CN109729482B - 设计和制造在车辆内部使用的音响设备的扬声器的方法 - Google Patents

Abstract

为了提供用于设计和制造特别是在车辆内部空间中使用的音响设备的扬声器的方法，借助该方法可以按显著降低的经济耗费来制造扬声器或扬声器底座或者制造具有更好的声学特性的扬声器或扬声器底座，提出了一种方法，其中预先给定待制造的扬声器的规范的机械、电气和声学目标设定，其中针对待制造的扬声器的电子优化，预先给定用于扬声器动力学的线性化的参数，其中在考虑扬声器的规范的目标设定和针对扬声器动力学的线性化预先给定的参数的情况下，确定待制造的扬声器的机电要求，并且其中将扬声器的电输入变量与对应的声输出变量进行比较以及在调节针对扬声器动力学的线性化预先给定的参数的情况下借助电子优化来补偿在该比较中确定的偏差。

Description

设计和制造在车辆内部使用的音响设备的扬声器的方法

技术领域

本发明涉及用于设计和制造特别是在车辆内部空间中使用的音响设备的扬声器的方法。

背景技术

对于用于产生声音的这种电动式扬声器，在电输入变量和声输出变量之间寻求尽可能线性的传递函数。由此，应当实现尽可能忠于原声的再现质量，因为传递函数的非线性导致扬声器发出的声音信号的不期望的失真。

例如，导致不期望的副作用的这种非线性的技术或机械原因是气隙中的不均匀磁场分布，机械悬架的渐进和/或不对称的刚度，音圈电感对偏转的依赖性。

为了提供具有尽可能线性的传输行为的电动式扬声器或扬声器底座，已知涉及相当大的经济费用的昂贵的设计和制造方法。例如，使用多个定心装置，其中例如两个相同的定心装置彼此颠倒地安装，以补偿与偏转相关的刚度的不对称性。另外，构造了特别长的音圈，其一方面实现了高的可偏转性以及高的机械负载限制，并且与同样长的气隙以及由此产生的长、昂贵且重的磁体一起使得能够在尽可能大的偏转范围上实现假设为线性的力耦合，但随之而来的缺点是效率较低。此外，已知使用更宽并且因此相应更重且更昂贵的磁环，以便通过增加气隙中的磁场强度来补偿上述效率损失。还实现在磁极铁芯和/或音圈线轴中引入通风开口，以便确保去除音圈中产生的热量，并且由此提高电负载限制。此外，还存在特殊的磁铁设计，其包括例如磁极铁芯中的磁性材料A的圆盘和材料B的围绕该圆盘的磁环，这些磁铁设计在相应的尺寸和材料选择的情况下减小重量和体积以及确定和优化所需的磁场参数。

在用于这种电动式扬声器的电气优化的已知方法中，确定并且部分地补偿扬声器的非线性传输特性，以使得所涉及的扬声器的传输行为可以在限定的偏转范围内线性化，并且因此可以减少失真。这些已知方法中的一些方法不需要附加的传感器并且仅评估扬声器的电流和电压。

在这种方法中，通常首先在测量的框架下建立扬声器的模型，该模型考虑其线性的、直到在某种程度上非线性的传输特性。随后，评估处于运行中的扬声器的电流和电压，将该电流和电压与该模型进行比较，并且然后相应地影响该电流和电压。

扬声器或扬声器底座的相关参数通常在自由空间中是合格的，即在未安装状态中是合格的。这在小的膜片偏转的情况下是没有问题的，因为包括在扬声器壳体内部的空气质量的通常假设为线性的弹簧刚度同样也仅线性地影响扬声器参数。

然而，特别是在车辆技术和车辆工程中使用的扬声器中，需要非常小的外壳体积。由此需要减小膜片面积，这必须通过更高的膜片偏转来补偿以保持期望的声压级。然而，随着外壳体积越来越小，不仅外壳内部的空气质量的弹簧刚度增加，而且它们的非线性特性也越来越明显。因此，先前线性设计和合格的扬声器底座具有越来越非线性的行为。

附加地，与制造相关的参数公差可导致扬声器特性彼此强烈偏差，由此最终上述电子优化仅可在狭窄范围内使用，并且在某些情况下甚至导致扬声器的运行性能变差。

发明内容

基于上述现有技术，本发明的任务在于，提供一种用于设计和制造特别是在车辆内部空间中使用的音响设备的扬声器的方法，借助该方法可以协调这种扬声器的结构优化及其电子补偿，以使得可以同时降低这种扬声器的制造的经济耗费，并且提供借助该方法来制造的具有技术上要求更高的特性的扬声器。

