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車載揚(yáng)聲器聲學(xué)技術(shù)指標(biāo)與檢測(cè)方法

嘉峪檢測(cè)網(wǎng)        2025-05-16 20:31

隨著汽車智能化、電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化和共享化的發(fā)展,汽車座艙不再僅僅是一個(gè)駕駛員控制車輛和乘客乘坐的物理空間,而是成為了一個(gè)為乘員提供個(gè)性化服務(wù)和舒適體驗(yàn)的重要場(chǎng)景。在這種背景下,汽車音效系統(tǒng)的作用從單純的廣播、音頻播放設(shè)備逐步升級(jí)為智能座艙體驗(yàn)的重要組成部分,成為消費(fèi)者關(guān)注的關(guān)鍵體驗(yàn)。未來座艙音效不僅需要高品質(zhì)音響設(shè)備提供優(yōu)良的音效,還需結(jié)合車內(nèi)環(huán)境、車輛狀態(tài)和用戶需求,在車聯(lián)網(wǎng)、OTA、人工智能技術(shù)的支持下,提供更加智能化、個(gè)性化和沉浸式的聽覺體驗(yàn)。

 

汽車揚(yáng)聲器發(fā)展背景

 

在汽車電動(dòng)化后,車輛行駛的過程中由于缺少了發(fā)動(dòng)機(jī)噪音使得車內(nèi)環(huán)境更加安靜,駕駛者和乘客對(duì)車內(nèi)聲場(chǎng)將會(huì)更為敏感,對(duì)揚(yáng)聲器品質(zhì)提出了更高的要求,因而新能源車廠更愿意在其車型上增加揚(yáng)聲器數(shù)量,提升車內(nèi)聲場(chǎng)品質(zhì)。相對(duì)于傳統(tǒng)燃油車一般配置 4-8 個(gè)車載揚(yáng)聲器(平均配備 6 個(gè)左右),2023年部分新勢(shì)力車企旗艦車型的揚(yáng)聲器數(shù)量已達(dá)到20+個(gè),新能源車型的揚(yáng)聲器搭載量明顯高于傳統(tǒng)燃油車搭載量,高端新能源車傾向于配置更多揚(yáng)聲器。

車載揚(yáng)聲器在汽車中的布局

汽車行業(yè)的發(fā)展為車載揚(yáng)聲器企業(yè)帶來了機(jī)遇和挑戰(zhàn),車載聲學(xué)系統(tǒng)是提升車內(nèi)娛樂體驗(yàn)的重要部件,優(yōu)異的聲學(xué)系統(tǒng)容易被用戶感知。目前,消費(fèi)者對(duì)車載音響的需求開始向高端化、娛樂化、高保真的方向發(fā)展。車載揚(yáng)聲器配置的數(shù)量不斷增加及品質(zhì)逐步提升,整個(gè)行業(yè)蓬勃發(fā)展。

 

 

 

車載揚(yáng)聲器區(qū)別和使用差異

 

車載揚(yáng)聲器和普通揚(yáng)聲器相比,在一些基本聲學(xué)性能方面相差不多,如阻抗、功率、頻響和靈敏度等性能指標(biāo)。但在技術(shù)層次和困難度有著明顯的區(qū)別,甚至要高出許多,包括材料的使用、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制作加工工藝上。與多數(shù)揚(yáng)聲器處于相對(duì)簡單、開放的環(huán)境不同,汽車內(nèi)部空間窄小、存在不規(guī)則物體導(dǎo)致車載聲學(xué)環(huán)境復(fù)雜,并且噪聲的多樣性、行駛過程的動(dòng)態(tài)性等進(jìn)一步增大了車載揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)、布局的難度。汽車行駛環(huán)境的復(fù)雜性要求車載揚(yáng)聲器在抗振動(dòng)、抗沖擊、防潮等方面具有良好的適應(yīng)性。車載揚(yáng)聲器存在一些普通揚(yáng)聲器沒有的問題,其使用環(huán)境存在以下明顯的不同。

 

