本文首发于微信公众号「声学号角」 通常的定芯支片是采用等高等间距的波纹组成，有时结构需要会增加边缘的高脚。 运动过程中的应力分布： 运动过程的一种静态演示方法： 渐进式定芯支片一般由渐变的非等高非等间距的波纹组成。外缘处波纹高，波纹间隔宽，内侧波纹矮，波纹间隔短。比较直观得可以看出，通常的支片设计会导致中间波纹变形较大，边缘波纹变形较小。 设计得当的话，Kms（x）更对称，应力分布均匀。在运动过程中，在整个扬声器冲程范围内可以提供相对平缓的支撑力和回复力，不至于发生力以及运动状态的突变。 拓展阅读： 具体的仿真可以参看之前的文章： 【扬声器系统设计与仿真】扬声器振动结构仿真分析 【有限元】案例讲解结构非线性仿真不收敛解决技巧 之前还有提到非常传统的蝶式定芯支片，那篇文章可以去翻翻 蝶式定芯支片 上面是我的个人微信，加我的时候请表明身份，注明来意。
本文首发于微信公众号「声学号角」 关于复合材料的有限元仿真建模，之前提到Comsol5.4终于开始支持了。 Comsol 5.4更新 但目前Comsol对复合材料支持的模型还不够丰富。 Ansys之前收购了ACP，专门做复合材料仿真的一款软件，并整合到了Ansys Workbench平台中作为单独的复合材料模块。但使用起来比较繁琐。 在今年更新的Ansys 2019 R1版本中，又添加了单独的Material Design模块。可以更便捷更直观的建立复杂的复合材料模型。 软件中自带了一些常见的材料。也可以自行建立材料参数。 Material Design模块里面包含了各种复杂的复合材料模型。同时也可以自行建立更符合实际产品的模型。晶格Lattice， UD Composite， 随机Random UD Composite， 短纤维Chopper Fiber Composite， 编织Woven composite和自定义User Defined。 RVE Type代表具有周期性边界的等效体积单元。 各种RVE单元。注意其中使用的单位大部分情况是μm。 z 在Material Design建好模型的材料可以直接调用到其他模型中使用。或者可以保存下来，供后续使用。 上面是我的个人微信，加我的时候请表明身份，注明来意。
本文首发于微信公众号「声学号角」 01 — 同轴扬声器 同轴扬声器种类很多。有两单元，低音配高音的，或者中音配高音的。也有三单元的，相对少点。 同轴扬声器的应用也很广泛。从消费类音箱，汽车音箱，专业音箱，耳机上都有应用。主要的优势在于不同单元的声中心可以尽可能接近，且相对来说，整个系统可以更为小巧。 关于声中心，可以参考以前的文章。 扬声器声中心 英国天朗(TANNOY）和KEF的同轴扬声器单元比较出名。 三单元同轴 02 — 专业同轴扬声器 最简单的方式就是把低音和压缩高音直接塞到一起。高音放在低音磁路后面，再通过低音磁路中孔和纸盆作为号角传递声音。 这样很明显不够简练 03 — 共用单磁铁专业同轴扬声器 共用单磁铁后，总的磁路零部件会减少，装配工序也会减少。 类似下图是比较经典的形状 更清晰的方式可以看下图。这个是目前专业扬声器同轴的最主流的做法。相当于磁路分成两个磁间隙。 下面是BMS提出新磁路结构。在上面的形状中增加一个可以分配低音和高音磁间隙磁感应强度的结构。这样对高低音性能的设计和调配更灵活。 外铁氧体版 外钕铁硼版 内钕铁硼版 实物图 上面是我的个人微信，加我的时候请表明身份，注明来意。
本文首发于微信公众号「声学号角」 音箱低频响应对重放的音质有较大影响。所以如何正确测试和评估扬声器低频响应是很重要的。 常用的一些方法: 自由空间 在一个非常空旷的地方进行测试。将周边物体的反射影响减到最小。 20Hz时，声波波长约17m。扬声器/音箱和麦克风都得离其他东西，包括地面很远。 原理上可行，但是实际操作会比较困难。基本上很少。 半空间 把扬声器/音箱埋入地下朝上放置。通过换算，可以得到自由场的结果。 地面反射 利用了地面的镜面反射。所以地面需要非常平，且光滑。 消音室 这是最常用的方法。