CN113132861A - 用于在车辆外部提供音频的扬声器组件 - Google Patents

用于在车辆外部提供音频的扬声器组件 Download PDF

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Abstract

一种用于车辆的扬声器组件，包括安装在所述车辆中的扬声器，所述扬声器具有面向所述车辆的内部的第一侧和相对的第二侧。所述扬声器被配置为产生声信号，所述声信号具有指向所述车辆的所述内部的前波和远离所述车辆的所述内部指向的后波。声耦合器设置在所述扬声器的所述第二侧上并朝向所述车辆的外部延伸，所述声耦合器被布置为将所述后波传播到所述车辆的所述外部，使得在所述车辆的所述内部中以及在所述车辆的所述外部处能够听到所述声信号。

Description

用于在车辆外部提供音频的扬声器组件
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年12月31日提交的美国临时申请序列号62/955,658的权益，该临时申请的公开内容特此以引用的方式整体并入本文。
技术领域
实施方案涉及一种用于在车辆外部提供音频的扬声器组件。
背景技术
汽车音频系统典型地包括定位在车辆的内部内的各种位置(诸如乘客舱或行李厢)的若干扬声器。典型的扬声器位置可包括车门门板或内部饰板。低频扬声器(也被称为低音扬声器或超低音扬声器)通常位于行李厢中、后窗台板中、后排座椅下方、底盘中或车辆的其他车架元件中。在外部耦合的超低音扬声器(ECS)中，可省略扬声器壳体，因为扬声器的前侧和后侧通过车辆面板或车架元件而彼此隔离。这种方法在不牺牲声性能的情况下在乘客舱内部提供了非常紧凑且重量高效的音频布置。
然而，在车辆外部提供音频典型地需要附加的硬件、扬声器、接线和更大的复杂性。最大的考虑因素是需要最大、最重的部件来满足输出要求的低频输出。
发明内容
在一个或多个实施方案中，一种用于车辆的扬声器组件包括安装在所述车辆中的扬声器，所述扬声器具有面向所述车辆的内部的第一侧和相对的第二侧。所述扬声器被配置为产生声信号，所述声信号具有指向所述车辆的所述内部的前波和远离所述车辆的所述内部指向的后波。声耦合器设置在所述扬声器的所述第二侧上并朝向所述车辆的外部延伸，所述声耦合器被布置为将所述后波传播到所述车辆的所述外部，使得在所述车辆的所述内部中以及在所述车辆的所述外部处能够听到所述声信号。
在一个或多个实施方案中，一种用于车辆的外部耦合的扬声器组件包括安装在所述车辆中的超低音扬声器，所述超低音扬声器具有面向所述车辆的内部的第一侧和相对的第二侧。所述超低音扬声器被配置为产生声信号，所述声信号具有指向所述车辆的所述内部的前波和远离所述车辆的所述内部指向的后波。提供声耦合器，所述声耦合器具有设置在所述超低音扬声器的所述第二侧上的入口部分、与所述车辆的外部流体连通的出口部分、以及在所述入口部分与所述出口部分之间延伸的导管，其中所述声耦合器被布置为将所述后波传播到所述车辆的所述外部，使得在所述车辆的所述内部中以及在所述车辆的所述外部处能够听到所述声信号。
在一个或多个实施方案中，一种用于车辆的音频系统包括至少一个扬声器组件，所述至少一个扬声器组件包括安装在所述车辆中的扬声器，所述扬声器具有面向所述车辆的内部的第一侧和相对的第二侧。所述扬声器被配置为产生声信号，所述声信号具有指向所述车辆的所述内部的前波和远离所述车辆的所述内部指向的后波。声耦合器设置在所述扬声器的所述第二侧上并朝向所述车辆的外部延伸，所述声耦合器被布置为将所述后波传播到所述车辆的所述外部，使得在所述车辆的内部中以及在所述车辆的所述外部处能够听到所述声信号。所述音频系统还包括控制单元，所述控制单元与所述至少一个扬声器组件电连通，以用于控制所述扬声器的参数和所产生的声信号。
附图说明
