汽車內(nèi)揚(yáng)聲器的布置匹配設(shè)計

張勤，楊平，肖楓

（廣州汽車集團(tuán)有限公司汽車工程研究院，廣東 廣州 511434）

前言

Genuit認(rèn)為消費(fèi)者在選購車時，剛開始是看中一些車體綜合操控性能和價格，最終因?yàn)橄矚g某些個性化元素而選擇，或者因?yàn)閰拹耗承┲饔^感受元素而放棄[1]。汽車音響系統(tǒng)作為重要的個性化元素之一，決定著座艙內(nèi)的聽覺，越來越多的消費(fèi)者追求高品質(zhì)的音響系統(tǒng)[2]。

一輛愛車等于一個屬于自己的私人空間，一邊開車一邊播放自己喜歡的音樂是很多愛車人的夢想，特別是在擁堵的路段，美妙的音樂環(huán)繞在整個車艙，乘車人心里卻是暢通無阻。精致的內(nèi)飾設(shè)計可吸引乘車人的目光，堵車無聊的時候可賞心悅目地欣賞一番內(nèi)飾的精工極致。

針對消費(fèi)者對車內(nèi)聽覺感官品質(zhì)和外觀視覺品質(zhì)的高要求，本文將研究如何利用空間布置來實(shí)現(xiàn)最大化的音響效果和外觀品質(zhì)。

1 揚(yáng)聲器的布置

根據(jù)車型定位不同整車內(nèi)揚(yáng)聲器的數(shù)量 4～19個不等，因成本和布置空間的影響，普通緊湊型車的音響數(shù)量大多在6～11個。本文則以緊湊車型的10個揚(yáng)聲器布置策略為對象展開研究。

1.1 前艙揚(yáng)聲器的布置

汽車座艙是一個特殊的聲場，和一般家庭音樂場相比，其面積和體積較小，汽車內(nèi)聲學(xué)條件也與一般的房間不同[3]。以座椅為界線劃分為前艙、中艙和后艙；以門飾板扶手為界線劃分為上艙和下艙（圖1）。高音揚(yáng)聲器的特點(diǎn)是聲音指向性比較強(qiáng)[4]，人耳對高頻聲的敏感度較強(qiáng)，聲源指向人耳時可使得揚(yáng)聲器利用率最大化，故一般布置在較高的區(qū)域（上艙）。

圖1 揚(yáng)聲器的分布示意圖

前艙的高音揚(yáng)聲器布置區(qū)域主要有四種選擇：A柱上飾板下端（A區(qū)域）、儀表板兩側(cè)（B區(qū)域）、門飾板三角窗（C區(qū)域）、前門飾板上端（D區(qū)域）。A區(qū)域的聲音傳播指向性最好，角度和高度可直接指向人耳，揚(yáng)聲器的利用率最大；其次是B區(qū)域，B區(qū)域的高度適中，聲音傳播通過前風(fēng)擋的反射傳到人耳，故其傳播角度廣，利用率僅次于A區(qū)域；再次是C區(qū)域，C區(qū)域的高度合適，但因揚(yáng)聲器軸心與人耳偏離角度較大，對聲音傳播的指向性效果差，故揚(yáng)聲器的利用率較低；最后是D區(qū)域，D區(qū)域的高度和角度與人耳偏離均較大，其揚(yáng)聲器的利用率最低。

前艙的中音揚(yáng)聲器一般布置在儀表板的中間F區(qū)域，其通過擋風(fēng)玻璃的反射傳播聲音，在有限的空間里與兩側(cè)的高音頻段中和，形成音場的準(zhǔn)確定位。

前艙的低音揚(yáng)聲器可選擇的常見區(qū)域有門飾板下端（H區(qū)域）、座椅下方（K區(qū)域）、儀表板下方（J區(qū)域）。低音揚(yáng)聲器的特點(diǎn)是用來表現(xiàn)震撼力，其指向性較弱，揚(yáng)聲器尺寸較大，故一般布置在下艙。其中最佳位置是H區(qū)域，這里的空間充足，適合布置低音，幾乎所有的車都會在此布置低音揚(yáng)聲器。K區(qū)域和J區(qū)域僅一些高端車為了增加車內(nèi)音響效果，增加低音揚(yáng)聲器數(shù)量時布置，布置在此兩區(qū)域會犧牲其他零件的布置空間。

