车载多媒体的音响匹配方法和音响匹配系统

摘要

本发明提出一种车载多媒体的音响匹配方法以及音响匹配系统，该方法包括：接收多个车载音源输入信号；对多个车载音源输入信号进行滤波以将其电压调整至预设值；将滤波之后的多个车载音源输入信号输入至音频处理芯片；计算多个扬声器在额定功率下的额定电压，并根据多个扬声器的在额定功率下的额定电压计算功率放大器各个通道的输入电压；根据功率放大器的各个通道的输入电压和预设值计算音频处理芯片中各个通道的增益；以及任意选取音频处理芯片中的某个通道的增益作为音频处理系统增益，并计算音频处理芯片中各个通道的增益和音频处理芯片系统增益之间的差值以得到音频处理芯片中各个通道的单独增益。该方法可以提高车载多媒体系统的音质效果。

说明书

技术领域

本发明涉及音频处理领域，具体涉及一种车载多媒体的音响匹配方法和音响匹配系统。

背景技术

车载多媒体系统一般包括音源1’、滤波电路2’、音频处理芯片DSP 3’、功率放大器 AMP 4’、扬声器5’等部件，如图1所示，其中任何环节的信号失真都会直接影响多媒体 音响的品质。传统的车载多媒体的音响匹配方法通常采用如下技术：选取某一音源作为标 准，对此音源匹配滤波电路，输出电压U₀；调整音频处理芯片的增益，在音频处理芯片的 输出端输出合适的电压值U_1n，作为某一高音部分的音量；通过调整音频处理芯片的增益， 对U₀值施加增量ΔU，以确定其它音量对应在音频处理芯片处的输出值，从而确定各音量 在音频处理芯片处的增益，实现主音量的匹配；选择功率放大器的放大倍数，使功率小的 扬声器工作在额定功率。

由于传统的车载音响匹配方法中的滤波电路只是根据某一音源匹配，在输入其他音源 时，同一音量可能有不同的响度，因此用户在切换音源时需要手动调整音量，这将给用户 在行驶过程带来不便和增加驾驶危险性。并且传统的车载音响匹配方法只对某一种扬声器 进行匹配，在声音重放时可能导致其他种类的扬声器无法良好工作，从而影响整个音响系 统的播放效果。另外，由于设计人员调试音量匹配的过程，需要进行多次的测试和调整， 导致效率低下。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是提供一种车载多媒体系统的 音响匹配方法和音响匹配系统，使其相对于传统的音响匹配系统更能够贴合人耳听觉特性。

为达到上述目的，本发明一方面提出一种车载多媒体的音响匹配方法，包括以下步 骤：接收多个车载音源输入信号；对所述多个车载音源输入信号进行滤波以将所述多个车 载音源输入信号的电压调整至预设值U_in，通过确定所述预设值U_in以确定滤波电路，实现 音频输入级的匹配；将滤波之后的所述多个车载音源输入信号输入至音频处理芯片；计算 多个扬声器在额定功率下的额定电压U_m，并根据所述多个扬声器的在额定功率下的额定电 压U_m计算功率放大器各个通道的输入电压V_m，其中，所述功率放大器中每个通道与一个 扬声器对应，m为扬声器编号，通过确定所述功率放大器各个通道的输入电压V_m，实现音 频输出级的匹配；根据所述功率放大器的各个通道的输入电压V_m和所述预设值U_in计算所 述音频处理芯片中各个通道的增益g(m)，其中，所述音频处理芯片中每个通道与所述功 率放大器中的一个通道对应；以及任意选取音频处理芯片中的第x个通道的增益g(x)作为 第n级音量下的音频处理芯片系统增益G_n，并计算所述音频处理芯片中各个通道的增益g (m)和音频处理芯片系统增益G_n之间的差值以得到所述音频处理芯片中各个通道的单独 增益g_m，其中x为正整数且1≤x≤m，n为正整数，将所述各个通道的单独增益g_m设置在 所述音频处理芯片内部，并确定音频处理芯片的系统增益，实现音频处理级的匹配。

