詹德凱，劉鵬飛，楊濤

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

汽車整車音效設(shè)計及評價方法

詹德凱，劉鵬飛，楊濤

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

隨著人們生活水平的提高，對車載音響的品質(zhì)要求也越來越高，評價整車音響效果的方法也很多，該文主要介紹頻響曲線輔以主觀聽音來對整車音效進(jìn)行評價，通過對結(jié)果的分析，可以對整車音效后期的改善起指導(dǎo)性作用。

頻響曲線；整車音效；音頻分析儀

CLC NO.:U463.6Document Code:AArticle ID:1671-7988(2015)07-64-04

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車除了作為人們?nèi)粘Ｉ畈豢苫蛉钡慕煌üぞ咄猓捎谄嚩嗝襟w終端系統(tǒng)的影音娛樂功能正在以不可阻擋態(tài)勢不斷的升級，而聲音作為音響的最終表達(dá)形式，已經(jīng)得到人們尤其是音樂發(fā)燒友的高度關(guān)注，汽車多媒體音效的好壞也成為定位一款車型的重要指標(biāo)。由于人們對整車音響效果要求的提高，整車音效的設(shè)計及優(yōu)化也成為汽車設(shè)計、研發(fā)的重要課題。同時對車輛的音響改裝也成為音樂發(fā)燒友追求高品質(zhì)音效的又一主要途徑，促進(jìn)了后裝音響產(chǎn)品的快速、蓬勃發(fā)展。

本文將從汽車設(shè)計的角度分析設(shè)計方法，同時從測試的角度以實(shí)例為基礎(chǔ)，給汽車音響設(shè)計、測試及評估以參考性意見。

1、整車音效主要影響因素

整車音效是用來描述用戶對汽車音響聲音品質(zhì)評價的專業(yè)術(shù)語，音效性能的好壞主要取決于揚(yáng)聲器的特性、音響主機(jī)性能及整車布置方案三個主要方面。通過對這三方面的設(shè)計與優(yōu)化，從而形成良好的音效體驗(yàn)。

1.1 車載揚(yáng)聲器

揚(yáng)聲器作為整車聲音輸出的終端，在整個車載音響系統(tǒng)中起決定性作用，甚至能影響整個汽車音響的風(fēng)格。揚(yáng)聲器的結(jié)構(gòu)一般由音圈、振動板、盆架、上下導(dǎo)磁極片、磁鋼等部分組成，并且通過選擇不同的材質(zhì)及工藝將會很大的影響整車的音響效果。同時根據(jù)揚(yáng)聲器所表現(xiàn)的聲音頻率的不同，揚(yáng)聲器又可分為低音揚(yáng)聲器、中音揚(yáng)聲器、高音揚(yáng)聲器、全頻帶揚(yáng)聲器。一般來說，揚(yáng)聲器的口徑越大，低頻越好，音質(zhì)效果震撼，而口徑越小，高頻越好，音質(zhì)效果輕靈。目前車內(nèi)的中低音揚(yáng)聲器主要以，7寸、6寸為主流，高音以多芯內(nèi)磁產(chǎn)品為主。

評價揚(yáng)聲器性能優(yōu)劣的指標(biāo)主要包括:額定功率、頻率響應(yīng)、額定阻抗、諧波失真、靈敏度等。頻率響應(yīng)是其中的重要指標(biāo)之一，這項(xiàng)指標(biāo)反映了揚(yáng)聲器工作的主要頻率范圍。高保真放音系統(tǒng)要求揚(yáng)聲器系統(tǒng)應(yīng)能重放20Hz-20000Hz的人耳可聽音域。由于用單只揚(yáng)聲器不易實(shí)現(xiàn)該音域，故需要采用高、中、低多個揚(yáng)聲器來實(shí)現(xiàn)重放覆蓋。因此了解單元揚(yáng)聲器的頻響特性曲線是非常重要的，圖1為某款中低音揚(yáng)聲器的頻響特性曲線。

此揚(yáng)聲器在低音、中音方面均有很好的表現(xiàn)，但在高音音域部分出現(xiàn)了很大的衰減，所以在整車設(shè)計時，一般選擇高音揚(yáng)聲器與低音揚(yáng)聲器配合的設(shè)計，以彌補(bǔ)高音音域的不足，從而提高用戶的聲音感受。

1.2 車載主機(jī)

