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本文首发于微信公众号「声学号角」 01 — High Performance Loudspeakers 《高性能扬声器》，2018年更新的第七版。 对扬声器和音箱的原理和开发，介绍比较详细，涉及的面比较宽。当然内容略浅。适合工程师入门，DIY爱好者，以及作为工具书查阅。 目录： 下载链接： 链接: https://pan.baidu.com/s/12Xfl5mE_5jj77gV62WqywQ 提取码: vup3 02 — Loudspeakers For Music Recording and Reproduction 《扬声器：用于音乐录制和重放》，2019年更新的第二版。 涵盖了从扬声器单元，音箱，分频器到功放，混音，监听，和环绕声等内容。无论是在录音棚，广播工作室，还是在家中使用音响系统，都会有参考价值。 目录： 下载链接： 链接: https://pan.baidu.com/s/1EGVHf0ZPzzL0k0rJMyCYng 提取码: ihue 03 — HEARING An Introduction to Psychological and Physiological Acoustics 《听觉：心理和生理声学概论》，2018年更新的第六版。 统一介绍了听觉的解剖学，生理学和心理感知。对人听觉的生理和心理来源感兴趣的可以仔细阅读下。相关的参考资料很多，还是非常权威的。 目录： 04 — MATLAB在声学理论基础中的应用 包含了振动问题、平面波场、常用特殊函数等内容，首先简要介绍相关的基本理论，然后利用Matlab软件将振动与声学现象进行可视化的展现，让枯燥的数理公式伴之以形象的动画或图像，是学习振动与声基础非常有价值的参考书。 目录： 05 — 麦克风阵列优化设计中的算法与理论分析 主要讨论了最优化方法麦克风阵列设计中的应用。涵盖了麦克风阵列的近场设计、远场设计、实时设计、鲁棒性设计、摆放设计和离散系数设计等内容。 目录： 06 — 麦克风阵列信号处理 主要是从严格的宽带信号处理角度推导和解释最基本的麦克风阵列拾音算法。可作为专业的参考资料。 目录： 07 — 下载链接 六本书打包的下载链接，试用下微信公众号的付费功能。

本文首发于微信公众号「声学号角」 01 — 号角波导简介 号角和波导之间没有非常明确的分界线 号角和波导的主要作用： •通过增加声负载来提升效率 •指向性和声压覆盖控制 02 — 直接辐射扬声器和带号角压缩高音的效率对比 •带号角压缩高音有点类似功放，放大输入信号。 •设计上的问题(声场谐振等)或者物料和装配的公差也同样很容易成倍地反应到最终的频响和失真上。 03 — 韦伯斯特方程 平面波方程 •韦伯斯特方程是针对平面波传播推导得到的 •方程基于的某些假设偏离了真实号角中声波传播 04 — 无限长号角声阻抗 双曲线号角的声阻抗最优，抛物线号角的声阻抗最差 05 — 有限长号角声阻抗 06 — 恒指向性号角 号角波束宽度 07 — 号角声传播非线性 在高声压的情况下，空气变得更"硬"，声速也将增加。声速C=C(p)。这是号角声场非线性的主要来源，也称之为声传播失真。 上图是仿真在行波管中(声压幅值不变)，高声压下不同距离接收到的声波波形。 可以看出，距离越远，波形畸变越严重。由此可以看出，在可行的前提下，号角长度应该尽可能短，以降低失真，尤其是高声压下的失真 08 — 号角波导仿真 •优化线阵列上的波导管 •计算恒指向性号角波束宽度 09 — 号角波导一体的样品 10 — 号角演进 11 — 波导演进 12 — JBL号角 13 …

本文首发于微信公众号「声学号角」 随着声学微机电系统（MEMS）成为移动应用麦克风领域的最新以及最普遍的技术，大家对使用MEMS技术替代传统的动圈微型扬声器越来越感兴趣。 不过目前MEMS扬声器并未开始大规模使用，原因在于目前大部分MEMS扬声器声压级SPL还不够，或者部分能达到较高声压级的MEMS扬声器的制造工艺复杂而且昂贵。 介绍一种新型的压电微机电扬声器。基于同心的锆钛酸铅压电陶瓷（PZT）的内外两分频集成MEMS扬声器。 和之前介绍过的压电MEMS入耳式耳机的单元类似，没有封闭的膜片，以提高压电片位移，改善声学性能，以及提高电声转换效率，还便于生产制造。 