10.16638/jki.1671-7988.2021.01.021
张勤，杨平，肖枫
（广州汽车集团有限公司汽车工程研究院，广东广州511434）
摘要：汽车座舱日趋个性化和舒适化，人们对内饰的各种感官品质要求不断地提高。听觉和视觉作为感官品质的四大要素之二，很大程度上影响消费者的抉择。文章从听觉方面分析座舱内扬声器的布置指向性，合理地布置安装位置以达到最优的声学效果；从视觉方面分析针对同一位置的扬声器布置时，饰板结构上做最合理的设计来提升外观品质。
关键词：扬声器布置；扬声器罩设计；性能；品质；成本
中图分类号：U462.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2021)01-67-04
The Arrangement and Matching of Loudspeakers in Automobile
Zhang Qin, Yang Ping, Xiao Feng汽车音响安装
( Guangzhou Automobile Group Co., Ltd., Automotive Engineering Research Institute, Guangdong Guangzhou 511434 )
Abstract:With the personalized and comfortable automobiles are becoming more and more popular, requirements for various sensory qualities of the interior are constantly improving. As two of the elements of sensory qualities, hearing and vision greatly affect the choices of consumers. To make sure the loudspeakers working perfectly, the directive property and appropriate arrangement of loudspeakers will be researched in this paper. On the other hand, excellent appearance quality can be achieved through appropriate structures of the speaker cover.
Keywords: Arrangement of speakers; Design of speaker covers; Performance; Quality; Cost
CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2021)01-67-04
前言
Genuit认为消费者在选购车时，刚开始是看中一些车体综合操控性能和价格，最终因为喜欢某些个性化元素而选择，或者因为厌恶某些主观感受元素而放弃[1]。汽车音响系统作为重要的个性化元素之一，
决定着座舱内的听觉，越来越多的消费者追求高品质的音响系统[2]。
一辆爱车等于一个属于自己的私人空间，一边开车一边播放自己喜欢的音乐是很多爱车人的梦想，特别是在拥堵的路段，美妙的音乐环绕在整个车舱，乘车人心里却是畅通无阻。精致的内饰设计可吸引乘车人的目光，堵车无聊的时候可赏心悦目地欣赏一番内饰的精工极致。
针对消费者对车内听觉感官品质和外观视觉品质的高要求，本文将研究如何利用空间布置来实现最大化的音响效果和外观品质。
1 扬声器的布置
根据车型定位不同整车内扬声器的数量4~19个不等，因成本和布置空间的影响，普通紧凑型车的音响数量大多在6~11个。本文则以紧凑车型的10个扬声器布置策略为对象展开研究。
1.1 前舱扬声器的布置
汽车座舱是一个特殊的声场，和一般家庭音乐场相比，
作者简介：张勤，硕士，内饰及附件设计责任工程师，就职于广州
汽车集团有限公司汽车工程研究院。
67
汽车实用技术
68 其面积和体积较小，汽车内声学条件也与一般的房间不同[3]。以座椅为界线划分为前舱、中舱和后舱；以门饰板扶手为界线划分为上舱和下舱（图1）。高音扬声器的特点是声音指向性比较强[4]，人耳对高频声的敏感度较强，声源指向人耳时可使得扬声器利用率最大化，故一般布置在较高的区域（上舱）。
