CN111526455A - 车载音响的校正增强方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车载音响的校正增强方法及***，通过至少两个扬声器播放测试音频文件，并在预设位置对播放的声音进行录音，得到录音音频文件；对所述录音音频文件进行信号处理，得到所述预设位置处各扬声器的相对延迟及各扬声器的传递函数；基于各扬声器的相对延迟调节各扬声器的输出时延以使得各扬声器相对于所述预设位置同步发声，并基于各扬声器的传递函数修正各扬声器的频率响应以还原得到真实声音。本发明的车载音响的校正增强方法及***修正汽车音响***的各个扬声器的时延，让指定位置听到各扬声器都是同时发音的；在扬声器的极限范围内修正频率响应，使扬声器的频响尽可能的平直，还原最真实的声音。

Description

车载音响的校正增强方法及***

技术领域

本发明涉及声音处理领域，特别是涉及一种车载音响的校正增强方法及***。

背景技术

车载音响***是指安装在车内的音响***，包括软件与媒体、音源、前级讯号控制、功率放大机构、扬声器及传输机构。虽然音响设备对于汽车来讲，只是一种辅助性设备，对车子的运行性能没有影响，但随着人们对享受的要求越来越高，汽车制造商也日益重视起轿车的音响设备，并将它作为评价汽车舒适性的依据之一。

一般车载音响***包括多个扬声器，各扬声器设置在车内不同的位置，正因为如此，各扬声器发出的声音对车内的人来说不是同时到达的，另外，各个扬声器的频率响应变化比较大，这就造成客户体验比较差。因此，如何确保预设位置上听到的扬声器都是同时发音，且频响尽可能的平直，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种车载音响的校正增强方法及***，用于解决现有技术中车载音响***客户体验差的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种车载音响的校正增强方法，所述车载音响***的校正与增强方法至少包括：

通过至少两个扬声器播放测试音频文件，并在预设位置对播放的声音进行录音，得到录音音频文件；

对所述录音音频文件进行信号处理，得到所述预设位置处各扬声器的相对延迟及各扬声器的传递函数；

基于各扬声器的相对延迟调节各扬声器的输出时延以使得各扬声器相对于所述预设位置同步发声，并基于各扬声器的传递函数修正各扬声器的频率响应以还原得到真实声音。

可选地，所述测试音频文件包括立体声或多声道的声音信号，且所述测试音频文件中同一时刻仅一个声道发声。

更可选地，获取各扬声器的相对延迟的步骤包括：不同声道对应的扬声器分别依次播放相同周期、相同频率的正弦波信号，将不同声道对应的扬声器在所述预设位置的录音音频文件中正弦波信号的同一位置进行比较进而确定各扬声器的相对延迟；所述正弦波信号的同一位置包括波峰、波谷或预设幅度对应的位置。

更可选地，所述测试音频文件为全频段音频文件。

更可选地，所述全频段音频文件包括白噪声。

可选地，修正各扬声器的频率响应的步骤包括：求解修正函数H1(z)，通过所述修正函数H1(z)拉平各扬声器的频率响应，满足如下关系式：

H(z)*H1(z)＝1，

其中，H(z)为拟合的扬声器传递函数；H1(z)为修正函数，且所述修正函数的极点在单位圆内。

更可选地，采用最小相位法确保所述修正函数的极点在单位圆内。

更可选地，修正各扬声器的频率响应的步骤还包括：采用旁路滤波器对所述传递函数的低频及高频进行滤波，将滤波后的所述传递函数H’(z)对应替换滤波前的所述传递函数以去除不要处理的声音频点，进而得到新的修正函数H1'(z)，满足如下关系式：

H’(z)＝H(z)+H_lp(z)+H_hp(z)，

H'(z)*H1'(z)＝1，

其中，H(z)为拟合的传递函数；H_lp(z)为低通滤波后的传递函数；H_hp(z)为高通滤波后的传递函数。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种车载音响的校正增强***，所述车载音响的校正增强***至少包括：

