动圈式扬声器数值分析方法研究-Comsol
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
扬声器失真的数值仿真分析研究
陆晓 浙江中科电声研发中心 2014 年 10 月 29 日
Excerpt from the Proceedings of the 2014 COMSOL Conference in Shanghai
目录
失真和非线性特性
分析方法 移动网格
结构阻尼
激励信号和分析结果 后处理
600
800
1000
P(t)
谐波失真2-扫频激励
对仿真分析所得的声压曲线，利用各种谐波跟踪方法（如自适应 Vold-Kalman Order Tracking算法），可得各阶次谐波的幅值和相位，进而得到该扬声器的各次谐波失真（ HDn）和总谐波失真（THD） 。
互调失真
当激励信号为两个单频信号的叠加（且这两个频率没有倍数关系），则通过上述三场耦 合瞬态分析方法并进行频谱分析之后，可获得两个频率的互调分量，进而计算得到扬声 器在这两个单频组合信号激励下的互调失真。
0.2 0 -0.2 -0.4
后沿特性
9.32 9.33 9.34 9.35 4 x 10
16.14 16.16 16.18 16.14 t (s)
CONFIDENTIAL
Excerpt from the Proceedings of the 2014 COMSOL Conference in Shanghai
CONFIDENTIAL
Excerpt from the Proceedings of the 2014 COMSOL Conference in Shanghai
9
请多指教，谢谢！
http://zkds.net
Excerpt from the Proceedings of the 2014 COMSOL Conference in Shanghai
Excerpt from the Proceedings of the 2014 COMSOL Conference in Shanghai
声压p(t)
8
后处理
谐波失真1-单频激励
X: 50.05 Y: 2.197
10
0
FFT
dB (mm)
10
-2
10
-4
0
200
400 freq (Hz)
P (f)
5
结构阻尼
振动系统的幅频和相频特性均与阻尼密切相关。
物理量 阻尼系数c 阻尼比 损耗因子 对数衰减系数 公式 --
c c0
Qh 2 Wh
(ln
1 n
u (t 0 ) ) u (t 0 nT )
幅频特性曲线
相频特性曲线
选择 Rayleigh Damping（瑞利阻尼）
与测量标准一致，计算误差相对较小，但要获得多个频率点的失真数据，其计算效率较低。 2.5ms
V0 0
U(t )=V0sin(t )
V0：音圈端电压最大值， ω ：激励信号角频率。
……
0.1s
……
-V0
0.1s
单频脉冲填充信号（频率 400Hz ）
分析结果
0.4
X (mm)
0.2 0 -0.2
前沿特性
10
影响的扬声器类别
低音，高音，微型 低音，微型 低音 微型 号筒 全部类别
百度文库
CONFIDENTIAL
Excerpt from the Proceedings of the 2014 COMSOL Conference in Shanghai
3
分析方法
瞬态分析
瞬态分析是一种分析结构在承受任意随时间变化的载荷激励下的动力学响应的数值 仿真分析方法。 非线性参数随状态变量音圈位移的变化特性可通过随时间的变化关系来表示。
三场耦合
提供驱动力
带动空气振动 形成声波
磁路
音圈振动产生 反电动势
振动系统
对振动系统表面每一点 形成变化的加载力
声场
CONFIDENTIAL
Excerpt from the Proceedings of the 2014 COMSOL Conference in Shanghai
4
移动网格
使用移动网格技术能够实时、准确地计算得到不同音圈位移的 Bl （x） 和L（x）等。
No.
1 2 3 4 5 6
非线性特性
劲度系数K(x) 驱动力系数Bl(x) 电感L(x) 机械阻Rms(x) 非线性声传播 分割振动
相关的状态变量
音圈位移x 音圈位移x 音圈位移x，电流大小i 音圈速度v 箱体内部声压p 频率f
随频率的影响关系
主要在低频段 与频率无关 随频率增大而增大 主要在f0处 与频率无关 主要在高频段
cR dM m dK k
2 1 2n
半功率点带宽法
CONFIDENTIAL
Excerpt from the Proceedings of the 2014 COMSOL Conference in Shanghai
6
激励信号和分析结果-1-单频激励
单频激励
Excerpt from the Proceedings of the 2014 COMSOL Conference in Shanghai
2
失真和非线性特性
失真的分类
输入
线性模型 常规线性失真 非线性模型 常规非线性失真 缺陷 非常规失真 瞬态失真 噪声
输出
谐波失真
互调失真
非线性模型中的重要特性
未使用移动网格
使用移动网格（非重剖网格）
使用移动网格（重剖网格）
3.5
3.0
测量结果 仿真结果
2.5
Bl(N/A)
2.0
1.5
1.0
0.5 -4 -2 0 x(mm) 2 4
Bl值的仿真分析结果与测量结果
音圈位移x(t)
驱动力系数Bl (t)
CONFIDENTIAL
Excerpt from the Proceedings of the 2014 COMSOL Conference in Shanghai
7
激励信号和分析结果-2-扫频激励
扫频激励
可快速得到各个频率点的失真数据，但其后处理过程会引入更多误差。
ω1：起始角频率， ω2 ：截止角频率， T ：扫频时间长度。
连续对数扫频电压信号（起始频率 20Hz，截止频率 800Hz，扫频时间长度 0.5s）