根据本发明实施例的车载多媒体的音响匹配方法，为了将多个车载音源输入信号的电 压调整至预设值U_in值，需要对各个音源输入信号的滤波电路进行调整，预设值U_in确定后， 该滤波电路也随之确定，从而实现音频输入级的匹配；为了计算出功率放大器中各通道输 入电压值V_m，需要合理确定功放中各通道的放大倍数，将该放大倍数设置在功率放大器中， 从而实现音频输出级的匹配；将计算出的各个通道的单独增益g_m设置在音频处理芯片内 部，并确定音量控制时音频处理芯片的系统增益，从而实现音频处理级的匹配。

本发明另一方面提出一种车载多媒体的音响匹配系统，包括：滤波电路，所述滤波电 路包括多个滤波器，每个滤波器与一个车载音源输入信号对应，所述滤波电路用于对所述 多个车载音源输入信号进行滤波以将所述多个车载音源输入信号的电压调整至预设值；音 频处理芯片，所述音频处理芯片与所述滤波电路相连，用于从所述多个车载音源输入信号 中选择一个进行处理，并根据音量档位对所述选择的车载音源输入信号进行放大，以及对 放大后的车载音源输入信号进行分频以对分频后的车载音源输入信号进行多路输出；功率 放大器，所述功率放大器接收所述音频处理芯片多路输出信号，并对所述多路输出信号进 行放大以生成多路放大信号；以及多个扬声器，所述多个扬声器分别接收对应的所述多路 放大信号并播放。

根据本发明实施例的车载多媒体的音响匹配方法及音响匹配系统，综合考虑扬声器、 功率放大器、音频处理芯片、滤波电路各环节的参数设置，对各路音源输入信号的电压进 行充分匹配，并且通过从扬声器进行反向推导，合理地设置系统增益以及各扬声器通道的 单独增益，减小音源信号在音响匹配系统各环节的失真，使车载多媒体的音量设置更能满 足人耳的听觉特性，从而提高车载多媒体系统的音质效果。另外，本发明实施例匹配每个 音源分别设置滤波电路，以将进入音频处理芯片的电压信号调制为相等的预设值，从而进 一步提高音响匹配效率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明 显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和 容易理解，其中：

图1为传统的车载多媒体音响匹配系统的示意图；

图2为本发明实施例的车载多媒体音响匹配方法的流程图；

图3为本发明实施例的车载多媒体音响匹配系统的示意图；

图4为本发明实施例的车载多媒体音响匹配系统的音源示意图

图5为本发明实施例的车载多媒体音响匹配系统的滤波电路示意图；

图6为本发明实施例的车载多媒体音响匹配系统的音频处理芯片示意图；

图7为本发明实施例的车载多媒体音响匹配系统的功率放大器示意图；

图8为本发明实施例的车载多媒体音响匹配系统的扬声器示意图；

图9为本发明实施例的车载多媒体音响匹配方法的LabVIEW软件操作流程图；

图10为本发明实施例的车载多媒体音响匹配方法的LabVIEW用户输入数据示意图；

图11为本发明实施例的车载多媒体音响匹配方法的LabVIEW用户输出数据示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同 或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描 述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明实施例一方面提供一种车载多媒体的音响匹配方法，图2为本发明实施例的车 载多媒体的音响匹配方法的流程图，参考图2，该音响匹配方法包括以下步骤：

步骤S101，接收多个车载音源输入信号。车载音源输入信号可以是现有的以及将来可 能出现的任何音源信号，例如，可以包括但不限于CD/DVD信号、广播(FM/AM)信号、 USB接口信号、辅助输入接口AUX信号等信号中的多种。为了避免各路音源信号经过音 频芯片处理后播放的声音响度对于人耳的听觉感应差别过大，要求各路音源在标准节目输 入下，到达音频处理芯片的输入电压值相等。本发明实施例以1KHz、0dB正弦信号为标准 测试信号，规定各路音源的标准节目如表1所示。

表1不同类型音源的标准节目

  音源   节目   备注   CD/DVD   1kHz，0dB正弦信号   具有该节目的碟片   RADIO(FM/AM)   98.1MHz频偏90％   作用相当于标准信号   USB   1kHz，0dB正弦信号   具有该节目的U盘   AUX   1kHz，0dB正弦信号   信号发生器   ......   ......   ......