音频处理模块，接收测试音频文件，用于执行上述车载音响的校正增强方法；

至少两个扬声器，连接所述音频处理模块，用于播放所述音频处理模块输出的音频信号；

及录音设备，连接所述音频处理模块，对各扬声器播放的声音进行录音得到录音音频文件，并传输给所述音频处理模块。

可选地，所述音频处理模块包括与各扬声器一一对应的时延调整单元、修正单元及信号处理单元；

各时延调整单元连接对应声道，用于调整各扬声器的输出时延；

各修正单元分别连接于对应时延调整单元及扬声器之间，用于修正各扬声器的频率响应；

所述信号处理单元连接各时延调整单元及修正单元，用于控制各时延调整单元及修正单元完成输出时延控制及频率响应的修正。

如上所述，本发明的车载音响的校正增强方法及***，具有以下有益效果：

1、本发明的车载音响的校正增强方法及***修正汽车音响***的各个扬声器的时延，让指定位置听到各扬声器都是同时发音的。

2、本发明的车载音响的校正增强方法及***在扬声器的极限范围内修正频率响应，使扬声器的频响尽可能的平直，还原最真实的声音。

附图说明

图1显示为本发明的车载音响的校正增强方法的流程示意图。

图2显示为本发明去除不需要声音频点的原理示意图。

图3显示为本发明的滤波电路的结构及原理示意图。

图4显示为本发明的车载音响的校正增强***的结构示意图。

图5显示为本发明的音频处理模块及音频数据流的示意图。

元件标号说明

1 音频处理模块

11 时延调整单元

12 修正单元

13 信号处理单元

21～26 扬声器

S1～S6 步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种车载音响的校正增强方法，所述车载音响***的校正与增强方法包括：

通过至少两个扬声器播放测试音频文件，并在预设位置对播放的声音进行录音，得到录音音频文件；

对所述录音音频文件进行信号处理，得到所述预设位置处各扬声器的相对延迟及各扬声器的传递函数；

基于各扬声器的相对延迟调节各扬声器的输出时延以使得各扬声器相对于所述预设位置同步发声，并基于各扬声器的传递函数修正各扬声器的频率响应以还原得到真实声音。

本实施例的车载音响的校正增强方法具体包括以下步骤：

S1：首先确定车内预设位置，后续调节都以所述预设位置的听感最佳为标准，因此所述预设位置可称为黄金位置。

具体地，作为示例，所述预设位置设定为主驾驶对应的耳朵位置，副驾驶对应的耳朵位置、后排乘客对应的耳朵位置或其他任意位置，不以本实施例为限。

S2：随后播放特定的测试音频文件，各扬声器播放所述测试音频文件中对应声道的音频，在所述预设位置对各扬声器播放的声音进行录音，得到录音音频文件。

具体地，所述测试音频文件包括但不限于立体声或多声道的声音信号，且所述测试音频文件中同一时刻仅一个声道发声。

作为示例，所述测试音频文件为全频段音频文件。在本实施例中，所述测试音频文件采用白噪声，在实际使用中，可采用内任意全频段音频文件，不以本实施例为限。

S3：再基于所述录音音频文件中各扬声器对应的信号波形计算各扬声器的相对时延。

具体地，不同声道对应的扬声器分别依次播放相同周期、相同频率的正弦波信号，将不同声道对应的扬声器在所述预设位置的录音音频文件中正弦波信号的同一位置进行比较进而确定各扬声器的相对延迟。作为示例，本实施例中，基于立体声信号(包括左声道及右声道)在左前声道对应的扬声器先播放10个周期的400hz的正弦波(sin)，间隔1s后右前声道对应的扬声器播放10个周期的400hz的正弦波，对比所述录音音频文件中两次收到正弦波的波峰(顶点)位置，能计算出右前声道对应的扬声器相对左前声道对应的扬声器的相对时延；同样采用所述文件测试音频文件，在左前声道对应的扬声器及左中声道对应的扬声器分别播放并录音，能够测试得到左中声道对应的扬声器相对左前声道对应的扬声器的相对时延；同样方法以左前声道对应的扬声器为基准对车内各个其他扬声器测试，就可以得到整个车内各个扬声器的相对时延；以哪个声道对应的扬声器为基准可基于实际需要进行设定，不以本实施例为限。或者可以计算得到两两声道对应的扬声器之间的相对时延，再以其中一个扬声器为基准计算各扬声器的相对时延，能得到各扬声器的相对时延即可，不以本实施例为限。作为另一示例，也可以基于多声道信号，依次在各扬声器播放固定频率的正弦波信号，再基于各扬声器对应的正弦波信号同一位置的比较确定各扬声器的相对延迟，具体步骤在此不一一赘述。