分析结果
CONFIDENTIAL
音圈位移x(t)
陆晓 浙江中科电声研发中心 2014 年 10 月 29 日
Excerpt from the Proceedings of the 2014 COMSOL Conference in Shanghai
目录
失真和非线性特性
分析方法 移动网格
结构阻尼
激励信号和分析结果 后处理
600
800
1000
P(t)
谐波失真2-扫频激励
对仿真分析所得的声压曲线，利用各种谐波跟踪方法（如自适应 Vold-Kalman Order Tracking算法），可得各阶次谐波的幅值和相位，进而得到该扬声器的各次谐波失真（ HDn）和总谐波失真（THD） 。
互调失真
当激励信号为两个单频信号的叠加（且这两个频率没有倍数关系），则通过上述三场耦 合瞬态分析方法并进行频谱分析之后，可获得两个频率的互调分量，进而计算得到扬声 器在这两个单频组合信号激励下的互调失真。
0.2 0 -0.2 -0.4
后沿特性
9.32 9.33 9.34 9.35 4 x 10
16.14 16.16 16.18 16.14 t (s)
CONFIDENTIAL
Excerpt from the Proceedings of the 2014 COMSOL Conference in Shanghai
CONFIDENTIAL
Excerpt from the Proceedings of the 2014 COMSOL Conference in Shanghai
9
请多指教，谢谢！
http://zkds.net
Excerpt from the Proceedings of the 2014 COMSOL Conference in Shanghai
Excerpt from the Proceedings of the 2014 COMSOL Conference in Shanghai
声压p(t)
8
后处理
谐波失真1-单频激励
X: 50.05 Y: 2.197
10
0
FFT
dB (mm)
10
-2
10
-4
0
200
400 freq (Hz)
P (f)
5
结构阻尼
振动系统的幅频和相频特性均与阻尼密切相关。
物理量 阻尼系数c 阻尼比 损耗因子 对数衰减系数 公式 --
c c0
Qh 2 Wh
(ln
1 n
u (t 0 ) ) u (t 0 nT )
幅频特性曲线
相频特性曲线
选择 Rayleigh Damping（瑞利阻尼）
与测量标准一致，计算误差相对较小，但要获得多个频率点的失真数据，其计算效率较低。 2.5ms
V0 0
U(t )=V0sin(t )
V0：音圈端电压最大值， ω ：激励信号角频率。
……
0.1s
……
-V0
0.1s
单频脉冲填充信号（频率 400Hz ）
分析结果
0.4
X (mm)
0.2 0 -0.2
前沿特性
10
影响的扬声器类别
低音，高音，微型 低音，微型 低音 微型 号筒 全部类别
百度文库
CONFIDENTIAL
Excerpt from the Proceedings of the 2014 COMSOL Conference in Shanghai
3
分析方法
瞬态分析
瞬态分析是一种分析结构在承受任意随时间变化的载荷激励下的动力学响应的数值 仿真分析方法。 非线性参数随状态变量音圈位移的变化特性可通过随时间的变化关系来表示。
三场耦合
提供驱动力
带动空气振动 形成声波
磁路
音圈振动产生 反电动势
振动系统
对振动系统表面每一点 形成变化的加载力
声场
CONFIDENTIAL
Excerpt from the Proceedings of the 2014 COMSOL Conference in Shanghai
4
移动网格
使用移动网格技术能够实时、准确地计算得到不同音圈位移的 Bl （x） 和L（x）等。
No.
1 2 3 4 5 6
非线性特性
劲度系数K(x) 驱动力系数Bl(x) 电感L(x) 机械阻Rms(x) 非线性声传播 分割振动
相关的状态变量
音圈位移x 音圈位移x 音圈位移x，电流大小i 音圈速度v 箱体内部声压p 频率f
随频率的影响关系
主要在低频段 与频率无关 随频率增大而增大 主要在f0处 与频率无关 主要在高频段
cR dM m dK k
2 1 2n
半功率点带宽法
CONFIDENTIAL
Excerpt from the Proceedings of the 2014 COMSOL Conference in Shanghai
6
激励信号和分析结果-1-单频激励
单频激励
Excerpt from the Proceedings of the 2014 COMSOL Conference in Shanghai
2
失真和非线性特性
失真的分类
输入
线性模型 常规线性失真 非线性模型 常规非线性失真 缺陷 非常规失真 瞬态失真 噪声
输出
谐波失真
互调失真
非线性模型中的重要特性
未使用移动网格
使用移动网格（非重剖网格）
使用移动网格（重剖网格）
3.5
3.0
测量结果 仿真结果
2.5
Bl(N/A)
2.0
1.5
1.0
0.5 -4 -2 0 x(mm) 2 4
Bl值的仿真分析结果与测量结果
音圈位移x(t)
驱动力系数Bl (t)
CONFIDENTIAL
Excerpt from the Proceedings of the 2014 COMSOL Conference in Shanghai
7
激励信号和分析结果-2-扫频激励
扫频激励
可快速得到各个频率点的失真数据，但其后处理过程会引入更多误差。
ω1：起始角频率， ω2 ：截止角频率， T ：扫频时间长度。
连续对数扫频电压信号（起始频率 20Hz，截止频率 800Hz，扫频时间长度 0.5s）
分析结果
CONFIDENTIAL
音圈位移x(t)