无扬声器声音

大陆集团新的无扬声器音响系统是广泛的NVH和声学分析的结果。


汽车扬声器系统—从低端标准设备到昂贵的定制设置—全部使用基本上相同类型的音圈/膜片设计。它们还占用了车辆中的大量空间。

德国汽车供应商大陆集团认为,它已经找到了一种提供优质声音的方法,同时减少了声音系统在车辆中占用的空间和重量。公司开发了“speakerless”系统使用安装在车内面板中的一系列换能器(或执行器)。这些换能器不是振动扬声器振膜,而是振动车辆的内表面。

在分析了面板的声学特性之后,美国大陆航空的工程师将它们全部整合到了测试车中,作为系统进行了分析。图片由美国大陆航空提供。 在分析了面板的声学特性之后,美国大陆航空的工程师将它们全部整合到了测试车中,作为系统进行了分析。 图片由美国大陆航空提供。

新系统—dubbed Ac2ated Sound—利用内部材料的共振特性以不同的频率振动。开发新系统需要冗长的声学分析以及噪声,振动和粗糙度(NVH)测试。

无扬声器系统的最初想法来自公司’美国大陆航空声学工程师罗伯特·乔斯特(Robert Joest)表示,自己对塑料声学材料的研究以及对汽车制造商施加压力,要求他们使用更轻巧,更硬的材料。“我们从2015年开始对该构想进行首次调查,” Joest says.

据该公司称,各种类型的表面都经过了调整,可以覆盖整个声音范围。该系统提供环绕声效果,基于车展上的演示,该效果在音频质量方面已经获得了不错的评价。

最终的声音系统比传统的音频系统轻得多,并且可以为设计人员提供改变内部车辆设计的新机会,因为它们不再需要容纳扬声器通风孔。 Ac2ated声音还需要更少的电量。

它可以集成到任何类型的车辆内部,并在整个车辆中使用标准换能器,以减少适应不同品牌和型号的汽车所需的定制量。

像小提琴

声音系统的运作原理与弦乐器相同。

在传统的扬声器中,有一个磁铁和一个音圈。向线圈施加电压时,线圈会上下移动。然后,该运动传递到振动的膜或振动膜并产生声音。

使用Ac2ated系统时,音圈会固定在结构上,磁铁也会移动。施加电压后,磁体会上下移动以产生振动,并传递到结构上。“整个表面散发出声音,”声学工程师Jens Friedrich说。“声音可以来自任何地方,来自具有不同材质和覆盖物的任何表面。”

磁铁移动(而不是线圈)以将足够的力感应到材料表面。

大陆集团(制造轮胎,内饰电子产品和其他汽车系统)利用其多年的经验与不同的内饰材料一起工作,以帮助确定哪些表面可用作扬声器。“我们知道这些不同表面的行为,因此我们可以将它们组合成一个声音系统,” Friedrich says.

每个表面都有独特的声学行为。 A柱(将挡风玻璃固定到位的垂直支架)适用于中高频。诸如天花板的大表面能够产生较低的频率。“结合所有这些表面,我们可以覆盖人类可以听见的整个频率范围,” Friedrich says.

NVH挑战

美国大陆航空在车辆NVH测试方面拥有丰富的经验,因此不得不利用这些资源来确定不同的面板将如何单独且协调一致地运行。

“我们对可能的方案有了一个很好的了解,但是没人能确定我们是否可以覆盖整个频率范围,” Joest says. “那是我们必须回答的第一个问题。另一个问题是,该系统与在崎surfaces不平的路面或道路上行驶时通过车辆而来的振动之间是否有任何影响或相互作用。 ”

至于后一个问题,示范车辆的广泛NVH测试表明,车辆的运动或振动对音响系统影响很小或没有影响’s performance.

