[发明专利]一种扬声器失真特性的数值仿真分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种扬声器失真特性的数值仿真分析方法，属于扬声器仿真设计领域。

背景技术

扬声器失真分为线性失真及非线性失真，后者是由扬声器的振幅非线性引起的，其对扬声器忠实地重放声音的能力产生主要影响，包括谐波失真、互调失真和分谐波失真等。

谐波失真是指当扬声器输入某一频率的正弦信号时，扬声器输出的声信号中，除了原输入的信号外，同时出现二次、三次谐波等谐波分量。通常扬声器谐波失真出现在低频段，特别是在振动系统共振频率f₀附近时较大，其主要来源有三个：振动系统非线性，其导致扬声器在大振幅振动时出现三次谐波失真；磁隙中磁感应强度分布不均匀，其导致扬声器在大振幅振动时出现二次谐波失真；空气弹性的非线性，防尘帽下封闭的空气、定心支片和盆架间封闭的空气会导致二次谐波失真。

互调失真是指当两个频率分别为f₁和f₂的正弦信号同时加到扬声器时，由于扬声器的非线性，它的输出声压中，会出现f₁和f₂的和差频率（f₂±f₁、f₂±2 f₁…）信号。除了扬声器振幅非线性以外，由于多普勒效应、扬声器的指向性、音箱中高频低频扬声器的干涉等原因都会产生互调失真。

分谐波失真是指当给扬声器加强的正弦信号时，在中频、低频段会产生频率为1/2或1/3等信号频率的模糊信号，在生产厂被称之为“半音”，断续出现，它是由振膜非线性引起的。

失真是扬声器的一项非常重要的性能指标，其直接关系到扬声器的声音重放质量，因此各扬声器制造企业对扬声器的失真特性非常重视，但是目前企业里分析扬声器失真特性的方法仍为传统的经验法，一般为样品试做、测试、再改善样品、再测试的反复循环过程，这种方式必须等到设计后期才能发现扬声器问题，而且开发周期长、成本高。

随着计算机技术的发展，使用数值仿真分析方法进行辅助设计变得越来越广泛，将数值仿真分析方法应用于扬声器设计可以在样品试做前期预估扬声器的性能，从而加快扬声器的设计进度，减少开发成本。目前在国内还没有关于使用数值仿真分析方法来分析扬声器失真特性的公开发表的先例。

发明内容

本发明的目的是得到一种扬声器失真特性的数值仿真分析方法；

本发明要解决的是分析扬声器失真特性时，经验法存在的须等到设计后期才能发现扬声器问题且开发周期长、成本高的问题。本发明基于扬声器磁路、振动系统和声场的三场耦合分析来进行失真特性分析，从而分析结果相比于单场或两场独立分析更加全面和准确；

本发明的一种扬声器失真特性的数值仿真分析方法，具体步骤为：

(1)    建立扬声器及空气域的几何模型图

使用绘图软件或直接在有限元分析软件中绘制扬声器和空气域的三维3D几何模型图，其中扬声器的几何模型应包括扬声器磁路系统和振动系统在内，若模型为圆形，则建立扬声器的2D 轴对称简化模型；

(2)    建立扬声器及空气域几何模型的有限元模型，具体步骤如下：

A.         定义材料参数，定义模型各部件的材料参数，包括上夹板和导磁碗的磁化曲线值（即BH值和HB值），空气的特性以及振动系统各部件的杨氏模量、泊松比、密度和结构的瑞利阻尼；

B.          设置物理场环境，扬声器在工作状态下会涉及到电磁场、振动和声场多物理场的耦合，因此需要分别设置各物理场环境：1）磁场本构关系，设置扬声器磁路系统中磁钢的剩余磁通密度、上夹板和导磁碗的磁特性；2）多匝线圈，由于音圈是由漆包线绕制而成的，而模型中的音圈是一个矩形区域，因此要定义音圈的匝数，截面积和端电压；3）在外空气层添加球面波辐射边界；

C.          划分网格，对扬声器的几何模型进行网格划分，得到有限元分析所用的分析单元，若是2D模型，选择面单元，若是3D模型，则选择体单元；