音箱导向管气流声仿真

VI D E O A P P 视频应用与工程L IC A T IO N & P R O J E C T文献引用格式：田琪，凡凯，徐逢秋，等.基于C O M S O L 的三维扬声器多物理场仿真[J ].电视技术，2019,43(2):46 -5!TI^VN Q , F A N K , X U F Q , & al. M ultij^hysics S im ulation A nalysis o f 3D Speaker Based on C O M S O L[ J ] . V id e o en gi­n e e rin g , 2019, 43 (2 & ；46 -51.中图分类号：TN 643 文献标志码：A D O I ： 10.16280/j. videoe. 2019. 02. 011基于COMSOL 的三维扬声器多物理场仿真田琪，凡凯，徐逢秋，许贤泽(武汉大学电子信息学院，湖北武汉430072)摘要：为了提高扬声器等音频设备的设计效率和工作性能，通过多物理场分析软件对扬声器模型进行建模分析，并且基于扬声器的工作原理提出了 一种对三维复杂模型进行单项解耦的分析方法，该方法是把磁场单独提出来进行仿真计算，将 结果带入到声一固耦合仿真从而达到全耦合的效果。

利用该方法对模型进行时域仿真，其中分析了 O K 因子随音圈振动 产生的非线性失真对仿真的影响，分析了单项解耦方法得到下的仿真结果，并将声压级曲线与传统多物理场全耦合方法 的结果进行对比分析，讨论了单项解耦方法的可行性和优势，得到了在三维扬声器中单项解耦方法比全耦合方法更高效、 准确的结论。

关键词：扬声器；仿真；解耦；多物理场；C O M S O L;物理模型M ultiphysics Sim ulation Analysis of 3D Speaker B ased on COMSOLTIANQi ，FANKai ，XUFengiu，XUXianze# Electronic Information School, Wuhan University, Wuhan 430072, China')A b s tr a c t :In order to im prove the design e fficie n cy and w o rkin g perform ance o f audio equipm ent such as speakers，the speaker m odel is m odeled and analyzed *y m u lti - physics analysis softw are ，and based on the w o rkin g p rin c ip le o f the spe aker ，an analysismethod fo r single - de couplin g o f three - dim ensionalcom plex models is proposed. Them etliodis toseparately proposeic fie l(i to carry out tlie sim ula tion c a lc u la tio n，and b rin g the re sult in to the acoustic - solid co u p lin g sim ula tion to achieve the fu llco u p lin g effect. The tim e dom ain sim ula tion of the m odel is carried out by using th is m ethod. The influe nce o f t!ie n o n lin e a r disto r­tio n generated by the B L factor w it!i the vilDration of t!ie voice c o il on the sim ula tion is analyzed. The sim ula tion results obtained by the single de couplin g method are an a lyze d ，and the sound pressure level curve is com pared w ith the tra d itio n a l one . The results ofthe physics fu llco u p lin g m ethod are com pared and analyzed. Thefe a s ib ility and advantages o f thesingle- itemde couplin gare discussed. The c onclusion that the single - item de couplin g method is more e ffic ie n t and accurate than the fu ll - co u p lin g m eth­od in the three - dim ensional loudspeaker is obtained.K e y w o r d s :S peaker ; s im u la tio n ; d e c o u p lin g ; M u ltip h y s ic s ; C O M S O L ; ph ysica l m odel扬声器是一种将音频电信号转换成声音信号的 电声器件。

