[发明专利]一种基于有限元法的扬声器联合仿真方法

说明书

本发明涉及扬声器仿真设计技术，具体涉及一种基于有限元法的扬声器联合仿真方法，选取适宜参数下的D类功率放大器，利用OrCAD Capture搭建其电路模型，画出功放电路的原理图；在Cadence中Pspice A/D中进行参数设置，进行时域参数分析，检验仿真结果；将Cadence中获得的仿真结果在Matlab中进行采样转化，可以得到能够输入到Comsol中的采样信号；最终在Comsol中建立扬声器模型，输入采样信号，观察与检测在声音传递的过程中线圈的各项参数以及驱动器永磁体和相邻磁域中产生的输出磁力。该方法高度模拟实际扬声器应用情形，能够根据不同的激励信号有效检测扬声器线圈的振动情况及各项参数，对工业扬声器性能测试具有很高的指导和参考价值。

技术领域

本发明属于扬声器仿真设计技术领域，尤其涉及一种基于有限元法的扬声器联合仿真方法。

背景技术

近两年随着人机交互中音频设备的异军突起，人们对音频设备的需求和要求也就越来越高。这就需要音频设备的设计和制造不断地发展以满足人们的需求。而音频设备的设计与发展离不开多物理场仿真的帮助。首先仿真是通过建模复现实际系统中的本质过程。由于受限于计算机软硬件和数值计算理论，早期的仿真分析主要关注于某个专业领域中的单一物理场，比如电场，磁场，热能等。但是事物之间都是普遍联系的，任何物理现象都不可能单独存在，都或多或少与其他物理场之前有着不可忽视的联系。而多物理场就是同时存在两个及两个以上的物理场，并且其互相影响，所以体现在仿真研究方面就是描述各自场之间的偏微分方程中存在的某些变量的耦合。

多物理场耦合仿真分析在近几年被大众广为认知且广泛使用，是一种非常有效的有限元仿真分析方法。其能够压缩产品的研发时间，提高科研效率，并且能够实时更改设计，进行数值仿真，获得交互式的直观的分析结果。而音频设备换能器中的主体结构就是扬声器。扬声器作为最基本的电声转化器件，结构虽然简单却涉及到多种物理原理。其发声过程不仅涉及到电磁学，声学，也涉及到了压力力学，结构力学，发声原理颇为复杂。因此，对于扬声器的仿真必须在多物理场耦合的前提下进行分析综合，绝不是简单的电磁学，声学能够概括的。因此本发明需要通过多物理场仿真软件来进行关于扬声器的耦合仿真实验。

目前扬声器仿真设计主要依托于COMSOL，ANSYS等电磁仿真软件进行建模设计，能够有效检测出扬声器的振动模式和声学特性。但是其输入响应一般为设定的电磁波正弦或余弦谐波信号，较为模式化，且与实际电声传播状态有所差距。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用多软件的扬声器联合仿真方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于有限元法的扬声器联合仿真方法，利用Cadence中OrCAD Capture和Pspice A/D进行电路设计和仿真实验，得到功放电路，产生交流正弦波信号，利用MATLAB对正弦波信号进行采样后输入到COMSOL，作为进入COMSOL扬声器模型中的激励信号；最后进行扬声器的声学，固体力学和电磁学的仿真实验；包括以下步骤：

步骤1、选取与当前实验所用扬声器相匹配的D类功率放大器；

步骤2、根据所选的D类功率放大器，利用OrCAD Capture中搭建其电路模型，绘制功率放大器电路的原理图；

步骤3、利用Cadence中Pspice A/D基于原理图进行仿真实验；

步骤4、将Cadence中获得的仿真结果，进行Pspice与MATLAB的综合电路仿真与分析；

步骤5、进行MATLAB与COMSOL的联合仿真；

步骤6、在COMSOL中建立扬声器模型，进行扬声器各项参数测试。

在上述的基于有限元法的扬声器联合仿真方法中，步骤1所述D类功率放大器满足以下条件：

A、功率放大器的不失真输出功率应不小于扬声器额定功率的总和；