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车内空间声学的特点

吕老师

2月前浏览350

对于汽车而言，由于空间较小且车厢内部材质对声音的吸收和散射作用，车内的声场表现出一些独特的特点。以下是关于车内空间声学特点的介绍。

图1 不同频段车内声学特性

混响时间短：由于车内空间狭小以及车厢内饰顶棚、座椅和钢板的吸声作用，车内无法形成混响声场。声场主要由直达声和早期反射声组成，并很快被吸收或散射。

早期反射：大量的早期反射会产生一种扩散声场，其中90%的能量出现在直达声波到达的前10毫秒之内。这给车内声音重放提供了一个相对沉寂的空间。

图2和图3是车内测试到的左右扬声器信号衰减过程的典型曲线。

图2 在左耳位置测试左和右扬声器的信号衰减

图3 在右耳位置测试左和右扬声器的信号衰减

图4是ATB701PC测试系统用噪声信号测到的汽车内典型声压频率响应曲线。

图4 典型车内扬声器的声压频率响应

频率响应特性：安装在车内的扬声器会受到多个因素的影响，如汽车的内容积、内表面的尺寸和形状、边界表面的吸声特性、听音者位置以及扬声器的安装位置和偏轴响应等。这些因素共同作用，形成了车内不同频段独特的声压频谱特性。

低频段（A区间）: 在低频段，车内的声压特点是有损耗的压力场。由于汽车使用薄钢板制成，空气压力作用下会发生弯曲和振动，从而吸收和消耗声能。此外，汽车内部密封性不好也会引起声压泄漏。

中频段（B频率区间）: 在80Hz～300Hz之间，车内会产生大量的声学共振模式。主要存在一些横波模态共振（如图5），这些模式共振的声压级峰值可能高达12dB。

图5 车内驻波示意图

高频段（300Hz以上）: 在300Hz以上的频段，大的模态耦合减少，并且会出现许多Q值小于3的模态共振。在该区间，由于耦合的共振模态间隔较宽，会产生频谱染色现象，即频响曲线上的峰谷现象。此外，安装扬声器的车尾行李箱和车门内容积也会在150Hz～500Hz之间产生共振峰值。

中高频段（300Hz～5000Hz）: 在这个频段内，由于汽车内部表面的反射和各种边界的干涉和衍射效应，以及不同内饰材料吸声性能的差异，会导致频率响应的畸变和声染色现象。

此频段内由于汽车内部表面由玻璃、塑料、地毯、布或皮革组成，且相互之间、以及与扬声器和听音者之间形成各种复合的角度，来自这么多表面的反射和各种不同的边界导致了复杂的干涉和衍射的效果，加上不同内饰材料的吸声性能在不同频率的吸声系数各不相同（一般丝绒、布类饰品的吸声性能比皮革类的吸声强）、扬声器网罩的衍射、小空间的驻波模式影响、车体在中高频段存在的共振、直达声波与反射声波之间的干涉、扬声器滚降的偏轴响应（扬声器轴向与听音者之间形成的角度）等诸多复杂因素共同作用下，引起频率响应的畸变和300 Hz～500Hz以上频率的声染色，车内声压频率响应曲线上存在很多的峰和谷，图6为一辆改装的本田车上测得的SPL曲线（1/3oct平滑）。