actran管内噪声仿真计算ACTRAN是一种用于声学和振动仿真计算的软件，可以模拟各种声场和振动系统中的噪声。

其中，管内噪声是一种常见的噪声类型，特别是在工业领域中，如空气压缩机、涡轮机等管道系统中。

本文将简单介绍ACTRAN管内噪声仿真计算的原理和方法。

在ACTRAN中，管内噪声的仿真主要基于声学理论和数值计算方法。

声学理论是研究声波在介质中传播和相互作用的学科，其核心是声波方程。

而数值计算方法是通过离散化和数值求解的方式，将声学理论转化为计算机可处理的算法。

在管内噪声仿真中，通常采用有限元法和边界元法等数值方法，来建立管道系统的声学模型。

有限元法是一种广泛应用的数值方法，它将管道系统离散成小的单元，通过计算每个单元内部的振动和相互作用，来预测整个系统的声学响应。

在管内噪声仿真中，有限元法主要用于建立管道及其连接构件的三维声学模型，并同时考虑传导、辐射和吸声等复杂的声场特性。

在建立模型时，需要考虑材料的声学性质、流体内部的速度和压力分布、以及流体在管道内输送的能量等。

通过有限元法的求解，可以计算出管道不同位置处的声压级和声音频率谱，来评估管内噪声的强度和频率特征。

边界元法是一种基于声模态理论和边界重构技术的数值方法，可以用于计算复杂结构的声学场分布。

在管道系统仿真中，边界元法一般用于计算管道外部的声学响应。

边界元法的基本思想是在管道表面建立网格，将管道表面分割成小的面元，通过计算每个面元内部的声模式分布，来预测整个管道表面的声学响应。

由于边界元法能够直接计算表面振动和辐射，因此可以有效地评估管道外部的噪声辐射特性。

以上两种数值方法可以结合使用，来综合评估管道系统内部和外部的噪声特性。

在进行实际仿真计算时，需要先建立管道系统的几何模型，然后确定管道中流体的物理性质和边界条件。

接着，通过有限元法计算管道内部的声场分布，再通过边界元法计算管道外部的声学响应。

最后，将两方面的结果结合，来预测管道系统的全音域噪声特性。

一种改进的扬声器异常音快速检测方法薛燕;冯海泓;胡晓城【摘要】提出了一种基于信号微分预处理PEAQ算法的扬声器异常音检测方法.该方法首先对激励扬声器声的响应信号进行微分预处理,通过基频归一化获取增强的异常音失真信号,最后通过计算高阶次谐波失真来判断该扬声器是否存在异常音.实践证明:改进后的扬声器“异常音(Rub&Buzz)”快速检测算法优于原始计算高阶次谐波失真算法,并且稳定性更好.【期刊名称】《电声技术》【年(卷),期】2015(039)010【总页数】4页(P43-46)【关键词】扬声器异常音;高阶谐波失真;PEAQ【作者】薛燕;冯海泓;胡晓城【作者单位】中国科学院声学研究所嘉兴工程中心,浙江嘉兴314000;中国科学院声学研究所嘉兴工程中心,浙江嘉兴314000;中国科学院声学研究所嘉兴工程中心,浙江嘉兴314000【正文语种】中文【中图分类】TN643国内外扬声器生产中，产品故障检测通常是生产线的最后环节，目前大都采用正弦扫频信号激励扬声器，由人工根据扬声器发出声音的某些特征和差异程度，判定扬声器是否合格，称为“扬声器异音检测”。

这种依靠人工主观评价的检测方法难以保证检测结果的一致性，会因监听人员年龄、性别和监听经验等的不同而有所差别；即使同一个人，因长时间监听产生听觉疲劳也会使检测结果产生差异。

由于没有统一、客观的检测标准，不利于自动化生产。

长期监听会对检测人员的听觉系统乃至神经系统造成损伤，危害人体健康。

因此，实现扬声器异音故障的自动检测，对提高扬声器行业技术水平，保障检测人员健康十分重要[1-3]。

人工监听时，给扬声器的激励是正弦扫频信号，其激励能量集中在指定频段内，有较高的信噪比。

在该信号的激励下，扬声器声响应信号的频率成分随时间的变化而变化，即扬声器的响应信号是非平稳信号，难以用传统的傅里叶变换对其进行分析；原因为基于傅里叶变换的谱分析方法分析的系统必须是线性的，数据必须是严格周期或平稳的，否则，给出的谱线不具有物理意义。