對于整車音效，主機(jī)的音效特性對音質(zhì)影響也很大。主機(jī)是整個音響的音源，同時也是一個控制中心，對音響的操作都要通過主機(jī)實(shí)現(xiàn)。揚(yáng)聲器的性能固然重要，但沒有一個好的音源及聲音控制處理中心，是無法最大限度的發(fā)揮揚(yáng)聲器的固有性能，造成資源浪費(fèi)，而且通過主機(jī)的配置與調(diào)試可以實(shí)現(xiàn)同款揚(yáng)聲器不同車型的不同音響效果的設(shè)計。所以如果想提高整車音質(zhì)，選擇一個好的中控系統(tǒng)主機(jī)是非常重要的。

車載主機(jī)內(nèi)的基本架構(gòu)一般以音源、聲音處理芯片、功率放大器三部分串聯(lián)組成。在音源部分，車載主機(jī)主要以CD、USB、AUX等信號為主，主機(jī)除了讀取信號和輸出信號以外，當(dāng)主機(jī)把音源取得后將音頻信號通過SPDIF等音頻通信格式發(fā)送給音頻信號處理器，在音頻信號處理器內(nèi)部將會針對音量調(diào)節(jié)、左右平衡、音場前后調(diào)節(jié)，大多還會有諸如高音調(diào)節(jié)、中音調(diào)節(jié)、低音調(diào)節(jié)等最基本的頻段均衡調(diào)節(jié)功能，目前中低端的主機(jī)均采用5段、7段式的EQ調(diào)節(jié)，但高端產(chǎn)品已經(jīng)可以內(nèi)置強(qiáng)大的音效處理芯片，實(shí)現(xiàn)多段式的音效調(diào)節(jié)，從而進(jìn)行流行、古典、爵士等不同場景音效的調(diào)整，更加體現(xiàn)出整體音效的高品質(zhì)。

信號在主機(jī)內(nèi)部被處理結(jié)束后將會傳輸給功率放大模塊即功率放大器，功率放大器通過內(nèi)部的放大電路，并通過連接線束直接向揚(yáng)聲器提供一定的功率輸出，從而驅(qū)動揚(yáng)聲器進(jìn)行發(fā)聲。主機(jī)所提供的功率往往十分有限，常見的大概也就是每聲道峰值功率45W，額定功率折算下來也就是15W-20W左右；這樣大小的功率，推動原車揚(yáng)聲器或者檔次較低的后裝揚(yáng)聲器還可勉為其難，但如果要使用較高品質(zhì)的專業(yè)級揚(yáng)聲器，并且希望發(fā)揮出理想的效果，那么還是應(yīng)該選用功率相匹配的獨(dú)立功放，讓主機(jī)專注于對音頻信號的讀取和輸出。

1.3 車載揚(yáng)聲器布局

優(yōu)質(zhì)的揚(yáng)聲器和高性能的主機(jī)是整車音效表現(xiàn)力的必要條件，但是揚(yáng)聲器系統(tǒng)的布局對音效也有著非常大的決定性作用。整車音效與家庭音響有很大的區(qū)別，主要是從空間、障礙物等方面有很大的差別，具有障礙物多、揚(yáng)聲器位置固定、距離近等特點(diǎn)，所以整車音效的設(shè)計中揚(yáng)聲器的位置設(shè)計就獨(dú)具一格，形成其獨(dú)有的設(shè)計思路，一般的車型主要配置4-8只揚(yáng)聲器，以高音搭配低音為主要設(shè)計手段，但高端車型將會設(shè)計10只以上的揚(yáng)聲器，并通過重低音、環(huán)繞、中置揚(yáng)聲器的搭配組合，形成立體、生動的音場。除了揚(yáng)聲器數(shù)量及種類的增加會提高整體效果，如果合理的設(shè)計揚(yáng)聲器的布置位置和組合方式也將會大幅提升整車的音效。

根據(jù)整車的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)和揚(yáng)聲器的特定性能，就可以總結(jié)出一套實(shí)用的揚(yáng)聲器布置方案。偏中低音的揚(yáng)聲器是不具有指向性的，聲音向四周傳播并且口徑比較大，布置需要一定的空間，建議布置門上靠下位置，并在門板內(nèi)利用塑料材質(zhì)形成一定容積的回音腔體，通過發(fā)聲時腔體的回音效果達(dá)到更好的中低音體驗(yàn)。中置揚(yáng)聲器一般都設(shè)計在儀表板的中間，環(huán)繞則涉及在第二排或第三排座位上方，而重低音由于其強(qiáng)大的能量輸出會對人有一定的沖擊，所以一般設(shè)計在后備箱附近。高音揚(yáng)聲器由于有指向特性，按照高度應(yīng)該與人耳高度持平，建議優(yōu)選A柱，三角窗位置次之，門板上將會形成刺耳的高音效果，不做推薦。圖2為某款車型揚(yáng)聲器布置圖。通過合理的音場設(shè)計，使整車在音效效果、定位、立體聲感受等方面給人以優(yōu)美的感受。

