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3D音效車載震動揚聲器的輕量化設計與實現

時間:2020-07-02 09:37作者:文承福
本文導讀:這是一篇關于3D音效車載震動揚聲器的輕量化設計與實現的文章,Fo越低表示該喇叭單元的低頻響應越好。單體喇叭由于在開放的空間內,紙盆向前的聲波與后方的聲波相位相反,有效過濾袋了低頻的信號。所以,其低頻效果比較差。

  摘    要: 基于3D音效的輕量化車載震動揚聲器,包括支撐裝置、輻射板、振動源以及彈性連接件等,支撐裝置、阻尼罩以及輻射板合圍構成振動空腔,減少了產品的體積、重量和成本,避免振動源在車輛行駛過程中出現失衡的情況,將揚聲器失真情況降到最低,有效提升了振動源聲音的效果,應用彈性連接件減少振動源F0,達到低頻效果,實現音質效果的最大化,為客戶提供更加優質的服務。接下來,本文就3D音效的輕量化車載震動揚聲器及其應用,展開具體分析。

  關鍵詞: 3D音效; 輕量化; 車載震動揚聲器;

  1 、通過FINE Motor軟件,對磁路系統進行模擬設計

  SPEAKER、音腔、音頻電路和MIDI選曲是關鍵的設計要素,通過其本身的特點及相互配合形成音質。SPEAKER單體的品質直接影響著音質的好壞,其靈敏度直接影響著聲音的大小,其低頻性能對鈴聲效果、是否有雜聲是十分必要的[1]。音腔在某種意義上可以對Speaker的輸出頻響曲線進行調整,借助聲腔參數的調整改變高、低音效果,其中后聲腔容積大小直接影響著低音質量,前聲腔及出孔面積對高音效果具有直接影響。這涉及到結構設計比如音腔的設計;音頻電路輸出信號的失真度及電壓對音質可能會造成雜音的影響。如果輸出信號的失真度大于10%,鈴聲會出現明顯雜音[2]。此外,輸出電壓則必須與Speaker相匹配,不然輸出電壓過大造成Speaker出現失真的情況比較嚴重,這也會出現雜音。MIDI選曲在某種程度上也影響著音質,主要體現在頻譜與聲腔和Speaker的不相匹配時,會造成音樂出現比較大的變音,影響揚聲器的聽感。為了實現揚聲器輕量化的個性化要求,通過內磁式磁路結構,應用釹鐵硼磁鋼作為物質載體,以此減小磁路體積,提升產品結構的可靠性及性能,如圖1所示。
 

3D音效車載震動揚聲器的輕量化設計與實現
 

  2 、優化導磁板柱結構的定位

  揚聲器的靈敏度主要取決于永久磁鐵的磁性、紙盆的品質及裝配工藝的優劣。因為復合揚聲器的誕生,減少了揚聲器的諧振頻率大為降低,有效緩解了低頻響應。但是因為揚聲器振膜兩面所輻射的聲波相位相反,導致反響波相互消除,對低頻的重放造成影響。為了有效減少這種情況,可以通過應用揚聲器背面的輻射,提高揚聲器的低頻效果,通常應用音箱或者障板。導磁板柱大多是錐孔通透結構,具有體積小、質量輕的優勢,與顧客的輕質化要求相符合[3]。而且有效減少了揚聲器頻響的失真情況,避免了揚聲器工作中活塞運動的氣阻影響,顯著提升了揚聲器的效率,并具有良好的功率容量。

  圖1 磁路系統的模擬設計
圖1 磁路系統的模擬設計

  3 、搭配振動設計,避免失真情況

  內磁喇叭背后看不到磁鐵,磁鐵是包在外殼里面的,通常使用兩個相同極性的對貼以減少磁性外漏。內磁式受到外磁場的干擾較小,鐵磁材料比較少,體積比較輕,但是不能形成較強的磁場。在可動線圈與游絲一致時,會造成靈敏度較低。外磁式鐵磁材料使用的比較多,容易受到外磁場的影響,但是可以通過屏蔽消除干擾,其靈敏度比較高。揚聲器在汽車音響系統中十分重要,要想提升車載揚聲器的音色與定位感,其對技術提出了更高的要求。在汽車內部空間,由于空間比較狹窄,受到噪音、車用材料及震動的影響,再加上揚聲器的安裝位置受到汽車內外造成的局限。值得注意的是如果揚聲器安裝位置不同,會造成偏左或者偏右的聆聽感。因為揚聲器的指向并不是正面平均對稱,造成頻率復雜,出現反射性時差。共鳴更問題。但是基于3D音效的輕量化車載震動揚聲器,對汽車安裝位置比較高,要形成3D環繞的音樂效果。因此,在實際安裝中,通過掌握不同用途、種類、屬性等揚聲器的特點,應用科學的安裝技巧及,正確處理不同揚聲器的安裝位置,確保其良好的指向性,為客戶提供優質的聆聽感。通過揚聲器振動系統與磁路系統的優化,借助錐孔結構有效避免失真情況,降低了揚聲器工作中的氣阻,顯著提升其效率,如圖2所示。