步骤S102，对多个车载音源输入信号进行滤波以将多个车载音源输入信号的电压调整 至预设值U_in，通过确定所述预设值U_in以确定滤波电路，实现音频输入级的匹配。具体地， 遵循确保各路音源在播放各自的标准节目时，输入到音频处理芯片管脚处的电压相等的原 则，匹配各路输入音源滤波电路，从而保证各个车载音源输入信号经过各自的滤波电路滤 波后，到达音频处理芯片的输入管脚的电压被调整为相等的预设值U_in。换言之，为了将多 个车载音源输入信号的电压调整至预设值U_in值，需要对各个音源输入信号的滤波电路进行 调整，预设值U_in确定后，该滤波电路也随之确定，从而实现音频输入级的匹配。在本发明 实施例中，预设值U_in可以为音频处理芯片的输入管脚所允许的最大电压，具体数值可以参 考所选用的音频处理芯片的电学特性。滤波电路的组成会根据所选用的音频处理芯片不同 而变化，用户可以计算所选用的滤波器的容值、阻值。

步骤S103，将滤波之后的多个车载音源输入信号输入至音频处理芯片DSP。此时输入 的滤波之后的多个车载音源输入信号具有相同的电压U_in。

步骤S104，计算多个扬声器在额定功率下的额定电压U_m，并根据多个扬声器的在额 定功率下的额定电压U_m计算功率放大器各个通道的输入电压V_m，其中，功率放大器中每 个通道与一个扬声器对应，m为扬声器编号，也就是与之对应的功率放大器的通道的编号， m＝1、2、3......，通过确定所述功率放大器各个通道的输入电压V_m，实现音频输出级的匹 配。

本实施例通过设置不同频率特性的多个扬声器的组合，尽可能完成整个听阈频率范围 内的声音还原。在本发明实施例中，多个扬声器的额定电压U_m可以根据使用者设定的扬声 器的额定功率P_m和额定阻抗R_m计算得出，例如根据公式U_m＝(P_m*R_m)^1/2计算多个扬声器的 额定电压U_m。

在本发明实施例中，功率放大器各个通道的输入电压V_m根据各个通道所选用的放大倍 数和多个扬声器的额定电压U_m计算得到。换言之，为了计算出功率放大器中各通道输入电 压值V_m，需要合理确定功放中各通道的放大倍数，将该放大倍数M_m设置在功率放大器中， 从而实现音频输出级的匹配。在本实施例中，将功率放大器的各通道选定的放大倍数记为 M_m，具体数值可以参考功率放大器芯片的技术参数，根据本领域公知的现有技术，功率放 大器的放大倍数可以为12dB、20dB、26dB、32dB、34dB等，对应电压放大倍数可以4倍、 10倍、20倍、40倍、50倍。由此，可以根据各个扬声器的额定工作电压U₁、U₂...U_m以 及功率放大器中各个通道选用的放大倍数M₁、M₂...M_m，运用V_m＝U_m/M_m来计算功率放大 器各个通道的输入电压V₁、V₂...V_m。值得注意的是，计算得出的V_m还需要与音频处理芯 片管脚允许的最大输出电压值U_out进行比较，若V_m大于U_out，则需要增大该通道的功率放 大倍数M_m，重新比较直到V_m小于U_out。

