三厢车的低音炮放在后备箱，真的只是“离得远一点”吗？
从一篇NVH论文，重新理解乘员舱—后备箱的低频声腔耦合
最近我在研究车载低音炮的布置位置时，突然有了一个疑问。
对于SUV、两厢车和三厢车来说，低音扬声器，特别是低音炮的布置，到底有没有本质上的区别？
直觉上，SUV和两厢车的行李厢本身就是乘员舱的一部分，低音炮即使布置在车辆后部，面对的依然是一个相对连续的声学空间。但三厢车不一样，后备箱和乘员舱中间隔着后排座椅和后搁物板。
那么，如果低音炮放在三厢车后备箱，它产生的低频声音到底是怎样进入乘员舱的？
在研究这个问题的过程中，我读到了一篇来自传统NVH领域的论文，反而从另外一个角度解释了这个问题，我觉得很有意思。
论文题目：Effect of coupling between passenger compartment and trunk of a car on coupled system natural frequencies using acoustic frequency response function
作者来自 KTH、Volvo Car Corporation 和 Ryerson University，研究的是一个非常具体的问题：三厢车乘员舱与后备箱之间的连接，会不会改变整车低频声腔的固有频率？
1. 三厢车的两个声腔，其实没有真正隔开
我们通常会把三厢车想象成两个空间：乘员舱｜后备箱。但真实车辆并没有这么干净。
论文指出，后搁物板上本身存在扬声器、电气设备以及通风所需的开孔，其上还覆盖着一层内饰件，也就是论文中的 trim。因此，即使从视觉上看乘员舱和后备箱已经隔开，空气之间实际上仍然存在连通。
于是，更准确的模型其实是：乘员舱 ⇄ 开孔 ⇄ 后备箱。
几十赫兹的声音波长可以达到数米甚至十米，远远大于这些开孔。此时，开孔并不是一个“让一束声波穿过去”的普通通道。更合适的理解是：两个声腔内部的空气具有可压缩性，而开孔中的那部分空气具有惯性。当两个声腔之间出现声压差，开孔里的空气就会往复运动，一个腔体中的压力变化也开始影响另外一个腔体。
这就是论文所讨论的 acoustic coupling——声腔耦合。
2. 一旦两个声腔开始“互相影响”，模态就变了
这篇文章最有价值的地方，是作者不是只做理论分析，而是在真实车辆上改变了乘员舱和后备箱之间的连接状态。
他们设计了四种组合：后搁物板内饰件保留/移除 × 开孔打开/关闭，然后在0～200 Hz范围内，通过扬声器激励和六个不同位置的麦克风测量声学频率响应函数。
当开孔关闭、乘员舱与后备箱连接较弱时，乘员舱第一纵向声腔模态大约位于 73 Hz。
而当开孔打开以后，第二个耦合模态开始上移。保留trim时约为 74.5 Hz；把trim移除、同时保持开孔打开后，两个声腔之间的连接进一步增强，此时一个约 36.5 Hz 的低频耦合模态清楚出现，第二耦合模态进一步移动到约 78.5 Hz。
73 → 74.5 → 78.5 Hz 这几个数字背后说明了一件很重要的事情：一个声腔的固有频率，不只是由这个声腔自身的几何尺寸决定，还与它和其他空间如何连接有关。
当后备箱真正参与进来以后，原本属于乘员舱的模态开始变成整个“乘员舱 + 后备箱”的系统模态。论文最终得到的趋势也很明确：两个声腔之间有效开口增大以后，耦合作用增强，耦合系统的固有频率会发生移动。
3. 原来声腔本身，也可以成为调音参数
看到这里，我想到自己以前做路面低频声音时，也碰到过类似的思路。
车辆在粗糙路面行驶时，轮胎、悬架和车身结构会产生很强的几十赫兹低频激励。当结构输入与车内某个声腔模态接近时，就可能出现明显的低频轰鸣，甚至产生让人不舒服的“压耳感”。
通常我们的第一反应是改变激励源或者传递路径，例如轮胎、悬架、车身刚度、阻尼或者声学包。但实际上还有另外一个自由度：改变声腔。
例如调整后备箱和乘员舱之间的连通面积，就可能改变系统的模态频率和响应特性。换句话说，不一定只想着“怎么减少40 Hz的输入”，有时也可以考虑：能不能把原来容易被激发的声学系统本身改变掉。
4. 同一个物理问题，一边是NVH，一边是音响
把这个问题重新放回低音炮，就更有意思了。
对于SUV或者两厢车，低音炮放在车辆后部时，它基本仍然是在直接激励整个乘员空间。但对于三厢车，如果低音炮放在后备箱，它首先激励的其实是后备箱声腔，随后再通过后搁物板开孔、后排座椅周边以及其他空气连通路径，与乘员舱发生声学耦合。
低音炮 → 后备箱 → 声腔耦合 → 乘员舱
所以真正的传递关系，不只是简单的“低音炮 → 人耳”。这意味着，三厢车后备箱低音炮的效果，不仅取决于扬声器本身、功率和DSP，还会受到后备箱体积、开孔面积、后搁物板以及内饰件声学阻抗的影响。
而这些参数，恰恰也是NVH工程师在研究低频轰鸣时关注的东西。
所以读完这篇论文，我越来越觉得：NVH和车载音响，在低频领域其实研究的是同一个物理系统。
NVH希望避免路面或者结构输入激发某个声腔模态；音响则希望利用低音扬声器，有控制地激励这个声腔。一个是在减少不想要的低频声音，一个是在创造想要的低频声音。
位置当然重要，但比位置更底层的，是这个位置究竟在激励怎样一个声学系统。
参考论文
A. Seifzadeh, A. Pietrzyk, P. Göransson, R. Ramakrishnan. Effect of coupling between passenger compartment and trunk of a car on coupled system natural frequencies using acoustic frequency response function. Applied Acoustics, 76 (2014), 310–318.