压电MEMS入耳式耳机的设计与电声分析 下图是我复现的压电MEMS入耳式耳机的有限元仿真结果，其中的膜片振动情况，以及仿真得到的1V激励时未加EQ，耳膜处的频响曲线。 通过有限元分析研究表明，在30V激励下工作的1cm² 尺寸的产品，测试距离10cm，在500Hz处声压级超过79dB，800Hz以上的频率声压级可以做到89dB。 已使用MEMS技术制造了第一批扬声器的原型样品。 产品的截面图 产品的俯视图 使用15μm厚的多晶硅+2μm厚的PZT，激励电压30V，产品面积10*10mm² 。 进行有限元仿真，位移可以达到0.4mm。 100Hz的横截面位移分布 对比不同片的间隙，5μm和25μm的速度场分布 对于5μm的小间隙，其导致的轻微泄漏，对整体流动行为的影响可忽略不计 。而如果间隙尺寸为25μm，则会导致明显的声损耗。 另外间隙过大时还需要考虑前后腔体的声短路影响。针对其中的高音扬声器，仿真对比不同间隙的频率响应曲线。驱动电压30V，尺寸4*4mm²。 和预期的类似，如果间隙大于25μm，低于5 kHz的声损耗显著提升，导致SPL急剧下降。然而，对于小于10μm的间隙，由于声短路几乎消失，这意味着驱动器在声学上表现得像一个封闭的膜。 下图时30V激励电压，且未做EQ处理时，仿真得到的低音、高音、整体的频响曲线。可以从800Hz到20kHz实现>89dB的声压级。 使用硅MEMS技术制作了上面描述的扬声器样品。 制作工艺流程 最终成品照片，还挺精致漂亮 使用扫描电子显微镜检查细节，高音间隙9μm 由于MEMS扬声器的高能效，可制造性以及可扩展性等其他优势，在包括可穿戴设备在内的广泛移动应用中显示出巨大潜力。未来可期。 大家也要多储备相关的知识和技能。可能将迎来一个新的时代变革。

本文首发于微信公众号「声学号角」 当前，消费电子市场上的许多耳机都配备了主动降噪（ANC）功能。目前公认做得最好的是Bose和Sony。苹果新出的入耳式耳机Airpods Pro的降噪也很惊艳。华为也做了Freebuds 3开始探索半入耳式耳机的主动降噪。最基本的主动降噪原理大家都清楚，但整个降噪系统做得理想的公司和产品还不多。 关于耳机主动降噪（ANC）性能的客观测试方法，目前还没有行业标准，大家都在探索最合适的评估方法，以吻合消费者实际使用的情况。当然，行业标准的建立落后于产品的演化速度是常态。 耳机在佩戴时本身也会提供一定程度的无源噪声衰减。 为了使测试对声场内的定位误差更加免疫，使用扩散声场测量降噪。可以在混响室或普通房间中创建，房间需要足够大，可以容纳4到8个不相关的声源。 还可以增加不平行的反射面以及人体模型，再加上被测设备的旋转，以提高声场的扩散性。 使用定向麦克风或声强探头来验证声场的扩散性，测试人体模型头部和设备所占据的空间。测试频率带宽可以设置为100 Hz – 10 kHz。 具有八个不相关声源的房间，用于模拟扩散场 使用规定的粉红噪声信号，可以提供比较合理的信噪比S/N。一般来说建议声压级做到90到95 dB左右。测试环境中本底噪声尽量低。 分析可以使用1/3~1/6倍频程。分析频带太窄可能会有较大计算误差。 由于噪声信号是不稳定的，建议多遍测量取平均，测试时间也可以略长点，比如10~30秒。 由于被动降噪（无源降噪）在测试过程中一直会存在，所以需要通过从总降噪中减去计算出的被动降噪来计算主动降噪的贡献。 下面是五款不同的主动降噪耳机的实际测试结果。 A B C D E 从实测结果来看： ANC主动降噪对<1kHz的低频段噪声衰减明显。 被动降噪对高频噪声衰减明显。 如果配合好ANC降噪和被动降噪，可以将整个频段的降噪都有比较明显的收益，比如像第一款A，整体频段衰减>20dB。 部分耳机在低频段<500Hz，尤其是第二款B比较明显，被动降噪反倒>0，可能是由于低频机械或者声学的谐振和耦合。 第一款耳机A的主动降噪，在2-4kHz附近>0dB，意味着这增强了外部噪声信号，有可能是因为ANC电路产生了一个相位差90°以内的信号，而不是差180°。 如果刻意主动增强外部噪声信号，抵消被动降噪的效果，这样戴上耳机也可以清晰听到周围的声音，有些公司叫“环境音模式”，或者“通透模式”。 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 — 什么是麦克风阵列 麦克风阵列是由一定数目的麦克风组成，对声场的空间特性进行采样并滤波的系统。 