1.2 中艙揚(yáng)聲器的布置

中艙的揚(yáng)聲器一般包含高音揚(yáng)聲器和低音揚(yáng)聲器。布置原則同前艙，高音揚(yáng)聲器因指向性較強(qiáng)布置在門飾板上端（E區(qū)域）的前端居多；低音揚(yáng)聲器因尺寸大指向性較弱，布置在門飾板下端（I區(qū)域）較多。

1.3 后艙揚(yáng)聲器的布置

后艙的布置使得聲音從后面?zhèn)鱽?，離乘客較遠(yuǎn)，且聲波傳播路徑是背對耳朵，故一般是作為補(bǔ)充音響效果布置，配置上有余量時布置在后艙。后艙一般布置超低音單元，布置在行李艙兩側(cè)（M區(qū)域）、備胎池（L區(qū)域）、C柱上飾板（G區(qū)域）上，緊湊車型常布置在M區(qū)域或L區(qū)域。

1.4 小結(jié)

綜上所述，以常見的一款緊湊SUV有10個揚(yáng)聲器的布置為例，結(jié)合各頻段揚(yáng)聲器的特點(diǎn)，最優(yōu)的音響效果布置方案為：4個高音揚(yáng)聲器分別布置在A柱上飾板下端（A區(qū)域）和后門飾板上端（E區(qū)域），4個低音揚(yáng)聲器分別布置在四個門飾板下方（H和I區(qū)域），中音揚(yáng)聲器布置在儀表板中間（F區(qū)域），超低音揚(yáng)聲器布置在行李艙側(cè)邊（M區(qū)域）。

2 揚(yáng)聲器罩的設(shè)計

揚(yáng)聲器的音質(zhì)能否最大效率地呈現(xiàn)，除了揚(yáng)聲器角度布置很關(guān)鍵外，還取決于揚(yáng)聲器裝飾罩的角度設(shè)計和通孔率設(shè)計：揚(yáng)聲器罩的通孔率越高，揚(yáng)聲器聲音的傳播阻礙越少。本文著重對揚(yáng)聲器罩的角度設(shè)計展開討論如何平衡揚(yáng)聲器性能、外觀品質(zhì)和揚(yáng)聲器罩成本。本文將以某款車型的揚(yáng)聲器布置在A柱上飾板為例說明。

2.1 性能和品質(zhì)的平衡

方案一（優(yōu)先保證性能，圖2）：左側(cè)揚(yáng)聲器角度可以完全覆蓋到右側(cè)座椅的人耳，聲場角度最佳，指向性強(qiáng)。但外觀品質(zhì)因揚(yáng)聲器罩的凸起特征不規(guī)則且顯突兀而使得品質(zhì)感較差。由于此布置角度與A柱飾板本體的主出模角度相差較大，無法一體成型，必須額外增加揚(yáng)聲器固定支架以安裝揚(yáng)聲器，增加了拆件成本和裝配成本。綜上所述該方案性能最佳，但外觀品質(zhì)不佳，并且成本高。

圖2 方案一的性能和外觀品質(zhì)示意

方案二（優(yōu)先保證外觀品質(zhì)，圖3）：為了解決突兀的外觀品質(zhì)問題，調(diào)整揚(yáng)聲器的布置角度和位置，使得左側(cè)揚(yáng)聲器角度基本可以覆蓋右側(cè)座椅的人耳，聲場角度基本滿足布置要求。與方案一相比，性能得以保證，外觀品質(zhì)也有較大提升。布置角度和本體角度相差較小，揚(yáng)聲器支架與本體可一體成型，節(jié)約成本。但是布置空間限制的原因揚(yáng)聲器與外觀圓形飾條不同心，揚(yáng)聲器支架加強(qiáng)筋外露，外觀品質(zhì)不完美。

