车辆扬声器布置的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年1月28日提交的美国临时申请序列号62/109,013和2015年2月10日提交的美国临时申请序列号62/114,343的权益，所述美国临时申请的公开内容在此以全文引用的方式并入本文。

本公开总体上涉及具有至少一个低音范围、低频扬声器的扩音器系统。更具体来说，本公开涉及具有低音范围扬声器的车辆。

背景技术：

在音频系统中利用低音扬声器以用于重现低音范围、低频声音。一个实例是哈曼国际工业(harmaninternationalindustries)的欧洲专利第ep2077680号。

技术实现要素：

在本公开中，将低音扬声器安装在某一位置且对所述低音扬声器进行控制以在车辆中提供最佳低音范围声音。在一个实施例中，车辆的音频系统设置有低音扬声器，所述低音扬声器具有用于在车辆的客舱中产生所需的低音范围声输出的前侧和具有无限障板的背侧。所述音频系统包括安置在车辆的客舱中的低音兼容扬声器。控制器与低音扬声器和低音兼容扬声器通信，且经编程以基于车辆速度和音频系统的声音输出水平中的至少一个而向低音扬声器和低音兼容扬声器分布所需的低音范围声音输出。

在另一实施例中，低音兼容扬声器包括密封的扬声器罩壳，所述密封的扬声器罩壳不与车辆外部的环境成流体连通。低音扬声器不具有扬声器罩壳，且低音扬声器的背侧邻近于车辆燃料箱、发动机和车辆传动传动轴中的至少一个。

在另一实施例中，控制器经编程以基于到放大器的平均输入电压而确定车辆的客舱中的当前声压级。

在另一实施例中，控制器经编程以基于来自安置在车辆客舱中的麦克风的平均输入而确定车辆的客舱中的当前声压级。

在另一实施例中，低音扬声器的无限障板不包括罩壳，使得背侧与车辆外部的环境成流体。

在另一实施例中，控制器经编程以在车辆速度小于阈值速度的情况下向低音兼容扬声器再分布来自低音扬声器的所需的低音范围声输出。

在另一实施例中，来自低音扬声器的低音范围声输出大体上等于来自低音兼容扬声器的再分布的低音范围声输出。

在一个其他实施例中，提供了控制车辆中的音频系统的方法。所述方法包括操作低音扬声器以提供所需的低音范围声输出。接收指示车辆速度的车辆数据。确定车辆的客舱中的当前声压级。所述方法操作低音兼容扬声器以在车辆速度小于阈值速度且当前声级大于阈值音量中的至少一个的情况下提供所需的低音范围声音输出的至少一部分。

在另一实施例中，所述方法包括操作低音兼容扬声器以在声压级大于阈值音量且车辆速度小于阈值速度的情况下提供所需的低音范围声输出的至少一部分。

在另一实施例中，所述方法包括操作低音兼容扬声器以在车辆速度小于次级阈值速度的情况下提供所有所需的低音范围声输出。

在另一实施例中，所述方法包括以与车辆的减速率成比例的再分布速率来增加到低音兼容扬声器的所需的低音范围声输出。

在另一实施例中，所述方法包括在与先前从低音扬声器提供的所需的低音范围声输出大体上相等的再分布的低音范围声输出下操作低音兼容扬声器。

在另一实施例中，所述方法包括在车辆速度增加到阈值速度以上时恢复低音扬声器以提供所需的低音范围声输出。

在一个其他实施例中，提供了用于在车辆中产生低音范围声音的扬声器布置。所述扬声器布置包括安装到车辆主体结构的至少一个低音扬声器。所述低音扬声器包括与客舱成流体连通以将声音发射到所述客舱中的前侧。低音扬声器的背侧与客舱外部的环境成流体连通，其中低音扬声器的背侧未包括在扬声器罩壳中，进而改善车辆中的低音范围声音并且减少振动。

在另一实施例中，所述扬声器布置包括第二低音扬声器，所述第二低音扬声器被安装成使得第二低音扬声器的背侧面向第一低音扬声器的背侧。第二低音扬声器的背侧与客舱外部的环境成流体连通。

