現(xiàn)代住宅音響系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

李立 鄭彬彬 張婷婷

摘要：隨著人工智能和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，以音響系統(tǒng)為載體的智能產(chǎn)品在智能家居領(lǐng)域快速普及。音響作為現(xiàn)代住宅生活中互動頻率最高的智能設(shè)備，借助語音識別技術(shù)成為智能家居的重要入口之一。對現(xiàn)代家庭生活中的音響系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用進(jìn)行分析，以家庭背景音響為例對智能家居未來發(fā)展做出展望。

關(guān)鍵詞：智能家居;音響系統(tǒng);背景音響;語音交互

中圖分類號：TU18 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1001-9138-（2020）08-0076-79 收稿日期：2020-06-10

1 引言

智能家居以現(xiàn)代住宅為基礎(chǔ)，利用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動控制技術(shù)、音視頻技術(shù)集成家居生活相關(guān)設(shè)施，構(gòu)建高效的住宅管理服務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)安全便利、舒適智能、節(jié)能環(huán)保的居住環(huán)境。智能家居是未來的發(fā)展趨勢，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展賦予智能生活新的內(nèi)容和更大的發(fā)展空間，讓家居智能設(shè)備利用信息通信和傳感技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)互通、數(shù)據(jù)和信息的共享，滿足智能化時代新的需求，使得家居生活變得更加入性化、智能化。

在智能化環(huán)境下，家庭音響被賦予了不同于以往的新的時代意義，音響不僅僅是語音播放的輸出，更是現(xiàn)代智能家居人口大戰(zhàn)的焦點(diǎn)。在智能家居各種形式人口中，音響擁有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，智能音響是智能家居人口的最佳選擇。智能家居除了具備傳統(tǒng)的居住空間功能外，還讓室內(nèi)電器進(jìn)行全方位的信息交互，同時與外界環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)世界保持密切聯(lián)系。隨著物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)和智能硬件的迅猛發(fā)展，智能手機(jī)控制成了最根本的交互方式。人機(jī)交互越來越注重現(xiàn)實(shí)世界與虛擬世界的完美對接，需要一切以人類的生活方式為中心，采用自然交互方式更符合人們的認(rèn)知方式，如語言識別、人臉識別、動作手勢等。音響系統(tǒng)以新的角色發(fā)掘家居環(huán)境中人們對聲音的潛在需求，融入智能家居生態(tài)環(huán)境，滿足人們生活新需求，將家居打造成居住和工作外的理想和諧、休閑娛樂的第三空間。2融入智能家居中智能語音的發(fā)展現(xiàn)狀

聲音是人類最自然的交互方式之一，根據(jù)騰訊2014年用戶調(diào)研數(shù)據(jù)分析，語音控制是最受廣大用戶青睞的智能家居交互方式。目前智能語音技術(shù)作為人工智能應(yīng)用最成熟、最廣泛的技術(shù)，2017年全球語音智能設(shè)備出貨量達(dá)2500萬臺，市場規(guī)

作者簡介：李立、鄭彬彬、張婷婷，廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院講師。

基金項(xiàng)目：新媒體背景下民族音樂平臺建設(shè)研究（廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院校級科研孵化項(xiàng)目，項(xiàng)目編號YM2019L01）。模將達(dá)200億美元，國內(nèi)外互聯(lián)網(wǎng)巨頭紛紛布局智能語音市場。國外比較成功的語音識別系統(tǒng)包括谷歌助手Google Assistant、蘋果Siri、亞馬遜Alexa和微軟Cortana，其語音識別率超過90%，識別響應(yīng)速度快，具有豐富的語言操控功能;國內(nèi)巨頭如阿里巴巴、騰訊、百度、小米和科大訊飛等針對中國海量的用戶數(shù)據(jù)在機(jī)器學(xué)習(xí)、自然語音識別、大數(shù)據(jù)處理等領(lǐng)域都有一定的技術(shù)和產(chǎn)品積累。谷歌公布的數(shù)據(jù)表明集成有谷歌語音助手的智能手機(jī)、智能手表、智能家居設(shè)備等產(chǎn)品數(shù)量將近10億臺。阿里巴巴的智能音箱天貓精靈可實(shí)現(xiàn)智能家居控制、語音購物、手機(jī)充值、天氣查詢、外賣點(diǎn)餐、音樂播放等眾多功能，小米公司的智能語音助手“小愛同學(xué)”同樣應(yīng)用于小米生態(tài)鏈上的諸多智能家居設(shè)備，2019年通過智能音箱可以控制超過80%的智能家居設(shè)備。

