[发明专利]有限大障板轴对称扬声器谐波失真的近似计算方法

说明书

本发明公开了一种安装在有限大障板上的轴对称扬声器的谐波失真的近似计算方法，属于数值仿真计算和扬声器设计领域。该方法先计算在无限大障板或无障板条件下的轴对称扬声器的谐波失真特性，以及基频的1～5倍频率点的声压级频率响应；再通过将一块大障板近似看成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得到各个扇形障板影响下的声压，再组合得到在所需分析的障板条件下的声压级频率响应特性；最后再根据公式计算得到有限大障板条件下的轴对称扬声器的总谐波失真THD和2～5次谐波失真HD₂～HD₅。采用本方法可以快速、准确地计算各种轴对称扬声器安装在各种有限大障板上的谐波失真特性。

技术领域

本发明属于数值仿真计算和扬声器设计领域，涉及2D轴对称扬声器在有限大障板条件下的谐波失真仿真分析方法。

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，扬声器仿真计算方法也在迅速发展，尤其是随着用户对扬声器的音质的要求不断提高，对扬声器谐波失真等非线性特性的仿真方法开始出现并受到重视。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，但扬声器测量一般是安装在矩形的标准声障板上，这样的矩形障板无法用2D轴对称模型描述。由于2D轴对称扬声器谐波失真特性的仿真方法本身计算量已经很大，要采用3D模型计算扬声器谐波失真目前几乎是不可能的。因此以往的扬声器谐波失真特性仿真计算只能选择采用无限大障板或无障板的条件，这使得仿真结果不能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。

所述的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，给出一些矩形障板对扬声器频率响应特性影响的近似结果，但这些分析本身比较粗略，分析结果误差也较大。目前尚未见有在有限大障板条件下谐波失真特性仿真的报道。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种在扬声器仿真分析中，针对2D轴对称扬声器安装在标准障板或其它尺寸的矩形障板甚至其它形状的有限大障板上，谐波失真的近似计算方法；

该方法先计算在无限大障板或无障板条件下的轴对称扬声器的谐波失真特性，以及基频的1～5倍频率点的声压级频率响应；再通过将一块大障板近似看成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得到各个扇形障板影响下的声压，再组合得到在所需分析的障板条件下的声压级频率响应特性；最后再根据公式计算得到有限大障板条件下的轴对称扬声器的总谐波失真THD和2～5次谐波失真HD₂～HD₅；

本发明提及的在有限大障板条件下谐波失真的近似计算方法，具体步骤是：

对任意指定的电压激励信号幅值U_a和任意频率f_B：

1)使用扬声器谐波失真的2D轴对称仿真分析方法，计算扬声器在无限大障板条件下或无障板条件下，在电压激励信号幅值为U_a，频率为f_B时，扬声器正前方指定点处的谐波失真特性，尤其是基频幅值A₁和2到5次谐波的幅值A₂到A₅；

具体步骤为：

(1)在有限元分析软件中绘制扬声器的几何模型及空气域几何模型；

(2)在有限元分析软件中对建立的几何模型进行材料特性定义、物理场环境设置、网格划分和边界条件定义，得到有限元模型；

(3)利用有限元分析软件对上述有限元模型进行三场耦合瞬态求解，得到扬声器在空间指定点处产生的时域声压信号；

(4)对时域声压信号的稳定区域进行频谱分析，提取所需的各频率点的幅值；