一种用于车内分区域控制的音频系统及控制方法技术方案

本发明专利技术提出的一种用于车内分区域控制的音频系统及控制方法，属于用于空间声场控制的音频系统与控制方法领域。本发明专利技术的用于车内分区域控制的音频系统，由输入信号控制单元，功率放大器和扬声器阵列构成；所述输入信号控制单元的输出端通过音频线连接功率放大器的输入端，功率放大器的输出端通过音频线连接扬声器阵列。基于本发明专利技术提出的用于车内分区域控制的音频系统的控制方法，首先测量扬声器阵列分别到汽车前区和后区内控制点的电声传递函数；然后根据乘客需求，定义控制场景，并构建频域内的控制模型；对该模型求解，最终得到扬声器阵列激励信号。本发明专利技术能实现车内前后两排区域声场相互独立、互不干扰，满足乘客的多种声音需求。

Audio system and control method for vehicle interior area control

The invention provides an audio system and a control method used in the vehicle interior area control, which belongs to the field of the audio system and the control method used in the space sound field control. The car audio system for regional control by the control unit of the invention, the input signal, the power amplifier and the loudspeaker array; the input and output signals of the control unit end of the audio cable to connect the input terminal of the power amplifier, the output of the power amplifier through the audio cable to connect the loudspeaker array. Control method for car audio system of sub regional control proposed in the invention is based on the first measurement of loudspeaker array respectively to the car front and rear regions of the inner control points of electroacoustic transfer function; and then according to the needs of passengers, the definition of control scene, and build the control model in frequency domain; to solve the model, finally obtained the loudspeaker array excitation signal. The invention can realize that the sound field of the front and rear two rows of the automobile is independent and mutually free from interference, and can meet the needs of a plurality of passengers.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于用于空间声场控制的音频系统与控制方法
，特别涉及一种能在汽车内部(任意普通汽车)实现分区域控制的音频系统及控制方法。
技术介绍
目前，为享受个人私密的影音环境(如采用手机、笔记本等电子产品的音频系统)时，仍以用户个体佩戴耳机为主，但长时间的耳机佩戴，不仅会引起用户的不适感也会损伤用户听力。直接采用车载或影音系统的扬声器播放又会打扰周围他人。因而实现个人用户区域独立的声音环境，成为重要的需求。汽车产品的普及，导致汽车舱内已成为一个常用的可进行多种类音频信号播放的听音环境。多种声音在车舱内长时间的混杂，会导致车内乘客的烦恼度增强，乘客期望拥有独立私人的声环境的需求也随之强烈。例如部分乘客想聆听动感音乐缓解疲劳的同时，其他乘客想拥有相对安静的乘车环境；或是驾驶员想聆听导航语音的同时，后排乘客想开启车载影音系统；或是车内期望同时播放两种不同的音乐，但互不干扰等等。上述情景的实现，都可以简化成一个目标：在特定区域内产生目标声场，定义该区域为明区；同时降低该区域声场对其他区域的影响，其他区域定义为暗区。目前南安普顿大学提出了一种采用布置于汽车车门处的4个中低频扬声器与布置于座椅头靠位置的8个中高频扬声器组合的播放阵列，用于实现车内前后两排区域声场的独立控制。设置车舱前区为明区时，该播放系统能使得明暗区声能量对比度在20Hz～10kHz频带内都大于11dB，实现前后区的独立控制。但设置车舱后区为明区时，明暗区声能量对比度在1～4KHz频带内小于10dB，不能较好的降低车舱后区声场对前区的影响。梳状扫描电声传递函数测量方法通过扫频方式获得了较高的信噪比，同时通过多通道扬声器阵列分频段同时激励的方式实现了多通道传递函数的同步测量，兼顾了电声传递函数矩阵测量的准确性和效率。原始对偶内点算法融合了对偶原理、拉格朗日乘子法、内点罚函数和牛顿法，具有更好的灵活度，为解决凸优化问题的主要算法之一。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对已有扬声器阵列结构在设置车舱后区为明区时某些频带内不能很好的实现分区域控制的不足，提供一种用于车内分区域控制的音频系统及控制方法。本专利技术能实现车内前后两排区域声场相互独立、互不干扰，满足乘客的多种声音需求。本专利技术提出的一种用于车内分区域控制的音频系统，其特征在于，该系统由输入信号控制单元，功率放大器和扬声器阵列构成；所述输入信号控制单元的输出端通过音频线连接功率放大器的输入端，功率放大器的输出端通过音频线连接扬声器阵列。一种基于本专利技术提出的用于车内分区域控制的音频系统的控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)采用梳妆扫描电声传递函数测量方法，测量扬声器阵列分别到汽车前区和后区内控制点的电声传递函数ZF(f)和ZR(f)，如式(1)和式(2)所示；式中，ZF(f)为扬声器阵列到前区内M个控制点的电声传递函数矩阵；ZR(f)为扬声器阵列到后区内N个控制点的电声传递函数矩阵；L为扬声器个数；hFml(f)表示第l个扬声器到前区第m个控制点的电声传递函数，l＝1,2，...L，m＝1,2，...M，计算式如式(3)所示： h F m l ( f ) = Y m l ( f ) X l ( f ) - - - ( 3 ) ]]>hRnl(f)表示第l个扬声器到后区第n个控制点的电声传递函数，n＝1,2，...N，计算式如式(4)所示： h R n l ( f ) = Y n l ( f ) X l ( f ) - - - ( 4 ) ]]>式(3)和式(4)中，Xl(f)为第l个扬声器的输入电信号；Yml(f)为基于第l个扬声器发声，采集得到的前区第m个控制点的声信号；Ynl(f)为基于第l个扬声器发声，采集得到的后区第n个控制点的声信号；f表示在频域内；2)根据乘客需求，定义控制场景；控制场景为设置前区为明区、后区为暗区，即ZB(f)＝ZF(f)，ZD(f)＝ZR(f)；或者后区为明区、前区为暗区，即ZB(f)＝ZF(f)，ZD(f)＝ZR(f))；ZB(f)，ZD(f)分别表示频域内明区和暗区的电声传递函数矩阵；定义控制场景后，构建频域内的控制模型，如式(5)所示： min q | | p D ( f ) | | 2 2 s . t . | | p B ( f ) - p 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于车内分区域控制的音频系统，其特征在于，该系统由输入信号控制单元，功率放大器和扬声器阵列构成；所述输入信号控制单元的输出端通过音频线连接功率放大器的输入端，功率放大器的输出端通过音频线连接扬声器阵列。

