音频基础知识-上｜盖世大学堂智能座舱系列知识讲解

一、汽车音响系统概述

产品设计与用户场景

音响功能与系统框架

汽车音响功能多样，包含沉浸式影音、多模态语音交互、主动式语音服务等。以常见的环绕音配置7.1.4为例，“7”代表左前、中置、左后、右前、右中、右后及中置位置的扬声器，负责不同方位声音的输出；“1”指重低音扬声器，增强低频效果；“4”表示顶棚的四个扬声器，营造环绕音效。不同主机厂的喇叭布局和数量会根据车型定位有所差异，车门上可能配置不同组合的高音、中音和低音喇叭。功放作为音响系统的重要组成部分，经历了从模拟AB类到数字D类的发展，如今的D类功放具有强大的算力，支持多种功能，如环绕音处理、噪音补偿、主动降噪等。

音响选型

汽车音响选型需综合考虑多方面因素，包括产品定位、内部资源、竞品信息、配置需求、场景及功能需求、发展趋势、供应商信息、财务成本等。不同品牌车型的音响选型存在差异，如小鹏P7选用丹拿音响，其高音、中音、低音喇叭分布在不同位置，支持7.1.2声道，采用A2B音频总线；特斯拉model3的高性能版使用马丁洛根音响，普通版则为非品牌音响，二者在功放功率、扬声器数量和音效方面有所不同。

二、声音的特性

音调

声音具有音调、响度和音色三个特性。音调由频率决定，频率越高，音调越高；频率越低，音调越低。不同生物的发音和听觉频率范围不同，人类的发音频率在85-1100Hz，听觉频率范围为20Hz-20KHz。高于20KHz的声音称为超声波，如蝙蝠发出的声音；低于20Hz的声音为次声波，次声波虽人耳听不到，但对人体可能存在一定影响。

响度

响度与物体振动的振幅相关，振幅越大，声音的响度越大；振幅越小，响度越小。声音以机械波的形式传播，在三维空间中向四周扩散，在某一采集点采集到的声波图像呈现二维形式。在实际场景中，用力击鼓比轻轻击鼓产生的声音更大，就是因为用力击鼓时振幅更大。

音色

音色取决于发声体的材料和结构。即使音调和响度相同，不同发声体发出的声音也能被区分，这就是音色的作用。不同发声体产生的声波形状不同，自然界中大部分声音由基波和多种谐波构成，谐波的数量和强弱差异形成了不同的音色。例如，男生和女生发音器官构造不同，导致发出声音的音色不同。

三、智能设备中的音频处理

音频处理流程

在智能设备中，音频处理包括采集、传输、存储和播放四个环节。在计算机系统中，音频处理需将自然界的模拟信号转换为数字信号，这一过程借助PCM技术实现。麦克风内置模数转换器(ADC)，可将模拟音频信号转换为数字信号并存储在计算机系统中。播放时，数字信号经播放器处理后，通过数模转换器(DAC)转换为模拟信号，再由喇叭播放出来。虽然播放出的声音与原始声音存在一定差异，但能大致还原原声。

音频采集技术细节

在对模拟音频信号采样时，若遇到像正弦波这样的信号，由于其幅度有正有负，而PCM数据通常无负值，因此在硬件上会进行偏置补偿，将信号的幅度整体上移，使其变为正值。之后，根据采样深度进行量化，将信号值映射到相应的数字范围，最后进行编码，将量化后的数值转换为二进制形式，以便在计算机中存储和传输。