汽车整车音效设计及评价方法

詹德凯，刘鹏飞，杨涛

（华晨汽车工程研究院，辽宁 沈阳 110141）

汽车整车音效设计及评价方法

詹德凯，刘鹏飞，杨涛

（华晨汽车工程研究院，辽宁 沈阳 110141）

随着人们生活水平的提高，对车载音响的品质要求也越来越高，评价整车音响效果的方法也很多，该文主要介绍频响曲线辅以主观听音来对整车音效进行评价，通过对结果的分析，可以对整车音效后期的改善起指导性作用。

频响曲线；整车音效；音频分析仪

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

引言

随着经济的发展，汽车除了作为人们日常生活不可或缺的交通工具外，集成于汽车多媒体终端系统的影音娱乐功能正在以不可阻挡态势不断的升级，而声音作为音响的最终表达形式，已经得到人们尤其是音乐发烧友的高度关注，汽车多媒体音效的好坏也成为定位一款车型的重要指标。由于人们对整车音响效果要求的提高，整车音效的设计及优化也成为汽车设计、研发的重要课题。同时对车辆的音响改装也成为音乐发烧友追求高品质音效的又一主要途径，促进了后装音响产品的快速、蓬勃发展。

本文将从汽车设计的角度分析设计方法，同时从测试的角度以实例为基础，给汽车音响设计、测试及评估以参考性意见。

1、整车音效主要影响因素

整车音效是用来描述用户对汽车音响声音品质评价的专业术语，音效性能的好坏主要取决于扬声器的特性、音响主机性能及整车布置方案三个主要方面。通过对这三方面的设计与优化，从而形成良好的音效体验。

1.1 车载扬声器

扬声器作为整车声音输出的终端，在整个车载音响系统中起决定性作用，甚至能影响整个汽车音响的风格。扬声器的结构一般由音圈、振动板、盆架、上下导磁极片、磁钢等部分组成，并且通过选择不同的材质及工艺将会很大的影响整车的音响效果。同时根据扬声器所表现的声音频率的不同，扬声器又可分为低音扬声器、中音扬声器、高音扬声器、全频带扬声器。一般来说，扬声器的口径越大，低频越好，音质效果震撼，而口径越小，高频越好，音质效果轻灵。目前车内的中低音扬声器主要以，7寸、6寸为主流，高音以多芯内磁产品为主。

评价扬声器性能优劣的指标主要包括:额定功率、频率响应、额定阻抗、谐波失真、灵敏度等。频率响应是其中的重要指标之一，这项指标反映了扬声器工作的主要频率范围。高保真放音系统要求扬声器系统应能重放20Hz-20000Hz的人耳可听音域。由于用单只扬声器不易实现该音域，故需要采用高、中、低多个扬声器来实现重放覆盖。因此了解单元扬声器的频响特性曲线是非常重要的，图1为某款中低音扬声器的频响特性曲线。

此扬声器在低音、中音方面均有很好的表现，但在高音音域部分出现了很大的衰减，所以在整车设计时，一般选择高音扬声器与低音扬声器配合的设计，以弥补高音音域的不足，从而提高用户的声音感受。

1.2 车载主机

对于整车音效，主机的音效特性对音质影响也很大。主机是整个音响的音源，同时也是一个控制中心，对音响的操作都要通过主机实现。扬声器的性能固然重要，但没有一个好的音源及声音控制处理中心，是无法最大限度的发挥扬声器的固有性能，造成资源浪费，而且通过主机的配置与调试可以实现同款扬声器不同车型的不同音响效果的设计。所以如果想提高整车音质，选择一个好的中控系统主机是非常重要的。