需要说明的是，在本实施例中，各声道播放的正弦波信号具有相同周期和相同频率，以确保比对同一位置的准确性。在本实施例中，以正弦波信号的波峰作为同一位置进行相对时延的比较，在实际使用中，所述正弦波信号的同一位置包括波峰、波谷或其他预设幅度对应的位置(例如信号波形中幅度逐渐增大的一侧中幅度为0.1V对应的位置)，在此不一一赘述。

S4：然后基于所述测试音频文件及所述录音音频文件拟合出相应扬声器的传递函数。

具体地，先假定所述测试音频文件的电信号为x(0)，x(1)…x(n)的序列，所述录音音频文件的电信号为y(0)，y(1)…y(n)的序列，它们之间的关系式可以表示为：

其中，

即为对应扬声器的传递函数H(z)，扬声器的传递函数H(z)满足如下关系式：

具体地，所述传递函数H(z)采用冲击函数法、自适应滤波器逼近法、维纳滤波法或matlab计算法获取。

作为示例，采用冲击函数法获取所述传递函数H(z)的具体方法包括：播放一个冲击函数并同时录音即得到所述传递函数H(z)。

作为示例，采用自适应滤波器逼近法获取所述传递函数H(z)的具体方法包括：播放一个白噪声并同时录音，将播放声音信号记为x(n)，录音信号记为d(n)，依据x(n)及d(n)用LMS、NLMS或RLS算法进行逼近得到逼近信号y(n)，使得y(n)-d(n)的方差最小，得到的FIR的最后一组参数即为所述传递函数H(z)。

作为示例，采用matlab计算法获取所述的具体方法包括：使用ARX建模，然后用递归的线性二次型方式收敛，即可得到所述传递函数H(z)，即使用matlab的tfest进行建模和递归得到所述传递函数H(z)。

需要说明的是，任意可得到所述传递函数H(z)的均适用于本发明，不以本实施例列举的几种示例为限。

S5：基于各扬声器的相对延迟调节各扬声器的输出时延以使得各扬声器相对于所述预设位置同步发声。

具体地，根据各扬声器的相对延迟，以其中一个扬声器为基准，调整其它扬声器的输出时延，使得各扬声器播放的声音同时到达所述预设位置，进而实现同步发声。在本实施例中，以最小时延为基准，对各个扬声器的输出时延做调整，以使得各扬声器到达黄金位置的时延一致。

S6：基于各扬声器的传递函数修正各扬声器的频率响应以还原得到真实声音。

具体地，为了高保真的还原原声，必须得到平直的传递函数H(z)*H1(z)＝1，其中，H(z)为拟合的扬声器传递函数；H1(z)为修正函数。所述修正函数H1(z)为传递函数H(z)的倒数，即满足

这样是最好的。但是由于***稳定性的需要，必须保证所述修正函数H1(z)的极点在单位圆内，在本实施例中，采用最小相位法以确保所述修正函数的极点在单位圆内。假设(z²+a1*z+a2)的极点在单位圆外，则采用最小相位法处理，得到(a2*z²+a1*z+1)即可；其余零之外的极点采用同样的办法进行处理。