步骤S105，根据功率放大器的各个通道的输入电压V_m和预设值U_in计算音频处理芯片 中各个通道的增益g(m)，其中，音频处理芯片中每个通道与功率放大器中的一个通道对 应。在本发明实施例中，根据步骤S104中计算得到的音频处理芯片中各个通道的输入电压 V_m和步骤S102中的预设值U_in，可以通过公式g(m)＝20*log(V_m/U_in)-A来确定各个通道的 增益g(m)。其中A为音频处理芯片自身的增益，即音频处理芯片自身对信号的放大倍数。 该增益A根据芯片生产工艺不同会有变化，具体值可以通过将电压为U_Ain的某一频率正弦 信号输入音频芯片管脚，在芯片输出管脚处检测输出电压U_Aout，根据公式A＝20*logU_Aou/U_Ain计算A值。

步骤S106，任意选取音频处理芯片中的第x个通道的增益g(x)作为第n级音量下的音 频处理芯片系统增益G_n，并计算音频处理芯片中各个通道的增益g(m)和音频处理芯片 系统增益G_n之间的差值以得到音频处理芯片中各个通道的单独增益g_m，其中x、n均为正 整数，且1≤x≤m，n为音频系统的音量等级，将所述各个通道的单独增益g_m设置在所述 1/2 音频处理芯片内部，并确定音频处理芯片的系统增益，从而实现音频处理级的匹配。例如， 选取第一个通道作为系统参考通道，则系统增益值G_n＝g(1)，第一通道的单独增益值 g₁＝g(1)-G_n＝0，第二通道的单独增益值为g₂＝g(2)-G_n＝g(2)-g(1)，...第m通道的单独增益值 为g_m＝g(m)-G_n＝g(m)-g(1)。通过步骤S106可将各个通道的增益g(m)分成系统增益G_n和单 独增益g_m两个部分，其中系统增益G_n反映出系统整体音量的级别，可以理解为通过调节 系统增益G_n的大小来调节车载多媒体的音响整体音量大小；单独增益g_m反映出各个通道 的音量增益的差别，可以理解为通过调节单独增益g_m的大小来调节各个扬声器的音量大 小。

n级音量下的音频处理系统增益G_n为扬声器工作在额定功率下的系统增益值，在本发 明一个优选的实施例中，可以以多媒体系统音量范围的中高档位音量确定音量级别n。为 了保证音频处理系统具有足够的声压级动态范围，选择n级音量在中高档位，这样使得从 0～n音量变化范围内，扬声器工作在额定功率范围内，满足用户正常使用；从n级音量到 最大音量档位，预留出扬声器可以承受的最大功率范围，用来补充用户需求更大声压级的 情况，此时扬声器工作在额定功率与最大功率(例如1.5～2倍额定功率)之间，使得声压 级得到了提升，同时扬声器工作在可以承受的功率范围内。优选地，音量级别n选择大于 系统音量最高档位值的75％处任意一个音量档位。例如某系统定义音量范围为0～39共有 40档位，其档位值的75％为30音量，因此可以选择音量30以上的任一音量档位。

在本发明实施例中，在得到第n级音量下的音频处理芯片系统增益G_n之后，进一步包 括：根据第n级音量下的音频处理系统增益G_n，计算其他各级音量下的音频处理系统增益。 其中，最大音量对应的音频处理系统增益G_max的确定，以步骤S106中选取的系统参考通 道对应的扬声器(即第x个扬声器)工作在最大功率时的电压来计算，其方法可以参考步骤 S105，通常扬声器的最大功率可以设定为额定功率的1.5～2倍；0音量对应的音频处理系统 增益的确定，以静音或-100dB作为系统处于0音量时音频处理芯片的响应；1音量对应的 音频处理系统增益的确定，该值确定原则是人耳刚刚能听到声音时的增益，可以由用户自 行确定。选择小于系统音量总档位值的25％处任意一个音量档位值，例如某系统定义音量 范围为0～39共有40档位，其档位值的25％为8音量，因此选择音量8以下的任一音量值 Vol，其对应音频芯片的增益G_n-vol可以由用户自行输入。将1音量对应增益与G_n之间的跨 度增益均匀分配到1档位与上述扬声器额定工作状态下对应的音量档位之间，同理将最大 音量对应增益与G_n之间的跨度增益均匀分配到扬声器额定工作状态下与最大音量对应的 音量档位之间。

