Master Thesis · Practical Results

纯电汽车的个性化主动声音
设计研究

围绕 AVAS 车外警示音、车内主动声浪、互动音乐驾驶三大方向, 构建从声音设计、中间件集成、引擎交互到心理声学评价的完整实践体系。
研究方向 智能汽车声音设计
核心方法 设计实践 + 主客观评价
实验规模 n = 32 被试
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01

研究概述

Research Overview

纯电时代,汽车失去了内燃机的声音标识——安全警示、驾驶反馈、情感表达三重需求同时浮现。 本研究以「个性化」为核心,系统探索 AVAS、主动声浪、互动音乐三类声音的设计方法, 并通过可交互模拟驾驶平台完成主客观综合验证。

Ⅰ

AVAS 车外警示音

基于声景学、电子合成与动态编曲理论,设计声景融合、科幻电子、音乐氛围三种差异化风格,兼顾安全功能与个性化表达。

Ⅱ

车内主动声浪

突破「模仿燃油机」思路,设计运动、科幻、音乐三种取向的声浪方案,通过分层合成与 RTPC 映射实现动态交互。

Ⅲ

互动音乐驾驶

提出「驾驶行为驱动音乐」交互范式,油门/转速/车速实时控制音乐要素,让驾驶本身成为一种音乐创作。

研究实践框架

🎯

用户调研

需求分析与风格偏好调研
确立三大设计方向

🎨

声音设计

多风格差异化创作
Wwise 中间件集成

🎮

平台搭建

UE5 + G29 模拟驾驶
RTPC 实时参数联动

📊

实验验证

主客观评价实验
n=32 统计分析

02

AVAS 个性化设计

Acoustic Vehicle Alerting System

纯电动车低速行驶时过于安静,对行人构成安全隐患。传统 AVAS 多为单一提示音, 本研究提出三种差异化设计思路——声景融合、科幻电子、音乐氛围, 在满足安全功能的前提下,赋予 AVAS 品牌个性与情感表达能力。

2.1 三种风格 AVAS 试听

基于不同设计理念创作的三套 AVAS 方案,各有独特的审美取向与适用场景。

声景融合 WAV
自然声景采样 · 频谱塑形 · Iris 2
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科幻电子 WAV
波表合成 · 脉冲呼吸 · Serum 2
● 正在播放
音乐氛围 WAV
动态编曲 · 和声递进 · 谢泼德音调
● 正在播放
2.2 AVAS 视频测听(主观评价实验材料)

用于主观评价实验的测听视频:声音与车辆运动画面同步呈现, 验证 AVAS 在真实行驶语境中的感知效果与接受度。

测听视频 01 VIDEO
声画同步 · 实验刺激材料
● 正在播放
测听视频 02 VIDEO
声画同步 · 实验刺激材料
● 正在播放
测听视频 03 VIDEO
声画同步 · 实验刺激材料
● 正在播放
03

车内主动声浪设计

Active Sound Design

电动车加速时缺少燃油车的声浪反馈,影响驾驶乐趣与安全感。 本研究设计三种取向的主动声浪方案——运动、科幻、音乐, 通过 Wwise 分层合成与 RTPC 实时映射,实现随油门/转速动态变化的交互声浪。

3.1 三种风格声浪试听

运动风格还原驾驶激情,科幻风格凸显电动身份,音乐风格突破传统范式。

运动风格 WAV
阶次合成 · 澎湃激昂 · 驾驶激情
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科幻风格 WAV
合成器分层 · 未来科技感 · 电动身份
● 正在播放
音乐风格 WAV
音阶映射 · 旋律性加速 · 艺术表达
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04

互动音乐驾驶系统

Interactive Music Driving

本研究创新性地提出「驾驶行为驱动音乐」的交互范式: 油门深度、发动机转速、车速等驾驶参数实时映射为音乐要素——音量、音高、效果器、编曲结构, 让每一次驾驶都成为独一无二的音乐演奏。

4.1 互动音乐可视化与工程展示

从设计概念到工程实现的完整展示:多感官可视化效果 + Wwise 互动音乐工程逻辑。

多感官可视化 VIDEO
听觉+视觉联动 · TouchDesigner
● 正在播放
Wwise 工程展示 VIDEO
互动音乐逻辑 · RTPC映射
● 正在播放
Python 原型 Demo VIDEO
交互逻辑快速验证 · 原型开发
● 正在播放
实验室成果完整版 VIDEO
模拟驾驶平台 · 互动音乐全流程实测
● 正在播放