这样拟合出来的频响曲线在高频和低频上有个极大地放大倍数，作为本发明的一种实现方式，进一步可以去除不要处理的声音频点。不要处理的声音频点可以设置一固定值，或者设定一个门限值，找出不能处理部分的频谱。如图2所示，当频率大于fc2或小于fc1时，播放的增益小于门限，说明这部分频率扬声器播放不出来，修了也是白修，反而容易破音，浪费能量，因此对这些频率的声音可不进行处理。如图3所示，以设定的频点设计旁路的高通滤波器H_hp(z)和低通滤波器H_lp(z)，使得H’(z)＝H(z)+H_lp(z)+H_hp(z)，去除不必要的高低频分量。再采用滤波后的所述传递函数H’(z)替代对应的传递函数H(z)，满足H'(z)*H1'(z)＝1，由此得到去除了高低频分量的修正函数H1'(z)。基于去除了高低频分量的修正函数H1'(z)修正各扬声器的频率响应，使得各扬声器的频响尽可能的平直，还原最真实的声音。

需要说明的是，各步骤的顺序不限于本实施例的列举，在实际使用中执行完S1及S2后可依次执行S3、S5、S4及S6，或者可依次执行S4、S6、S3及S5，或者可依次执行S4、S3、S5及S6，在此不一一赘述，任意符合逻辑的顺序均适用于本发明。

本发明的车载音响的校正增强方法能在预设位置得到最佳的听感，并通过修正频率响应还原得到最真实的声音，客户体验度大大提升。

实施例二

如图4所示，本实施例提供一种车载音响的校正增强***，所述车载音响的校正增强***包括：音频处理模块1，至少两个扬声器及录音设备。

如图4所示，在本实施例中，扬声器的数量设置为6个，分别为第一扬声器21、第二扬声器22、第三扬声器23、第四扬声器24、第五扬声器25及第六扬声器26，在实际使用中可根据需要设定扬声器的数量，不以本实施例为限。各扬声器位于不同(包括部分不同或完全不同)的声道，连接所述音频处理模块1，用于播放所述音频处理模块1输出的音频信号。

如图4所示，所述录音设备(图中未显示)连接所述音频处理模块1，对各扬声器播放的声音进行录音得到录音音频文件，并传输给所述音频处理模块1。

具体地，任意具有录音功能的器件均适用于本发明的录音设备，在此不一一赘述。

如图4所示，所述音频处理模块1接收测试音频文件并连接所述录音设备，用于执行实施例一的车载音响的校正增强方法。

具体地，如图5所示，在本实施例中，所述音频处理模块1包括与各扬声器一一对应的时延调整单元11、修正单元12及信号处理单元13。所述信号处理单元13连接各时延调整单元11及修正单元12，所述信号处理单元3完成各扬声器的相对延迟及各扬声器的传递函数的计算，并输出控制参数以控制各时延调整单元11及修正单元12完成输出时延控制及频率响应的修正。各时延调整单元11(分别记为第一、第二、第三、第四、第五及第六时延调整单元)连接对应声道，用于调整各扬声器的输出时延，在本实施例中，所述测试音频文件为立体声信号(包括数字信号或者模拟信号)，包括左声道及右声道，且左右声道分别连接三个时延调整单元11，基于所述信号处理单元3输出的延时控制信号调整各扬声器的输出时延。各修正单元12(分别记为第一、第二、第三、第四、第五及第六修正单元)分别连接于对应时延调整单元11及扬声器之间，基于所述信号处理单元13输出的修正参数对各扬声器的频率响应进行修正。

作为本发明的另一种实现方式，所述信号处理单元13还包括滤波电路，如图3所示，所述滤波电路包括高通滤波器H_hp(z)、低通滤波器H_lp(z)及直通滤波器H(z)；所述高通滤波器H_hp(z)、所述低通滤波器H_lp(z)及所述直通滤波器H(z)并联，以去除不要修正的声音频点，具体原理参见实施例一，在此不一一赘述。

