):1 2 5-1 2 8.音效评价问题优化策略主观评价前排低频无力、后排低频非常轰头调大 40 80 Hz 频段增益，并调节后排位置扬声器相位，消除轰头现象有改善人声不饱满、平淡没有感情调大门低音 500 1 250 Hz 频段增益，调大中置扬声器能量有改善高频不足、声音暗淡不饱满调大4 000 10 000 Hz以上频段增益有改善声场高度偏低，声像偏左调大中置扬声器能量，拉高整体声场高度，同时声像右移，一定程度上改善声场问题有很大改善左右耳有耳压差调节左右声道能量及延迟，保持能量平衡消失前排人声有压迫感调节不同声道相位延迟，与中置声场平齐有改善表 4 某车型音响系统音效问题优化策略图 4 某车型主驾位置优化前后频响曲线对比