车载主机内的基本架构一般以音源、声音处理芯片、功率放大器三部分串联组成。在音源部分，车载主机主要以CD、USB、AUX等信号为主，主机除了读取信号和输出信号以外，当主机把音源取得后将音频信号通过SPDIF等音频通信格式发送给音频信号处理器，在音频信号处理器内部将会针对音量调节、左右平衡、音场前后调节，大多还会有诸如高音调节、中音调节、低音调节等最基本的频段均衡调节功能，目前中低端的主机均采用5段、7段式的EQ调节，但高端产品已经可以内置强大的音效处理芯片，实现多段式的音效调节，从而进行流行、古典、爵士等不同场景音效的调整，更加体现出整体音效的高品质。

信号在主机内部被处理结束后将会传输给功率放大模块即功率放大器，功率放大器通过内部的放大电路，并通过连接线束直接向扬声器提供一定的功率输出，从而驱动扬声器进行发声。主机所提供的功率往往十分有限，常见的大概也就是每声道峰值功率45W，额定功率折算下来也就是15W-20W左右；这样大小的功率，推动原车扬声器或者档次较低的后装扬声器还可勉为其难，但如果要使用较高品质的专业级扬声器，并且希望发挥出理想的效果，那么还是应该选用功率相匹配的独立功放，让主机专注于对音频信号的读取和输出。

1.3 车载扬声器布局

优质的扬声器和高性能的主机是整车音效表现力的必要条件，但是扬声器系统的布局对音效也有着非常大的决定性作用。整车音效与家庭音响有很大的区别，主要是从空间、障碍物等方面有很大的差别，具有障碍物多、扬声器位置固定、距离近等特点，所以整车音效的设计中扬声器的位置设计就独具一格，形成其独有的设计思路，一般的车型主要配置4-8只扬声器，以高音搭配低音为主要设计手段，但高端车型将会设计10只以上的扬声器，并通过重低音、环绕、中置扬声器的搭配组合，形成立体、生动的音场。除了扬声器数量及种类的增加会提高整体效果，如果合理的设计扬声器的布置位置和组合方式也将会大幅提升整车的音效。

根据整车的设计经验和扬声器的特定性能，就可以总结出一套实用的扬声器布置方案。偏中低音的扬声器是不具有指向性的，声音向四周传播并且口径比较大，布置需要一定的空间，建议布置门上靠下位置，并在门板内利用塑料材质形成一定容积的回音腔体，通过发声时腔体的回音效果达到更好的中低音体验。中置扬声器一般都设计在仪表板的中间，环绕则涉及在第二排或第三排座位上方，而重低音由于其强大的能量输出会对人有一定的冲击，所以一般设计在后备箱附近。高音扬声器由于有指向特性，按照高度应该与人耳高度持平，建议优选A柱，三角窗位置次之，门板上将会形成刺耳的高音效果，不做推荐。图2为某款车型扬声器布置图。通过合理的音场设计，使整车在音效效果、定位、立体声感受等方面给人以优美的感受。

2、声音音效的客观测试

作为整车音效，以上三点是其主要影响方面，但其他方面如:人的座椅位置、高度、车内空间的大小、密封度等指标均会影响整车音效的最终效果。随着电子技术的发展，利用反馈、补偿等设计可以作适当的弥补，那么整车的测试调整就成为设计整车音效的一个重要手段。其中频响曲线的测试就成为客观评价的一个重要方法。

频响曲线指将一个标准的全频带音频信号输出给音响系统时，音箱产生的声压随频率的变化而发生增大或衰减、相位随频率而发生变化的现象，这种声压和相位与频率的相关联的变化关系(变化量)称为频率响应，单位分贝(dB)。频率响应（简称频响）是音频系统的重要性能参数，通过此参数的的设计及优化可以在整个音域内尽可能的体现声音的本来面貌。

2.1 频响曲线测试实例

下面就对一款配置了6只扬声器的车型作为测试对象，以粉红噪音（PinkNoise）作为测试数据，利用手持式精密音频分析仪对主驾驶人耳位置测得频响曲线，见图4。

图中b为高音扬声器，c，d为中低音扬声器

2.2 测试结果分析

根据以上曲线可分析出，在20Hz-20kHz范围内，如果把声音的频段按照以下频段划分，那么从结果可以看出此款车型的整车音效中低频增益过强，并且20-500Hz范围内曲线提升和衰减幅度都比较大，500-5000Hz中高频曲线较为平直声音还原比较出色，而高频曲线衰减明显。