2、聲音音效的客觀測試

作為整車音效，以上三點(diǎn)是其主要影響方面，但其他方面如:人的座椅位置、高度、車內(nèi)空間的大小、密封度等指標(biāo)均會影響整車音效的最終效果。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，利用反饋、補(bǔ)償?shù)仍O(shè)計可以作適當(dāng)?shù)膹浹a(bǔ)，那么整車的測試調(diào)整就成為設(shè)計整車音效的一個重要手段。其中頻響曲線的測試就成為客觀評價的一個重要方法。

頻響曲線指將一個標(biāo)準(zhǔn)的全頻帶音頻信號輸出給音響系統(tǒng)時，音箱產(chǎn)生的聲壓隨頻率的變化而發(fā)生增大或衰減、相位隨頻率而發(fā)生變化的現(xiàn)象，這種聲壓和相位與頻率的相關(guān)聯(lián)的變化關(guān)系(變化量)稱為頻率響應(yīng)，單位分貝(dB)。頻率響應(yīng)（簡稱頻響）是音頻系統(tǒng)的重要性能參數(shù)，通過此參數(shù)的的設(shè)計及優(yōu)化可以在整個音域內(nèi)盡可能的體現(xiàn)聲音的本來面貌。

2.1 頻響曲線測試實(shí)例

下面就對一款配置了6只揚(yáng)聲器的車型作為測試對象，以粉紅噪音（PinkNoise）作為測試數(shù)據(jù)，利用手持式精密音頻分析儀對主駕駛?cè)硕恢脺y得頻響曲線，見圖4。

圖中b為高音揚(yáng)聲器，c，d為中低音揚(yáng)聲器

2.2 測試結(jié)果分析

根據(jù)以上曲線可分析出，在20Hz-20kHz范圍內(nèi)，如果把聲音的頻段按照以下頻段劃分，那么從結(jié)果可以看出此款車型的整車音效中低頻增益過強(qiáng)，并且20-500Hz范圍內(nèi)曲線提升和衰減幅度都比較大，500-5000Hz中高頻曲線較為平直聲音還原比較出色，而高頻曲線衰減明顯。

低頻段（20-150Hz）；

中低頻（150-500Hz）；

中高頻段（500-5000Hz）；

高頻段（5000-20kHz）。

根據(jù)此頻響曲線的結(jié)果結(jié)合揚(yáng)聲器的布置來分析，由于后排無高音揚(yáng)聲器，并且前排的高音揚(yáng)聲器安裝位置在車門處，而不是與人耳齊平的A柱上，介于高音揚(yáng)聲器的指向性特性，主駕駛位置聲場的高音較弱，所以導(dǎo)致高音表現(xiàn)力差。

如果要優(yōu)化此車型首先要增加后部揚(yáng)聲器的高音，使整個音場平衡，并調(diào)整高音的指向性，使高音更加明亮，低音部分做適當(dāng)?shù)乃p，使音場更加均衡，通過聲音測試及反饋系統(tǒng)不斷微調(diào)增益參數(shù)，最終形成立體聲的音場效果。

3、聲音音效的主觀評價

針對整車音效，只有客觀的頻響曲線測試僅能從一個側(cè)面體現(xiàn)產(chǎn)品的性能，并不完全，還應(yīng)該從整體效果方面通過有經(jīng)驗(yàn)的音響評價師進(jìn)行主觀評價，以達(dá)到一個全面評估的效果。如果頻響曲線陡升陡降，起伏太大，幾乎可以肯定音質(zhì)好不到哪兒去。如果頻響曲線漂亮極了，有相當(dāng)大的可能性，是個好東西，我們持期待的意見，還需要進(jìn)一步去看看其它對聲音的影響因素，最重要的，聽了才知道。在這里介紹一種主觀評價整車音效的方法。