图1是外部耦合的扬声器的示意图，该外部耦合的扬声器安装在挡板中以向车辆的内部产生前声波并且向车辆的外部产生后声波；
图2是示出根据一个或多个实施方案的扬声器组件的车辆的示意图，该扬声器组件包括将扬声器的第二侧连接到车辆的外部的声耦合器；
图3是根据一个或多个实施方案的声耦合器的透视图；
图4是图3的声耦合器的顶视图；
图5是安装在车辆中的声耦合器的图示；
图6是附接到声耦合器的入口部分的扬声器的图示；
图7是在车辆的外部车身面板中的开口中的声耦合器的出口部分的图示；并且
图8是覆盖声耦合器的出口部分的外部扬声器格栅的图示。
具体实施方式
根据需要，在本文公开本发明的详细实施方案；然而，将理解，所公开的实施方案仅仅示范了可能以各种和替代性形式体现的本发明。附图不一定按比例绘制；一些特征可能被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文所公开的具体结构细节和功能细节不应被解释为是限制性的，而是仅仅作为教导本领域技术人员以不同方式采用本发明的代表性基础。
就声学术语来说，ECS配置被称为“无限挡板”，允许优化的低频扩展和最大化的带宽，而同时消除对大型密封或倒相式超低音扬声器外壳的需求。按照定义，诸如图1所示，呈无限挡板配置的扬声器在车辆外部散布与在车辆内部相同量的声能。在过去，这种外部能量典型地被视作待最小化的烦扰。然而，随着一些车辆中出现外部音频娱乐系统，这种外部声能实际上可在不添加任何附加硬件的情况下服务于有价值的目的。
因此，本文所公开的实施方案包括一种用于在车辆外部提供音频娱乐能力的扬声器组件，其中扬声器组件可包括外部耦合的扬声器。首先参考图1，示出了车辆100的示意图，该车辆中安装有扬声器102。在该图示中，扬声器102布置在挡板104(诸如车身面板)中，该挡板形成车辆100的内部106与外部108之间的屏障。挡板104可包括开口或空腔，扬声器102布置在该开口或空腔中。在一个或多个实施方案中，扬声器102可为超低音扬声器并且可为汽车音频系统的一部分。应理解，尽管本文仅示例性地示出了一个扬声器102，但是汽车音频系统可包括若干个扬声器。
提供低频声音的扬声器(诸如超低音扬声器)需要很大的外壳体积。一般来说，超低音扬声器通常发出在20Hz与200Hz之间的声音，而传统的低音扬声器通常发出在40Hz与400Hz之间的声音。如果扬声器102位于在车辆100的内部106与外部108之间的车辆100的车架或底盘中，那么可省略原本必要的扬声器壳体。在一个非限制性实例中，扬声器102可在车辆100的行李厢内设置在与后围侧板相邻之处。可选地，扬声器102可安装在车辆100的乘客舱内或另一合适的内部位置。
因此，接下来参考图2，本文示出并描述了用于车辆100的扬声器组件110，该扬声器组件包括安装在车辆100中的扬声器102，扬声器102具有面向车辆内部106的第一侧112和相对的第二侧114。扬声器102被配置为产生声信号，该声信号具有指向车辆100的内部106的前波116(图1)和远离车辆100的内部106而朝向车辆100的外部108指向的后波118(图1)。扬声器102包括用于产生前波116和后波118的膜片或锥盆120，其中锥盆120可由纸、纸复合材料/层压材料、塑料(诸如聚丙烯或填充矿物/纤维的聚丙烯)、或其他合适的材料形成。内部扬声器格栅122可在扬声器102的第一侧112处覆盖锥盆120，并且可在车辆内部106内可见。扬声器102可安装在挡板104中，诸如在内部车身面板中的开口内。
为了优化从扬声器102的第二侧114到车辆100的外部108的声音传播，扬声器组件110还包括声耦合器124，该声耦合器设置在扬声器102的第二侧114上并朝向车辆外部108延伸。声耦合器124被布置为将后波118传播到车辆100的外部108，使得在车辆100的内部106和外部108都能够听到声信号。在本文公开的实施方案中，声耦合器124可充当挡板以在车辆100的内部106与外部108之间形成屏障。这种配置允许扬声器102在传统的进入车辆内部106的向前方向上实现全性能，而且使得声音能够产生于车辆100的外部108以用于外部音频娱乐。