中國的智能家居市場潛力巨大，當(dāng)前智能家居領(lǐng)域各個廠商仍處于各自為政的狀態(tài)，智能家居系統(tǒng)進(jìn)一步提升亟需統(tǒng)一接人口，而具有語音交互技術(shù)優(yōu)勢的智能音箱已成為智能家居的重要人口之一。越來越多的中國企業(yè)和在華的外資企業(yè)參與到智能語音終端設(shè)備市場的競爭中來，首當(dāng)其沖的就是智能音箱市場，競爭也變得更加激烈?；ヂ?lián)網(wǎng)企業(yè)和科技領(lǐng)軍企業(yè)依據(jù)技術(shù)和平臺優(yōu)勢，成為智能音箱領(lǐng)域最重要參與者;而人工智能技術(shù)和智能語音交互技術(shù)則助力智能音箱搶占家居人口。

3 智能家居產(chǎn)品設(shè)計趨勢

3.1 智能感知與處理

智能家居產(chǎn)品首先應(yīng)具有敏銳的感知能力、快速的信息分析和處理能力，能自動接收外部信息并智能處理。敏銳的感知能力主要通過家居室內(nèi)的傳感器設(shè)備，感知外部環(huán)境狀態(tài)例如溫度、光照、語音、行為特征等數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行智能處理，自動改變產(chǎn)品的工作狀態(tài)，提供個性化服務(wù)。

3.2 系統(tǒng)聯(lián)動

現(xiàn)代智能家居的產(chǎn)品發(fā)展趨勢從單個產(chǎn)品的智能化過渡到智能產(chǎn)品的互通互連生態(tài)環(huán)境，不同智能產(chǎn)品之間相互協(xié)同工作為用戶提供更好的服務(wù)和體驗(yàn)，通過所有產(chǎn)品在數(shù)據(jù)上的分享和共用，從單品到生態(tài)建立起一個有機(jī)的統(tǒng)一智能系統(tǒng)平臺。

3.3 自然的交互方式

產(chǎn)品的設(shè)計是為了滿足人類的需求，人類總是受自身固有的行為習(xí)慣所支配，因此產(chǎn)品的設(shè)計必須符合人的行為特點(diǎn)。智能控制方式由智能手機(jī)控制拓展到自然交互方式，例如圖像識別、語音交互、動作手勢、人臉識別等，在不斷提升產(chǎn)品功能的同時，采用更加自然、便捷的交互方式，可進(jìn)一步豐富用戶體驗(yàn)。

3.4 雙向?qū)W習(xí)

智能家居生態(tài)環(huán)境下的雙向?qū)W習(xí)包括用戶的學(xué)習(xí)和智能設(shè)備的學(xué)習(xí)。一方面用戶經(jīng)過不斷學(xué)習(xí)，使用技能持續(xù)增長，可以根據(jù)自身操作習(xí)慣自定義控制指令;另一方面智能化設(shè)備具有自我學(xué)習(xí)的能力，學(xué)習(xí)并分析用戶使用習(xí)慣的數(shù)據(jù)，為用戶提供更加智能化、個性化的家居服務(wù)。

智能家居產(chǎn)品應(yīng)該充分利用用戶歷史數(shù)據(jù)，挖掘出隱藏其中的用戶使用習(xí)慣，實(shí)現(xiàn)更高層次的智能家居系統(tǒng)，同時引導(dǎo)和推薦新的用戶交互方式和使用技能，讓系統(tǒng)變得更加便捷地融入人們生活。

3.5 以用戶為中心

現(xiàn)代智能家居系統(tǒng)設(shè)計以用戶為中心，用戶不會被家居設(shè)備或控制器所束縛，可以在室內(nèi)空間自由地享受智能生活。高度互連互通的智能家居生態(tài)環(huán)境中，用戶始終放在最高地位，讓技術(shù)為人類服務(wù)，以用戶的操作習(xí)慣和生活習(xí)慣來設(shè)計家居的存在形式和操作形式。