传统的音响匹配方法采用软件调整不同输入音源的大小差异，即针对每一种音源需要 进行m次通道增益匹配(m为系统扬声器的数量)，从而对Y种音源就要进行m*Y次匹配。 而根据本发明实施例的车载多媒体的音响匹配方法，通过使用前级滤波电路进行匹配，只 需要进行m次通道增益匹配即可，因为在输入音频处理芯片之前，各路音源已经通过各自 的滤波电路匹配过，从而使进入音频处理芯片的音量大小一致，从而大大提高音响匹配效 率。

本发明实施例另一方面提供一种基于上述车载多媒体音响匹配方法的车载多媒体音响 匹配系统，图3为根据本发明实施例的车载多媒体音响匹配系统的示意图，图4-8分别为 该车载多媒体音响匹配系统的音源、滤波电路、音频处理芯片、功率放大器以及扬声器的 示意图。参考图3，该车载多媒体音响匹配系统包括：滤波电路1，音频处理芯片2，功率 放大器3以及扬声器4。

其中，滤波电路1包括多个滤波器，每个滤波器与一个车载音源输入信号对应，用于 对多个车载音源输入信号进行滤波，以将多个车载音源输入信号的电压均调整至预设值 U_in。多个车载音源输入信号包括但不限于CD/DVD信号、广播信号(FM/AM)、USB接口 信号、辅助输入接口AUX信号等信号中的多种，如图4所示。本发明实施例以四个滤波器 11、12、13、14作为示例，如图5所示。

音频处理芯片2与滤波电路1相连，用于从多个车载音源输入信号中选择一个音源进 行处理，并根据音量档位对选择的车载音源输入信号进行放大，以及对放大后的车载音源 输入信号进行分频以对分频后的车载音源输入信号进行多路输出。在本发明实施例中，音 频处理芯片2可以包括多个接收端21、多路选择器(multiplexer，MUX)22、增益调整模 块23、分频器24和多个放大模块25，如图6所示。

其中多个接收端21与多个滤波器分别相连，用以接收多个经过滤波处理后的音源。在 本实施中，四个接收端211、212、213、214分别与四个滤波器11、12、13、14相连。

多路选择器22与多个接收端21相连，用以从多个经过滤波处理后的音源中选择其中 一个，并输入到增益调整模块23中。

增益调整模块23与多路选择器22相连，用以对输入的音频信号进行系统增益调整， 当音量档位为n时，音频信号的系统增益值为G_n，G_n值的计算及选定可以参考本发明实施 例第一方面的相关内容。

分频器24与增益调整模块23相连，用以将不同频率的信号分为多个频段。一般来说， 多个频段的数目应与多个扬声器的数目相等。例如，一套车载音响中包括四个扬声器，由 此，分频器将信号分成四个频段，将四个频段的信号送入四个通道中进行不同程度增益的 处理，可以使最终从扬声器中播放出的声音最接近人耳听力范围。

放大模块25的数目与分频器24分出的频段数目相等，即与扬声器总数相等。在本实 施中，四个放大模块251、252、253、254分别与分频器24相连，其中每个放大模块与分 频器24分出的一个频段的信号相对应，用以对不同频段的信号进行单独增益并输出。第m 个放大模块对信号放大的增益值为g_m，g_m值的计算及选定可以参考本发明实施例第一方面 的相关内容。

功率放大器3包括多个通道，用于接收音频处理芯片2的多路输出信号，并对多路输 出信号进行放大以生成多路放大信号，功率放大器中的多个通道与音频处理芯片的输出信 号一一对应。在音频技术领域，通常利用功率放大器将低电平信号放大为高电平信号，以 便获得大的输出功率以高电压推动大功率扬声器，从而扩大系统的动态范围，使音乐更完 美的重放出来。在本实施中，功率放大器3包括四个通道31、32、33、34，如图7所示。 其中，各个通道的输入电压V_m，放大倍数M_m和扬声器的额定工作电压U_m满足一定关系， 具体内容同样可以参考本发明实施例第一方面的相关内容。