如图3和图4最佳地示出，声耦合器124包括设置在与扬声器102的第二侧114相邻之处的入口部分126、与车辆100的外部108流体连通的出口部分128，以及在入口部分126与出口部分128之间延伸的导管130。如图所示，入口部分126可具有大体圆形构造，其中边缘132被布置为对应于扬声器102的第二侧114的构造。导管130从入口部分126延伸并且可具有如图所示的矩形截面或者可具有圆形或其他截面形状，导管130的截面积可沿其长度变化，并且导管可具有曲线轮廓。在一个或多个实施方案中，入口部分126可具有比导管130大的截面积，使得声耦合器124的截面从扬声器102的第二侧114到出口部分128减小。导管130终止于出口部分128，该出口部分可如图所示为大体矩形或者具有其他形状和大小，如下文进一步描述的，这通常取决于车辆100的外部108的设计需求。声耦合器124可由刚性或柔性材料(诸如塑料、金属或其他合适的材料)构造而成。
图5示出了车辆100中的声耦合器124的示例性安装位置，在这种情况下，在行李厢中与右后围侧板相邻之处。声耦合器124可包括从中延伸的一个或多个安装臂134，以用于将声耦合器124紧固到车辆100的车架元件136或内部车身面板104。在一个或多个实施方案中，入口部分126、导管130和出口部分128在安装时不需要沿着公共轴线对准。取决于车辆100内的安装位置，可能期望将扬声器102定位在内部106中的不与出口部分128的位置垂直和/或水平对准的位置。例如，在图5和图6所示的实例中，扬声器102可在车辆100的内部106(例如，行李厢)内安装在与期望相对于外部后围侧板定位出口部分128的位置不同的垂直和水平位置。在这种情况下，如图3中最佳地示出，入口部分126可围绕第一纵向轴线138布置或对称，并且出口部分128可围绕第二纵向轴线140布置或对称，其中第二纵向轴线140从第一纵向轴线138偏移。
图6示出了附接到声耦合器124的入口部分126的扬声器102，其中入口部分126可充当扬声器102的后壳体或外壳。声耦合器124的入口部分126可紧固到扬声器102。为此目的，入口部分126可包括在其中形成的安装突片142，通过所述安装突片，紧固件143可用于将入口部分126固定到第二侧114。可选地，入口部分126可利用粘合剂或经由任何其他合适的材料固定到扬声器102的第二侧114。在另一个可选实施方案中，声耦合器124可与扬声器102一体形成。
现在转到图7和图8，声耦合器124可被构造为将扬声器102的第二侧114连接到车辆100的外部车身面板146中的开口144。如图所示，出口部分128可被接纳在开口中或与所述开口相邻之处，并且可提供外部扬声器格栅148以用于覆盖在外部车身面板146处的出口部分128。在可选实施方案中，外部扬声器格栅148可能不是可见的，而是隐藏在车身饰板或其他金属板下方，同时仍与周围环境流体连通。
可选择声耦合器124的尺寸以与扬声器102的大小和参数成比例。在一个或多个实施方案中，期望最小化声耦合器124的体积，最大化声耦合器124的截面积，并且最小化声耦合器124的长度(从扬声器102的第二侧114到外部车身面板146)。可选择这些参数以增强理想化的无限挡板条件，该理想化的无限挡板条件将是零体积、零长度且截面积与扬声器102的锥盆120相同的声耦合器124。因此，尽管本文示出并描述了声耦合器124的特定配置，但是应理解，声耦合器124不限于这种配置，并且预期且可选择其他几何形状、长度和面积以优化声信号到具体车辆的内部和外部的传播。
