【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于扬声器箱体设计领域，涉及一种基于失真仿真的扬声器箱体形状设计方法。
技术介绍
1、扬声器系统是各类音频设备的重要组成部分，无论是个人使用的音响设备还是汽车或其他专业领域的声音放大系统，扬声器系统都起着关键的作用。其中，一些扬声器需要配置箱体，例如低音扬声器或低音炮。扬声器箱体对于扬声器的声学性能起着至关重要的影响，因为箱体的设计原则是为了尽可能有效地容纳并操控扬声器所产生的声波，从而达到理想的音效。
2、失真是评价扬声器性能的重要指标之一。扬声器失真是指在音频信号被放大后，由于扬声器本身的物理特性等因素，导致输出的音频信号与输入信号不一致的现象。这种失真可以表现为各种形式，如谐波失真、互调失真、瞬态失真等。这些失真都会影响音频信号的质量，降低音乐的还原度和听感。因此，在扬声器设计和应用中，需要尽可能地降低各种失真，提高音频信号的还原度和保真度。
3、当扬声器输入某一频率的正弦信号f时，扬声器输出声信号中，除了输入信号基波成份外，又出现了二次(2f)、三次(3f)……谐波等，这种现象称为谐波失真。产生谐波失真的因素有很多，扬声器的非线性特性以及谐振现象均会导致失真。造成扬声器非线性特性的主要因素有磁路系统的非线性、振动系统的非线性。
4、传统上，人们采用实验方法来研究扬声器的谐波失真(thd)，但在产品前期(未有成品)无法使用该手段。目前，虽然已有将扬声器失真的仿真方法已被广泛应用于扬声器领域的方案，以分析和预测产品设计是否合理。如专利文献cn104408227a公开的一种扬声器失
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于失真仿真的扬声器箱体形状设计方法，考虑了箱体共振的影响，在确保仿真准确的前提下简化了仿真模型，大幅降低计算成本、计算时间和计算难度，提高扬声器箱体的形状设计的效率，缩短设计时间。
2、为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种基于失真仿真的扬声器箱体形状设计方法，包括如下步骤：
4、s1、提供扬声器的几何模型，所述几何模型包括所述扬声器的振膜、箱体内部空气域及外部空气域的模型；
5、s2、构建仿真模型；
6、s3、对所述仿真模型求解并后处理，获得所述扬声器的失真；
7、s4、将所述失真与期望阈值进行对比；
8、若所述失真小于或等于所述期望阈值，则结束仿真；若所述失真大于所述期望阈值，则调整所述箱体的形状，重复步骤s1至s4；
9、其中，步骤s2包括：将所述几何模型导入仿真平台中；输入所述扬声器的非线性参数；建立所述扬声器的磁路系统的等效电路，根据所述等效电路在电路物理场中设置磁路系统参数，所述磁路系统参数包括驱动电压、音圈的线圈电阻、音圈的线圈电感、由所述扬声器本身的电阻和电感引起的电阻和电感及感应电动势；绘制有限元网格。
10、优选地，步骤s2中，所述扬声器的非线性参数包括lx、blx、kx和rv。lx是扬声器振动系统在不同位置处的线圈电感；blx是扬声器振动系统在不同位置处的磁力耦合因子；kx是扬声器振动系统在不同位置处的折环刚度；rv：扬声器振动系统振动速度不同情况下的机械阻尼
11、优选地，步骤s2具体包括如下步骤：
12、s20、在仿真平台中，添加空间维度、物理场接口和研究类型；
13、s21、将所述几何模型导入所述仿真平台中；
14、s22、设定材料参数；
15、s23、输入所述扬声器的非线性参数以及建立有限元模型需要的参数；
16、s24、计算出声压对所述扬声器的振膜的反作用力；
17、s25、定义声压p0；
18、s26、按照构建的所述磁路系统的等效电路在所述仿真平台中设定电路物理场接口；
19、s27、在所述仿真平台的集总机械系统物理场中设定单体扬声器的整体刚性、机械阻尼、有效振动质量、驱动力和声压对扬声器振膜的反作用力；
20、s28、在压力声学-瞬态物理场中设定边界条件，将所述振膜的有效振动面积之外的区域设定为内部硬声场边界，选定有效振动面积的法向加速度，选择半球状的外部空气域的底面上设定对称/无限硬声场边界；
21、s29、绘制有限元网格，网格尺寸按照最大输出频率所对应波长的1/5倍。
22、更优选地，步骤s20中，所述空间维度为3d或2d轴对称；物理场接口包括电路、集总机械系统及压力声学-瞬态；研究类型为时域。
23、更优选地，步骤s22中，将空气域设定为空气。
24、更优选地，步骤s23中，所述非线性参数包括扬声器的lx、blx、kx和rv，建立有限元模型需要的参数包括所述扬声器的输入电压、频率、电阻、有效振动质量、线圈的高频电感效应导致的电阻r2和电感l2。