在另一实施例中，低音扬声器的背侧邻近于车辆燃料箱。

在另一实施例中，低音扬声器被安装到防火墙，且低音扬声器的背侧邻近于车辆的发动机。

在另一实施例中，低音扬声器被安装到传动通道，且低音扬声器的背侧邻近于车辆传动轴。

在另一实施例中，将第二低音扬声器安装在传动通道的相对侧上，且将所述第二低音扬声器定向成使得第二低音扬声器的背侧面向第一低音扬声器的背侧，第二低音扬声器的背侧与客舱外部的环境成流体连通。

在另一实施例中，将低音扬声器安装到车辆底板。

附图说明

图1示出根据本公开的实施例的音频系统的示意图。

图1a示出图1的音频系统的另一示意图。

图2示出控制图1的音频系统的方法。

图3示出包括图1的音频系统的一部分的车辆的示意性侧视图。

图4示出穿过图3中的音频系统和车辆的截面4-4的详细截面图。

图5示出穿过图3中的音频系统和车辆的截面5-5的详细截面图。

图6示出图3中的音频系统和车辆的一部分的背面侧视图。

图7示出图6中的音频系统和车辆的部分的俯视图。

图8示出音频系统和车辆的一部分的侧视图。

图9示出图8中的音频系统和车辆的部分的俯视图。

具体实施方式

根据需要在本文公开本发明的详细实施例；然而，将理解，所公开的实施例仅仅示范了可能以各种和替代性形式体现的本发明。图不一定按比例；一些特征可能经过夸示或缩减到最小以展示特定组件的细节。因此，本文公开的特定结构和功能细节将不被理解为具限制性，而是仅仅理解为用于教导本领域技术人员不同地采用本发明的代表性基础。

术语低音扬声器可以是指超低音扬声器或传统的低音扬声器。超低音扬声器和传统的低音扬声器在低音范围操作。一般来说，低音范围是低频范围，其可以在约20赫兹(hz)到400hz。在低音范围中，超低音扬声器大体上发射在20hz与200hz之间的声音，且传统的低音扬声器大体上发射在40hz与400hz之间的声音。如本文所使用，术语低音扬声器可以是超低音扬声器或传统的低音扬声器。

如在本领域中已知，用于产生低音范围的低音扬声器一般是较大的扬声器。因此，将此类大扬声器安装在车辆中可以会由于封装问题而提出挑战。为了在车辆中容纳所述较大的低音扬声器，常常将低音扬声器安装在密封外壳中，且将所述外壳放置到车辆的后备箱区域中。从后备箱中的此密封低音扬声器发射的声音可以穿过车辆客舱壁或穿过车辆排出到客舱中的空间。然而，此布置可能在车辆的客舱中产生不了最佳的基础范围声音。

改善车辆中的低音范围声音的一种方式是提供低音扬声器，其中所述低音扬声器的前侧大体上与车辆的客舱成流体连通，且低音扬声器的背侧与客舱外部的环境成流体连通。低音扬声器的前侧是指低音扬声器的声音发射侧。客舱外部的环境可以与车辆外部的大气成流体连通，或者可以是客舱外部的所界定空间。

在低音扬声器的背侧与车辆外部的大气成流体连通或者与具有较大容积(例如，大致大于二十升)的封闭腔室成流体连通时，将低音扬声器视为具有无限障板。开放环境或无限障板飞一个益处是，因为从低音扬声器的背侧发射的声波不会干扰从低音扬声器的前侧发射的声波，所以会减少低音扬声器中的不合意的共振。另外，开放环境或无限障板的另一个益处是，因为低音扬声器的背侧通向外部大气，所以会减小隔膜中的应变。因此，具有无限障板的低音扬声器在低频范围下产生更高的声压级(spl)。

在低音扬声器的背侧与外部环境成流体连通时，从低音扬声器的背侧发射的声波可能会导致车辆外部的噪声或干扰，这在车辆以低速操作或停止时可能会更明显。

如图1中所示，示出车辆的客舱14中的音频系统10。音频系统10包括用于重现声音的多个扬声器，其包括至少一个低音扬声器20。低音扬声器20具有无限障板，其中低音扬声器的前侧22与客舱14连通，而低音扬声器的背侧24与客舱外部的环境成流体连通。