当扬声器102的第二侧114与在车辆100的外部108的大气流体连通时，扬声器102被认为具有无限挡板。使第二侧114与开放大气流体连通的一个益处在于，可减少扬声器102中不期望的共振，因为从扬声器102的第二侧114发出的声波不会干扰从扬声器102的第一侧112发出的声波。另外地，开放环境或无限挡板的另一个益处在于，减少了扬声器锥盆120中的应变，因为扬声器102的第二侧114通向外部大气。因此，扬声器102可在车辆内部106中产生处于低频范围的较高声压级(SPL)。
扬声器102的第二侧114也可暴露于环境气候，这在诸如水、雪、冰、热或颗粒(泥、污物、岩石)的极端条件下可能会成问题。因此，可在扬声器102的第二侧114与车辆100的外部108之间(诸如在声耦合器124的出口部分128处或附近)提供气候屏蔽材料150，该气候屏蔽材料然后可被外部扬声器格栅148覆盖。然而，气候屏蔽材料150和外部扬声器格栅148的顺序不是特定的，使得气候屏蔽材料150和外部扬声器格栅148的位置可颠倒或甚至集成到一个组件中。
由于当在车辆100的外部108提供音频娱乐时期望高声音品质，因此声透明度就很重要。声透明度被定义为相对于扬声器锥盆120的表面积的开放空间的总截面积。在一个或多个实施方案中，穿过声耦合器124的外部声路径中(包括气候屏蔽材料150和外部扬声器格栅148)的所有物体的组合的声透明度应为扬声器锥盆120的面积的最少25％，并且更理想地大于扬声器锥盆120的面积的40％。当满足这些要求时，可最小化声共振。
如图2示意性地示出，车辆100可包括控制单元152，该控制单元与扬声器组件110电连通，该扬声器组件包括扬声器102和汽车音频系统中所包括的任何其他扬声器。控制单元152可用于针对车辆100的内部106中和外部108两者的音频娱乐来控制扬声器102的各种参数和所产生的声信号。有利地，本文公开的扬声器组件110可利用外部耦合的扬声器配置来在车辆外部提供完整、深沉、低频内容，而无需添加任何附加的扬声器。扬声器组件110可与现有的“安全扬声器”(诸如法律上要求的电动车辆行人警告扬声器)进行组合，使得无论何时出现使用情况，用户都可在车辆外部欣赏全谱多媒体内容。
本文公开的扬声器组件110的外部音频应用可包括例如用户可能期望在车辆100外部广播他们的内容的社交环境，诸如车尾趴、聚会或工作场所。当与电动车辆一起使用时，本文公开的用于提供外部音频的ECS配置的使用不应对充电时间产生影响，并且对行驶里程的影响应当能够忽略不计。除了扬声器组件110之外，还可使用前保险杠扬声器和后保险杠扬声器来向用户提供全频段优质音频系统。
虽然在上文描述了示例性实施方案，但是这些实施方案并不意图描述本发明的所有可能形式。而是，本说明书中所使用的字词为描述性而非限制性的字词，并且应理解，可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，可对各种实施的实施方案的特征进行组合以形成本发明的其他实施方案。

Claims (20)

1.一种用于车辆的扬声器组件，所述扬声器组件包括：
扬声器，所述扬声器安装在所述车辆中，所述扬声器具有面向所述车辆的内部的第一侧和相对的第二侧，其中所述扬声器被配置为产生声信号，所述声信号具有指向所述车辆的所述内部的前波和指向远离所述车辆的所述内部的后波；以及
声耦合器，所述声耦合器设置在所述扬声器的所述第二侧上并朝向所述车辆的外部延伸，所述声耦合器被布置为将所述后波传播到所述车辆的所述外部，使得在所述车辆的所述内部中以及在所述车辆的所述外部处能够听到所述声信号。
2.如权利要求1所述的扬声器组件，其中所述声耦合器包括设置在与所述扬声器的所述第二侧相邻之处的入口部分、与所述车辆的所述外部流体连通的出口部分、以及在所述入口部分与所述出口部分之间延伸的导管。
3.如权利要求2所述的扬声器组件，其中所述入口部分的截面积大于所述导管的截面积。