4 智能家居背景音響系統(tǒng)的應(yīng)用

隨著生活品質(zhì)的提升，智能家居各種產(chǎn)品讓家庭娛樂生活更加豐富，尤其是智能音響在家庭的應(yīng)用中得到更好地擴(kuò)展，借助無線網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)聽歌、有聲讀物或控制其他智能電器等功能。在現(xiàn)代入的生活觀念中，家庭是溫馨的港灣，更是充滿生機(jī)與快樂、時尚與浪漫、自由與和諧的空間，室內(nèi)音樂不僅可以減弱環(huán)境噪音的影響，也能創(chuàng)造個人理想的室內(nèi)氣氛，因此音響系統(tǒng)在家裝中作為一種高層次的需求逐漸走進(jìn)入們的視野。家庭音響經(jīng)歷了留聲機(jī)、收音機(jī)、錄音機(jī)、組合音響到現(xiàn)在的智能音響，為人們生活營造了一個安逸美妙的音樂世界，提供了一種便捷的生活方式。背景音響系統(tǒng)是家居生活環(huán)境下在每個室內(nèi)空間都可以根據(jù)不同的需求播放和控制喜歡的音樂節(jié)目，打造個人理想的家庭氛圍。當(dāng)前主流產(chǎn)品采用無線接入方式，將音箱接人室內(nèi)每一個空間，可以在各空間觸屏或語音等方式控制，打破空間限制，為生活增添更多樂趣。

4.1 家庭背景音響系統(tǒng)應(yīng)用方案

家庭背景音響系統(tǒng)根據(jù)技術(shù)發(fā)展主要分為以下幾種。

定壓功放背景音樂系統(tǒng)：廣播背景音樂系統(tǒng)，使用定壓功放連接到各個喇叭，通過開關(guān)控制。其技術(shù)成熟、實(shí)現(xiàn)簡單、成本較低，可實(shí)現(xiàn)長距離音頻信號傳輸。適用于對音質(zhì)要求不高的場所，無法進(jìn)行獨(dú)立空間音源選擇。

分散式功放背景音樂系統(tǒng)：一般采用人墻式布線，將音頻輸出端連接到各個房間的分離式子功放，子功放直接連接喇叭，實(shí)現(xiàn)立體聲背景音樂。此方案設(shè)計自由，可根據(jù)用戶需求定制背景音樂覆蓋空間，但布線施工復(fù)雜。由于輸出音頻信號功率很小，沒經(jīng)過信號放大就長距離傳輸很容易產(chǎn)生疊加干擾信號，疊加干擾信號在經(jīng)過子功放放大后經(jīng)過短距離傳輸?shù)嚼瓤赡墚a(chǎn)生較強(qiáng)的噪聲。

專業(yè)定阻智能型背景音樂系統(tǒng)：采用微型電腦做中央控制核心，充分考慮了家庭應(yīng)用需求，能夠提供高保真立體聲的整體音響系統(tǒng)，無需另配功放。該系統(tǒng)功能比較完善，實(shí)現(xiàn)自由點(diǎn)播功能，并且不同的房間可以同時播放不同的音樂，任意房間均有控制面板可單獨(dú)控制本房間內(nèi)的音樂曲目、音量大小等屬性。

無線傳輸背景音樂系統(tǒng)：一般采用無線Wi-Fi或藍(lán)牙傳輸，安裝方便簡單無需布線，適合裝修后的音響安裝，市場上無線傳輸音響產(chǎn)品在智能家居大環(huán)境下不斷涌現(xiàn)。家庭背景音樂音響的播放形式借助無線技術(shù)獲得了空前的拓展，實(shí)現(xiàn)了與手機(jī)、平板、智能電視等家居設(shè)備互聯(lián)互通和資源共享。隨著人工智能不斷融入到人們生活，互聯(lián)網(wǎng)公司和傳統(tǒng)家電企業(yè)都在致力于研究智能家居環(huán)境下人們對音響的深層次需求，利用遍布于不同空間的智能音響內(nèi)置麥克風(fēng)獲取用戶需求，經(jīng)中央智能系統(tǒng)統(tǒng)一分析處理后，用戶可以擺脫手機(jī)或觸屏控制的依賴，使用更加豐富的交互形式，提供更好的用戶體驗(yàn)。

4.2 背景音響系統(tǒng)場景應(yīng)用

家庭背景音響系統(tǒng)在智能家居中不僅具有家庭整體音響和語音內(nèi)容播放功能，還作為智能家居人口語音交互平臺，識別語音指令提供相應(yīng)服務(wù)。人的活動很大程序受到環(huán)境的影響的制約，應(yīng)用時需針對不同空間場景滿足用戶需求。

（1）客廳：客廳是家庭生活中使用量最大的空間和展示場所。在現(xiàn)代生活中客廳的休閑和娛樂功能越來越受重視，客廳的音響主要應(yīng)用于數(shù)字化家庭影院和背景音樂，因此對音響的要求相比其他房間更高，音響應(yīng)用更趨向于視聽一體化的智能產(chǎn)品，除了滿足家庭影院和背景音樂兩個需求，還要滿足語音交互的需求，同時為其他智能產(chǎn)品提供控制服務(wù)。