目前常用的麦克风阵列可以按布局形状分为：线性阵列，平面阵列，以及立体阵列。其几何构型是按设计已知，所有麦克风的频率响应一致，麦克风的采样时钟也是同步的。 02 — 麦克风阵列的作用 麦克风阵列一般用于： 声源定位，包括角度和距离的测量 抑制背景噪声、干扰、混响、回声 信号提取 信号分离 03 — 声源定位技术 利用麦克风阵列计算声源距离阵列的角度和距离，实现对目标声源的跟踪。 基于TDOA（Time Difference Of Arrival，到达时间差）的声源定位技术。估计信号到达两两麦克风之间的时间差，从而得到声源位置坐标的方程组。然后求解方程组即可得到声源的精确方位坐标。 04 — 信号的提取与分离 通过波束形成技术，在期望方向上有效地形成一个波束，仅拾取波束内的信号，从而达到同时提取声源和抑制噪声的目的。 05 — 语音去混响 混响（Reverberation）是指声波在室内传播时，被墙壁、天花板、地板等障碍物形成反射声，并和直达声形成叠加的现象。 混响的作用 混响是声学中最重要的现象之一 合适的混响会使得声音圆润动听、富有感染力。 混响时间太长会使得声音含糊不清，听不清楚。 混响是建筑声学中要重点考虑的问题 演讲厅要短一些的混响时间，比如北京学术报告厅混响时间为1s 交响乐则需要长一些的混响时间，比如上海音乐厅混响时间为1.5s，维也纳音乐厅为2.05s 过大的混响会带来音素的交叠掩蔽现象，严重影响语音识别效果，尤其是远距离语音识别。 目前主流采用麦克风阵列+深度学习的方式来进行去混响。 06 — 线性麦克风阵列 加性麦克风阵列( Additive Microphone Array) 阵列的输出是各阵元的加权和 最优波束方向可调 结构简单、方便布局 适用于车载、家电等场合 差分麦克风阵列( Differential Microphone Array ) 阵列的输出是两两麦克风之间的加权相减 最优波束方向只能在末端方向 适用于耳机通话等场合 07 — 平面麦克风阵列 平面麦克风阵列（Planar Microphone Array ） 实现平面360度等效拾音 麦克风个数越多，空间划分越精细，语音增强和降噪效果越好 广泛用于智能音箱和交互机器人上 08 — 立体麦克风阵列 立体阵列麦克风（3-D Microphone Array ） 真正实现全空间360度无损拾音 解决了平面阵高俯仰角信号响应差的问题 …

本文首发于微信公众号「声学号角」 COMSOL Multiphysics 5.5新添加了一个比较全面的微型扬声器分析案例。 下面让大家先睹为快。 分析步骤： 第一步，从扬声器的几何形状开始，使用轴对称电磁模型来表征音圈和磁路的频率相关响应。 第二步，计算膜片的非线性机械特性并将其与测量结果进行比较。 第三步中，将代表电磁物理的集总电路耦合到3D模型，在该模型中分析扬声器的机械和声学响应并将其与测量结果进行比较。 微型扬声器的几何机构模型如下图所示。因为是非轴对称的，所以需要采用完整3d模型来进行分析。 忽略支架，盖板等的振动。 磁路是轴对称的，可以采用2d轴对称模型分析。电磁场分析，获取复阻抗值 Z(f)。基本分析过程和常规扬声器是一致的，不做过多细节阐述。 唯一的区别是在下图蓝线位置增加了一个“低磁导率薄间隙”的设置。考虑组件之间的表面粗糙度或薄胶层对磁场分布的影响。 对比仿真和实测的BL(x) 机械结构振动分析，计算非线性Cms(x)。简化起见，只考虑几何非线性。需要采用3d模型，膜片可以抽壳定义厚度。 对比仿真和实测的Cms(x) 电声分析，计算扬声器响应实测对比。将从前面电磁分析中得出的特性包括在电路中，并耦合到其他物理学上。 膜片的阻尼系数对频响曲线的结果影响不小，进行测试和设置的时候需要多留心。 对比仿真和实测的阻抗曲线 其中的7.3kHz峰值，是由于膜片本身的径模态，以及后通风口的非对称分布引起的摇摆模式，叠加共同作用引起的。 仿真得到的峰更尖锐，应该是未考虑孔和磁路间隙等位置的空气热粘滞效应造成的。可以将孔和磁路间隙处定义为热粘性声学模型，应该可以匹配吻合得更好。 对比仿真和实测的频响曲线 可以发现7.3kHz附近的声压级，仿真比实测高，和阻抗曲线的结果一致。采用热粘性声学模型后，吻合程度提高。当然计算量会加大不少。 12kHz后的仿真实测差异，还需要进一步探讨。 