汽車整車音效設計及評價方法

詹德凱，劉鵬飛，楊濤

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

汽車整車音效設計及評價方法

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行評價，通過對結果的分析，可以對整車音效后期的改善起指導性作用。

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

隨著經濟的發展，汽車除了作為人們日常生活不可或缺的交通工具外，集成于汽車多媒體終端系統的影音娛樂功能正在以不可阻擋態勢不斷的升級，而聲音作為音響的最終表達形式，已經得到人們尤其是音樂發燒友的高度關注，汽車多媒體音效的好壞也成為定位一款車型的重要指標。由于人們對整車音響效果要求的提高，整車音效的設計及優化也成為汽車設計、研發的重要課題。同時對車輛的音響改裝也成為音樂發燒友追求高品質音效的又一主要途徑，促進了后裝音響產品的快速、蓬勃發展。

本文將從汽車設計的角度分析設計方法，同時從測試的角度以實例為基礎，給汽車音響設計、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評價的專業術語，音效性能的好壞主要取決于揚聲器的特性、音響主機性能及整車布置方案三個主要方面。通過對這三方面的設計與優化，從而形成良好的音效體驗。

1.1 車載揚聲器

揚聲器作為整車聲音輸出的終端，在整個車載音響系統中起決定性作用，甚至能影響整個汽車音響的風格。揚聲器的結構一般由音圈、振動板、盆架、上下導磁極片、磁鋼等部分組成，并且通過選擇不同的材質及工藝將會很大的影響整車的音響效果。同時根據揚聲器所表現的聲音頻率的不同，揚聲器又可分為低音揚聲器、中音揚聲器、高音揚聲器、全頻帶揚聲器。一般來說，揚聲器的口徑越大，低頻越好，音質效果震撼，而口徑越小，高頻越好，音質效果輕靈。目前車內的中低音揚聲器主要以，7寸、6寸為主流，高音以多芯內磁產品為主。

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

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

1.2 車載主機

對于整車音效，主機的音效特性對音質影響也很大。主機是整個音響的音源，同時也是一個控制中心，對音響的操作都要通過主機實現。揚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揮揚聲器的固有性能，造成資源浪費，而且通過主機的配置與調試可以實現同款揚聲器不同車型的不同音響效果的設計。所以如果想提高整車音質，選擇一個好的中控系統主機是非常重要的。

車載主機內的基本架構一般以音源、聲音處理芯片、功率放大器三部分串聯組成。在音源部分，車載主機主要以CD、USB、AUX等信號為主，主機除了讀取信號和輸出信號以外，當主機把音源取得后將音頻信號通過SPDIF等音頻通信格式發送給音頻信號處理器，在音頻信號處理器內部將會針對音量調節、左右平衡、音場前后調節，大多還會有諸如高音調節、中音調節、低音調節等最基本的頻段均衡調節功能，目前中低端的主機均采用5段、7段式的EQ調節，但高端產品已經可以內置強大的音效處理芯片，實現多段式的音效調節，從而進行流行、古典、爵士等不同場景音效的調整，更加體現出整體音效的高品質。

信號在主機內部被處理結束后將會傳輸給功率放大模塊即功率放大器，功率放大器通過內部的放大電路，并通過連接線束直接向揚聲器提供一定的功率輸出，從而驅動揚聲器進行發聲。主機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，推動原車揚聲器或者檔次較低的后裝揚聲器還可勉為其難，但如果要使用較高品質的專業級揚聲器，并且希望發揮出理想的效果，那么還是應該選用功率相匹配的獨立功放，讓主機專注于對音頻信號的讀取和輸出。

1.3 車載揚聲器布局

優質的揚聲器和高性能的主機是整車音效表現力的必要條件，但是揚聲器系統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、揚聲器位置固定、距離近等特點，所以整車音效的設計中揚聲器的位置設計就獨具一格，形成其獨有的設計思路，一般的車型主要配置4-8只揚聲器，以高音搭配低音為主要設計手段，但高端車型將會設計10只以上的揚聲器，并通過重低音、環繞、中置揚聲器的搭配組合，形成立體、生動的音場。除了揚聲器數量及種類的增加會提高整體效果，如果合理的設計揚聲器的布置位置和組合方式也將會大幅提升整車的音效。