25、优选地，步骤s3具体包括如下步骤：
26、s31、设定输出时间步长，将时域变换到频域；
27、s32、计算；
28、s33、对仿真结果后处理。
29、更优选地，步骤s33中，计算声压的谐波失真并绘制谐波失真曲线，分析最大失真处的基波与谐波分量，分析最大失真处的声场分布。
30、更优选地，步骤s31中，所述时间步长为一个周期的1/50，选择在第10～20个周期的时间段内将适于变换到频域；步骤31还包括选择参数化扫描进行扫频设定。
31、优选地，步骤s1中，所述箱体内部空气域与所涉及的箱体的形状相对应；所述外部空气域为半球形，所述半球形的底面对应障板；
32、若判断需要调整所述箱体的形状，则在步骤s1中，至少要调整所述内部空气域的形状。
33、本专利技术采用以上方案，相比现有技术具有如下优点：
34、本专利技术的通过对扬声器失真的仿真建模，可以在产品设计前期优化扬声器箱体的形状设计，减少试错时间和成本支出。特别是，本专利技术对仿真模型进行了简化，将扬声器的非线性参数输入到仿真平台中，而非在仿真平台中计算，简化仿真计算流程，计算收敛速度较快，在确保计算精度的前提下，大大减少了仿真时间和计算难度；此外，还充分考虑了箱体共振对失真的影响，仿真结果更加准确，能够有效指导扬声器箱体的设计。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于失真仿真的扬声器箱体形状设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的扬声器箱体形状设计方法，其特征在于，步骤S2中，所述扬声器的非线性参数包括线圈电感Lx、磁力耦合因子Blx、折环刚度Kx和机械阻尼Rv。
3.根据权利要求1所述的扬声箱体形状设计方法，其特征在于，步骤S2具体包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的扬声器箱体形状设计方法，其特征在于，步骤S20中，所述空间维度为3D或2D轴对称；物理场接口包括电路、集总机械系统及压力声学-瞬态；研究类型为时域。
5.根据权利要求3所述的扬声器箱体形状设计方法，其特征在于，步骤S22中，将空气域设定为空气。
6.根据权利要求3所述的扬声器箱体形状设计方法，其特征在于，步骤S23中，所述非线性参数包括扬声器的Lx、Blx、Kx和Rv，建立有限元模型需要的参数包括所述扬声器的输入电压、频率、电阻、有效振动质量、线圈的高频电感效应导致的电阻R2和电感L2。
7.根据权利要求1所述的扬声器箱体形状设计方法，其特征在于，步骤S3具体包括如下步
8.根据权利要求7所述的扬声器箱体形状设计方法，其特征在于，步骤S33中，计算声压的谐波失真并绘制谐波失真曲线，分析最大失真处的基波与谐波分量，分析最大失真处的声场分布。
9.根据权利要求7所述的扬声器箱体形状设计方法，其特征在于，步骤S31中，所述时间步长为一个周期的1/50，选择在第10～20个周期的时间段内将适于变换到频域；步骤31还包括选择参数化扫描进行扫频设定。
10.根据权利要求1所述的扬声器箱体形状设计方法，其特征在于，步骤S1中，所述箱体内部空气域与所涉及的箱体的形状相对应；所述外部空气域为半球形，所述半球形的底面对应障板；
...【技术特征摘要】
1.一种基于失真仿真的扬声器箱体形状设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的扬声器箱体形状设计方法，其特征在于，步骤s2中，所述扬声器的非线性参数包括线圈电感lx、磁力耦合因子blx、折环刚度kx和机械阻尼rv。
3.根据权利要求1所述的扬声箱体形状设计方法，其特征在于，步骤s2具体包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的扬声器箱体形状设计方法，其特征在于，步骤s20中，所述空间维度为3d或2d轴对称；物理场接口包括电路、集总机械系统及压力声学-瞬态；研究类型为时域。
5.根据权利要求3所述的扬声器箱体形状设计方法，其特征在于，步骤s22中，将空气域设定为空气。
6.根据权利要求3所述的扬声器箱体形状设计方法，其特征在于，步骤s23中，所述非线性参数包括扬声器的lx、blx、kx和rv，建立有限元模型...
【专利技术属性】
技术研发人员：张圆媛，陆明伟，周洋，李皖，丁晓峰，周建明，
申请(专利权)人：苏州上声电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。