圖3 方案二的性能和外觀品質(zhì)示意

2.2 外觀品質(zhì)的提升

方案三（外觀品質(zhì)提升，圖4）：為了解決方案二的外觀品質(zhì)問題，可在揚(yáng)聲器與揚(yáng)聲器罩之間增加一層透音紗來改善內(nèi)圓和外圓不同心問題和筋條結(jié)構(gòu)外露問題。透音紗的厚度對揚(yáng)聲器聲品質(zhì)在特定頻段有較大影響。選取厚透音紗（約0.4mm，即普通透音紗）和超薄透音紗（約 0.2mm）與無透音紗的揚(yáng)聲器罩做實(shí)驗(yàn)，對比透音紗對音品質(zhì)的影響。

圖4 方案三外觀品質(zhì)示意

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：無透音紗的聲頻靈敏度最佳，與其相比，厚透音紗在2.4k～16k的中高頻部靈敏度降低0.5-2dB，如圖5所示，薄透音紗在高頻傳遞函數(shù)提升1-2dB。主觀試聽結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致：高音直達(dá)聲的大小直接影響音質(zhì)的清晰度與細(xì)節(jié)，薄透音紗的透音率增加，高音細(xì)節(jié)增多，可明顯感知到音品質(zhì)較好。

綜上所述，透音紗可解決方案二中內(nèi)置結(jié)構(gòu)外露問題，薄透音紗可同時滿足音品質(zhì)要求和外觀品質(zhì)要求，厚透音紗會降低音品質(zhì)。該方案的薄透音紗成本較高，不利于中端車型的商業(yè)化。

圖5 透音紗對音效的影響

方案四：方案二的外觀品質(zhì)問題還可通過單獨(dú)拆揚(yáng)聲器支架布置來解決。該布置不改變原有的揚(yáng)聲器角度，滿足音品質(zhì)性能需求，外觀與音響同心，滿足外觀品質(zhì)要求（同圖4）。但此方案需要增加揚(yáng)聲器支架拆件，增加了單件成本和人工裝配成本，不利于中端車型的商業(yè)化。

2.3 保證品質(zhì)降低成本

方案五：綜合以上各方案的性能、外觀、成本因素，尋找一種最優(yōu)的解決方案。保持方案二揚(yáng)聲器的角度不變，支架與本體一體成型，由方案二的支架只出后模（圖 6）改成一半出后模一半出前模（圖7），支撐筋改成同心圓形筋條，既起到加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的作用，又起到揚(yáng)聲器安裝限位作用，不用加透音紗也不會有內(nèi)部結(jié)構(gòu)外露。該方案既能滿足性能要求，又能滿足外觀品質(zhì)要求，節(jié)約成本，成為最佳的方案（圖8）。

圖6 揚(yáng)聲器支架抽芯從后模出

圖7 揚(yáng)聲器支架抽芯前后模同時出

圖8 方案五外觀品質(zhì)示意

2.4 小結(jié)

綜上五個方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，方案五平衡了揚(yáng)聲器聲學(xué)性能需求、揚(yáng)聲器罩外觀品質(zhì)、成本三因素，最終通過加工模具的優(yōu)化設(shè)計使得外觀簡潔明了且降低成本，同時能滿足揚(yáng)聲器的聲學(xué)性能需求，成為最優(yōu)方案。

3 結(jié)論

本文討論了常見的緊湊車型的整車10個揚(yáng)聲器布置，前艙高音揚(yáng)聲器布置在A柱上飾板下端的指向性較好，可較好地呈現(xiàn)高音揚(yáng)聲器的音效；中音揚(yáng)聲器布置在儀表板中間，可利用風(fēng)擋玻璃的反射與高音形成很好得混音效果；低音無需指向，布置在門飾板下方可有效解決布置空間問題。中艙高音揚(yáng)聲器布置在后門飾板上端，配合門飾板下端的低音揚(yáng)聲器可很好發(fā)揮揚(yáng)聲器的生效。后艙布置超重低音單元給整車聲效帶來立體感。

如何布置使得揚(yáng)聲器利用率最大化，得出了最佳推薦布置方案。再以A柱上飾板高音揚(yáng)聲器的布置為例討論了如何保證揚(yáng)聲器的音品質(zhì)，又能解決外觀品質(zhì)問題，還可降低成本，最終以方案五為最優(yōu)的解決方案，為揚(yáng)聲器的音效完美展現(xiàn)其本身的音品質(zhì)提供更好的設(shè)計指導(dǎo)。