但对低频测试来说，还是很困难。要建造一个截止频率低于20Hz的消音室，从技术难度和成本来说，都不太现实。可以对频率响应的低频做一些修正和校准，但同样很难通用所有产品。 近场 先测出振膜附近近场响应PN(f),然后换算成远场响应PF(f)。 公式如下，a0是膜片有效半径，r是测试的远场距离。 这个是非常常用的音箱低频测试方法，尤其对倒相箱或者无源辐射器。 当然这个方法的局限在于一次只能评估一个辐射源。比如对倒相箱来说，只能单独测量倒箱管和单元的响应，再进行叠加。 测加速度 通过测量纸盆在低频段做整体活塞运动时的加速度响应，然后用公式换算成远场响应。如下，其中α是纸盆加速度，ρ0是空气密度。 其本质和近场测试类似。 猝发声 给扬声器一个猝发声信号作为激励。这种测试方法信噪比高。可以在一个很大的房间里测试低频。缺陷是只能一个一个频率点测，测量速度慢。 还有其他很多方法，感兴趣的可以自行了解。 上面是我的个人微信，加我的时候请表明身份，注明来意。
本文首发于微信公众号「声学号角」 01 — 声学楼 前几天参加了声学楼十三周年年会。下面是我当时做得分享报告。欢迎指正。 这篇报告是基于之前在公众号有分享过的一篇文章深入分析而来的。 复合边褶皱的初步探究 折环，悬边，复合边，surround，edge… 这个部件目前并没有统一的名称，大家知道是什么就行了。 为方便手机端阅读，版面有做调整。 02 — 内容简介 •扬声器折环褶皱现象•褶皱现象有限元仿真•仿真注意事项•理想模型分析•解决思路 03 — 扬声器折环褶皱现象 现在的扬声器产品要求越来越高。 同样口径的情况下，都希望谐振频率Fs越低越好，扬声器冲程越大越好。所以折环相对于音盆的尺寸越来越大。 基于目前的状况，根据实践经验，我们经常发现有些扬声器折环在大位移时会发生褶皱的现象。 尤其是厚度较薄的橡胶边和PU边。且一般发生在单R形状折环中。 这种褶皱现象可能造成大功率下扬声器晃动擦圈，失真增大等风险。 褶皱是呈现周向近似周期性的，比较规律。目前这块的分析研究较少。 在位移较大产品，比较薄的橡胶边，PU边等容易出现此类现象。 04 — 褶皱现象有限元分析 最开始觉得非常奇怪，为什么轴对称的产品会出现非轴对称性形变？而且形变这么明显。 到底是因为材料达到一定应力的时候呈现各向异性？还是材料厚度生产工艺厚薄不一造成的？ 采用有限元计算可以复现到这种现象。说明是产品设计的结构本身就存在这样的风险。 10mm位移的形变 10mm位移的应力 用有限元仿真的方式复现了与实践经验相符的类似的结果。 通过查找相关资料，以及和同行业朋友之间的相互交流。大体可以确认这种现象的来源是复合边发生了屈曲，从而造成大形变时复合边形状的不稳定。 位移(动态图） 应力(动态图） 05 — 仿真注意事项 •模型采用实体。如果是等厚材料，尤其是带加强筋的折环，建议采用壳模型，划分网格更容易，以减小计算开销。•激励可以加载力，或者加载位移。相对来说，一般加载位移，计算更容易收敛。 •网格划分需要在考虑计算能力的前提下，尽可能精细。要体现出细小结构（比如加强筋等）。并且分布比较均匀。 06 — 理想模型分析 下图是一个理想的常规半圆单R折环模型。 为方便分析，将折环模型抽象，暂时不考虑其厚度的影响。 图中标识的变量： 折环内半径a，半径R，直径D=2*R。 z , r代表坐标系。 我们先做最理想化的分析，假设折环可以被完全拉直。 半圆弧实线代表折环原形状，下面的直实线代表折环变形后的形状。 可以看到悬边某些点会被压缩，某些点会被拉伸。即r坐标值发生了变化。 需要从3维上来理解，2维轴对称的点对应到3维就是线。图中点的对应的长度为2π*r。 由于折环被拉伸或压缩，会造成折环状态不稳定，出现褶皱。 通过仔细推导，可以得到以下折环的压缩/拉伸比例的函数。 在上述表达式中，其中theta0=acos(2/pi)，x0代表所在点的r坐标值，R是折环半径，pi= π。 修改模型中R和a的数值即可得到压缩/拉伸比例曲线。 以一款折环半径R=5mm，折环内半径40mm为例进行说明。 ...