低音扬声器20被配置成产生低音范围声音34。音频系统10包括至少一个其他低音兼容扬声器26。低音兼容扬声器26被设计成除了发射低音范围之外的频率之外至少发射低音范围的一部分中的声音。低音兼容扬声器26不与环绕车辆的大气成流体连通，且因此不大可能在客舱外部发射不合意的声音。音频系统10还可以包括其他类型的扬声器28。扬声器26、28可以是被配置成将电信号转换为可听声波的各种类型的装置中的任一个。

音频系统10还包括与扬声器26、28和低音扬声器20中的每一个通信的控制单元30。音频控制单元30可以是头部单元、信息娱乐系统的部分，或者可以是放大器。替代地，音频控制单元30可以位于音频系统的放大器中。音频控制单元可以包括一个或多个处理器34，其被配置成执行指令、命令和其他例程来支持本文中所描述的过程。可以使用多种类型的计算机可读存储介质以非易失的方式维持此类指令和其他数据。计算机可读介质36(还被称为处理器可读介质或存储装置)包括参与向存储器38提供可以由音频控制单元30的处理器读取的指令或其他数据的任何非暂时性介质(例如，有形介质)。本文中所描述的计算装置(例如，音频控制单元30)一般包括计算机可执行指令，其中所述指令可以是可以由例如上文列举的一个或多个计算装置执行的。可以从使用多种编程语言和/或技术创建的计算机程序编译或解译计算机可执行指令，所述编程语言和/或技术包括(非限制，且单独地或组合地)java^tm、c、c++、visualbasic、javascript、perl等。一般来说，处理器(例如，微处理器)例如从存储器、计算机可读介质等接收指令，且执行这些指令，进而执行一个或多个过程，包括本文中所描述的过程中的一个或多个。可以使用多种计算机可读介质来存储和传输此类指令和其他数据。

控制单元30还操作性地被配置成接收车辆输入数据32。车辆输入数据32可以是指示车辆速度的数据，以及音频系统可能需要的其他车辆数据。

音频控制单元30控制音频系统10中的低音分布。音频控制单元还包括用于实施数字信号处理(dsp)算法的数字信号处理器34。如图2中所示，音频系统的控制单元30实施dsp算法40以用于管理可以在车辆外部发射的低音分布。

在步骤42中，确定客舱中的声压级。在所述车辆中，音频控制单元30可以确定客舱中的声压级。替代地，与音频控制单元分开的系统可以确定客舱中的声压级。在任一情景下，所述确定可以是声压级的近似。

为了经由音频控制单元30确定声压级，音频控制单元可以监视进入放大器的电压。音频控制单元30可以对随时间进入放大器的电压求平均。音频控制单元30可以从中使平均电压输入与客舱中的声压级(spl)相关。

可以经由查找表确定进入放大器的电压与客舱中的声压级之间的关系，可以在音频系统的测试期间填充所述查找表，且将所述查找表存储在音频控制单元的存储器中。为了基于进入放大器的特定电压来确定声压级的读数，测试麦克风和分析装置，其可以包括模拟-数字转换器、处理器、数字-模拟转换器、存储器，或用于测量声压级的其他合适的装置。进入放大器的特定电压最终导致低音扬声器和任何其他扬声器(例如，低音兼容扬声器)发射声音。声压级读数和进入放大器的特定电压可以进行链接并且存储在查找表中。可以基本上针对进入放大器的其他电压来重复那个过程。在进入放大器的平均电压的值与查找表中的值匹配时，音频控制单元能够确定对应的声压级。

替代地，可以使用麦克风43和分析装置来直接确定客舱中的声压级，所述分析装置例如为模拟-数字转换器、处理器、数字-模拟转换器、存储器，或用于测量声压级的其他合适的装置。音频控制单元30可以与麦克风和分析装置通信，并且可以实时地确定客舱中的声压级。通过使用麦克风43实时地评估车辆中的声压级，可以例如在敞开窗户或天窗时考虑其他因素。

除了声压级之外，音频控制单元30在步骤44中接收与车辆的操作相关的输入。车辆操作输入可以是指示车辆速度的车辆数据。车辆操作输入可以来自发动机控制单元、头部单元、导航装置、便携式装置或适合于提供车辆速度数据的任何装置。

在步骤46中，音频控制单元确定车辆速度数据是否大于阈值。车辆的速度阈值可以基于低音扬声器的类型、低音扬声器的位置或音频系统的其他特性。举例来说，在一个应用中，阈值可以是在车辆速度数据指示车辆每小时行进小于25英里时。在另一实施例中，阈值可以是处于小于每小时10英里的车辆速度。在另一实施例中，可以存在多个速度阈值。

