[發明專利]一種車載低音揚聲器裝置及其設計方法

在審

• 申請號: 202010794316.8
• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN111836157A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 薛夏豐;柴國強;郭義;王小青
• 申請（專利權）人: 蘇州上聲電子股份有限公司
• 主分類號: H04R1/20
• 分類號: H04R1/20;H04R3/00;H04R9/02;H04R9/06;B60R11/02
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 李萍

1.一種車載低音揚聲器裝置，包括箱體及設置于所述箱體內的低音揚聲器，所述低音揚聲器包括紙盆，所述紙盆具有朝向車廂內部的前表面和與之相對的后表面，所述紙盆的后表面和所述箱體之間形成空腔，所述箱體內設置有用于將所述空腔連通外部的主波導管，其特征在于：所述箱體內還設置有副波導管，所述主波導管和所述副波導管分別具有與所述空腔連通的入口，所述主波導管具有用于連通車廂外部的出口，所述副波導管具有用于連通車廂外部或內部的出口。

2.根據權利要求1所述的車載低音揚聲器裝置，其特征在于：所述紙盆固定設置于盆架上，所述箱體的前端開放設置，所述盆架固定連接于所述箱體的前端，所述箱體的后端設置有后蓋，各所述出口分別設置于所述后蓋上。

3.根據權利要求2所述的車載低音揚聲器裝置，其特征在于：所述箱體內設置有第一隔板，所述第一隔板位于所述低音揚聲器和所述后蓋之間從而在所述第一隔板的前側形成所述空腔，所述主波導管和所述副波導管形成于所述第一隔板和所述后蓋之間，各所述入口分別設置于所述第一隔板上。

4.根據權利要求3所述的車載低音揚聲器裝置，其特征在于：所述箱體內還設置有第二隔板、第三隔板及第四隔板，所述第二隔板將所述第一隔板和所述后蓋之間的空間分割為第一空間部分和第二空間部分，所述第三隔板對所述第一空間部分分割形成所述主波導管，所述第四隔板對所述第二空間部分分割形成所述副波導管。

5.根據權利要求4所述的車載低音揚聲器裝置，其特征在于：所述第三隔板和所述第四隔板均呈弧形，兩個所述弧形共圓心，且所述第三隔板的半徑小于所述第四隔板的半徑。

6.根據權利要求5所述的車載低音揚聲器裝置，其特征在于：所述第三隔板的首端、所述第四隔板的首端分別連接于所述第二隔板，所述第三隔板、所述第四隔板的尾端和所述第二隔板之間形成有連通對應的所述波導管出口的間隙，其中所述第四隔板的首端鄰近所述第三隔板的尾端。

7.根據權利要求1至6任一項所述的車載低音揚聲器裝置，其特征在于：所述主波導管及所述副波導管的垂直于氣流方向的截面的面積先減小后增大。

8.根據權利要求1至6任一項所述的車載低音揚聲器裝置，其特征在于：所述低音揚聲器的磁路系統安裝于所述紙盆的前側，所述低音揚聲器的音圈的后端連接于所述紙盆，所述音圈的前端插入所述磁路系統形成的磁隙中。

9.根據權利要求8所述的車載低音揚聲器裝置，其特征在于：所述磁路系統通過支架安裝于盆架上，所述支架上設有供氣流通過的通孔；所述低音揚聲器還包括定心支片，所述定心支片固定設置于所述音圈的后端部，所述定心支片位于所述紙盆的后側，所述定心支片的外周沿通過支架安裝于盆架上，所述盆架上設有供氣流通過的通孔。

10.一種如權利要求1至9任一項所述的車載低音揚聲器裝置的設計方法，其特征在于，所述設計方法包括如下步驟：

S1、選定一主波導管及副波導管，計算所選定的所述主波導管和所述副波導管的總輻射阻抗；

S2、根據步驟S1得出的所述主波導管及所述副波導管的輻射阻抗構建揚聲器裝置的模型，所述模型如以下微分方程組所示，

其中，U(t)是揚聲器單元的前端功放輸出的電壓，R_e是音圈的直流電阻，i(t)是音圈中的電流，L_e是音圈的電感，Bl是電磁力感應系數，v(t)是音圈的運動速度，M_ms是揚聲器振動系統的振動質量，R_ms是揚聲器振動系統的振動阻，K_ms是揚聲器振動系統的勁度系數，是揚聲器振動系統的振動加速度隨時間變化的關系，是揚聲器振動系統的振動速度隨時間變化的關系，X(t)是揚聲器振動系統的振動位移隨時間變化的關系，t是時間；