根据本发明，该任务通过用于设计和制造特别是在车辆内部空间中使用的音响设备的扬声器的方法来解决，其中预先给定待制造的扬声器的规范的机械、电气和声学目标设定，其中为了待制造的扬声器的电子优化，预先给定用于扬声器动力学的线性化的参数，其中在考虑扬声器的规范的目标设定和针对扬声器动力学的线性化预先给定的参数的情况下，确定待制造的扬声器的机电要求，并且其中将扬声器的电输入变量与对应的声输出变量进行比较，并且在调节针对扬声器动力学的线性化预先给定的参数的情况下借助电子优化来补偿在该比较中确定的偏差。根据本发明，为了确定扬声器动力学的线性和非线性参数以及为了电子补偿非线性部分，将扬声器或扬声器底座的结构优化和扬声器的电子优化与扬声器或扬声器底座的结构细节的优化相联系。

根据本发明方法的一个有利改进，膜片面积、膜片行程、安装体积和重量的最大允许值被预先给定为待制造的扬声器的规范的机械目标设定。

根据本发明的用于设计和制造扬声器的方法的另一个改进，阻抗、最大可用功率和音圈电感被预先给定为待制造的扬声器的规范的电气目标设定。

有利地，在所提及的方法中，已安装状态中的谐振频率、最大声压和最大允许失真被预先给定为待制造的扬声器的规范的声学目标设定。

此外，在一个改进中，对于根据本发明的方法有利的是，针对待制造的扬声器的电子优化，将线性可用的膜片行程的扩展的最大值和/或通过增加膜片行程达成的声压增加的最大值和/或在相同的膜片行程的情况下达成的失真减小的最大值和/或在尽可能地扩展线性使用范围的情况下达成的音频电流增加的最大值预先给定为用于扬声器动力学的线性化的参数。

有利地，在根据本发明的方法中，可以迭代地协调待制造的扬声器的规范的机械、电气和声学目标设定以及为了待制造的扬声器的电子优化针对扬声器动力学的线性化预先给出的参数。

如果将气隙中的磁场强度的额定值和/或气隙的尺寸(例如，长度、宽度、直径等)的额定值和/或音圈直径的额定值和/或音圈线横截面的额定值和/或通风口的尺寸的额定值确定为待制造的扬声器的机电要求，则达成根据本发明的方法的有利改进。

在根据本发明的用于设计和制造扬声器的方法中，适宜地，在确定额定值时访问数据库，在该数据库中存储关于扬声器的各个结构元件和部件的电气、机械、声学和经济参数的数据。

为了减少用于制造扬声器的经济耗费，有利的是，在确定关于机电要求的额定值时，这种技术特性的经济参数比电气、机械和声学参数更强地加权(权重更高)，该电气、机械和声学参数可借助电子优化来补偿或平衡。

适宜地，在根据本发明的用于设计和制造扬声器的方法中，在其中将扬声器的电输入变量和其对应的声输出变量进行比较并且补偿偏差的电子优化中，使用扬声器的数学模型，其中例如通过实时评估音圈处的电流和电压来直接或间接确定与内部模型变量的比较相关的变量。

在这种情况下，根据一种改进，有利的是，为了创建扬声器的数学模型，考虑结构细节的数据集，例如力因数、膜片悬架的刚度、音圈电感、摩擦和最大膜片行程。

适宜地，可以借助测量在制造过程结束时生成这样的数据集。

如果数据集直接推导自所选结构细节的已知效果的总和，则对于根据本发明的方法是有利的。

如果数据集存储在布置在扬声器或扬声器底座中或者布置在扬声器或扬声器底座处的存储器组件中并且存储在该存储器组件中的数据集由读取模块读取以及该数据集由读取模块转发到优化模块以执行电子优化，则可以达成根据本发明的方法的进一步显着简化。。

有利地，根据本发明的用于设计和制造扬声器的方法也可以用于智能手机和/或耳机扬声器的设计。

在实现根据本发明的方法时，优化模块可以从第三方(例如，应用商店)下载并存储用于电子优化的软件。

在根据本发明的方法中，扬声器的数据集可以从数据库调用并且安装在存储器组件上。

借助根据本发明的用于设计和制造扬声器的方法，与现有技术相比，可以用显著更低的经济和技术耗费来制造扬声器或扬声器底座。所制造的扬声器或扬声器底座可以具有显著降低的重量，因为在结构方面，可以有针对性地接受折衷，然而这可以通过在扬声器或扬声器底座的运行中进行的电子优化来补偿。相应地，对于相同结构尺寸的扬声器或扬声器底座，可以在相同的最大音量和较低的经济耗费的情况下实现较少失真，在较高的最大音量和较低的经济耗费的情况下实现相同的失真，以及在相同的最大音量和较低的经济耗费的情况下实现相同的失真。

