[發(fā)明專(zhuān)利]一種揚(yáng)聲器失真特性的數(shù)值仿真分析方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410586208.6
• 申請(qǐng)日: 2014-10-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104408227A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陸曉;溫周斌;岳磊;徐楚林
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江中科電聲研發(fā)中心;嘉善恩益迪電聲技術(shù)服務(wù)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G06F17/50
• 分類(lèi)號(hào): G06F17/50;H04R9/06
• 代理公司: 杭州君度專(zhuān)利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 沈志良

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種揚(yáng)聲器失真特性的數(shù)值仿真分析方法，屬于揚(yáng)聲器仿真設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

揚(yáng)聲器失真分為線(xiàn)性失真及非線(xiàn)性失真，后者是由揚(yáng)聲器的振幅非線(xiàn)性引起的，其對(duì)揚(yáng)聲器忠實(shí)地重放聲音的能力產(chǎn)生主要影響，包括諧波失真、互調(diào)失真和分諧波失真等。

諧波失真是指當(dāng)揚(yáng)聲器輸入某一頻率的正弦信號(hào)時(shí)，揚(yáng)聲器輸出的聲信號(hào)中，除了原輸入的信號(hào)外，同時(shí)出現(xiàn)二次、三次諧波等諧波分量。通常揚(yáng)聲器諧波失真出現(xiàn)在低頻段，特別是在振動(dòng)系統(tǒng)共振頻率f₀附近時(shí)較大，其主要來(lái)源有三個(gè)：振動(dòng)系統(tǒng)非線(xiàn)性，其導(dǎo)致?lián)P聲器在大振幅振動(dòng)時(shí)出現(xiàn)三次諧波失真；磁隙中磁感應(yīng)強(qiáng)度分布不均勻，其導(dǎo)致?lián)P聲器在大振幅振動(dòng)時(shí)出現(xiàn)二次諧波失真；空氣彈性的非線(xiàn)性，防塵帽下封閉的空氣、定心支片和盆架間封閉的空氣會(huì)導(dǎo)致二次諧波失真。

互調(diào)失真是指當(dāng)兩個(gè)頻率分別為f₁和f₂的正弦信號(hào)同時(shí)加到揚(yáng)聲器時(shí)，由于揚(yáng)聲器的非線(xiàn)性，它的輸出聲壓中，會(huì)出現(xiàn)f₁和f₂的和差頻率（f₂±f₁、f₂±2?f₁…）信號(hào)。除了揚(yáng)聲器振幅非線(xiàn)性以外，由于多普勒效應(yīng)、揚(yáng)聲器的指向性、音箱中高頻低頻揚(yáng)聲器的干涉等原因都會(huì)產(chǎn)生互調(diào)失真。

分諧波失真是指當(dāng)給揚(yáng)聲器加強(qiáng)的正弦信號(hào)時(shí)，在中頻、低頻段會(huì)產(chǎn)生頻率為1/2或1/3等信號(hào)頻率的模糊信號(hào)，在生產(chǎn)廠(chǎng)被稱(chēng)之為“半音”，斷續(xù)出現(xiàn)，它是由振膜非線(xiàn)性引起的。

失真是揚(yáng)聲器的一項(xiàng)非常重要的性能指標(biāo)，其直接關(guān)系到揚(yáng)聲器的聲音重放質(zhì)量，因此各揚(yáng)聲器制造企業(yè)對(duì)揚(yáng)聲器的失真特性非常重視，但是目前企業(yè)里分析揚(yáng)聲器失真特性的方法仍為傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)法，一般為樣品試做、測(cè)試、再改善樣品、再測(cè)試的反復(fù)循環(huán)過(guò)程，這種方式必須等到設(shè)計(jì)后期才能發(fā)現(xiàn)揚(yáng)聲器問(wèn)題，而且開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、成本高。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使用數(shù)值仿真分析方法進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)變得越來(lái)越廣泛，將數(shù)值仿真分析方法應(yīng)用于揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)可以在樣品試做前期預(yù)估揚(yáng)聲器的性能，從而加快揚(yáng)聲器的設(shè)計(jì)進(jìn)度，減少開(kāi)發(fā)成本。目前在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有關(guān)于使用數(shù)值仿真分析方法來(lái)分析揚(yáng)聲器失真特性的公開(kāi)發(fā)表的先例。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是得到一種揚(yáng)聲器失真特性的數(shù)值仿真分析方法；

本發(fā)明要解決的是分析揚(yáng)聲器失真特性時(shí)，經(jīng)驗(yàn)法存在的須等到設(shè)計(jì)后期才能發(fā)現(xiàn)揚(yáng)聲器問(wèn)題且開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、成本高的問(wèn)題。本發(fā)明基于揚(yáng)聲器磁路、振動(dòng)系統(tǒng)和聲場(chǎng)的三場(chǎng)耦合分析來(lái)進(jìn)行失真特性分析，從而分析結(jié)果相比于單場(chǎng)或兩場(chǎng)獨(dú)立分析更加全面和準(zhǔn)確；

本發(fā)明的一種揚(yáng)聲器失真特性的數(shù)值仿真分析方法，具體步驟為：

(1)????建立揚(yáng)聲器及空氣域的幾何模型圖

使用繪圖軟件或直接在有限元分析軟件中繪制揚(yáng)聲器和空氣域的三維3D幾何模型圖，其中揚(yáng)聲器的幾何模型應(yīng)包括揚(yáng)聲器磁路系統(tǒng)和振動(dòng)系統(tǒng)在內(nèi)，若模型為圓形，則建立揚(yáng)聲器的2D?軸對(duì)稱(chēng)簡(jiǎn)化模型；

(2)????建立揚(yáng)聲器及空氣域幾何模型的有限元模型，具體步驟如下：

A.?????????定義材料參數(shù)，定義模型各部件的材料參數(shù)，包括上夾板和導(dǎo)磁碗的磁化曲線(xiàn)值（即BH值和HB值），空氣的特性以及振動(dòng)系統(tǒng)各部件的楊氏模量、泊松比、密度和結(jié)構(gòu)的瑞利阻尼；

B.??????????設(shè)置物理場(chǎng)環(huán)境，揚(yáng)聲器在工作狀態(tài)下會(huì)涉及到電磁場(chǎng)、振動(dòng)和聲場(chǎng)多物理場(chǎng)的耦合，因此需要分別設(shè)置各物理場(chǎng)環(huán)境：1）磁場(chǎng)本構(gòu)關(guān)系，設(shè)置揚(yáng)聲器磁路系統(tǒng)中磁鋼的剩余磁通密度、上夾板和導(dǎo)磁碗的磁特性；2）多匝線(xiàn)圈，由于音圈是由漆包線(xiàn)繞制而成的，而模型中的音圈是一個(gè)矩形區(qū)域，因此要定義音圈的匝數(shù)，截面積和端電壓；3）在外空氣層添加球面波輻射邊界；

C.??????????劃分網(wǎng)格，對(duì)揚(yáng)聲器的幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到有限元分析所用的分析單元，若是2D模型，選擇面單元，若是3D模型，則選擇體單元；