  圖2 優化后的板柱結構
圖2 優化后的板柱結構

  4、 盆架力學支撐結構,有限元驗證分析

  為了拓展揚聲器單元的工作頻帶轉向高頻,通常借助兩個紙盆進行固定,并應用音圈與定心支片連接起來。內紙盆頂角小,勁度較大。在內外兩只紙盆間應用小波文的設計,將其作為機械濾波器,這種揚聲器的具體情況可以通過對等效線路進行說明分析。在低頻時期,使用兩個紙盆和音圈的振動,向四周輻射聲波[4]。在高頻時,通過小紙盆和音圈的振動,在10KHz以上可以有效輻射聲波。雙紙盆揚聲器在某種意義上影響著工作頻帶,但是因為其都處于同個音圈上,所以互調失真的情況在所難免。對于音質要求比較高的放聲系統來講,大多是應用這種結構,通過不同揚聲器的組合,將工作頻帶拓寬,有效改善互調失真情況。通過對折環形狀的科學設計,可以使用不易激發共振的不對稱形狀,可以將通常應用的正弦波紋改為接近鋸齒波的波紋。通過使用阻尼比較大的折環材料,或者在上面涂上阻尼材料,以此減小折環共振的幅度。紙盆的壓邊大多是應用阻尼較大的材料,以此削減盆架反射的能量,以此改善中頻谷。在支撐系統力順的前提下,可以適當減小折環的寬度,以此削減折環輻射的聲波,繼而改善中頻谷的情況。在盆架設計過程中,通過ANSYS有限元分析技術,在保障盆架結構剛度的基礎上,實現盆架輕量化發展,減少樹脂材料的應用。同時,明顯縮短了開發周期,并有效降低了盆架強度不夠的威脅。通過三角支撐,保證揚聲器的支持可靠性,提升其抗共振強度,如圖3所示。

  圖3 盆架力學分析
圖3 盆架力學分析

  5、 振膜新材料的研究應用

  通過模擬軟件設計,對“紙盆”選材不斷優化,提升揚聲器低音效果,確保優質、節能以及高效轉換。應用FINE Motor軟件軟件對振動系統進行模擬設計[5]。Inter Management Engine Interface,介于固件與系統驅動之間,系統可以通過與固件之間的相互影響,繼而實現音質管理的目標。對面罩的透音率要求,在其開模前,高音要求至少為50%,中音要求至少為40%,與面罩距離為5-7mm。由于音響的中低音需要借助箱體配合才能實現,人耳可以聽到的頻率范圍是20HZ-20KHZ,大多數人能直接聽到的高頻上限在15-17KHZ左右,高于20KHZ的信號不能直接聽到,但是可以感受到,關于聲場的展寬及解析力的提升具有積極影響,這也是近年來高檔音響應用超高音喇叭單元的關鍵原因。振動系統的紙盆通過橢圓指數型母線設計,實現科學有效的頻率相應,并通過計算機有限元對設計開發進行輔助,縮短紙盤開發周期,為后續音質調整提供便利。

  綜上所述,Fo越低表示該喇叭單元的低頻響應越好。單體喇叭由于在開放的空間內,紙盆向前的聲波與后方的聲波相位相反,有效過濾袋了低頻的信號。所以,其低頻效果比較差。同時由于后部沒有箱體反射空氣的反作用力,對紙盆產生阻尼,因此單體喇叭的功率承受能力相對較小。因此,亟需開展基于3D音效的輕量化車載震動揚聲器的相關研究。輕量化揚聲器可以在商用車、輪船、汽車等傳統音響系統中應用,明顯提升了傳播效果。

  參考文獻

  [1] 漢得利(常州)電子股份有限公司.基于3D音效的輕量化車載震動揚聲器.
  [2] 天津暢樂電子科技股份有限公司.一種用于車載揚聲器的U鐵結構.
  [3] 深圳市路易軒信息科技有限公司.一種車載裝置.
  [4] 南京含悅電子工程有限公司.一種防共振的車載北斗衛星定位終端.
  [5] 菏澤學院.一種新型便攜式車載通訊裝置.

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