多个扬声器4分别接收对应的多路放大信号并从多个扬声器中播放出。扬声器重放可 分为单通道全频重放或多通道分频重放，本发明实施例采用后者，即将分频后的信号分别 输入具有对应频率特性的扬声器中，从而尽可能完成整个听阈频率范围内的电声还原。本 发明实施例将扬声器的额定工作电压U_m作为与之对应的功能放大器的通道的额定输出电 压，U_m与扬声器的额定功率P_m和额定阻抗R_m满足一定关系，具体内容同样可以参考本发 明实施例第一方面的相关内容。在本实施中，扬声器4包括四个扬声器41、42、43、44， 如图8所示。

根据本发明实施例的车载多媒体的音响匹配方法，采用从设置在音响匹配系统流程后 段的扬声器逐步逆向向前推进的方式，即先确定扬声器的参数，然后计算功率放大器的额 定功率。在本发明实施例中，利用音频处理芯片系统增益设置音量，根据扬声器不同频率 特性将信号分为几个频段并把它们分配到具有对应频率特性的扬声器的通道，从而在保持 大的低频信号输出的同时，保护高频扬声器单元不受大功率低频信号的冲击以及按比例把 输入功率分配给各扬声器通道。

根据本发明实施例的车载多媒体的音响匹配方法及音响匹配系统，综合考虑扬声器、 功率放大器、音频处理芯片、滤波电路各环节的参数设置，对各路音源输入信号的电压进 行充分匹配，并且通过从扬声器进行反向推导，合理地设置系统增益以及各扬声器通道的 单独增益，减小音源信号在音响匹配系统各环节的失真，使车载多媒体的音量设置更能满 足人耳的听觉特性，从而提高车载多媒体系统的音质效果。另外，本发明实施例匹配每个 音源分别设置滤波电路，以将进入音频处理芯片的电压信号调制为相等的预设值，从而进 一步提高音响匹配效率。

本发明实施例再一方面提出一种基于本发明实施例的车载多媒体的音响匹配方法的 LabVIEW操作方法，如图9所示。

首先由用户输入参数。用户对LabVIEW软件输入的参数包括三部分，如图10所示。 第一部分为扬声器、功率放大器参数，具体包括：各扬声器的额定功率P_m(例如P₁、P₂、P₃) 和额定阻抗R_m(例如R₁、R₂、R₃)、各功率放大器的通道的功率放大倍数M_m(例如M₁、M₂、 M₃)；第二部分为音频处理芯片参数，具体包括：芯片输入管脚允许最大电压值U_o(在本 实施例中即为预设值U_in)、芯片输出管脚允许最大电压值U_out、芯片自身的增益A；第三 部分为音量增益参数，具体包括：1音量档位对应音频处理芯片系统增益G₁，以及小于1 音量档一定范围(例如25％)内的某一音量档位值Vol_n与其对应的音频处理芯片系统增 益G_{vol_n}。

然后由LabVIEW软件根据输入的参数进行计算并输出。具体地，选取一个扬声器作为 参考扬声器，计算各个扬声器的额定电压U_m以及据此计算功率放大器各个通道的输入电压 V_m，并比较V_m和U_out的大小，若V_m大于U_out，则需要增大该通道的功率放大倍数M_m， 重新比较直到V_m小于U_out，然后结合U₀、A，计算参考扬声器对应的功率放大器的通道的 增益，然后计算其他扬声器对应的功率放大器的通道的增益g(m)(例如g₁、g₂、g₃)，最后 计算各音量档位对应音频处理芯片系统增益Gn(例如档位1对应增益G₁、档位2对应增 益G₂、档位3对应增益G₃)，如图11所示。在本发明一个优选的实施例中，LabVIEW还 可以输出音响匹配系统音量变化曲线图(即音量档位n与其对应的音频处理芯片系统增益 Gn之间的关系曲线)。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、 或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包 含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定 指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的 一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离 本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发 明的范围由权利要求及其等同物限定。