[發(fā)明專利]一種揚聲器音圈電感非線性特性的數(shù)值仿真分析方法

有效

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• 申請日: 2013-06-09
• 公開（公告）號: CN103294871A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發(fā)明（設計）人: 滕越;溫周斌;陸曉;徐楚林
• 申請（專利權(quán)）人: 嘉善恩益迪電聲技術(shù)服務有限公司;浙江中科電聲研發(fā)中心
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 嘉興君度知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 沈志良

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于揚聲器領域，涉及揚聲器音圈電感的非線性特性的仿真分析方法，特別是涉及一種揚聲器音圈電感非線性特性的數(shù)值仿真分析方法。采用該方法分析揚聲器的磁路，可得到揚聲器音圈的電感隨位移的非線性特性曲線。該方法可廣泛應用于動圈式揚聲器的磁路設計。

背景技術(shù)

揚聲器音圈兼有電阻和電感的特性，電感的存在會抵制電流的變化，對電流和電流產(chǎn)生的磁場進行調(diào)制，且電感對中高頻阻抗特性影響比較顯著，這抑制了揚聲器的中高頻輸出，不僅如此，電感還會隨音圈在磁隙中的位置變化而變化，其隨音圈位移產(chǎn)生的非線性變化是揚聲器的主要非線性特性之一，也是造成揚聲器非線性失真的原因之一。綜上所述，揚聲器音圈電感的大小以及電感隨位移變化產(chǎn)生的非線性特性是評估揚聲器設計的一項重要指標。目前獲取電感-位移特性的方法之一是基于集總參數(shù)下?lián)P聲器非線性等效電路模型，為此，Klippel公司還專門開發(fā)了揚聲器大信號參數(shù)測量系統(tǒng)--Klippel?R&D系統(tǒng)。該測量系統(tǒng)價格昂貴，一般的中小型企業(yè)無力購買。

傳統(tǒng)揚聲器分析設計方法主要是經(jīng)驗法。一般為樣品設計、試做、測試、再修改設計、再測試的反復循環(huán)過程，這種方法只能在樣品制作出來以后才能發(fā)現(xiàn)揚聲器磁路存在的問題，而反復制樣則會耗費大量的人力、物力和時間。

現(xiàn)有的一些專門用于揚聲器磁路分析的有限元仿真軟件如FINECone、FINEMotor只能仿真某一時刻或某一個特定位置的電感，無法仿真音圈運動產(chǎn)生的電感-位移非線性特性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種用于揚聲器音圈電感非線性特性的數(shù)值仿真分析方法。

本發(fā)明要解決的主要問題是：1、經(jīng)驗法需要等到制成以后才能通過測量得到電感非線性特性的問

題；2、由于無法在制作之前預估電感非線性特性造成的產(chǎn)品開發(fā)周期長的問題；3、專用測量設備帶來

的揚聲器設計成本高的問題；4、現(xiàn)有的有限元仿真軟件如FINECone、FINEmotor只能對指定位置下的

音圈電感進行仿真的問題。

本發(fā)明中提及的一種揚聲器音圈電感非線性特性的數(shù)值仿真分析方法，其具體步驟為：

步驟1：建立揚聲器磁路幾何模型。使用三維繪圖軟件（如Solidworks、Pro/E等）或直接在有限元

分析軟件中繪制該揚聲器磁路的三維（3D）幾何模型圖。

步驟2：建立有限元模型。

步驟3：定義音圈單元組件。

步驟4：定義邊界及載荷。選擇不同位置的音圈單元組，并對其施加電流密度載荷。電流密度的計

算公式為???????????????????????????????????????????????，其中為電流密度，為音圈的驅(qū)動電流，為音圈匝數(shù)，為音圈所在面的面

積；在對稱軸上施加磁力線平行邊界條件；在外層空氣的邊界線上施加遠場吸收邊界條件，減小無限遠處對磁路中磁場造成的影響。

步驟5：求解。

利用有限元法求解如下電磁場微分方程。

?????????????????????????????公式（1）

定義矢量磁位

??????公式（2）

公式（1）中的和分別為介質(zhì)的磁導率和介電常數(shù)，為拉普拉斯算子：

?????????公式（3）

步驟6：后處理。由步驟5可得到磁矢量位，由此經(jīng)過后處理可得到電磁場的其它物理量，如

磁感應強度、磁場強度、磁能增量等，其中，磁能增量定義為

?????????????公式（4）

?????式中和表示由于電流增量而引起的磁場和磁通密度的增量。電感系數(shù)與磁能增量

的關系為

???????????公式(5)

因而

??????????公式(6)

這樣，在得到以后，即可求出特定位置下線圈的電感。

本發(fā)明的優(yōu)點是：本發(fā)明將有限元分析方法運用到揚聲器的電磁場分析中，為了模擬音圈的位移

非線性特性，按照移動范圍和移動步長的要求將音圈單元進行擴展，逐次選擇不同位置的音圈單元將其

定義成組，并對各個位置的音圈單元組進行求解、分析，得到了一組不同位置下的音圈的電感值，解決

了以往無法仿真電感-位移特性的難題，同時，使揚聲器在生產(chǎn)前就能得到電感-位移非線性特性，降低

了揚聲器的設計和制作成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的實施流程圖。