本文首发于微信公众号「声学号角」 01 — 复合边褶皱现象 根据实践经验，我们经常发现有些复合边在大位移时会发生复合边褶皱的现象。 和之前的文章中提到的闭箱中橡胶边非规则形变不一样。 【扬声器仿真高阶应用】闭箱扬声器橡胶边在运动中异常形变 这种褶皱现象是呈现周向近似周期性的，比较规律。目前这块的研究较少，我暂时定义称其为“悬边失稳”。 在位移较大产品，比较薄的橡胶边，PU边等容易出现此类现象。 02 — 褶皱现象分析 最开始觉得非常奇怪，为什么轴对称产品会出现非轴对称性形变？而且形变这么明显。到底是因为材料达到一定应力的时候呈现各向异性？还是材料厚度生产工艺厚薄不一造成的？ 用有限元的方式复现了与实践经验相符的类似的结果。 10mm位移时，整体位移分布： 应力分布： 运动过程动态图： 通过查找相关资料，以及和同事之间相互交流。大体可以确认这种现象的来源是复合边发生了屈曲，从而造成大形变时复合边形状的不稳定。 03 — 解决思路 这个问题当然非常显然的办法是加厚复合边材料。但会影响振动质量和灵敏度。 另一种对其他性能影响相对较小的方案是在复合边上增加加强筋，从而抵消这种“悬边失稳”的影响。
本文首发于微信公众号「声学号角」 之前的文章有说过Comsol一些使用技巧，以方便操作，提高使用效率。 comsol实用小技巧 这次再补充一些。 01 — 连续边选择 在大部分3d软件中，我们可以很容易选择连续的边组。但comsol几何中不方便选择。 尤其是复杂模型，边很多的情况下选起来很麻烦，非常费时间。如果采用框选，很容易选多，取消起来也费事。 我们可以在“组件-定义”下插入“选择-显式”，然后几何实体层改为“边”。并勾选底部的“按连续相切分组”。 注意角容差设置，可以优先采用默认的设置。 选择一条边，比如下图中绿色边，然后整圈边都会被一起选中。 02 — 模板节点增加中文 有时候我们拿到的模板是英文版本的。燃鹅又看不懂英文，肿么办？ 教你一招 在节点顶排最后一个下拉菜单，勾选“类型” 然后就会发现，世界发生了奇妙的变化 中英文对照版 03 — Switch函数的使用 Switch函数是编程语言中常用的一个过程控制函数。Comsol中也能实现。 在“组件-定义”下插入“函数-Switch”，然后在“Switch”下面可以插入多个不同的函数表达式。 在“研究”节点下，插入“函数扫描”，然后点击“+”，选择Switch1，即可做类似参数扫描的函数扫描操作。 在结果中也可以很容易切换Switch函数，对比不同函数表达式对计算结果的影响。 04 — 时间接续 有时候，我们已经计算完成了一个瞬态的模型，想在之前计算的结果基础上再往后计算。 可以新建一个“研究”，插入“瞬态”，在“因变量值”下面“求解变量的初始值”，设置修改为“用户控制”，方法改为"解"，研究改为“研究1，瞬态”，时间改为“最后一个”。然后照常设置计算即可。
本文首发于微信公众号「声学号角」 所有实际产品的工程问题，归根结蒂还是要转化到物理场的求解。物理学的研究和发展一直和数学紧密关联。 从近代物理学起点牛顿力学体系中，质点和刚体的运动可以用常微分方程来描述。慢慢随着变分法的发展，人们从力学，热学，电磁学等理论中归纳总结出各种偏微分方程。一般来说，把具有物理意义的积分方程，常微分方程，偏微分方程都统称为数学物理方程。 数学和物理的发展改变了我们认知世界的方式。 我们习惯把自然中各种现象划分为清晰的学科来分类研究。这种思维方式主要是由于人类研究物理的手段有限造成。只能进行简化——单物理场研究。比如，使用Navier-Stoke方程解决流体问题，对流扩散方程解决热量传递，麦克斯韦方程组解决电磁场，波动方程描述声音传播等。 