根据本发明，在扬声器的制造方法的机械方面，用于实现线性的技术结构耗费减小或降低，因为可以在电气方面通过显着更低经济耗费的措施来达成或改进期望的特性(即，高质量的扬声器或扬声器底座)。根据本发明，对整个生产过程(包括扬声器或扬声器底座的设计、构造、制造和使用)进行优化，以使得经济耗费和重量减少并且上述其他因素得到优化。

具体实施方式

以下根据实施例来详细解释本发明。

对于根据本发明的用于设计和制造特别是在车辆内部空间中使用的音响设备的扬声器的方法，首先在考虑机械、电气和声学方面的情况下给出待制造的扬声器的尽可能详细和面向应用的规范。在此情况下，机械方面是最大允许膜片面积、最大允许膜片行程、最大允许安装体积、最大允许重量等。待考虑的电气方面是阻抗、最大可用功率、音圈电感等。待考虑的声学方面是扬声器或扬声器底座的已安装状态中的谐振频率、最大声压、最大允许失真等。

在将根据本发明的方法制造的扬声器或扬声器底座用作车辆内部空间的音响设备的组成部分时稍后使用的扬声器或扬声器底座的电子优化作为参数集进入生产过程。基本上，该参数集包含关于用于扬声器动力学的线性化的基础算法的性能的陈述，例如，线性可用的膜片行程的最大可能扩展，通过增加膜片行程来达成的最大可能的声压增加，在膜片行程保持不变的情况下最大可能的失真减小，在充分激励扩展的线性使用范围的情况下的最大的音圈电流增加等。

在必要时，可以迭代地执行方法步骤，以协调目标设定和电子优化的参数设定的各方面。

根据上述规定，在根据本发明的用于设计和制造扬声器或扬声器底座的方法中，确定待制造的扬声器或者待制造的扬声器底座的机电要求，例如：气隙中必要的磁空气强度、气隙的必要尺寸(如长度、宽度、直径等)、必要的音圈直径、必要的音圈线横截面、必要的通风口尺寸等。

在该方法步骤中，查阅数据库，在该数据库中存储关于扬声器或扬声器底座的各个结构部件的电气、机械、声学和经济参数的信息和数据。这在以下使用选择特别长的音圈的示例来描述：

-电气负载能力：没有影响

-机电效率：减小60％

-机械可偏转性：增加5mm

-机械悬架的要求：刚度减小50％，可偏转性增加5mm

-最大声压：

<60Hz：增加3dB

60到100Hz：相同

>100Hz：减小2dB

取决于所确定的要求，在考虑经济方面和/或其他规定的情况下，最优地选择组件或音圈的合适的结构细节，随后使用该结构细节来生产扬声器或扬声器底座。

在此情况下有利地，可以接受结构折衷，其除了减少经济耗费以外还导致减轻重量的生产，并且通过在稍后的操作中进行的电子优化再来补偿其对所制造的扬声器或所制造的扬声器底座的电声效应。

在电子优化中，将扬声器或扬声器底座的电输入变量与对应的声输出变量进行比较。在此比较中检测到的偏差(例如，可能由非线性或结构设计的其他不足引起的偏差)将得到补偿。在此情况下，例如，使用参考扬声器或扬声器底座的数学模型的概念。在此，例如，与内部模型变量的比较相关的变量是直接或间接确定的，例如通过实时评估扬声器或扬声器底座的音圈处的电流和电压，由此可以有利地省略昂贵传感器的使用。在此，通过根据对应的输入变量相应地调整控制变量来补偿所确定的与理想信号曲线的偏差。

在这种情形中，在制造期间生成参数的数据集是有利的，由此这些参数由具体选择的结构细节产生，并且可以由此直接建立相关的扬声器或扬声器底座的数学模型。在这种情形中，用于电子优化的昂贵的测量和建模将是多余的，由此进一步降低了该方法的技术和经济耗费。在此情况下使用的参数是力因数、膜片悬架的刚度、音圈电感、摩擦和最大膜片行程。

在此，该数据集的生成可以在制造过程内或在制造过程结束时以测量的形式进行，或者简化地，在不进行测量的情况下直接从所选结构细节的已知效果的总和推导出。

此外，将该数据集存储在集成或安装在扬声器或扬声器底座中或扬声器或扬声器底座处的存储器组件中是可能且有利的，以使得该数据集可由读取模块读取。读取模块可以例如实施为单独的硬件模块或者又可以嵌入硬件平台或软件框架中的软件模块。读取本身可以是有线的(例如通过数字总线)，也可以是无线的(例如，借助RFID技术)。