音乐参数映射体系

🦶

油门深度

控制音乐能量感
音量 · 失真度 · 滤波截止

⚡

发动机转速

控制音高与节奏
移调 · 琶音器速率 · LFO

🚗

车速 / 模式

控制编曲结构
配器层叠 · 段落切换

05

模拟驾驶实验平台

Driving Simulation Platform

为验证设计方案的有效性,独立搭建可交互模拟驾驶实验平台: 以 Unreal Engine 5 为引擎,集成 Wwise 交互式音频中间件, 通过罗技 G29 方向盘/踏板实现真实驾驶输入, 构建「驾驶输入 → 物理模拟 → 参数映射 → 实时渲染」的完整闭环。

🎮

Unreal Engine 5

基于 City Sample 场景,重调 Chaos 车辆动力学(扭矩曲线、单速变速箱、单踏板制动),仿真纯电驾驶特性。

🔊

Wwise 音频中间件

分层式工程结构,20+ RTPC 参数实时映射,State/Switch 状态切换,动态混音总线。

🕹️

罗技 G29 控制器

方向盘力反馈精细调参,油门/刹车踏板模拟真实驾驶输入,提供沉浸式驾驶体验。

🔌

数据通信链路

UE5 蓝图读取驾驶参数 → Wwise 插件实时传输 → 5.1 声道音响系统输出。

5.1 模拟驾驶互动工程演示

完整平台运行演示:UE5 驾驶场景 + Wwise 实时音频 + 方向盘交互。

UE5 模拟驾驶工程 VIDEO
完整平台 · 驾驶+声音联动演示
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06

主客观评价系统

Subjective & Objective Evaluation

为科学验证设计方案的有效性,构建主客观结合的评价体系。 自主开发 Web 端评价数据采集系统,完成 32 名被试的主观评价实验, 并结合客观声学参数进行综合分析。

32
有效被试人数
9
评价维度(SD量表)
3×3
风格×品类 实验设计
ANOVA
统计分析方法
6.1 评价维度与方法

采用语义差异法(SD法)构建评价量表,涵盖愉悦度、唤醒度、安全感、品牌契合度等 9 个维度。 被试在模拟驾驶平台上体验不同声音方案后,通过 Web 系统完成评价。

评价系统技术架构

📝

主观评价模块

SD 语义差异量表 · 随机化呈现顺序 · 实时数据存储 · 防重复提交校验

📈

客观参数采集

响度 · 尖锐度 · 粗糙度 · 波动度 · 频谱质心 · 音高清晰度

📊

数据可视化

雷达图对比 · 方差分析 · 相关性热力图 · 回归分析可视化

💾

数据导出

CSV/JSON 格式导出 · 兼容 SPSS / Excel 统计分析

07

实践成果总结

Summary of Practical Achievements

本研究从设计实践出发,以实验验证收尾,构建了「设计—实现—验证」的完整闭环, 在以下方面取得了具有实践价值的成果。

01

三套差异化 AVAS 设计方案

提出声景融合、科幻电子、音乐氛围三种 AVAS 设计思路,突破传统 AVAS 单一提示音的局限,为品牌个性化表达提供设计参考。经主观评价验证,三种风格在各维度具有显著差异,可满足不同用户偏好。

02

多风格主动声浪设计方法

建立运动、科幻、音乐三种取向的主动声浪设计方法论,从声源设计、分层合成到 RTPC 参数映射形成完整流程。证明乐音化声浪在愉悦度评价上具有优势,为电动车声浪设计提供新思路。

03

互动音乐驾驶交互范式

创新性地提出「驾驶行为驱动音乐」交互概念,构建了油门—转速—车速与音乐要素的映射体系。原型验证表明,该模式能显著提升驾驶趣味性与沉浸感,为车载音乐体验开辟新方向。

04

可交互模拟驾驶实验平台

独立完成 UE5 + Wwise + G29 模拟驾驶平台搭建,实现驾驶参数与声音系统的实时联动。该平台不仅服务于本研究的实验验证,也可作为未来汽车声音设计的快速原型验证工具。

05

主客观综合评价体系

构建覆盖 9 个维度的 SD 评价量表,自主开发 Web 端评价数据采集系统,完成 n=32 被试实验。结合 ANOVA、EFA、多元回归等统计方法,建立主观感知与客观参数的关联模型。