低频段（20-150Hz）；

中低频（150-500Hz）；

中高频段（500-5000Hz）；

高频段（5000-20kHz）。

根据此频响曲线的结果结合扬声器的布置来分析，由于后排无高音扬声器，并且前排的高音扬声器安装位置在车门处，而不是与人耳齐平的A柱上，介于高音扬声器的指向性特性，主驾驶位置声场的高音较弱，所以导致高音表现力差。

如果要优化此车型首先要增加后部扬声器的高音，使整个音场平衡，并调整高音的指向性，使高音更加明亮，低音部分做适当的衰减，使音场更加均衡，通过声音测试及反馈系统不断微调增益参数，最终形成立体声的音场效果。

3、声音音效的主观评价

针对整车音效，只有客观的频响曲线测试仅能从一个侧面体现产品的性能，并不完全，还应该从整体效果方面通过有经验的音响评价师进行主观评价，以达到一个全面评估的效果。如果频响曲线陡升陡降，起伏太大，几乎可以肯定音质好不到哪儿去。如果频响曲线漂亮极了，有相当大的可能性，是个好东西，我们持期待的意见，还需要进一步去看看其它对声音的影响因素，最重要的，听了才知道。在这里介绍一种主观评价整车音效的方法。

3.1 主观评价实例

测试位置仍然选择主驾驶位置，选择特定曲目来进行主观评价，测试人员为有专业音响评审经验的工程师团队，一般为10人左右，大家根据不同座位、使用不同音乐的持续评测，得出评审数据，再根据大家的评审数据算出每项的平均值得出以下结果:

表1 整车音效主观评价结果

3.2 主观评价结果分析

通过上述结果可以看出高音部分分值较低，而中音和低音可以勉强达到3分的标准，主观评价从另一个角度来给出整车音效的好坏。结合频响曲线分析法就可以对整车音效有一个概括性评价了。常用的评价方法有排序法、评分法、成对比较法和语义细分法等。但在实际应用中主流做法是将这几种方法结合起来使用。

主观评价的目的除比较噪声主观指标的优劣和为噪声的改善设计提供指导外，更重要的是寻求主观评价结果与客观计算参量之间的关系，建立其回归预测模型，为改进噪声的计算参量提供依据。并且通过预测模型对同类事件的偏好性进行评估。但它们之间的线性关系并不很理想，建立主客观关联的数学模型时，必须对数据做必要的处理。

下面就是根据上面例子的一个回归算法模型，能更高的结合主观与客观的数据，最终建立一个完善统一的评价方案。

通过加权及回归算法，逐步逼近真实的用户感受，并根据不同的新测试样本，最终优化此回归算法的可用性。最终让整车的音效评价更加真实、有效。

4、结论

根据主客观两种相结合的测试及评价方法，得出目标车型的频响曲线需要进行优化调整的目标，以上章节为例就是要针对低频和中低频曲线需要做平直处理，高音部分表现不佳，可适当调整高音扬声器的布置位置来看看可否达到预期效果。并持续的评价、优化。最终提高产品的品质。

声音是博大精深的一门学问，影响声音的参数很多，频响曲线是检验声音还原能力的一个重要方面，音质的评判标准实在太多以至于我们现在都无法用纯客观的指标去衡量和判断音质到底好不好，好到哪儿，以及有多好。这是音频工作者的无奈之处，也是音频的迷人之处。

主观听音评价是辅助客观评价的一种方法，可以把各种参数对声音的影响以主观的方式表现出来，单独的主观评价意义并不大，每个人的听音能力以及对声音风格喜好不同，导致了主观听音评价存在个体上的差异，如何优化主观评价方案，以及提出完整的整车音效评价方案是音频工作者需要更深入专研的课题。

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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

詹德凯，就职于华晨汽车工程研究院。