在步骤48中，控制单元确定客舱中的声压级是否小于阈值。如果声压级大于阈值水平，那么控制单元不对低音进行再分布。

对低音进行再分布意味着车辆中的低音的产生从低音扬声器部分地或全部移动到低音兼容扬声器之一。远离低音扬声器来再分布低音的目的是防止向车辆外部的环境(包括附近的其他车辆)传出不合意的低音范围声音。向其他低音兼容扬声器再分布低音范围在以下情形是有用的：低音扬声器具有无限障板条件或不具有覆盖扬声器的背侧的密封的扬声器罩壳。

在步骤50中，基于车辆速度和声压级，音频控制单元可以向其他低音兼容扬声器再分布来自低音扬声器的低音。基于车辆速度操作输入，音频控制单元可以对低音进行再分布。在一个实施例中，音频控制单元可以在车辆速度小于第一阈值时对低音进行再分布，且在车辆完全停止时对来自低音扬声器的低音完全地进行再分布。在一个情景下，当汽车在一定时间内减慢时出现再分布。在另一个情景下，当汽车完全停止时出现再分布。

音频控制单元30可以包括操纵低音的再分布如何出现的数字信号处理器。举例来说，通过数字信号处理器操纵再分布的速率。再分布的速率确保客舱中的乘客不可能察觉低音从低音扬声器转移到其他低音兼容扬声器。数字信号处理器可以通过调整放大器的输出信号而将低音转移到低音扬声器和低音兼容扬声器。即使低音范围声音从低音扬声器移动到其他低音兼容扬声器，客舱中的声压级一般不改变。

低音范围分布是指用来增加或减小到特定扬声器的处于特定频率的音频信号的振幅的技术。音频控制单元在低音扬声器与低音兼容扬声器之间分布所需的低音范围声功率输出。如图1a中所示，音频控制单元30向低音兼容扬声器26再分布音频信号以产生低音范围声音34。在图1a中，音频控制单元30不向低音扬声器20提供任何低音范围信号。由图1中的低音扬声器20产生的总低音范围声功率或声压级大体上等于由图1a中的低音兼容扬声器26产生的总低音范围声功率或声压级。

如步骤52中所示出，数字信号处理器可以在车辆速度回到速度阈值以上的速度之后使低音恢复到原始低音扬声器20。为了使低音恢复到低音扬声器，数字信号处理器调整低音扬声器和低音兼容扬声器的放大器的输出信号。

关于在图2中所描述的过程、系统或方法，应理解，虽然已经将此类方法的步骤描述为根据特定排序的序列而发生，但可以使用通过本文中所描述的次序之外的次序而执行的所描述的步骤来实践所述过程。应进一步理解，可以同时执行某些步骤、可以添加其他步骤，或者可以省略本文中所描述的某些步骤。换句话说，提供本文对过程的描述是用于示出某些实施例，且绝不应理解为具限制性。

图3是示出低音扬声器20的各种潜在安装位置的车辆60的侧视图。如上文参考图1所论述，低音扬声器的前侧22面向客舱14，且低音扬声器的背侧24与车辆客舱14外部的空间成流体连通。可以通过车辆60中的先前未利用或未充分利用的区域来界定所述空间以提供最佳声音。所述空间允许低音扬声器作用为如同低音扬声器的背侧与无限障板协作一样，如先前论述。所述空间可以是开放空间(与外部大气连通)或封闭(或部分封闭)的空间。低音扬声器的背侧面向所述空间，因此所述空间充当无限障板来增强并放大低音扬声器的低音范围。在所述空间是封闭的情况下，容积可以大致大于二十升。然而，罩壳的大小对于不同的扬声器可以不同，从而具有无限障板的效果或性能。可以(例如)通过以下等式来确定产生最小损耗且表现为无限障板的罩壳的容积

vb≥10vas

其中vb是箱体或罩壳的容积，且vas被界定为与驱动器悬架具有相同声顺的空气体积(＝ρ0c²cmsd²)。因此，罩壳的大小可以特定于换能器驱动器，并且可以与驱动器的表面积和力顺直接相关。可以使用其他等式或常数来界定通过产生最小损耗而充当无限障板的罩壳容积。已知的是，所述等式可以界定产生最小损耗(例如，在1hz下在输出中的0.8db的损耗)且可以视为无限障板的罩壳容积。