声学仿真方法嘿，咱今儿就来聊聊这声学仿真方法。

你说声学这玩意儿，就像个神秘的魔法世界，而声学仿真方法呢，那就是打开这个魔法世界大门的钥匙呀！想象一下，我们生活中的各种声音，汽车的喇叭声、鸟儿的叫声、人们的说话声，这些声音是怎么传播的呀？这背后可有着大学问呢！声学仿真方法就是帮助我们去理解和模拟这些声音现象的好帮手。

比如说，在设计一个音乐厅的时候，那可得好好琢磨琢磨声学仿真。

要是不搞清楚声音在里面会怎么反射、折射、衰减，那最后出来的效果可能就会乱七八糟。

就好像做饭一样，各种调料得搭配好了，这道菜才能美味可口，声学仿真就是那个帮我们调好“声音调料”的大厨。

再看看那些制造扬声器的厂家，他们也得靠着声学仿真方法来让扬声器发出最动听的声音呀。

不然，你想想，要是做出来的扬声器声音怪怪的，谁还会去买呀！这就好比你去买衣服，肯定得挑一件好看又合身的吧，声学仿真就是让声音这件“衣服”变得既好听又合适的关键。

还有啊，在一些特殊的环境中，比如工厂车间，噪音太大可不行。

这时候声学仿真方法就能派上用场啦，通过模拟和分析，找到降低噪音的好办法，让工人们能在一个相对安静的环境里工作。

这就像给环境做了一次“降噪美容”，让一切都变得舒舒服服的。

那声学仿真方法具体是怎么做的呢？这可不是一件简单的事儿呢！它得考虑好多因素，像声音的源头、传播的路径、周围的环境等等。

就好像你要去一个陌生的地方，得知道从哪里出发，走哪条路，路上会遇到什么情况一样。

而且呀，不同的声学仿真方法还有着各自的特点和适用范围。

有的适合用来分析大规模的场景，有的则更擅长处理一些精细的问题。

这就跟不同的工具一样，有的是大锤子，用来砸大钉子；有的是小螺丝刀，用来拧小螺丝。

咱普通人可能觉得声学仿真方法离我们很远，但其实它就在我们身边呢！比如我们听音乐的时候，那些高质量的音响效果，说不定就是声学仿真方法的功劳呢。

总之呢，声学仿真方法是个超级有趣又超级有用的东西。

它让我们能更好地理解和掌握声音的奥秘，让我们的生活变得更加丰富多彩。

用于中高端扬声器设计的完整仿真分析方法
陆晓1, 温周斌1, 徐楚林1, 岳磊1
1浙江中科电声研发中心
Abstract
扬声器仿真分析方法越来越受到电声企业关注，已成为扬声器设计的重要手段和发展方向。

要想设计中高端扬声器，就必须建立一套完整的仿真分析方法。

本文介绍一种基于COMSOL Multiphysics的用于中高端扬声器设计的仿真分析方法。

该方法不仅包含了扬声器磁路、振动系统（结构）和声场的耦合分析，还模拟了温度对磁性材料和振动部件材料特性的影响。

由于扬声器振动部件材料的粘弹性等特性，因此必须建立更为准确的材料模型。

利用COMSOL Multiphisics软件丰富的第三方软件接口和二次开发功能，经数据后处理可得到声障板等条件下的声压级、谐波失真和互调失真等。

采用本方法可有效指导中高端扬声器的仿真设计，准确预估扬声器的声压级、谐波失真和温度场等关键指标，对扬声器产品的理解和设计水平亦将达到新的高度。

Reference
无
Figures used in the abstract
Figure 1。

音箱导向管长度的计算方法
音箱导向管的长度计算方法可以使用以下公式：
L = (340 * D) / (4 * f)
其中，L是导向管的长度（单位为米），D是主音膜到管口的距离（单位为米），f是导向管的截止频率（单位为赫兹）。

这个公式假设声波是在导向管内以声速（340米/秒）传播的。

导向管主要用于增强低频效果，根据导向管截止频率的选择，可以影响音箱在低频范围的响应。

请注意，在实际应用中，导向管的长度也可能会受到其他因素的影响，如导管内的阻尼材料。

所以，最好根据实际需要和实际测试进行调整和优化。