3.1 主觀評價實(shí)例

測試位置仍然選擇主駕駛位置，選擇特定曲目來進(jìn)行主觀評價，測試人員為有專業(yè)音響評審經(jīng)驗(yàn)的工程師團(tuán)隊(duì)，一般為10人左右，大家根據(jù)不同座位、使用不同音樂的持續(xù)評測，得出評審數(shù)據(jù)，再根據(jù)大家的評審數(shù)據(jù)算出每項(xiàng)的平均值得出以下結(jié)果:

表1 整車音效主觀評價結(jié)果

3.2 主觀評價結(jié)果分析

通過上述結(jié)果可以看出高音部分分值較低，而中音和低音可以勉強(qiáng)達(dá)到3分的標(biāo)準(zhǔn)，主觀評價從另一個角度來給出整車音效的好壞。結(jié)合頻響曲線分析法就可以對整車音效有一個概括性評價了。常用的評價方法有排序法、評分法、成對比較法和語義細(xì)分法等。但在實(shí)際應(yīng)用中主流做法是將這幾種方法結(jié)合起來使用。

主觀評價的目的除比較噪聲主觀指標(biāo)的優(yōu)劣和為噪聲的改善設(shè)計提供指導(dǎo)外，更重要的是尋求主觀評價結(jié)果與客觀計算參量之間的關(guān)系，建立其回歸預(yù)測模型，為改進(jìn)噪聲的計算參量提供依據(jù)。并且通過預(yù)測模型對同類事件的偏好性進(jìn)行評估。但它們之間的線性關(guān)系并不很理想，建立主客觀關(guān)聯(lián)的數(shù)學(xué)模型時，必須對數(shù)據(jù)做必要的處理。

下面就是根據(jù)上面例子的一個回歸算法模型，能更高的結(jié)合主觀與客觀的數(shù)據(jù)，最終建立一個完善統(tǒng)一的評價方案。

通過加權(quán)及回歸算法，逐步逼近真實(shí)的用戶感受，并根據(jù)不同的新測試樣本，最終優(yōu)化此回歸算法的可用性。最終讓整車的音效評價更加真實(shí)、有效。

4、結(jié)論

根據(jù)主客觀兩種相結(jié)合的測試及評價方法，得出目標(biāo)車型的頻響曲線需要進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整的目標(biāo)，以上章節(jié)為例就是要針對低頻和中低頻曲線需要做平直處理，高音部分表現(xiàn)不佳，可適當(dāng)調(diào)整高音揚(yáng)聲器的布置位置來看看可否達(dá)到預(yù)期效果。并持續(xù)的評價、優(yōu)化。最終提高產(chǎn)品的品質(zhì)。

聲音是博大精深的一門學(xué)問，影響聲音的參數(shù)很多，頻響曲線是檢驗(yàn)聲音還原能力的一個重要方面，音質(zhì)的評判標(biāo)準(zhǔn)實(shí)在太多以至于我們現(xiàn)在都無法用純客觀的指標(biāo)去衡量和判斷音質(zhì)到底好不好，好到哪兒，以及有多好。這是音頻工作者的無奈之處，也是音頻的迷人之處。

主觀聽音評價是輔助客觀評價的一種方法，可以把各種參數(shù)對聲音的影響以主觀的方式表現(xiàn)出來，單獨(dú)的主觀評價意義并不大，每個人的聽音能力以及對聲音風(fēng)格喜好不同，導(dǎo)致了主觀聽音評價存在個體上的差異，如何優(yōu)化主觀評價方案，以及提出完整的整車音效評價方案是音頻工作者需要更深入專研的課題。

[1] 孫巖君.掃頻法測量音頻系統(tǒng)頻率響應(yīng)的原理及實(shí)踐[J].電聲技術(shù)，2006（6）.

[2] 張濤，賀家琳，楊冬明.TI DSP在音頻處理中的應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社，2008.

[3] JOHNSON R B.Cook formulae for audio EQ biquad filter coeffi -cients[M].2002.

The method of vehicle sound design and evaluation

Zhan Dekai, Liu Pengfei, Yang Tao
（Brilliance Automotive Engineering Research Institute Electronic Engineering Section, Liaoning Shenyang 110141）

With the improvement of people's living standard, therequirements for the vehiclesound qualityarebecoming more and more valuable, there are many kinds of method to evaluate the vehicle sound, in this paper it will mainly introduces the frequency response curve withsubjective listening to evaluate the vehicle sound, through the analysis of the results, it willplay an important role as the guiding for improving vehicle sound system inlater stage.

Frequency response curve; Vehicle sound; Sound analyzer

U463.6

A

1671-7988(2015)07-64-04

詹德凱，就職于華晨汽車工程研究院。