[发明专利]一种扬声器失真的数值仿真分析方法

说明书

本发明公开了一种扬声器失真的数值仿真分析方法，属于扬声器设计领域。首先，在绘图软件中绘制扬声器及其周围空气域的几何模型。然后，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、物理场接口设置和网格划分，得到有限元模型。其次，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。最后，对时域声压信号的稳定区域进行频谱分析，提取不同频率点的幅值后就可以计算得到扬声器的失真，包括谐波失真、互调失真和分谐波失真等。该方法在扬声器设计初期，即在尚未制作样品之前就可以分析得到扬声器的失真特性，从而使扬声器的设计和制作快速便捷。

技术领域

本发明涉及的是一种扬声器失真的数值仿真分析方法，属于扬声器仿真设计领域。

背景技术

扬声器失真分为线性失真及非线性失真，后者是由扬声器的振幅非线性引起的，其对扬声器忠实地重放声音的能力产生不利影响，包括谐波失真、互调失真和分谐波失真等。

谐波失真是指当扬声器输入某一频率的正弦信号时，扬声器输出的声信号中，除了原输入的信号外，同时出现二次、三次谐波等谐波分量。通常扬声器谐波失真出现在低频段，特别是在振动系统共振频率f₀附近时较大，其主要来源有三个：振动系统非线性，其导致扬声器在大振幅振动时出现三次谐波失真；磁路非线性，磁隙中磁感应强度分布不均匀会导致扬声器在大振幅振动时出现二次谐波失真；空气弹性的非线性，防尘帽下封闭的空气、定心支片和盆架间封闭的空气会导致二次谐波失真。

互调失真是指当两个频率分别为f₁和f₂的正弦信号同时加到扬声器时，由于扬声器的非线性，它的输出声压中，会出现f₁和f₂的和差频率(f₂±f₁、f₂±2f₁…)信号。除了扬声器振幅非线性以外，由于多普勒效应、扬声器的指向性、音箱中高频低频扬声器的干涉等原因都会产生互调失真。

分谐波失真是指当给扬声器加强的正弦信号时，在中低频段会产生频率为1/2或1/3等信号频率的模糊信号，在生产厂被称之为“半音”，断续出现，它是由振膜非线性引起的。

失真是扬声器的一项非常重要的性能指标，其直接关系到扬声器的声音重放质量，因此各扬声器制造企业对扬声器的失真非常重视，但是目前企业里分析扬声器失真的方法仍为传统的经验法，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。

随着计算机技术的发展，使用数值仿真分析方法进行辅助设计变得越来越广泛，将数值仿真分析方法应用于扬声器设计可以在样品试做前期预估扬声器的性能，从而加快扬声器的设计进度，减少开发成本。

发明内容

本发明的目的是得到一种扬声器失真的数值仿真分析方法；

本发明要解决的是分析扬声器失真时，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。本发明基于扬声器磁路、振动系统和声场的三场耦合分析来进行失真分析，分析结果相比于单场或两场独立分析更加全面和准确；

本发明的一种扬声器失真的数值仿真分析方法，具体步骤为：

(1)建立扬声器及其周围空气域的几何模型图

使用绘图软件或直接在带有CAD功能的有限元分析软件中绘制扬声器及其周围空气域的3D几何模型图，其中扬声器的几何模型应包括扬声器磁路系统和振动系统在内，若扬声器结构具有2D轴对称的几何特征，则绘制扬声器及其周围空气域的2D轴对称几何模型图；

(2)建立扬声器失真数值仿真分析的有限元模型，具体步骤如下：