4.如权利要求2所述的扬声器组件，其中所述入口部分围绕第一纵向轴线布置，并且其中所述出口部分围绕第二纵向轴线布置，所述第二纵向轴线从所述第一纵向轴线偏移。
5.如权利要求2所述的扬声器组件，其中所述入口部分固定到所述扬声器的所述第二侧。
6.如权利要求2所述的扬声器组件，其中所述出口部分被布置为接纳在所述车辆的外部车身面板的开口中。
7.如权利要求6所述的扬声器组件，所述扬声器组件还包括外部扬声器格栅，所述外部扬声器格栅覆盖在所述外部车身面板处的所述出口部分。
8.如权利要求1所述的扬声器组件，其中所述声耦合器与所述扬声器一体形成。
9.如权利要求1所述的扬声器组件，其中所述声耦合器包括一个或多个安装臂，所述一个或多个安装臂从所述声耦合器延伸以用于将所述声耦合器紧固到所述车辆。
10.如权利要求1所述的扬声器组件，所述扬声器组件还包括设置在所述扬声器的所述第二侧与所述车辆的所述外部之间的气候屏蔽材料。
11.如权利要求1所述的扬声器组件，其中所述扬声器是超低音扬声器。
12.一种用于车辆的外部耦合的扬声器组件，所述外部耦合的扬声器组件包括：
超低音扬声器，所述超低音扬声器安装在所述车辆中，所述超低音扬声器具有面向所述车辆的内部的第一侧和相对的第二侧，其中所述超低音扬声器被配置为产生声信号，所述声信号具有指向所述车辆的所述内部的前波和指向远离所述车辆的所述内部的后波；以及
声耦合器，所述声耦合器具有设置在所述超低音扬声器的所述第二侧上的入口部分、与所述车辆的外部流体连通的出口部分、以及在所述入口部分与所述出口部分之间延伸的导管，所述声耦合器被布置为将所述后波传播到所述车辆的所述外部，使得在所述车辆的所述内部中以及在所述车辆的所述外部处能够听到所述声信号。
13.如权利要求12所述的外部耦合的扬声器组件，其中所述入口部分的截面积大于所述导管的截面积。
14.如权利要求12所述的外部耦合的扬声器组件，其中所述入口部分具有第一纵向轴线，并且其中所述出口部分具有第二纵向轴线，所述第二纵向轴线从所述第一纵向轴线偏移。
15.如权利要求12所述的外部耦合的扬声器组件，其中所述出口部分被布置为接纳在外部车身面板的开口中，所述扬声器组件还包括外部扬声器格栅，所述外部扬声器格栅覆盖在所述外部车身面板处的所述出口部分。
16.如权利要求12所述的外部耦合的扬声器组件，所述外部耦合的扬声器组件还包括设置在所述超低音扬声器的所述第二侧与所述车辆的所述外部之间的气候屏蔽材料。
17.一种用于车辆的音频系统，所述音频系统包括：
至少一个扬声器组件，所述至少一个扬声器组件包括：扬声器，所述扬声器安装在所述车辆中，所述扬声器具有面向所述车辆的内部的第一侧和相对的第二侧，其中所述扬声器被配置为产生声信号，所述声信号具有指向所述车辆的所述内部的前波和指向远离所述车辆的所述内部的后波；以及声耦合器，所述声耦合器设置在所述扬声器的所述第二侧上并朝向所述车辆的外部延伸，所述声耦合器被布置为将所述后波传播到所述车辆的所述外部，使得在所述车辆的所述内部中以及在所述车辆的所述外部处能够听到所述声信号；以及
控制单元，所述控制单元与所述至少一个扬声器组件电连通，以用于控制所述扬声器的参数和所述产生的声信号。
18.如权利要求17所述的音频系统，其中所述声耦合器包括设置在与所述扬声器的所述第二侧相邻之处的入口部分、与所述车辆的所述外部流体连通的出口部分、以及在所述入口部分与所述出口部分之间延伸的导管。
19.如权利要求18所述的音频系统，其中所述出口部分被布置为接纳在外部车身面板的开口中，所述扬声器组件还包括外部扬声器格栅，所述外部扬声器格栅覆盖在所述外部车身面板处的所述出口部分。
20.如权利要求17所述的音频系统，其中所述扬声器是超低音扬声器。
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