作为示例，所述音频处理模块1采用车载的CPU或者DSP实现。

综上所述，本发明提供一种车载音响的校正增强方法及***，通过至少两个扬声器播放测试音频文件，并在预设位置对播放的声音进行录音，得到录音音频文件；对所述录音音频文件进行信号处理，得到所述预设位置处各扬声器的相对延迟及各扬声器的传递函数；基于各扬声器的相对延迟调节各扬声器的输出时延以使得各扬声器相对于所述预设位置同步发声，并基于各扬声器的传递函数修正各扬声器的频率响应以还原得到真实声音。本发明的车载音响的校正增强方法及***修正汽车音响***的各个扬声器的时延，让指定位置听到各扬声器都是同时发音的；在扬声器的极限范围内修正频率响应，使扬声器的频响尽可能的平直，还原最真实的声音。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种车载音响的校正增强方法，其特征在于，所述车载音响***的校正与增强方法至少包括：

通过至少两个扬声器播放测试音频文件，并在预设位置对播放的声音进行录音，得到录音音频文件；

对所述录音音频文件进行信号处理，得到所述预设位置处各扬声器的相对延迟及各扬声器的传递函数；

基于各扬声器的相对延迟调节各扬声器的输出时延以使得各扬声器相对于所述预设位置同步发声，并基于各扬声器的传递函数修正各扬声器的频率响应以还原得到真实声音。

2.根据权利要求1所述的车载音响的校正增强方法，其特征在于：所述测试音频文件包括立体声或多声道的声音信号，且所述测试音频文件中同一时刻仅一个声道发声。

3.根据权利要求2所述的车载音响的校正增强方法，其特征在于：获取各扬声器的相对延迟的步骤包括：不同声道对应的扬声器分别依次播放相同周期、相同频率的正弦波信号，将不同声道对应的扬声器在所述预设位置的录音音频文件中正弦波信号的同一位置进行比较进而确定各扬声器的相对延迟；所述正弦波信号的同一位置包括波峰、波谷或预设幅度对应的位置。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的车载音响的校正增强方法，其特征在于：所述测试音频文件为全频段音频文件。

5.根据权利要求4所述的车载音响的校正增强方法，其特征在于：所述全频段音频文件包括白噪声。

6.根据权利要求1所述的车载音响的校正增强方法，其特征在于：修正各扬声器的频率响应的步骤包括：求解修正函数H1(z)，通过所述修正函数H1(z)拉平各扬声器的频率响应，满足如下关系式：

H(z)*H1(z)＝1，

其中，H(z)为拟合的扬声器传递函数；H1(z)为修正函数，且所述修正函数的极点在单位圆内。

7.根据权利要求6所述的车载音响的校正增强方法，其特征在于：采用最小相位法确保所述修正函数的极点在单位圆内。

8.根据权利要求6所述的车载音响的校正增强方法，其特征在于：修正各扬声器的频率响应的步骤还包括：采用旁路滤波器对所述传递函数的低频及高频进行滤波，将滤波后的所述传递函数H’(z)对应替换滤波前的所述传递函数以去除不要处理的声音频点，进而得到新的修正函数H1'(z)，满足如下关系式：

H’(z)＝H(z)+H_lp(z)+H_hp(z)，

H'(z)*H1'(z)＝1，

其中，H(z)为拟合的传递函数；H_lp(z)为低通滤波后的传递函数；H_hp(z)为高通滤波后的传递函数。

9.一种车载音响的校正增强***，其特征在于，所述车载音响的校正增强***至少包括：

音频处理模块，接收测试音频文件，用于执行如权利要求1～8任意一项所述的车载音响的校正增强方法；

至少两个扬声器，连接所述音频处理模块，用于播放所述音频处理模块输出的音频信号；

及录音设备，连接所述音频处理模块，对各扬声器播放的声音进行录音得到录音音频文件，并传输给所述音频处理模块。

10.根据权利要求9所述的车载音响的校正增强***，其特征在于：所述音频处理模块包括与各扬声器一一对应的时延调整单元、修正单元及信号处理单元；

各时延调整单元连接对应声道，用于调整各扬声器的输出时延；

各修正单元分别连接于对应时延调整单元及扬声器之间，用于修正各扬声器的频率响应；

所述信号处理单元连接各时延调整单元及修正单元，用于控制各时延调整单元及修正单元完成输出时延控制及频率响应的修正。

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