(1)溫度環(huán)境:車載揚(yáng)聲器主要是在戶外工作,隨著外界天氣的變化,不同時(shí)間的高低溫差別較大,所以對(duì)溫度應(yīng)力應(yīng)具備一定的抵抗能力,不能產(chǎn)生老化和變形。例如,在夏季的情況下,車載揚(yáng)聲器會(huì)受到高溫的影響; 在冬季的情況下,會(huì)受到嚴(yán)寒作用的影響。此種情況下,車載揚(yáng)聲器的運(yùn)用,必須在老化的預(yù)防手段上不斷增加,針對(duì)熱應(yīng)力的抵抗手段需要不斷加強(qiáng)。

 

(2)潮濕環(huán)境:對(duì)于車載揚(yáng)聲器而言,潮濕環(huán)境不可避免,對(duì)揚(yáng)聲器造成的影響非常顯著。例如,汽車在駕駛的過程中,雨季來臨的情況下,路面上的積水不斷增加,而且在空氣的濕度方面也會(huì)大幅度提升,這對(duì)于車載揚(yáng)聲器的干擾作用較為顯著。車載揚(yáng)聲器必須在防潮技術(shù)上不斷完善,以減少潮濕對(duì)車載揚(yáng)聲器造成的破壞和損失。

 

(3)沙塵環(huán)境:汽車由于是在戶外行駛,經(jīng)常性開窗、開門會(huì)使其內(nèi)部進(jìn)入一些塵土,因此車載揚(yáng)聲器必須提升防塵性能來減小由于沙塵進(jìn)入而產(chǎn)生的噪音。

 

(4)振動(dòng)環(huán)境。汽車在行駛過程中會(huì)產(chǎn)生振動(dòng),路面的顛簸也會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和沖擊,所以車載揚(yáng)聲器隨時(shí)隨地會(huì)受這些機(jī)械方面的應(yīng)力。當(dāng)下汽車研發(fā)和生產(chǎn)過程中,振動(dòng)環(huán)境是不可忽視的內(nèi)容,對(duì)于車載揚(yáng)聲器而言,必須在設(shè)計(jì)和加工的過程中,盡量選擇堅(jiān)固的材料,在安裝的牢固程度上也要加強(qiáng),避免產(chǎn)品在振動(dòng)環(huán)境下出現(xiàn)破損或者是脫落的現(xiàn)象。

 

車載揚(yáng)聲器聲學(xué)指標(biāo)

 

為滿足消費(fèi)者對(duì)汽車舒適、可靠性等方面的要求,車載揚(yáng)聲器的可靠性顯得尤為重要。這就要求要對(duì)車載揚(yáng)聲器產(chǎn)品進(jìn)行嚴(yán)格的聲學(xué)性能和可靠性的綜合測(cè)試。

 

車載揚(yáng)聲器的聲學(xué)指標(biāo)主要有額定功率、額定阻抗、諧振頻率、頻率響應(yīng)范圍、Qts值、指向性、靈敏度、失真等。

 

額定功率:也稱持續(xù)功率,是揚(yáng)聲器可長期穩(wěn)定工作的輸入電功率(單位:W),體現(xiàn)了揚(yáng)聲器熱承受能力(車載揚(yáng)聲器常用30W-100W)。與之相對(duì)的是峰值功率(Peak Power),即車載揚(yáng)聲器的短時(shí)最大承受功率(通常為RMS的2-4倍)。

 

額定阻抗:揚(yáng)聲器在特定頻率(通常1kHz)下的等效電阻抗(單位:Ω)。車載揚(yáng)聲器多為4Ω(兼容原車主機(jī)),改裝高端系統(tǒng)可選2Ω(提升功放電流輸出效率)。阻抗低于功放最低負(fù)載阻抗時(shí),可能觸發(fā)保護(hù)電路或燒毀功放。

 

諧振頻率:揚(yáng)聲器在自由空氣中振膜振幅最大時(shí)的頻率(單位:Hz)。

 