（2）廚房：廚房是整體化智能家居產(chǎn)品的一部分，通過整合音響有效讓廚房與其他空間建立協(xié)作關(guān)系，為忙碌的廚房生活增添音樂的樂趣。

（3）臥室：人生有三分之一的時間是在睡床度過的，因此臥室要求空間的私密性、安全性和舒適性，燈光、照明、聲音都宜采用智能模式，在人們休息時提供愉悅的音樂以便進(jìn)入美好的夢鄉(xiāng)。

（4）書房：書房是家中的辦公場所，智能家居整體音響不僅負(fù)責(zé)背景音樂播放平臺，同時也是個人電腦的音響，還應(yīng)滿足小孩學(xué)習(xí)所需要的語音幫助和交流。

（5）衛(wèi)生間：隨著人們生活品質(zhì)的不斷提高，衛(wèi)生間的功能已經(jīng)不再局限于如廁、盥洗等基本功能。越來越多的人開始關(guān)注衛(wèi)生間的舒適度和娛樂性等精神方面的需求。智能家居整體音響可以讓用戶在洗浴、用廁的時候聽到音樂或廣播來緩解身心的疲勞;也可以讓用戶在衛(wèi)生間時及時接聽電話，方便與其他人進(jìn)行快捷的溝通;甚至把衛(wèi)生間的熱水器溫度、家電的工作狀態(tài)報告給用戶以便合理使用衛(wèi)生間。

4.3 背景音響系統(tǒng)應(yīng)用難點(diǎn)

家庭背景音響系統(tǒng)隨著技術(shù)發(fā)展?jié)M足了人們的音樂需求，豐富了大眾娛樂休閑生活。但也面臨著諸多問題。

其一，市場認(rèn)識度低，目標(biāo)人群過于狹窄。目前市場定位限于高檔消費(fèi)人群和忠實(shí)的技術(shù)愛好者，成本過高不能被大眾用戶接受，商家難以形成大規(guī)模市場持續(xù)投入。

其二，沒有統(tǒng)一的平臺，品牌眾多。沒有統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范，導(dǎo)致單品智能化豐富但難以與其他品牌產(chǎn)品互通互動，雖然很多產(chǎn)品具有簡單互動功能，但形式過于單一，無法滿足智能家居整體應(yīng)用需求。

其三，家庭背景音響定位比較模糊。在智能家居環(huán)境下家庭背景、音樂與客廳影院音響，存在一定的沖突。

其四，音響行業(yè)與家裝行業(yè)合作較少，沒有很好地整合在一起。背景音響和家裝需要在風(fēng)格和形式上和諧統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)有效整合。

其五，用戶隱私問題?？萍际前央p刃劍，智能科技服務(wù)生活的同時也讓個人隱私屢遭泄露，對個人數(shù)據(jù)保護(hù)程度將極大影響用戶體驗(yàn)和信任度。無論是單個產(chǎn)品的智能化還是全面互通互聯(lián)的智能生態(tài)環(huán)境，安全將一直是企業(yè)要解決的核心問題。

5 結(jié)論

在人工智能和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展的時代，以家庭音響為主要載體的智能交互系統(tǒng)爆發(fā)式增長，產(chǎn)品的形態(tài)和功能呈現(xiàn)多樣化發(fā)展方向，用戶體驗(yàn)也進(jìn)一步提升，智能語音交互終將成為現(xiàn)代住宅智能家居領(lǐng)域的最重要的交互方式。當(dāng)前各大行業(yè)致力于智能家居新領(lǐng)域，為住戶打造一個家居生態(tài)環(huán)境，將推動智能家居真正走進(jìn)普通大眾的生活，提升人們家居生活的舒適度和便捷性。

參考文獻(xiàn)：

1.周永宏.融入智能家居發(fā)展趨勢的音響設(shè)計研究.武漢理工大學(xué).2016

2.甘玉鈺 蘇軍根 林健等.智能語音產(chǎn)品現(xiàn)狀及展望.廣東通信技術(shù).2017.12

3.張錦濤.人工智能在互聯(lián)網(wǎng)家居通信領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)探究.數(shù)字通信世界.2018.11

4.葛涵濤 李傳峰.智能語音交互將成為智能家居的下個人口.信息通信技術(shù)與政策.2018.12

5.吳宇 吳聞宇.智能家庭場景下語音用戶界面交互設(shè)計研究.工業(yè)設(shè)計.2019.01