图1 扬声器的分布示意图
前舱的高音扬声器布置区域主要有四种选择：A 柱上饰板下端（A 区域）、仪表板两侧（B 区域）、门饰板三角窗（C 区域）、前门饰板上端（D 区域）。A 区域的声音传播指向性最好，角度和高度可直接指向人耳，扬声器的利用率最大；其次是B 区域，B 区域的高度适中，声音传播通过前风挡的反射传到人耳，故其传播角度广，利用率仅次于A 区域；再次是C 区域，C 区域的高度合适，但因扬声器轴心与人耳偏离角度较大，对声音传播的指向性效果差，故扬声器的利用率较低；最后是D 区域，D 区域的高度和角度与人耳偏离均较大，其扬声器的利用率最低。
前舱的中音扬声器一般布置在仪表板的中间F 区域，其通过挡风玻璃的反射传播声音，在有限的空间里与两侧的高音频段中和，形成音场的准确定位。
前舱的低音扬声器可选择的常见区域有门饰板下端（H 区域）、座椅下方（K 区域）、仪表板下方（J 区域）。低音扬声器的特点是用来表现震撼力，其指向性较弱，扬声器尺寸较大，故一般布置在下舱。
其中最佳位置是H 区域，这里的空间充足，适合布置低音，几乎所有的车都会在此布置低音扬声器。K 区域和J 区域仅一些高端车为了增加车内音响效果，增加低音扬声器数量时布置，布置在此两区域会牺牲其他零件的布置空间。 1.2 中舱扬声器的布置
中舱的扬声器一般包含高音扬声器和低音扬声器。布置原则同前舱，高音扬声器因指向性较强布置在门饰板上端（E 区域）的前端居多；低音扬声器因尺寸大指向性较弱，布置在门饰板下端（I 区域）较多。 1.3 后舱扬声器的布置
后舱的布置使得声音从后面传来，离乘客较远，且声波传播路径是背对耳朵，故一般是作为补充音响效果布置，配置上有余量时布置在后舱。后舱一般布置超低音单元，布置在行李舱两侧（M 区域）、备胎池（L 区域）、C 柱上饰板（G
区域）上，紧凑车型常布置在M 区域或L 区域。 1.4 小结
综上所述，以常见的一款紧凑SUV 有10个扬声器的布置为例，结合各频段扬声器的特点，最优的音响效果布置方案为：4个高音扬声器分别布置在A 柱上饰板下端（A 区域）和后门饰板上端（E 区域），4个低音扬声器分别布置在四个门饰板下方（H 和I 区域），中音扬声器布置在仪表板中间（F 区域），超低音扬声器布置在行李舱侧边（M 区域）。
2 扬声器罩的设计
扬声器的音质能否最大效率地呈现，除了扬声器角度布
置很关键外，还取决于扬声器装饰罩的角度设计和通孔率设计：扬声器罩的通孔率越高，扬声器声音的传播阻碍越少。本文着重对扬声器罩的角度设计展开讨论如何平衡扬声器性能、外观品质和扬声器罩成本。本文将以某款车型的扬声器布置在A 柱上饰板为例说明。 2.1 性能和品质的平衡
方案一（优先保证性能，图2）：左侧扬声器角度可以完全覆盖到右侧座椅的人耳，声场角度最佳，指向性强。但外观品质因扬声器罩的凸起特征不规则且显突兀而使得品质感较差。由于此布置角度与A 柱饰板本体的主出模角度相差较大，无法一体成型，必须额外增加扬声器固定支架以安装扬声器，增加了拆件成本和装配成本。综上所述该方案性能最佳，但外观品质不佳，并且成本高。
图2 方案一的性能和外观品质示意
方案二（优先保证外观品质，图3）：为了解决突兀的外观品质问题，调整扬声器的布置角度和位置，使得左侧扬声器角度基本可以覆盖右侧座椅的人耳，声场角度基本满足布置要求。与方案一相比，性能得以保证，外观品质也有较大提升。布置角度和本体角度相差较小，扬声器支架与本体可一体成型，节约成本。但是布置空间限制的原因扬声器与外观圆形饰条不同心，扬声器支架加强筋外露，外观品质不完美。
图3 方案二的性能和外观品质示意
张勤 等：汽车内扬声器的布置匹配设计
69
2.2 外观品质的提升
方案三（外观品质提升，图4）：为了解决方案二的外观品质问题，可在扬声器与扬声器罩之间增加一层透音纱来改善内圆和外圆不同心问题和筋条结构外露问题。透音纱的厚度对扬声器声品质在特定频段有较大影响。选取厚透音纱（约0.4mm ，即普通透音纱）和超薄透音纱（约0.2mm ）与无透音纱的扬声器罩做实验，对比透音纱对音品质的影响。
图4 方案三外观品质示意
实验结果显示：无透音纱的声频灵敏度最佳，与其相比，厚透音纱在2.4k~16k 的中高频部灵敏度降低0.5-2dB ，如图5所示，薄透音纱在高频传递函数提升1-2dB 。主观试听结果与实验结果一致：高音直达声的大小直接影响音质的清晰度与细节，薄透音纱的透音率增加，高音细节增多，可明显感知到音品质较好。