可以通过任何刚性车辆主体结构形成专用空间或罩壳，且因此，此布置在不需要额外组件的情况下除了增强的声音质量之外提供了稳健的设计。

在一个实例中，将扬声器62安装到客舱14的车辆主体结构。在此实例中，可以将扬声器62安装到车辆的内部地板，使得扬声器62的前侧向客舱14提供低音范围声音。扬声器62的背侧在客舱的外部且邻近于车辆的燃料箱64而安置。燃料箱64和低音扬声器62的背侧驻留在客舱外部的区域中。

图4提供扬声器62的更详细视图。将扬声器62安装到界定客舱的主体结构的金属片66。可以使用例如螺杆、螺母和螺栓等机械紧固件将低音扬声器62安装到车辆主体结构。举例来说，低音扬声器可以包括具有用于接纳机械紧固件的孔的框架。另外，金属片66或主体结构可以包括用于接纳低音扬声器的开口。框架的大小可以大于开口。替代地，可以利用本领域技术人员已知的其他技术将低音扬声器安装在车辆中。

如图3中所示，可以将低音扬声器62安装在后座下方的客舱14的后方中心位置。然而，可以将低音扬声器62安装在任何合适的位置，以便利用在安装了扬声器的主体结构66与燃料箱64之间界定的空间。在燃料箱64经过冲压、吹塑或模制以填充主体结构周围的未使用的空间的应用中，燃料箱64可以具有复杂的形状。可以形成燃料箱64的复杂形状以包括邻近于扬声器62的背侧70的凹口68，如图4中所示。另外，可以形成从燃料箱64延伸到安装了扬声器62的主体结构66的延伸表面72。

如图3中所示出，可以将扬声器78安装到车辆的防火墙80以提供无限障板扬声器布置。防火墙80是由金属片形成的主体结构，所述金属片使客舱14与含有车辆的发动机82的隔室分离。将低音扬声器78安装到防火墙80，且所述低音扬声器面向车辆客舱14，而低音扬声器78的背侧邻近于发动机82且穿过发动机隔室向外部环境开放且与外部环境成流体连通。因此，低音扬声器78通过其前侧向车辆客舱14传输增强的低音范围。可以向用于低音扬声器78的背侧的开口添加nvh帽以提供与外部大气的噪声隔离，同时允许低音扬声器与外部环境之间的流体连通。所述nvh帽可以由任何合适的声阻材料形成。因此，显著减少了不想要的共振，且这些低音扬声器显著防止外部噪声进入车辆。应理解，声阻材料还可以形成低音扬声器的组件，例如隔膜。所述隔膜可以由相对更硬的材料(例如，kevlar或其他合适的材料)形成。

还如图3中所示出，可以将扬声器90安装在客舱14的前方中心位置。举例来说，可以沿着前方中心控制台92安装扬声器90。可以沿着中心控制台92安装在相对方向上面向客舱的至少两个低音扬声器90、94。低音扬声器被布置成使得第二低音扬声器94的背侧面向第一低音扬声器90的背侧，如图5中所示。通过将扬声器90、94安装成使得背侧彼此相向，每个低音扬声器的机械力彼此对立且减少了系统中的机械振动。

在图5中展示的实施例中，扬声器90、94的背侧还经由传动通道96与环境成流体连通。传动通道96提供了让传动驱动轴在驱动轮与传动装置之间延伸的空间。如图5中所示，将把一个低音扬声器90安装在传动通道96的一侧上，而将另一低音扬声器94安装在传动通道96的另一侧上。另外，可以向通道开口添加nvh帽和/或声阻材料，或者nvh帽和/或声阻材料可以耦合到低音扬声器90、94的背侧，以提供与外部大气的噪声隔离，同时允许低音扬声器90、94与外部环境之间的流体连通。

因此，通过允许低音扬声器的背侧与车辆外部的开放环境成流体连通，显著减少了不想要的共振，且这些低音扬声器还可以经由声阻材料来减少外部噪声进入车辆。因此，由于减少的机械振动以及低音范围的多向发射而提高了低音范围中的声音质量。

