[发明专利]一种扬声器振动和声学特性的数值模拟方法

说明书

技术领域

本发明属于扬声器领域，涉及扬声器振动和声学特性的模拟方法，特别是涉及一种扬声器振动和声学特性的数值模拟方法。采用该方法分析扬声器的振动和声学特性，能够得到扬声器的固有频率、振动模态(振型)、位移、应变、应力、频响曲线、指向性曲线。可广泛应用于扬声器的设计开发。

背景技术

传统的扬声器分析设计方法有两种：(1)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；(2)等效电路法。当扬声器工作在低频时，扬声器振膜做整体的活塞运动，这时扬声器可看作是集中参数系统，根据电-力-声类比，各部件等效为集中参数的电路元件，可快速准确地得到分析结果，但当频率较高时，由于扬声器振膜会产生分割振动，扬声器成为分布参数系统，无法用等效电路分析扬声器特性。

丹麦LoudSoft公司开发了FINEMotor、FINECone等扬声器设计软件，可以对扬声器磁路、音圈、振膜进行分析，得到T/S参数、阻抗曲线、频响曲线及指向性曲线等参数，但是此两款软件所分析扬声器模型必须为轴对称模型，对于跑道型扬声器及振膜表面有加强筋的扬声器，它的局限性很大。

发明内容

本发明的目的是设计出一种扬声器振动和声学特性的数值模拟方法。

本发明要解决的是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、成本高的问题和等效电路法存在的在频率较高时无法用等效电路分析扬声器特性的问题。

本发明的一种扬声器的振动和声学特性的数值模拟方法，具体步骤为：

(1)使用三维绘图软件绘制扬声器的三维(3D)几何模型图。

(2)建立扬声器有限元模型。具体步骤如下：

A、将扬声器3D几何模型图导入网格划分软件，对其进行网格划分，得到有限元分析所用的体单元。若需考虑空气对扬声器振动的影响，还要在模型中加入空气并将其网格划分为体单元。

B、定义单元类型。为A步骤中各部分单元定义相匹配的单元类型。

C、定义材料参数。定义模型各部件的材料参数，包括杨氏模量、泊松比、密度及材料阻尼。若模型中包含空气，还需定义空气的材料参数，包括声速、密度及吸声系数。

D、定义边界条件。扬声器有限元模型的边界条件如下：1)固定边界条件。由于扬声器振膜边缘是固定在盆架上的，需在其边缘定义固定边界条件，若扬声器还包含有定位支片，它与盆架接触的边缘也应定义固定边界条件；2)流固耦合边界条件。若分析扬声器的振动特性时考虑空气的影响，在扬声器和空气的接触面两者会发生耦合作用，需在扬声器和空气的分界面定义流固耦合边界条件。

E、给有限元模型施加载荷，在模型的音圈部位施加驱动力。

F、将上述模型保存为有限元模型文件。

(3)建立扬声器边界元模型。提取扬声器有限元模型的表面得到与有限元模型体单元匹配的面网格，由于障板对扬声器的声学特性有很大的影响，还要建立障板的面网格，定义上述面网格的单元类型，将上述模型保存为边界元模型文件。

(4)用有限元求解器对有限元模型文件进行求解。将有限元模型文件导入有限元求解器并进行模态分析，可以得到扬声器的固有频率和振动模态(振型)，再进行谐波分析，可以得到扬声器的位移响应、应变响应及应力响应。

A、对有限元模型进行模态分析

动力学分析的基本方程如下：

[M]{u··}+[C]{u·}+[K]{u}={F}]]>