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[内外饰及附件轻量化] 3D 音效的轻量化车载震动扬声器及其应用

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发表于 2020-12-17 10:23:54 | 显示全部楼层 |阅读模式

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汽车轻量化在线】3D 音效的轻量化车载震动扬声器及其应用
来源:期刊-《科学技术创新》;作者:文承福
( 天津职业技术学院)


摘 要:基于3D 音效的轻量化车载震动扬声器,包括支撑装置、辐射板、振动源以及弹性连接件等,支撑装置、阻尼罩以及辐射板合围构成振动空腔,减少了产品的体积、重量和成本,避免振动源在车辆行驶过程中出现失衡的情况,将扬声器失真情况降到最低,有效提升了振动源声音的效果,应用弹性连接件减少振动源F0,达到低频效果,实现音质效果的最大化,为客户提供更加优质的服务。接下来,本文就3D 音效的轻量化车载震动扬声器及其应用,展开具体分析。
关键词:3D 音效;轻量化;车载震动扬声器

文章通过引入先进的电声技术,对产品结构进行开发,提升产品结构的高性能、轻量化及可靠性。借助磁路系统部品结构实施研究,并通过模拟软件便于后续的调整。

1 通过FINE Motor 软件 对磁路系统进行模拟设计
SPEAKER、音腔、音频电路和MIDI 选曲是关键的设计要素,通过其本身的特点及相互配合形成音质。SPEAKER 单体的品质直接影响着音质的好坏,其灵敏度直接影响着声音的大小,其低频性能对铃声效果、是否有杂声是十分必要的[1]。音腔在某种意义上可以对Speaker 的输出频响曲线进行调整, 借助声腔参数的调整改变高、低音效果,其中后声腔容积大小直接影响着低音质量,前声腔及出孔面积对高音效果具有直接影响。这涉及到结构设计比如音腔的设计;音频电路输出信号的失真度及电压对音质可能会造成杂音的影响。如果输出信号的失真度大于10%,铃声会出现明显杂音[2]。此外,输出电压则必须与Speaker 相匹配,不然输出电压过大造成Speaker 出现失真的情况比较严重,这也会出现杂音。MIDI选曲在某种程度上也影响着音质, 主要体现在频谱与声腔和Speaker 的不相匹配时,会造成音乐出现比较大的变音,影响扬声器的听感。为了实现扬声器轻量化的个性化要求,通过内磁式磁路结构,应用钕铁硼磁钢作为物质载体,以此减小磁路体积,提升产品结构的可靠性及性能,如图1 所示。

2 优化导磁板柱结构的定位
扬声器的灵敏度主要取决于永久磁铁的磁性、 纸盆的品质及装配工艺的优劣。因为复合扬声器的诞生,减少了扬声器的谐振频率大为降低,有效缓解了低频响应。但是因为扬声器振膜两面所辐射的声波相位相反, 导致反响波相互消除, 对低频的重放造成影响。为了有效减少这种情况,可以通过应用扬声器背面的辐射,提高扬声器的低频效果,通常应用音箱或者障板。导磁板柱大多是锥孔通透结构,具有体积小、质量轻的优势,与顾客的轻质化要求相符合[3]。而且有效减少了扬声器频响的失真情况,避免了扬声器工作中活塞运动的气阻影响, 显著提升了扬声器的效率,并具有良好的功率容量。

图1 磁路系统的模拟设计

3 搭配振动设计,避免失真情况
内磁喇叭背后看不到磁铁,磁铁是包在外壳里面的,通常使用两个相同极性的对贴以减少磁性外漏。内磁式受到外磁场的干扰较小,铁磁材料比较少,体积比较轻,但是不能形成较强的磁场。在可动线圈与游丝一致时,会造成灵敏度较低。外磁式铁磁材料使用的比较多,容易受到外磁场的影响,但是可以通过屏蔽消除干扰,其灵敏度比较高。扬声器在汽车音响系统中十分重要,要想提升车载扬声器的音色与定位感,其对技术提出了更高的要求。在汽车内部空间,由于空间比较狭窄,受到噪音、车用材料及震动的影响,再加上扬声器的安装位置受到汽车内外造成的局限。值得注意的是如果扬声器安装位置不同,会造成偏左或者偏右的聆听感。因为扬声器的指向并不是正面平均对称, 造成频率复杂, 出现反射性时差。共鸣更问题。但是基于3D 音效的轻量化车载震动扬声器,对汽车安装位置比较高,要形成3D 环绕的音乐效果。因此,在实际安装中,通过掌握不同用途、种类、属性等扬声器的特点,应用科学的安装技巧及,正确处理不同扬声器的安装位置,确保其良好的指向性,为客户提供优质的聆听感。通过扬声器振动系统与磁路系统的优化,借助锥孔结构有效避免失真情况,降低了扬声器工作中的气阻,显著提升其效率,如图2 所示。