美国大陆航空使用专有的声学分析软件来分析其声学测量结果,并运行自己的声学测试环境。每种类型的车辆面板都经过单独测试(在车辆外部)。

例如,该公司测试了来自不同车辆的不同类型的A柱护盖。“我们将执行器放在其上并测量了材料表面内部的振动,然后尝试在声学上找到最佳的固定点,” Friedrich says. “我们对其进行了测量,然后将其装回汽车,并通过麦克风进行声学测量,以记录车辆环境中的表面振动。”

使用这种方法,美国大陆航空能够分析现有的面板并确定每种表面和材料的声学特性,可以预期产生多大的振动,以及在何处安装换能器以获得最佳声音再现效果的最佳位置。

该公司对演示车的各种表面进行了平行测试。

在查看使用不同内饰板材料的不同类型车辆时,最近的轻量化工作也有助于在Continental’s favor. “总的来说,我们发现,随着近十年来轻量化设计的趋势,大多数室内面板都可以用于声音再现,因为每个人都在努力优化重量,” Joest says. “这导致内饰板具有类似的结构行为。在细节上稍有不同,但是通常,大多数组件都可以用于此系统。”

在测试了各个面板的声学特性之后,Continental必须将所有面板整合在一起,以分析整个系统如何在演示车中协同工作。“整个系统做了调整,” Friedrich says. “我们优化了不同面板的组合以获得最佳效果。”

虽然公司’的声学分析系统用于帮助确定最终设计,人类的听觉也起了很大的作用。“我们有工程师坐在车里进行主观评估,” Joest says. “我们进行了一些频率测量,但是还有一个更主观的汽车调校过程。如果面板到聆听者的耳朵之间的距离不同,我们还会优化您获得的延迟。”

It’与传统扬声器系统使用的过程类似。“您可以通过软件和数字信号处理来调整系统,” Friedrich adds.

大陆集团还希望保持换能器设计标准,以便设备 ’对于不同的面板或车辆,不必进行重大更改。他们还最小化了面板本身的改动。

“我们基本上只需要在面板内部使用一个平坦的表面来连接执行器或传感器,” Joest says. “附件方法不’有所作为。我们’不要设计新的内部面板或更改安装过程。”

由于换能器也比普通扬声器轻巧得多,因此甚至可以将它们固定在面板上,然后再交付给OEM进行安装。

尚待解决的挑战之一是,要在其上测试换能器的车辆仍带有扬声器格栅。“That’这不是最佳选择,因为它会减小面板的表面积,” Joest says. “我们可以激发的表面越大,系统的效率就越高。”

人与面板表面的接触会影响振动和声音。“但这取决于频率” Joest says. “如果轻轻触摸面板,则仅会影响高频。我们将A柱用于这些频率,而驾驶员通常不会’不要将他们的手放在那里。这实际上也取决于表面材料。无论您使用的是织物还是皮革,都可以在声音上产生很小的差异,但是在调音过程中可以克服。”

该公司还在为小型车(如跑车)开发解决方案。’具有特别大的面板。“在这些内部很难产生低频,但是我们正在努力,”乔斯特说。该公司现在正在对该解决方案进行原型设计,但是没有’还没有准备演示它。

减轻体重

换能器比常规扬声器小。例如,一个低音炮箱可能需要容纳12至20米的箱子体积,必须将其放置在汽车内部。使用Ac2ated,那不是’t necessary. “我们可以减少模块的数量,因为(我们)这些大表面会发出声音并可以在房间内充满声音,” Friedrich says. “对于常规扬声器,膜非常小,直径约为10厘米。因为我们的表面很大,所以减少了放大器中的声道数量以建立声音系统。”

该系统也没有可见的组件,因为换能器位于面板后面。“这为室内设计师提供了更多的自由,因为如果他们想在音响系统上做一些品牌或其他事情,他们可以在汽车的多个不同位置进行,” Joest says. “不再有扬声器格栅。”

但是,对于OEM而言,最重要的好处就是减轻了重量。根据Friedrich的说法,Ac2ated系统可以使扬声器系统的重量减少多达90%。

乔斯特说,许多原始设备制造商已经与美国大陆航空就在车辆中采用该系统进行了接触,但他无法在发稿时进行详细说明。

“We’反馈说,我们的方法对他们[汽车制造商]是新颖的,并且非常有趣,因为他们正在减轻重量,特别是当他们寻找包装非常笨重的混合动力和电动汽车电池的方法时,” Joest says.

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欧陆

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布莱恩·奥尔布赖特(Brian Albright)是《 数字工程。请与他联系 [电子邮件 protected].

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