然而实际的客观世界是非常复杂的。各种物理过程相互影响。现在我们可以通过联立偏微分方程组，从多物理场的角度重新认知客观世界。 流体的流动会导致热量的传递。从简化模型的角度，可以先计算流体，然后再计算流体中热量传递。即单向耦合。单如果流体密度和粘度随温度变化较大，就必须同时求解流体流动和热量传递。即双向耦合，也称之为强耦合。 从扬声器来说，磁场对音圈存在洛伦兹力，从而使得音圈上下运动；而通电音圈会造成磁场分布变化，其运动也会形成反向电动势。振膜驱动空气振动，发出声波；而空气同样对振膜会存在作用力，使得振膜的振动发生变化。 这些多物理场强耦合问题的仿真和解决，说明我们在以一种更深刻，更接近本质的方法来重新认知世界。 (文字写得太多，估计也没太多人会细看。就当记录一些想法。)
本文首发于微信公众号「声学号角」 01 — 胶水粘结效果 扬声器上使用的基材种类非常多，其表面处理也天差地别。一般产品零部件也会对材料的附着力进行一些简单的验证。 因为胶水种类也各种各样，粘结部件的两种材料特性可能相差也比较大。所以准确的胶水粘结效果的判断需要通过实际的拉力测试来验证。 可以在标准基材或实际产品上进行拉力试验。 不同产品需要的剥离强度是不一样的，需要根据实际产品的需求来设定测试标准。 02 — 剪切拉伸强度测试 这个是ISO 4587规定的常规剪切拉伸强度测试。可以在固定宽度和长度的标准基材上进行拉力试验。 在试验之前需要记录两侧材料的名称/表面处理/粘结宽度/粘结长度等。最终记录下胶水剥离时的拉伸力大小。力/粘结面积即得到剪切拉伸强度。 一般来说，可以重复多次取平均值。 03 — T形剥离测试 ISO 11339规定了T形剥离测试。如下图所示。需要注意事项和剪切拉伸一样。 04 — 实物剥离测试 或者也可以考虑直接在实际产品上进行拉力试验。这样更接近真实使用的场景。
本文首发于微信公众号「声学号角」 01 — 音圈对磁路作用力 众所周知，磁场对通电音圈会产生洛伦兹力，从而使得音圈上下运动。但把音圈和磁路作为一个整体，磁路对音圈的洛伦兹力是内部力。所以音圈对磁路必然存在反作用力。也有固定音圈，磁路振动的做法，就是灵敏度够呛。 磁路（包括磁钢和铁件）受到的力是和音圈受力BLI大小相等，方向相反的 。音圈对磁路的力不是洛伦兹力，是磁路中极化电流产生的电磁力。可以用麦克斯韦张量积分，另外ansoft还可以用虚功法来求力。虚功力比张量积分求解精度高。 从我之前后台收集到的答复来看，很多人还是有误解的。 下面两张图是微信群中蒋元武博士分享的动铁电磁力计算的方法。蒋元武快毕业了，欢迎各大公司抢。 02 — 电磁力的计算方法 洛伦兹力 运动电荷或通电线圈在磁场中所受到的力称为洛伦兹力。洛伦兹力计算公式只能计算体积力，就是大家熟悉的F=BL*I。其物理意义十分明显，且计算十分方便。 麦克斯韦张量积分 麦克斯韦张量积分计算的是表面张力，需要做闭合积分面。总的力由面积分计算。2维计算时，曲面退化成曲线。张量积分对网格等要求较高。用张量来算好处在于可以求得表面应力分布。 2d轴对称模型中计算公式 3d模型中计算公式 虚功力 虚功法，或者说虚位移法对体积力和面积力均可以计算。根据能量守恒原理，磁场中储能的增加量则等于机械能与电能的总和。 我做了一个简单的表格，汇总相关的磁场仿真软件和电磁力计算方法。 软件 电磁力计算方法 洛伦兹力 麦克斯韦张量积分 虚功力 Comsol √ √ - Ansoft(Ansys) √ - √ Jmag √ √ - Femm √ √ - 评价 磁场对音圈的力 对网格等要求较高 从能量守恒角度