根據整車的設計經驗和揚聲器的特定性能，就可以總結出一套實用的揚聲器布置方案。偏中低音的揚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，并在門板內利用塑料材質形成一定容積的回音腔體，通過發聲時腔體的回音效果達到更好的中低音體驗。中置揚聲器一般都設計在儀表板的中間，環繞則涉及在第二排或第三排座位上方，而重低音由于其強大的能量輸出會對人有一定的沖擊，所以一般設計在后備箱附近。高音揚聲器由于有指向特性，按照高度應該與人耳高度持平，建議優選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為某款車型揚聲器布置圖。通過合理的音場設計，使整車在音效效果、定位、立體聲感受等方面給人以優美的感受。

2、聲音音效的客觀測試

作為整車音效，以上三點是其主要影響方面，但其他方面如:人的座椅位置、高度、車內空間的大小、密封度等指標均會影響整車音效的最終效果。隨著電子技術的發展，利用反饋、補償等設計可以作適當的彌補，那么整車的測試調整就成為設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準的全頻帶音頻信號輸出給音響系統時，音箱產生的聲壓隨頻率的變化而發生增大或衰減、相位隨頻率而發生變化的現象，這種聲壓和相位與頻率的相關聯的變化關系(變化量)稱為頻率響應，單位分貝(dB)。頻率響應（簡稱頻響）是音頻系統的重要性能參數，通過此參數的的設計及優化可以在整個音域內盡可能的體現聲音的本來面貌。

2.1 頻響曲線測試實例

下面就對一款配置了6只揚聲器的車型作為測試對象，以粉紅噪音（PinkNoise）作為測試數據，利用手持式精密音頻分析儀對主駕駛人耳位置測得頻響曲線，見圖4。

圖中b為高音揚聲器，c，d為中低音揚聲器

2.2 測試結果分析

根據以上曲線可分析出，在20Hz-20kHz范圍內，如果把聲音的頻段按照以下頻段劃分，那么從結果可以看出此款車型的整車音效中低頻增益過強，并且20-500Hz范圍內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）。

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

如果要優化此車型首先要增加后部揚聲器的高音，使整個音場平衡，并調整高音的指向性，使高音更加明亮，低音部分做適當的衰減，使音場更加均衡，通過聲音測試及反饋系統不斷微調增益參數，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面體現產品的性能，并不完全，還應該從整體效果方面通過有經驗的音響評價師進行主觀評價，以達到一個全面評估的效果。如果頻響曲線陡升陡降，起伏太大，幾乎可以肯定音質好不到哪兒去。如果頻響曲線漂亮極了，有相當大的可能性，是個好東西，我們持期待的意見，還需要進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 主觀評價實例

測試位置仍然選擇主駕駛位置，選擇特定曲目來進行主觀評價，測試人員為有專業音響評審經驗的工程師團隊，一般為10人左右，大家根據不同座位、使用不同音樂的持續評測，得出評審數據，再根據大家的評審數據算出每項的平均值得出以下結果:

表1 整車音效主觀評價結果

3.2 主觀評價結果分析

通過上述結果可以看出高音部分分值較低，而中音和低音可以勉強達到3分的標準，主觀評價從另一個角度來給出整車音效的好壞。結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分法等。但在實際應用中主流做法是將這幾種方法結合起來使用。

主觀評價的目的除比較噪聲主觀指標的優劣和為噪聲的改善設計提供指導外，更重要的是尋求主觀評價結果與客觀計算參量之間的關系，建立其回歸預測模型，為改進噪聲的計算參量提供依據。并且通過預測模型對同類事件的偏好性進行評估。但它們之間的線性關系并不很理想，建立主客觀關聯的數學模型時，必須對數據做必要的處理。

下面就是根據上面例子的一個回歸算法模型，能更高的結合主觀與客觀的數據，最終建立一個完善統一的評價方案。

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

4、結論

根據主客觀兩種相結合的測試及評價方法，得出目標車型的頻響曲線需要進行優化調整的目標，以上章節為例就是要針對低頻和中低頻曲線需要做平直處理，高音部分表現不佳，可適當調整高音揚聲器的布置位置來看看可否達到預期效果。并持續的評價、優化。最終提高產品的品質。

聲音是博大精深的一門學問，影響聲音的參數很多，頻響曲線是檢驗聲音還原能力的一個重要方面，音質的評判標準實在太多以至于我們現在都無法用純客觀的指標去衡量和判斷音質到底好不好，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，可以把各種參數對聲音的影響以主觀的方式表現出來，單獨的主觀評價意義并不大，每個人的聽音能力以及對聲音風格喜好不同，導致了主觀聽音評價存在個體上的差異，如何優化主觀評價方案，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頻率響應的原理及實踐[J].電聲技術，2006（6）.

[2] 張濤，賀家琳，楊冬明.TI DSP在音頻處理中的應用[M].北京:電子工業出版社，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。