[发明专利]一种扬声器音圈电感非线性特性的数值仿真分析方法

说明书

技术领域

本发明属于扬声器领域，涉及扬声器音圈电感的非线性特性的仿真分析方法，特别是涉及一种扬声器音圈电感非线性特性的数值仿真分析方法。采用该方法分析扬声器的磁路，可得到扬声器音圈的电感随位移的非线性特性曲线。该方法可广泛应用于动圈式扬声器的磁路设计。

背景技术

扬声器音圈兼有电阻和电感的特性，电感的存在会抵制电流的变化，对电流和电流产生的磁场进行调制，且电感对中高频阻抗特性影响比较显著，这抑制了扬声器的中高频输出，不仅如此，电感还会随音圈在磁隙中的位置变化而变化，其随音圈位移产生的非线性变化是扬声器的主要非线性特性之一，也是造成扬声器非线性失真的原因之一。综上所述，扬声器音圈电感的大小以及电感随位移变化产生的非线性特性是评估扬声器设计的一项重要指标。目前获取电感-位移特性的方法之一是基于集总参数下扬声器非线性等效电路模型，为此，Klippel公司还专门开发了扬声器大信号参数测量系统--Klippel R&D系统。该测量系统价格昂贵，一般的中小型企业无力购买。

传统扬声器分析设计方法主要是经验法。一般为样品设计、试做、测试、再修改设计、再测试的反复循环过程，这种方法只能在样品制作出来以后才能发现扬声器磁路存在的问题，而反复制样则会耗费大量的人力、物力和时间。

现有的一些专门用于扬声器磁路分析的有限元仿真软件如FINECone、FINEMotor只能仿真某一时刻或某一个特定位置的电感，无法仿真音圈运动产生的电感-位移非线性特性。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于扬声器音圈电感非线性特性的数值仿真分析方法。

本发明要解决的主要问题是：1、经验法需要等到制成以后才能通过测量得到电感非线性特性的问

题；2、由于无法在制作之前预估电感非线性特性造成的产品开发周期长的问题；3、专用测量设备带来

的扬声器设计成本高的问题；4、现有的有限元仿真软件如FINECone、FINEmotor只能对指定位置下的

音圈电感进行仿真的问题。

本发明中提及的一种扬声器音圈电感非线性特性的数值仿真分析方法，其具体步骤为：

步骤1：建立扬声器磁路几何模型。使用三维绘图软件（如Solidworks、Pro/E等）或直接在有限元

分析软件中绘制该扬声器磁路的三维（3D）几何模型图。

步骤2：建立有限元模型。

步骤3：定义音圈单元组件。

步骤4：定义边界及载荷。选择不同位置的音圈单元组，并对其施加电流密度载荷。电流密度的计

算公式为                                               ，其中为电流密度，为音圈的驱动电流，为音圈匝数，为音圈所在面的面

积；在对称轴上施加磁力线平行边界条件；在外层空气的边界线上施加远场吸收边界条件，减小无限远处对磁路中磁场造成的影响。

步骤5：求解。

利用有限元法求解如下电磁场微分方程。

                             公式（1）

定义矢量磁位

      公式（2）

公式（1）中的和分别为介质的磁导率和介电常数，为拉普拉斯算子：

         公式（3）

步骤6：后处理。由步骤5可得到磁矢量位，由此经过后处理可得到电磁场的其它物理量，如

磁感应强度、磁场强度、磁能增量等，其中，磁能增量定义为

             公式（4）

     式中和表示由于电流增量而引起的磁场和磁通密度的增量。电感系数与磁能增量

的关系为

           公式(5)

因而

          公式(6)

这样，在得到以后，即可求出特定位置下线圈的电感。

本发明的优点是：本发明将有限元分析方法运用到扬声器的电磁场分析中，为了模拟音圈的位移

非线性特性，按照移动范围和移动步长的要求将音圈单元进行扩展，逐次选择不同位置的音圈单元将其

定义成组，并对各个位置的音圈单元组进行求解、分析，得到了一组不同位置下的音圈的电感值，解决

了以往无法仿真电感-位移特性的难题，同时，使扬声器在生产前就能得到电感-位移非线性特性，降低

了扬声器的设计和制作成本。

附图说明

图1为本发明的实施流程图。