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」 COMSOL Multiphysics 5.5将在本月正式对外发布。虽然不会是像从4.4版到5.0版这种革命性的跨越，但很多模块的演进和优化是值得期待的。 01 — 形状和拓扑优化 Comsol之前的版本中已经有不少对优化算法的支持。 Comsol优化功能简介 本次主要增强了优化模块中的形状和拓扑优化。在5.5版中，简化了形状优化设置，使用户可以更轻松地执行优化研究。移动边界已由多项式参数化，并且内置了对壳厚度优化的支持。拓扑优化具有新的平滑操作，可实现更好的几何输出。 COMSOL Multiphysics 5.5优化模块中钣金支架的形状优化 02 — 参数化的2d工程图 终于支持了2d图的参数化。 设计模块的重大更新是带有尺寸标注的新参数化草图绘制工具的形式。该界面类似于任何CAD软件中可用的草绘工具，具有类似平行，垂直，重合等尺寸和约束。可以更轻松容易地实现参数化扫描，或者参数优化。而不用LiveLink实时链接其他的3d软件，也不用考虑软件相互之间的版本兼容问题。 03 — 声学模块 用于声学模拟的新求解器技术允许用户使用有限元方法分析更高的频率，以及有效地计算固体和流体中的超声传播。这项新技术还将让结构力学和MEMS模块受益。 在声学模拟中，基于时间显式不连续Galerkin方法的新功能可以对固体和流体中的超声传播进行高效的多核计算，包括具有阻尼和各向异性的现实材料。 对于频域仿真，用于波传播分析的专用求解器可以使用有限元方法处理更高的频率（更短的波长）。新的求解器可用于分析封闭的结构，例如车厢内部的结构以及其他声学模拟。 简单来说，通过优化后的专用求解器，有可能对更大的尺寸进行更精确的波动声学的仿真，而不是使用近似的几何声学。 之前提到的耳机有限元仿真案例也可以期待一下。 耳机声场分布有限元仿真 04 — 其他Comsol Complier COMSOL Compiler是去年5.4版增加的新模块。通过COMSOL Compiler，用户可以使用带有使用Application Builder构建的专用用户界面的COMSOL Multiphysics模型创建独立的应用程序。 COMSOL Runtime 最新版本的COMSOL Compiler具有新的编译选项，可生成最小尺寸的文件，以便于分发。用户首次启动使用新编译选项的应用程序时，需要时可从COMSOL网站下载并安装COMSOL Runtime。 这一点的更新和Matlab 的APP以及对应runtime类似。 之前的5.4版本是直接将runtime打包在可执行程序里，文件就会很大。 新版本的APP编译后只有几M，非常轻量化。 Add-Ins Add-Ins可以让用户直接在Multiphysics界面中嵌入应用程序，看起来类似于Chrome等浏览器的扩展。 或许将来可以做成APP Store，那将是一个大的生态体系。随便瞎想一下。 05 — 其他 电磁学中的AC / DC模块：现在可以与复合材料模块结合使用，以分析薄结构中的分层材料。 新的金属处理模块使COMSOL Multiphysics环境中的金属相变分析可在焊接，热处理和金属增材制造中使用。 金属加工模块可以预测由于金属中有意或无意的热驱动相变而导致的变形，应力和应变。该模块可以与任何其他COMSOL产品结合使用，可以进行包括金属相变在内的任何多物理场分析。比如将其与例如用于散热的传热模块，用于感应淬火的AC / DC模块以及用于对材料性能进行高度预测性分析的非线性结构材料模块相结合。 革命性的更新还需要一点点耐心。期待一下吧。 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 — ICA 2019 第23届国际声学大会 ICA 2019已于9月9日至13日在德国Aachen的Eurogress举办结束。由德国声学学会组织。内容涵盖声学前沿研究的各个方面。 