頻率響應(yīng)范圍:頻率響應(yīng)是評(píng)價(jià)揚(yáng)聲器好壞的重要指標(biāo)之一,那什么是頻響范圍呢?頻率響應(yīng)表示揚(yáng)聲器的輸出聲壓級(jí)隨頻率變化的關(guān)系,如果畫成圖,就是一條以頻率為橫坐標(biāo),以輸出聲壓(或者聲壓的分貝數(shù))為縱坐標(biāo)的函數(shù)曲線。這條曲線在中頻段的總體趨勢(shì)是水平的,在低頻端和高頻端,曲線出現(xiàn)下跌的趨勢(shì),揚(yáng)聲器的輸出會(huì)減少,通常把低頻端和高頻端的輸出相對(duì)于中間水平段下跌3dB(因?yàn)槌^3分貝時(shí),人耳很容易察覺頻響在強(qiáng)度上的變化)的那兩點(diǎn)成為低頻截止點(diǎn)和高頻截止點(diǎn),這兩點(diǎn)之間的頻帶就是該揚(yáng)聲器的頻響范圍。

 

Qts值:即品質(zhì)因數(shù)、阻尼系數(shù),是揚(yáng)聲器性能的關(guān)鍵指標(biāo),反映揚(yáng)聲器振動(dòng)系統(tǒng)阻尼特性的無量綱參數(shù),它類似于汽車減震器的原理,有助于控制揚(yáng)聲器的振動(dòng)。它在一定程度上反應(yīng)了揚(yáng)聲器振動(dòng)系統(tǒng)的阻尼狀態(tài)(即振動(dòng)衰減的快慢)和共振銳度,振動(dòng)很快停止的叫Qts低,振動(dòng)不易停止的叫Qts高。Qts值過低時(shí)揚(yáng)聲器的輸出音壓還沒到Fo(諧振頻率)處時(shí)就迅速下降,揚(yáng)聲器處于過阻尼狀態(tài),造成低頻衰減過大;Qts值過高時(shí)揚(yáng)聲器的輸出音在Fo處會(huì)出現(xiàn)一個(gè)峰,揚(yáng)聲器處于欠阻尼狀態(tài),低頻得到過分加強(qiáng),Qts值越大,峰值越陡。

 

指向性:聲壓隨輻射角度衰減的特性,一般用極坐標(biāo)圖表示。揚(yáng)聲器對(duì)不同方向上的輻射,其聲壓頻率特性是不同的,這種特性稱為揚(yáng)聲器的指向性。它與揚(yáng)聲器的口徑有關(guān),口徑大時(shí)指向性尖,口徑小時(shí)指向性寬。指向性還與頻率有關(guān)。

 

靈敏度:是指放大電路對(duì)輸入信號(hào)的放大能力,它反映的是揚(yáng)聲器發(fā)出聲音的響度。業(yè)界測(cè)試揚(yáng)聲器的靈敏度是用一個(gè)1KHz、1瓦的信號(hào)輸入揚(yáng)聲器,檢測(cè)它所發(fā)出聲音在1米距離處的聲壓級(jí)。如果靈敏度太小,相同的輸入信號(hào)下,揚(yáng)聲器發(fā)出的音量就小,想獲得大的響度就要增大音源,失真度就會(huì)增加。靈敏度越大,總諧波失真就越大,尤其在輸出大音量的時(shí)候更是如此。

 

失真:即總諧波失真,由于揚(yáng)聲器的輸出不能完全復(fù)現(xiàn)其輸入,產(chǎn)生了波形的畸變或者信號(hào)成分的增減,就叫失真。諧波失真是任何信號(hào)都會(huì)存在的,它表示除了原信號(hào)本身以外還多出來的雜波信號(hào)大小。由于音頻信號(hào)的頻率范圍很廣,因此這個(gè)參數(shù)往往只給出一個(gè)標(biāo)稱值。在揚(yáng)聲器的產(chǎn)品說明書上標(biāo)注的總諧波失真一般是在1KHz單頻率下測(cè)量的,只有一個(gè)代表性。在復(fù)雜多變的頻率下,諧波失真也是不斷變化的,但大體上不會(huì)相差太遠(yuǎn)。有些揚(yáng)聲器聽起來讓人感到煩躁,感覺疲勞,就是失真較大所引起的。

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來源:北測(cè)技術(shù)

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