[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

摘要

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。

主权项

1.一种有限大障板轴对称扬声器谐波失真的近似计算方法，其特征在于所述的该计算方法包含以下步骤：首先，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；然后，通过将一块有限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，计算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的频率响应特性；最后，再根据公式计算得到在有限大障板条件下的扬声器的总谐波失真THD和2～5次谐波失真HD2～HD5；所述的有限大障板是任意形状、任意尺寸和任意厚度；所述的扬声器包含任何轴对称扬声器；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Ua，频率为fB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；计算该扬声器在无限大障板条件下或无障板条件下，在激励电压为1V，激励频率分别为fB、2fB、3fB、4fB和5fB时，扬声器正前方指定点处声压级：P1、P2、P3、P4和P5；计算该扬声器在该指定的有限大障板条件下，在激励电压为1V，激励频率分别为fB、2fB、3fB、4fB和5fB时，扬声器正前方指定点处声压级：P′1、P′2、P′3、P′4和P′5；利用2D轴对称仿真分析方法，通过公式计算得到该扬声器在该指定的有限大障板条件下，在电压激励信号幅值为Ua，频率为fB时，扬声器正前方指定点处的谐波失真特性；所述的无限大障板或无障板条件下的扬声器的基频幅值A1和2次～5次谐波幅值A2～A5的计算方法具体步骤包括：(1)在绘图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)通过有限元求解器对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；所述的无限大障板或无障板条件下的扬声器的基频的1～5倍频率点的声压级P1～P5计算方法，其具体步骤包括：(1)建立扬声器的2D半剖几何模型；(2)定义材料属性、修改物理场并定义边界条件和载荷；(3)对模型进行网格划分，定义边界条件和载荷方式；(4)对模型求解及后处理，得到扬声器正前方指定点处的声压级；有限大障板下的扬声器声压级P₁’～P₅’的近似计算方法，其具体步骤包括：(1)确定一个数值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；(3)由于N较大，将每个三角形近似为半径r_i，圆心角2π/N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2π/N的扇形障板，就是半径为r_i的圆形障板的1/N；(5)确定一个大于2且小于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；(8)采用扬声器多场耦合的2D轴对称扬声器仿真计算方法，仿真分析计算扬声器安装在半径分别为的圆形障板上的该扬声器正前方指定点的声压有效值p_j(1≤j≤M)，所述仿真分析计算方法的具体步骤为：(a)建立扬声器仿真分析物理模型；(b)建立扬声器的2D半剖几何模型，并加入半径为的圆形障板模型，同时确保外围空气域完整包围该障板模型；(c)定义材料属性；(d)对几何模型进行网格划分；(e)定义边界条件和载荷方式；(f)模型求解及后处理；(9)利用公式：得到该扬声器安装在该有限大障板上工作时形成的声场在指定点处的声压级；谐波失真的计算公式为：a)b)c)d)e)其中