[发明专利]轴对称扬声器仿真分析中有限大障板下声压级的计算方法

说明书

本发明公开了一种在轴对称扬声器仿真分析中，对于该扬声器安装在有限大障板下的声压级的近似计算方法，属于数值仿真计算和扬声器设计领域。为了采用2D轴对称仿真计算方法计算安装在有限大障板上的扬声器的声压级，首先，将障板划分成许多近似扇形的小块，再将这些小块按半径长度标准近似归并为较少的几类，之后可以采用2D轴对称仿真分析方法计算这几类扇形障板对声场的影响，最终得到在整个障板影响下的声压级结果。本方法利用计算量很小的2D轴对称仿真方法计算得到安装在非轴对称障板下的扬声器的声压级，在极大地提升计算效率的同时，使仿真计算条件与实际测试条件相一致，显著减小了仿真计算结果与实测结果的差异。

技术领域

本发明属于数值仿真计算和扬声器设计领域，特别涉及在2D轴对称扬声器仿真分析中，对于该扬声器安装在有限大障板条件下，在该扬声器辐射声场中的指定点处的声压级的近似计算方法。

背景技术

随着扬声器应用场合的日益扩大和其重要性的不断提升，近年来扬声器仿真计算方法也在迅速发展。多数扬声器都是轴对称的(旋转体)，在仿真中可以采用2D轴对称模型描述，但实际扬声器产品的测量一般却是安装在矩形的标准声障板上，而这样的矩形障板是无法用2D轴对称模型描述的。要通过仿真分析方法准确分析这种声场条件下的扬声器声压级，则只能采用3D模型分析，但其计算量远大于采用2D模型的计算量，且因内存占用量极大，只有采用昂贵的专业计算服务器才能够支持这样的计算。并且，即使是采用这样的服务器，计算时间仍需要十几甚至几十小时。如此昂贵的投入和漫长的计算时间，一般电声企业都是难以接受的。另一方面，若扬声器仿真计算选择采用无限大障板，所得到的仿真计算结果又不便与实际扬声器产品的测量结果做直接比较，也不符合电声工程师的习惯。因此，这一问题成为扬声器仿真分析方法广泛应用的重要障碍之一。

障板一方面在正面方向起到声反射作用，另一方面是在背面方向会影响声绕射距离。业界有一些研究分析了这两种因素，给出一些障板影响的近似结果，但是这些分析都将扬声器简化为点声源计算，也不考虑扬声器磁路等部件对声场的影响，因此，当所分析的频率较高、扬声器较大，或所设计的扬声器的磁路部分对声传播会产生显著影响的时候，这些近似结果存在较大的误差，不适合在较高精度要求的仿真分析工作中应用。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种轴对称扬声器仿真分析中有限大障板下声压级的计算方法。针对2D轴对称扬声器安装于标准障板，或其它尺寸的矩形障板甚至其他形状的有限大障板，所述的该方法用于扬声器仿真分析中扬声器声压级的近似计算。它的主要原理是将一块大障板近似看成是由许多块扇形小障板拼接而成的，利用2D轴对称仿真分析方法可以得到各个扇形障板影响下的声压级，再组合得到在所需分析的障板条件下的声压级结果。

本发明所提及的有限大障板下声压级的近似计算方法，具体步骤是：

1)确定一个数值较大的N，N表示障板被切分的数量，N一般大于1000；

2)将障板绕扬声器安装中心等角度地切分成N个三角形，在障板四角处可能不呈三角形，但当N较大时将它们当做三角形也几乎没有影响；

3)由于N较大，将每个三角形近似为半径r_i，圆心角的扇形，其中r_i是第i个三角形两条长边长度的平均值；

4)半径为r_i、圆心角为的扇形障板，就是半径为ri的圆形障板的1/N；

5)确定一个大于2且远小于N的正整数M，M越大近似误差越小，但计算时间与M成正比；

6)将N个半径分成M组，使得用每组的半径均值近似代替同组内的所有成员的半径所产生的误差的平方和最小，采用基因算法求解此非线性全局优化问题；

7)经6)分组后，假设第j组中包含n_j个扇形，其半径均值为1≤j≤M；在这M组扇形中，每一组所包含的扇形数量是不同的；