[发明专利]一种车载低音扬声器装置及其设计方法

权利要求书

1.一种车载低音扬声器装置，包括箱体及设置于所述箱体内的低音扬声器，所述低音扬声器包括纸盆，所述纸盆具有朝向车厢内部的前表面和与之相对的后表面，所述纸盆的后表面和所述箱体之间形成空腔，所述箱体内设置有用于将所述空腔连通外部的主波导管，其特征在于：所述箱体内还设置有副波导管，所述主波导管和所述副波导管分别具有与所述空腔连通的入口，所述主波导管具有用于连通车厢外部的出口，所述副波导管具有用于连通车厢外部或内部的出口。

2.根据权利要求1所述的车载低音扬声器装置，其特征在于：所述纸盆固定设置于盆架上，所述箱体的前端开放设置，所述盆架固定连接于所述箱体的前端，所述箱体的后端设置有后盖，各所述出口分别设置于所述后盖上。

3.根据权利要求2所述的车载低音扬声器装置，其特征在于：所述箱体内设置有第一隔板，所述第一隔板位于所述低音扬声器和所述后盖之间从而在所述第一隔板的前侧形成所述空腔，所述主波导管和所述副波导管形成于所述第一隔板和所述后盖之间，各所述入口分别设置于所述第一隔板上。

4.根据权利要求3所述的车载低音扬声器装置，其特征在于：所述箱体内还设置有第二隔板、第三隔板及第四隔板，所述第二隔板将所述第一隔板和所述后盖之间的空间分割为第一空间部分和第二空间部分，所述第三隔板对所述第一空间部分分割形成所述主波导管，所述第四隔板对所述第二空间部分分割形成所述副波导管。

5.根据权利要求4所述的车载低音扬声器装置，其特征在于：所述第三隔板和所述第四隔板均呈弧形，两个所述弧形共圆心，且所述第三隔板的半径小于所述第四隔板的半径。

6.根据权利要求5所述的车载低音扬声器装置，其特征在于：所述第三隔板的首端、所述第四隔板的首端分别连接于所述第二隔板，所述第三隔板、所述第四隔板的尾端和所述第二隔板之间形成有连通对应的所述波导管出口的间隙，其中所述第四隔板的首端邻近所述第三隔板的尾端。

7.根据权利要求1至6任一项所述的车载低音扬声器装置，其特征在于：所述主波导管及所述副波导管的垂直于气流方向的截面的面积先减小后增大。

8.根据权利要求1至6任一项所述的车载低音扬声器装置，其特征在于：所述低音扬声器的磁路系统安装于所述纸盆的前侧，所述低音扬声器的音圈的后端连接于所述纸盆，所述音圈的前端插入所述磁路系统形成的磁隙中。

9.根据权利要求8所述的车载低音扬声器装置，其特征在于：所述磁路系统通过支架安装于盆架上，所述支架上设有供气流通过的通孔；所述低音扬声器还包括定心支片，所述定心支片固定设置于所述音圈的后端部，所述定心支片位于所述纸盆的后侧，所述定心支片的外周沿通过支架安装于盆架上，所述盆架上设有供气流通过的通孔。

10.一种如权利要求1至9任一项所述的车载低音扬声器装置的设计方法，其特征在于，所述设计方法包括如下步骤：

S1、选定一主波导管及副波导管，计算所选定的所述主波导管和所述副波导管的总辐射阻抗；

S2、根据步骤S1得出的所述主波导管及所述副波导管的辐射阻抗构建扬声器装置的模型，所述模型如以下微分方程组所示，

其中，U(t)是扬声器单元的前端功放输出的电压，R_e是音圈的直流电阻，i(t)是音圈中的电流，L_e是音圈的电感，Bl是电磁力感应系数，v(t)是音圈的运动速度，M_ms是扬声器振动系统的振动质量，R_ms是扬声器振动系统的振动阻，K_ms是扬声器振动系统的劲度系数，是扬声器振动系统的振动加速度随时间变化的关系，是扬声器振动系统的振动速度随时间变化的关系，X(t)是扬声器振动系统的振动位移随时间变化的关系，t是时间；

S3、根据步骤S2建立的模型计算扬声器装置的辐射声场；

S4、将步骤S3得出的辐射声场和期望的辐射声场进行比较，若满足期望的辐射声场，则判定所述主波导管和所述副波导管满足设计要求；若不满足期望的辐射声场，则调整所述主波导管及所述副波导管的结构；

其中，所述步骤S1中，依据下式计算所述总辐射阻抗：

Z₁＝R_b0+jωM_b0+R_a0+jωM_a0

式中，R_a0是主波导管辐射阻，M_a0是主波导管辐射质量，R_b0是副波导管辐射阻，M_b0是副波导管辐射质量，j为虚数单位，ω为角频率；

所述步骤S3具体包括：

S3-1、将所述微分方程组初始化，设置低音扬声器的参数，结合步骤S1得出的总辐射阻抗Z1，代入到所述微分方程组中；

S3-2、采用前向欧拉法对所述微分方程组求解，

低音扬声器的输入输出如下式所示，

y＝AX

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

其中i(t)、x(t)、dx/dt分别是电流随时间的变化关系、位移随时间的变化关系、速度随时间的变化关系，M_m是振膜和音圈的质量，R_m是振动阻抗，K_m是弹性部件的弹性力系数；

在离散时间域，将上述关系式改写成如下一阶前向差分形式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)分别是低音扬声器的电流、低音扬声器纸盆的位移及低音扬声器纸盆的振动速度，1是单位向量，ΔT是采用间隔时间；

S3-3、求解扬声器辐射声压，

根据低音扬声器纸盆的振动速度X₃(n)，得到低音扬声器整个辐射面的体积速度X₃(n)S_d，记做U_i，其中S_d为扬声器的有效辐射面积，

将空腔划分为多段，经过第一段空腔后的，体积速度U₁为

其中，ΔL₁是第一节空腔的长度，U₀是经过第一节空腔之前的体积速度；

以此类推，逐步计算经过每一节空腔的体积速度，直至主波导管与副波导管连接处的体积速度U_i

其中，U_i-1是经过该空腔之前的体积速度；

S3-4、在主波导管和副波导管的连接处，满足声压连续条件

p_i+p_r＝p_t＝p_b

其中，p_i是主副波导管连接处的入射辐射声压，p_r是反射声压，p_t是主波导管中的声压，p_b是副波导管中的声压；

相应的体积速度也满足连续条件

U_i+U_r＝U_t+U_b

其中，U_i是主副波导管连接处的入射体积速度，U_r是反射体积速度，U_t是主波导管中的体积速度，U_b是副波导管中的声波；

S3-5、将质点速度v＝p/ρ₀c₀代入上式可得

其中，p是该质点位置的声压，ρ₀是声波传播的介质密度，c₀是声波在空气中传播的速度，S_L是主副波导管未分离时的截面积，S是主波导管的截面积，Z_b0是副波导管与辐射开口的总辐射阻抗；

S3-6、将声压连续条件方程代入上式可得

其中p_ai为主副波导管连接处的入射辐射声压，p_ar为反射声压；

求解上述方程可以得到声压反射系数r_p

同理，透射系数p_at是主波导管中的声压；

逐步计算经过主波导管后的体积速度，直至最后一节，也就是第n节主波导管后的体积速度U_n为

其中，U_n是通过第n节主波导管后的体积速度，Z_n是第n节主波导管口的辐射阻，U_n-1是通过第n-1节主波导管后的体积速度；

最后，计算整个低音扬声器装置不同频率点的辐射声压p

得到不同频率点上的声压，进而计算声压级，得到声压级曲线。