读取模块将相应的数据传送到包含电子优化的模块，以使得该模块可以直接集成为数学模型，并且可以执行电子优化(例如，在汽车中应用的框架下)。

在此，读取模块以及用于电子优化的优化模块可以实施在同一个硬件组件内以及不同或彼此分开的硬件组件中。在第一种情形中，例如，这两个模块既可以紧邻扬声器或扬声器底座地、又可以与扬声器或扬声器底座远离地实现在汽车中使用的音响设备的中央放大器中。在第二种情形中，例如，这两个模块可以实现在不同的彼此分开的组件上，这些组件可以例如是基于总线的分布式音响设备的一部分。

在另一实施例中，可以将根据本发明的用于设计和制造扬声器的方法用于智能电话和/或耳机。这里，读取模块可以是智能手机或耳机放大器的组成部分，而优化模块同样可以实施为智能手机或耳机放大器内的模块。

优化模块基本上包含用于电子优化的软件是可能的，其中该软件可以作为应用程序(App)从第三方(例如，从应用商店)下载并且安装或实施在相应的平台上。

原则上，扬声器侧数据集也可以从数据库下载并安装在存储器组件上。

Claims (18)

1.一种用于设计和制造在车辆内部空间中使用的音响设备的扬声器的方法，其中预先给定待制造的扬声器的规范的机械、电气和声学目标设定，其中针对待制造的扬声器的电子优化，预先给定用于扬声器动力学的线性化的参数，其中在考虑所述扬声器的规范的目标设定和所述针对扬声器动力学的线性化预先给定的参数的情况下，确定待制造的扬声器的机电要求，其中将所述扬声器的电输入变量与对应的声输出变量进行比较以及在调节所述针对扬声器动力学的线性化预先给定的参数的情况下借助电子优化来补偿在所述比较中确定的偏差，其中针对所述待制造的扬声器的电子优化，将线性可用的膜片行程的扩展的最大值和/或通过增加膜片行程达成的声压增加的最大值和/或在相同的膜片行程的情况下达成的失真减小的最大值和/或在扩展线性使用范围的情况下达成的音频电流增加的最大值预先给定为用于扬声器动力学的线性化的参数，并且在其中将所述扬声器的电输入变量和其对应的声输出变量进行比较并且补偿偏差的电子优化中，使用所述扬声器的数学模型，其中通过实时评估音圈处的电流和电压来直接或间接确定与内部模型变量的比较相关的变量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，膜片面积、膜片行程、安装体积、以及重量的最大允许值被预先给定为所述待制造的扬声器的规范的机械目标设定。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，阻抗、最大可用功率、以及音圈电感被预先给定为所述待制造的扬声器的规范的电气目标设定。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，已安装状态中的谐振频率、最大声压、以及最大允许失真被预先给定为所述待制造的扬声器的规范的声学目标设定。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，迭代地协调所述待制造的扬声器的规范的所述机械、电气和声学目标设定以及为了所述待制造的扬声器的电子优化针对扬声器动力学的线性化预先给出的参数。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将气隙中的磁场强度的额定值和/或气隙的尺寸的额定值和/或音圈直径的额定值和/或音圈线横截面的额定值和/或通风口的尺寸的额定值确定为待制造的扬声器的机电要求。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述气隙的尺寸包括长度、宽度或直径。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在确定所述额定值时访问数据库，在所述数据库中存储关于所述扬声器的各个结构元件和部件的电气、机械、声学和经济参数的数据。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在确定关于所述机电要求的所述额定值时，技术特性的经济参数比电气、机械和声学参数更强地加权，所述电气、机械和声学参数可借助电子优化来补偿或平衡。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，为了创建所述扬声器的所述数学模型，考虑结构细节的数据集。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述结构细节包括力因数、膜片悬架的刚度、音圈电感、摩擦和最大膜片行程。

12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，在制造过程结束时借助测量来生成所述数据集。

13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，直接从所选结构细节的已知效果的总和推导出所述数据集。

14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述数据集被存储在布置在所述扬声器或扬声器底座中的存储器组件中或者被存储在布置在所述扬声器或扬声器底座处的存储器组件中，其中存储在所述存储器组件中的数据集由读取模块读取，并且其中所述数据集从所述读取模块转发到优化模块以执行所述电子优化。

15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法被用于设计智能电话和/或耳机扬声器。

16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述优化模块从第三方下载并存储用于电子优化的软件。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述第三方包括应用商店。

18.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述扬声器的所述数据集从数据库调用并且安装在所述存储器组件上。