一种9扬声器的汽车音响系统设计

本文提出一种9扬声器的汽车音响设计方案，通过合理选择各个扬声器的尺寸规格、性能参数，并且针对各个扬声器的特点提出具体安装布置要求。采用具有DSP芯片的数字功放模块，通过实车调音，以使整车音响频响曲线均衡，声场位于仪表台中间上方位置，以达到重现音乐现场的听觉感受。

关键词：汽车音响　扬声器　功放

作者：罗逍  上汽通用五菱汽车股份有限公司 

汽车音响发展历程已有几十年的历史，最早的功能是给车内乘客收听无线广播用的，随着扬声器和电子技术的发展，逐渐出现了高音扬声器、低音扬声器、中音扬声器、全频扬声器、重低音扬声器等不同种类的扬声器，功放模块也由电子管功放、三极管功放、场效应管功放等多种类型组成，根据不同的工作原理，又分为 A 类、B 类、AB 类、D 类等四种。随着人们对汽车音响的要求越来越高，汽车内安装的扬声器数量也不断增加，有 2 个、4 个、6 个、9 个、10 个、12 个、15个、22 个等不同数量的扬声器音响系统。扬声器数量的增多，各个扬声器独立工作，会导致整车音响音质混乱，使用内置 DSP 芯片的数字功放可以解决车内声音混响严重、声场低下问题。

01、音响系统架构

本音响系统由 4 个高音扬声器、4 个低音扬声器、1 个重低音扬声器和 1 个功放模块组成，2 个高音扬声器布置在左右三角饰板，2个高音扬声器布置在左右中门内开手柄前端，4 个低音扬声器布置在前后左右四个车门地图袋前方附近，重低音扬声器布置在备胎轮毂内部，功放模块布置在行李厢右后侧的地板上 [1]。具体见图 1 所示。

图1     音响系统布置示意图

02、音响系统电气原理

功放模块接收音响主机输出的 4 路音频信号，经过内部的 DSP 芯片处理之后，通过内部的芯片输出 6 路经过功率放大的音频信号，驱动所连接的 9 个扬声器播放声音，同时输出 2 路音频信号反馈给主机。主机通过AMP_ACC和静音两根信号线控制功放模块，控制功放模块的开机 / 关机、静音 / 非静音状态的切换。音响系统原理见图 2 所示。

图2     音响系统电气原理图

03、各个零件的参数设计

各个扬声器性能参数需要满足人耳正常听音的全部频率范围，即20—20KHz[2]。由于扬声器自身的结构特点和工作原理，单个扬声器无法满足全频率的发声范围，所以需要使用不同频率特性的扬声器来负责不同声音频率的发声。出于汽车安装空间结构和大批量生产成本考虑，选择三种不同类型的扬声器，分别是高音扬声器、低音扬声器、重低音扬声器，频率范围分别为 30-200Hz、80-3150Hz、3150-20000Hz。功放模块为 4 通道模拟输入、8 通道模拟输出的 D 类数字功放，内置 DSP 芯片，可以通过音效软件算法实现最佳的音效。各个扬声器和功放模块的规格参数如表 1 所示。

表1     各个扬声器和功放模块的规格参数

04、安装布置

功放模块布置

功放模块布置在第二排右侧座椅底下的后部下车体总成上，利用座椅与工具盒之间的空隙给功放散热。地板上设计一个带焊接螺母的安装支架，和座椅安装脚的两个焊接螺母进行固定，安装支架同时作为功放的电源接地点。

高音扬声器布置

前门高音扬声器布置左右前门三角饰板上，后门高音扬声器布置在左右后门内开手柄总成上，基本满足上述布置要求。网罩的开孔区域面积基本等于高音扬声器纸盆的面积，保证声音能最大限度地传播出去。

低音扬声器

低音扬声器安装在前后左右侧门内板上，门装饰板上设计导音筒和拥有开孔结构的网罩，并且要满足空间距离要求。网罩的开孔区域面积基本等于低音扬声器纸盆的面积，保证声音能最大限度地传播出去，低音扬声器安装支撑面为平面。

重低音扬声器

重低音扬声器安装在备胎总成里面，利用备胎轮毂的圆形空间设计重低音扬声器箱体，固定方式为利用备胎固定螺栓螺母固定，同时对于覆盖在其上的后备箱地毯起到很好的支撑作用。设计上比较简单实用。

05、调音

调音的过程是测试整车频响曲线，调整功放模块各个通道的音频信号输出，再次测试整车频响曲线的循环过程。整车频响曲线测试是在相对安静的空间内，利用主机播放粉红噪声，通过功放模块驱动各个扬声器发声，把全指向电容式麦克风放置在车内听音者的耳朵位置，采集声音的声压级得出的频响曲线。分别测试前、后、左、右四个乘员的位置。调整功放模块各个通道的音频信号输出具体为：调整 20-20KHz 范围内的增益、延时、相位、响度，直到整车频响曲线低中高频段比较均衡。

06、主观试听

主观试听是在调音工作完成后，通过播放特定的试音曲目，对整车音响的低中高音效果、声场定位、人声效果进行主观评价，一般要求试听员有较高音响主观评价素养。推荐试音曲目为《加州旅馆》、《渡口》、《甜蜜蜜》等。评价项目如表 2 所示。

表2     音响主观评价项目

07、总结

本文设计一款 9 扬声器的汽车音响系统，通过合理安装布置扬声器，以及整车调音后获得较好的音质效果，能在零件成本和音质性能之间达到比较好的平衡，也能满足一般用户对于汽车音响的品质追求，对于此类汽车音响系统的设计开发具有一定的指导意义。

【参考文献】

[1]韩静，姬圆，王蕾 . 汽车音响的设计与安装 [C]. 河南省汽车工程学会第六届科研学术研讨会 论文集，2009.11.

[2]王鑫，吴帆，李洋红琳 . 审听训练与音质主观评价 . 中国传媒大学出版社，2016：10-13.