综上所述，透音纱可解决方案二中内置结构外露问题，薄透音纱可同时满足音品质要求和外观品质要求，厚透音纱会降低音品质。该方案的薄透音纱成本较高，不利于中端车型的商业化。
图5 透音纱对音效的影响
方案四：方案二的外观品质问题还可通过单独拆扬声器支架布置来解决。该布置不改变原有的扬声器角度，满足音品质性能需求，外观与音响同心，满足外观品质要求（同图4）。但此方案需要增加扬声器支架拆件，增加了单件成本和人工装配成本，不利于中端车型的商业化。 2.3 保证品质降低成本
方案五：综合以上各方案的性能、外观、成本因素，寻一种最优的解决方案。保持方案二扬声器的角度不变，支架与本体一体成型，由方案二的支架只出后模（图6）改成
一半出后模一半出前模（图7），支撑筋改成同心圆形筋条，既起到加强结构的作用，又起到扬声器安装限位作用，不用加透音纱也不会有内部结构外露。该方案既能满足性能要求，又能满足外观品质要求，节约成本，成为最佳的方案（图8）。
图6 扬声器支架抽芯从后模出
图7 扬声器支架抽芯前后模同时出
图8 方案五外观品质示意 2.4 小结
综上五个方案各有优缺点，方案五平衡了扬声器声学性能需求、扬声器罩外观品质、成本三因素，最终通过加工模具的优化设计使得外观简洁明了且降低成本，同时能满足扬声器的声学性能需求，成为最优方案。
3 结论
本文讨论了常见的紧凑车型的整车10个扬声器布置，前舱高音扬声器布置在A 柱上饰板下端的指向性较好，可较好地呈现高音扬声器的音效；中音扬声器布置在仪表板中间，可利用风挡玻璃的反射与高音形成很好得混音效果；低音无需指向，布置在门饰板下方可有效解决布置空间问题。中舱高音扬声器布置在后门饰板上端，配合门饰板下端的低音扬声器可很好发挥扬声器的生效。后舱布置超重低音单元给整车声效带来立体感。
如何布置使得扬声器利用率最大化，得出了最佳推荐布置方案。 （下转第72页）
汽车实用技术
72 时钟输入，连接单片机P20.11引脚；SDI 数据输入，连接单片机P20.14引脚。
综合上述，装置电路系统设计主要包括了英飞凌TC264 -DA 最小系统的电路设计，MPU6050模块外围电路设计，TFT 彩液晶模块外围电路设计，设计电路能够满足汽车发动机异常振动检测装置的功能需求，具有简单实用的特点，系统电路如图1所示。
3 结论
本文根据汽车发动机运行过程中出现异常振动不容易诊断的问题，基于英飞凌TC264DA 单片机具有硬件FFT 的特点，设计了一款低成本的汽车发动机异常振动检测装置硬件电路。只需将振动传感器安装在发动机上，运行发动机后，装置即可识别存在的故障及其类型，大大降低了汽车维修人
员在的错诊率，提高了发动机异常振动检测的诊断效率，具有较高的实际应用价值。
参考文献
[1] 高远.基于振动信号的汽车发动机缺缸及轴瓦磨损故障诊断研究
[D].天津大学,2018.
[2] 李梅林，李毅强，谢惠民，田丹.车用发动机振动测试研究[J].湖南大
学学报(自然科学版),2003(02):41-43.
[3] 王银惠.发动机振动测试信号处理及分析软件设计[J].湖北汽车工
业学院学报,2014,28(03):31-35+46.
[4] 张小卫.基于英飞凌TriCore 汽车毫米波雷达设计与实现[D].西南
科技大学,2020.
[5] 张薇，王维志.浅谈新一代三核处理器AURIX 的应用[J].现代制造
技术与装备,2016(01):144-146.
（上接第69页）
再以A 柱上饰板高音扬声器的布置为例讨论了如何保证扬声器的音品质，又能解决外观品质问题，还可降低成本，最终以方案五为最优的解决方案，为扬声器的音效完美展现其本身的音品质提供更好的设计指导。
参考文献
[1] Genuit K. The sound quality of vehicle interior noise: a challenge for
the NVH-engineers. Int. J.Vehicle Noise and Vibration,V ol.1,Nos 1/
2,2004:158-168.
[2] 杜漾波.影响动圈式扬声器音质的主要因素[J].电声技术,2017,41
(9/10):45-48.
[3] David M. Howard Jamie Angus 著.音乐声学与心理声学.陈小平译.
北京：人民邮电出版社,2010(6):240-257.
[4] 詹德凯，刘鹏飞，杨涛.汽车整车音效设计及评价方法[J].汽车实用
技术,2015(7):64-73.
发布评论