2 — 参展商 认识的部分参展商公司 Brüel & Kjaer GmbH CAE Software und Systems GmbH Comsol Multiphysics GmbH d&b audiotechnik GmbH DataKustik GmbH GRAS-Tippkemper GmbH & Co. KG HEAD acoustics GmbH Industrial Acoustics Company GmbH Microflown Technologies B.V. NTi Audio GmbH ODEON A/S 03 — 相关论文 官网地址： http://www.ica2019.org 论文的地址，可以公开免费下载： http://pub.dega-akustik.de/ICA2019/data/index.html 大家可以按需下载自己感兴趣的话题 主题分类： 01 A - Physical aspects for active control of noise and vibration 01 B - Applications of active control of noise and vibration …

本文首发于微信公众号「声学号角」 苹果公司新发布了入耳式耳机AirPods Pro 宣传术语中有一句：“自适应均衡功能可根据你的耳形自动调整音乐播放，带来细腻一致的聆听体验，让你尽享非凡音质。” 今天来揭秘一下。 大致的原理是通过内置的麦克风计算不同耳道形状，以及不同佩戴方式的声泄漏，来动态调整EQ。使得不同人的耳道和不同佩戴方式在耳膜处收到的频响曲线都是一致的。 耳机与人耳的声学耦合取决于许多因素， 用户头和耳朵的位置，大小，和耳垫材料等等。 紧配和松配的差异，尤其是低频 通过放置一个在耳机和耳朵之间的空腔内，扬声器附近的微型麦克风，然后 测量从扬声器端子到麦克风的传递函数。就可以获得声耦合的影响。基于这些测量的结果，可以将个性化EQ应用于每个用户。 近场麦克风放置的位置如下图所示。 近场麦克风的频率响应曲线。低频段20Hz-800Hz和耳道内一致，中高频段走势相似但响度不同。 密闭后腔 开放后腔 10位受试者的近场麦克风响应传递函数，浅灰色-左耳，黑色-右耳，各3次重复佩戴测量 下图是Olive等人提出的耳机目标响应曲线 做了EQ之后的耳道内响应以及近场麦克风响应曲线 EQ的实现流程 黑色-无EQ，点线-EQ后，灰色-目标曲线 另外，从主观听音结果来看，自适应EQ校准实现了有效的收益。 同样的方法，或许对入耳式耳机的效果会更好。因为麦克风和耳膜更近。 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 — 集总参数 常规动圈扬声器的集总参数研究已经比较完善成熟。但压缩驱动器的集总参数准确建模存在一定的困难。 以相位塞通道为例，电力声类比，可以采用基尔霍夫（电路）定律进行分析。 声学模型 力学模型 电学模型 02 — 压缩驱动器 压缩驱动器单元剖视图 压缩驱动器系统示意图 03 — 集总参数建模压缩驱动器 建模一个压缩驱动器，出口S4直径1.4英寸（约36mm），球顶膜片直径86mm。示意图如上。 膜片有效面积S0，相位塞入口面积S3，其压缩比S0/S3。S1代表膜片折环。 磁场用B表示，磁场驱动通电音圈上下运动，F为洛伦兹力。 V0代表前腔容积，V1代表折环下的密闭腔体容积。 如果给驱动单元增加行波管，再测试分析。行波管会提供一个稳定的辐射负载。 其中ρ为空气密度，c为声速，S4是行波管管口面积。 首先忽略所有声学组件，专注电学和力学模型。和常规的动圈扬声器一样。不做过多阐释。 电磁力驱动音圈 力学振动模型 电力耦合模型 检查模型，和实测的阻抗对比。谐振频率Fs=625Hz。 简单的声固耦合模型 前腔声学顺性，V为容积 忽略相位塞的复杂结构，以及假设相位塞通道横截面面积线性增加。 波数k=w/c，相位塞通道长度L，Smo为出口面积，Sth为入口面积。 先不考虑增加号角或行波管进行测试，直接自由辐射。使用声学边界元BEM对辐射进行建模。 压缩驱动器的简化建模 仿真实测的频响和阻抗对比 更精确的模型。考虑后腔的声学路径，会增加额外的声质量。 可以看到阻抗的吻合程度更好，说明是有效的 可以看到高频的频率响应匹配还不够好。 使用激光对膜片振动进行测量，发现膜片在高频段发声了分割振动，不再是活塞振动。 将测量到的膜片速度均一化后，得到下图绿色的曲线。对仿真得到的频响曲线进行补偿。发现吻合程度提升了很多。 集总参数建模的优点是计算速度，以及可以快速优化设计。缺点是精度受限。实际研发中要灵活使用。 上面是我的个人微信，加我的时候请表明身份，注明来意。