本文首发于微信公众号「声学号角」
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AES论文
本文基于Faital公司的Marco Baratelli,等人在AES上发表的论文《FEM thermal model of a compression driver: comparison with experimental results》。
Faital是一家意大利专门从事扬声器单元研发和生产的公司。之前有发过这家公司的简介视频。
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建立热模型
扬声器发热功率可以近似表示为:
V代表输入电压，Re(Tc)代表和温度相关的直阻。
η代表扬声器效率。压缩高音理论效率可以达到50%。一般扬声器单元的效率很难超过7% (约 100dB/(1m 1W)。
直阻Re(Tc)可以表示为：
音圈常用材料铜或铝的系数：
大功率状态下，音圈直阻的上升会造成明显的输入压缩，见之前的讨论：
磁回路中的涡流也会贡献一部分发热。也可以通过有限元进行模拟。不过通常来说占比较小。
热量的传递包含三种方式：热传导，热对流，热辐射。尤其要注意，热对流对于扬声器散热起了非常关键的作用。所以不能忽视。
钕铁硼的开始永久退磁的居里温度较低，所以设计的时候要留意磁钢的退磁温度。
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压缩高音的有限元热模拟
首先要考虑热传导和热辐射。传导系数和辐射系数可以查阅相关资料和文献。
由于压缩高音的振幅很小，所以可以考虑使用自然对流。流体定义为空气流速很小的层流。
该方法也适用于振幅很小的常规高音。但对一般的低音和全频扬声器单元不适用，因为强迫对流模型计算非常复杂。
音圈温度的测量通过监控音圈直阻来得到。T铁的温度通过热电偶读取。
对比仿真和实测结果。吻合得非常不错。
这是一个不错的扬声器热仿真的方法，不过也要注意应用的局限。
可以同时参考我之前关于扬声器散热仿真分析的文章。
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