【技术特征摘要】
1.一种用于车内分区域控制的音频系统，其特征在于，该系统由输入信号控制单元，功率放大器和扬声器阵列构成；所述输入信号控制单元的输出端通过音频线连接功率放大器的输入端，功率放大器的输出端通过音频线连接扬声器阵列。2.如权利要求1所述的音频系统，其特征在于，所述输入信号控制单元由安装在一控制器主板上的一个多通道声卡和一个多通道DA数模转换器构成；所述多通道声卡的输入端与控制器主板PCI插槽连接，其输出端通过光纤与多通道DA数模转换器的输入端连接，所述多通道DA数模转换器的输出端通过音频线与功率放大器连接。3.如权利要求1所述的音频系统，其特征在于，所述扬声器阵列由4个中低频扬声器和8个中高频扬声器组成；所述4个中低频扬声器布置在汽车车门标配的4个车载扬声器位置处；所述8个中高频扬声器安装在车顶上，其中4个中高频扬声器置于汽车前区与后区的中间处，剩余4个中高频扬声器置于前后四个乘客位置的头顶上方。4.一种基于如权利要求1所述用于车内分区域控制的音频系统的控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)采用梳状扫描电声传递函数测量方法，测量扬声器阵列分别到汽车前区和后区内控制点的电声传递函数ZF(f)和ZR(f)，如式(1)和式(2)所示；式中，ZF(f)为扬声器阵列到前区内M个控制点的电声传递函数矩阵；ZR(f)为扬声器阵列到后区内N个控制点的电声传递函数矩阵；L为扬声器个数；hFml(f)表示第l个扬声器到前区第m个控制点的电声传递函数，l＝1,2，...L，m＝1,2，...M，计算式如式(3)所示： h F m l ( f ) = Y m l ( f ) X l ( f ) - - - ( 3 ) ]]>hRnl(f)表示第l个扬声器到后区第n个控制点的电声传递函数，n＝1,2，...N，计算式如式(4)所示： h R n l ( f ) = Y n l ( f ) X l ( f ) - - - ( 4 ) ]]>式(3)和式(4)中，Xl(f)为第l个扬声器的输入电信号；Yml(f)为基于第l个扬声器发声，采集得到的前区第m个控制点的声信号；Ynl(f)为基于第l个扬声器发声，采集得到的后区第n个控制点的声信号；f表示在频域内；2)根据乘客需求，定义控制场景；控制场景为设置前区为明区、后区为暗区，即ZB(f)＝ZF(f)...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑四发，廖祥凝，王宇，彭博，连小珉，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11