还如图3中所示出，可以将扬声器100安装成邻近于车辆的后窗台板102。如图7中所示，可以将一对扬声器100、104安装成邻近于后窗台板102。扬声器100的前侧向客舱14开放。低音扬声器100、104的背侧彼此相向，进而抵消了在操作时从扬声器100、104的背侧发射的任何振动。与图3中展示的其他低音扬声器不同的是，在低音扬声器100、104位于车辆的后窗台板处的情况下，低音扬声器100、104在所述低音扬声器后方是封闭环境的情况下操作。虽然扬声器100、104在后窗台板下方(例如，车辆后备箱)处于封闭环境中，但其可以足够大而被视为无限障板。

如图3中所示出，可以将扬声器110安装在座椅下方。所述座椅可以是后方乘客座椅或前方乘客座椅。类似于安装到防火墙的低音扬声器78，座椅下方的低音扬声器附着到底板112，所述底板是刚性车辆主体结构。底板112是车辆主体的金属片部分，其界定内部客舱与车辆下方的道路之间的屏障。

传统上，所述车辆将包括在低音扬声器110附近的区域中的地板衬圈。然而，为了提供使得低音扬声器110与具有无限障板的车辆外部的大气成流体连通的条件，可以移除或修改衬圈。因此，对衬圈的移除或调整允许低音扬声器110的背侧与车辆外部的环境连通，同时前侧面向客舱14，进而提供车辆中的增强的低音范围声音。

在另一布置中，可以将两个低音扬声器安装在车辆的座椅下方。为此，将低音扬声器布置成使得前表面大体上垂直于座椅底部。类似于扬声器100、104，一个低音扬声器的背侧面向另一低音扬声器的背侧。低音扬声器的前侧将声音发射到舱中。此布置减少了不想要的机械振动，因为每个低音扬声器的移动抵消了来自另一低音扬声器的机械振动。此外，在低音扬声器垂直定向于座椅底部的情况下，座椅底部不经受从低音扬声器传输的任何不想要的机械振动。

本领域技术人员应理解，在其中低音扬声器的背侧安置在封闭空间(例如，在后窗台板下方的后备箱中的空间或燃料箱之间的空间)中的扬声器布置中，将对低音扬声器的换能器进行修改以便适应封闭的障板环境。因此，低音扬声器可以被设计成与扬声器后方的障板的容积一起工作。可以对低音扬声器进行修改以调整其机电参数(例如，thiele-small参数)，从而界定在放置于不同罩壳中时低音扬声器将如何动作。实例包括增加扬声器悬架的刚度、减小移动扬声器纸盆的质量、增加电阻抗等。

图8至图9示出用于运动型多用途类型车辆或不具有封闭的后备箱且在后方座椅后方的载货空间是开放的且是客舱的部分的车辆的另一扬声器布置120。扬声器布置120包括安装在车辆的备胎区域或货井126中的第一低音扬声器122和第二低音扬声器124。备胎井126可以用作低音扬声器122、124的封闭障板或部分封闭障板，进而提供客舱区域中的优化的低音范围声音。另外，将低音扬声器附着到刚性车辆主体结构，使得在低音扬声器122、124操作时几乎不存在或没有不想要的机械振动。再次地，在存在其中低音扬声器的背侧与乘客舱外部的环境成流体连通的部分封闭障板的情况下，可以向低音扬声器的背侧的开口添加nvh帽，或者nvh帽可以耦合到低音扬声器的背侧。nvh帽提供与外部大气的噪声隔离，同时允许低音扬声器与外部环境之间的流体连通。

除了车辆内部的增强的声音质量之外，将低音扬声器直接安装到刚性车辆主体结构(例如，底板或防火墙)的另一益处是显著减少了在低音扬声器操作时的不想要的机械振动。

在这里公开的各种扬声器布置提供了稳健的设计，其增强了声音质量。在其他实例中，客舱外部的区域可以与混合或电动车辆应用中的车辆的电池组相关联。

虽然在上文描述了示例性实施例，但未希望这些实施例描述本发明的所有可能的形式。而是，说明书中所使用的词语是描述而非限制的词语，且应理解，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种改变。另外，可以对各种实施的实施例的特征进行组合以形成本发明的其他实施例。