图2 优化后的板柱结构

4 盆架力学支撑结构,有限元验证分析
为了拓展扬声器单元的工作频带转向高频, 通常借助两个纸盆进行固定,并应用音圈与定心支片连接起来。内纸盆顶角小,劲度较大。在内外两只纸盆间应用小波文的设计,将其作为机械滤波器,这种扬声器的具体情况可以通过对等效线路进行说明分析。在低频时期,使用两个纸盆和音圈的振动,向四周辐射声波[4]。在高频时,通过小纸盆和音圈的振动,在10KHz 以上可以有效辐射声波。双纸盆扬声器在某种意义上影响着工作频带,但是因为其都处于同个音圈上,所以互调失真的情况在所难免。对于音质要求比较高的放声系统来讲, 大多是应用这种结构, 通过不同扬声器的组合,将工作频带拓宽,有效改善互调失真情况。通过对折环形状的科学设计,可以使用不易激发共振的不对称形状,可以将通常应用的正弦波纹改为接近锯齿波的波纹。通过使用阻尼比较大的折环材料,或者在上面涂上阻尼材料,以此减小折环共振的幅度。纸盆的压边大多是应用阻尼较大的材料,以此削减盆架反射的能量,以此改善中频谷。在支撑系统力顺的前提下,可以适当减小折环的宽度,以此削减折环辐射的声波,继而改善中频谷的情况。在盆架设计过程中,通过ANSYS 有限元分析技术,在保障盆架结构刚度的基础上,实现盆架轻量化发展,减少树脂材料的应用。同时,明显缩短了开发周期, 并有效降低了盆架强度不够的威胁。通过三角支撑,保证扬声器的支持可靠性,提升其抗共振强度,如图3 所示。

图3 盆架力学分析

5 振膜新材料的研究应用
通过模拟软件设计,对“ 纸盆”选材不断优化,提升扬声器低音效果,确保优质、节能以及高效转换。应用FINE Motor 软件软件对振动系统进行模拟设计[5]。Inter Management Engine Interface,介于固件与系统驱动之间,系统可以通过与固件之间的相互影响,继而实现音质管理的目标。对面罩的透音率要求,在其开模前,高音要求至少为50%,中音要求至少为40%,与面罩距离为5-7mm。由于音响的中低音需要借助箱体配合才能实现, 人耳可以听到的频率范围是20HZ-20KHZ, 大多数人能直接听到的高频上限在15-17KHZ 左右,高于20KHZ 的信号不能直接听到,但是可以感受到,关于声场的展宽及解析力的提升具有积极影响,这也是近年来高档音响应用超高音喇叭单元的关键原因。振动系统的纸盆通过椭圆指数型母线设计,实现科学有效的频率相应,并通过计算机有限元对设计开发进行辅助,缩短纸盘开发周期,为后续音质调整提供便利。
综上所述,Fo 越低表示该喇叭单元的低频响应越好。单体喇叭由于在开放的空间内,纸盆向前的声波与后方的声波相位相反,有效过滤袋了低频的信号。所以,其低频效果比较差。同时由于后部没有箱体反射空气的反作用力,对纸盆产生阻尼,因此单体喇叭的功率承受能力相对较小。因此,亟需开展基于3D 音效的轻量化车载震动扬声器的相关研究。轻量化扬声器可以在商用车、轮船、汽车等传统音响系统中应用,明显提升了传播效果。



发表于 2020-12-25 10:43:30 | 显示全部楼层
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