S3、根據步驟S2建立的模型計算揚聲器裝置的輻射聲場；

S4、將步驟S3得出的輻射聲場和期望的輻射聲場進行比較，若滿足期望的輻射聲場，則判定所述主波導管和所述副波導管滿足設計要求；若不滿足期望的輻射聲場，則調整所述主波導管及所述副波導管的結構；

其中，所述步驟S1中，依據下式計算所述總輻射阻抗：

Z₁＝R_b0+jωM_b0+R_a0+jωM_a0

式中，R_a0是主波導管輻射阻，M_a0是主波導管輻射質量，R_b0是副波導管輻射阻，M_b0是副波導管輻射質量，j為虛數單位，ω為角頻率；

所述步驟S3具體包括：

S3-1、將所述微分方程組初始化，設置低音揚聲器的參數，結合步驟S1得出的總輻射阻抗Z1，代入到所述微分方程組中；

S3-2、采用前向歐拉法對所述微分方程組求解，

低音揚聲器的輸入輸出如下式所示，

y＝AX

其中，A＝[010]，X^T＝[X₁ X₂ X₃]＝[i(t)x(t) dx/dt]，向量X滿足如下關系式

其中i(t)、x(t)、dx/dt分別是電流隨時間的變化關系、位移隨時間的變化關系、速度隨時間的變化關系，M_m是振膜和音圈的質量，R_m是振動阻抗，K_m是彈性部件的彈性力系數；

在離散時間域，將上述關系式改寫成如下一階前向差分形式X(n+1)＝(ΔT·F+1)X(n)+ΔT·GU，其中，X(n)T＝[X₁(n) X₂(n) X₃(n)]，X₁(n)、X₂(n)、X₃(n)分別是低音揚聲器的電流、低音揚聲器紙盆的位移及低音揚聲器紙盆的振動速度，1是單位向量，ΔT是采用間隔時間；

S3-3、求解揚聲器輻射聲壓，

根據低音揚聲器紙盆的振動速度X₃(n)，得到低音揚聲器整個輻射面的體積速度X₃(n)S_d，記做U_i，其中S_d為揚聲器的有效輻射面積，

將空腔劃分為多段，經過第一段空腔后的，體積速度U₁為

其中，ΔL₁是第一節空腔的長度，U₀是經過第一節空腔之前的體積速度；

以此類推，逐步計算經過每一節空腔的體積速度，直至主波導管與副波導管連接處的體積速度U_i

其中，U_i-1是經過該空腔之前的體積速度；

S3-4、在主波導管和副波導管的連接處，滿足聲壓連續條件

p_i+p_r＝p_t＝p_b

其中，p_i是主副波導管連接處的入射輻射聲壓，p_r是反射聲壓，p_t是主波導管中的聲壓，p_b是副波導管中的聲壓；

相應的體積速度也滿足連續條件

U_i+U_r＝U_t+U_b

其中，U_i是主副波導管連接處的入射體積速度，U_r是反射體積速度，U_t是主波導管中的體積速度，U_b是副波導管中的聲波；

S3-5、將質點速度v＝p/ρ₀c₀代入上式可得

其中，p是該質點位置的聲壓，ρ₀是聲波傳播的介質密度，c₀是聲波在空氣中傳播的速度，S_L是主副波導管未分離時的截面積，S是主波導管的截面積，Z_b0是副波導管與輻射開口的總輻射阻抗；

S3-6、將聲壓連續條件方程代入上式可得

其中p_ai為主副波導管連接處的入射輻射聲壓，p_ar為反射聲壓；

求解上述方程可以得到聲壓反射系數r_p

同理，透射系數p_at是主波導管中的聲壓；

逐步計算經過主波導管后的體積速度，直至最后一節，也就是第n節主波導管后的體積速度U_n為

其中，U_n是通過第n節主波導管后的體積速度，Z_n是第n節主波導管口的輻射阻，U_n-1是通過第n-1節主波導管后的體積速度；

最后，計算整個低音揚聲器裝置不同頻率點的輻射聲壓p

得到不同頻率點上的聲壓，進而計算聲壓級，得到聲壓級曲線。