汽車內揚聲器的布置匹配設計

張勤，楊平，肖楓

（廣州汽車集團有限公司汽車工程研究院，廣東 廣州 511434）

前言

Genuit認為消費者在選購車時，剛開始是看中一些車體綜合操控性能和價格，最終因為喜歡某些個性化元素而選擇，或者因為厭惡某些主觀感受元素而放棄[1]。汽車音響系統作為重要的個性化元素之一，決定著座艙內的聽覺，越來越多的消費者追求高品質的音響系統[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，美妙的音樂環繞在整個車艙，乘車人心里卻是暢通無阻。精致的內飾設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飾的精工極致。

針對消費者對車內聽覺感官品質和外觀視覺品質的高要求，本文將研究如何利用空間布置來實現最大化的音響效果和外觀品質。

1 揚聲器的布置

根據車型定位不同整車內揚聲器的數量 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量大多在6～11個。本文則以緊湊車型的10個揚聲器布置策略為對象展開研究。

1.1 前艙揚聲器的布置

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，汽車內聲學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）。高音揚聲器的特點是聲音指向性比較強[4]，人耳對高頻聲的敏感度較強，聲源指向人耳時可使得揚聲器利用率最大化，故一般布置在較高的區域（上艙）。

圖1 揚聲器的分布示意圖

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

前艙的中音揚聲器一般布置在儀表板的中間F區域，其通過擋風玻璃的反射傳播聲音，在有限的空間里與兩側的高音頻段中和，形成音場的準確定位。

前艙的低音揚聲器可選擇的常見區域有門飾板下端（H區域）、座椅下方（K區域）、儀表板下方（J區域）。低音揚聲器的特點是用來表現震撼力，其指向性較弱，揚聲器尺寸較大，故一般布置在下艙。其中最佳位置是H區域，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聲器。K區域和J區域僅一些高端車為了增加車內音響效果，增加低音揚聲器數量時布置，布置在此兩區域會犧牲其他零件的布置空間。

1.2 中艙揚聲器的布置

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

1.3 后艙揚聲器的布置

后艙的布置使得聲音從后面傳來，離乘客較遠，且聲波傳播路徑是背對耳朵，故一般是作為補充音響效果布置，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（M區域）、備胎池（L區域）、C柱上飾板（G區域）上，緊湊車型常布置在M區域或L區域。

1.4 小結

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

2 揚聲器罩的設計

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

2.1 性能和品質的平衡

方案一（優先保證性能，圖2）：左側揚聲器角度可以完全覆蓋到右側座椅的人耳，聲場角度最佳，指向性強。但外觀品質因揚聲器罩的凸起特征不規則且顯突兀而使得品質感較差。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，必須額外增加揚聲器固定支架以安裝揚聲器，增加了拆件成本和裝配成本。綜上所述該方案性能最佳，但外觀品質不佳，并且成本高。

圖2 方案一的性能和外觀品質示意

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

圖3 方案二的性能和外觀品質示意

2.2 外觀品質的提升

方案三（外觀品質提升，圖4）：為了解決方案二的外觀品質問題，可在揚聲器與揚聲器罩之間增加一層透音紗來改善內圓和外圓不同心問題和筋條結構外露問題。透音紗的厚度對揚聲器聲品質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）與無透音紗的揚聲器罩做實驗，對比透音紗對音品質的影響。

圖4 方案三外觀品質示意

實驗結果顯示：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提升1-2dB。主觀試聽結果與實驗結果一致：高音直達聲的大小直接影響音質的清晰度與細節，薄透音紗的透音率增加，高音細節增多，可明顯感知到音品質較好。

綜上所述，透音紗可解決方案二中內置結構外露問題，薄透音紗可同時滿足音品質要求和外觀品質要求，厚透音紗會降低音品質。該方案的薄透音紗成本較高，不利于中端車型的商業化。

圖5 透音紗對音效的影響

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

2.3 保證品質降低成本

方案五：綜合以上各方案的性能、外觀、成本因素，尋找一種最優的解決方案。保持方案二揚聲器的角度不變，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，既起到加強結構的作用，又起到揚聲器安裝限位作用，不用加透音紗也不會有內部結構外露。該方案既能滿足性能要求，又能滿足外觀品質要求，節約成本，成為最佳的方案（圖8）。

圖6 揚聲器支架抽芯從后模出

圖7 揚聲器支架抽芯前后模同時出

圖8 方案五外觀品質示意

2.4 小結

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

3 結論

本文討論了常見的緊湊車型的整車10個揚聲器布置，前艙高音揚聲器布置在A柱上飾板下端的指向性較好，可較好地呈現高音揚聲器的音效；中音揚聲器布置在儀表板中間，可利用風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。中艙高音揚聲器布置在后門飾板上端，配合門飾板下端的低音揚聲器可很好發揮揚聲器的生效。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柱上飾板高音揚聲器的布置為例討論了如何保證揚聲器的音品質，又能解決外觀品質問題，還可降低成本，最終以方案五為最優的解決方案，為揚聲器的音效完美展現其本身的音品質提供更好的設計指導。