文章

本文首发于微信公众号「声学号角」 01 — 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。 几个扬声器相关介绍的视频 02 — 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： 扬声器热功率压缩 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。 磁钢退磁温度计算 【小工具】磁路中磁钢耐温估算 03 — 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。 扬声器散热仿真 扬声器散热与改善 分频器散热分析 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 — 作者 本文基于Andri Bezzola博士做的一场报告进行整理。 Andri Bezzola博士是来自三星美国音频实验室的工程师。 他之前在AES New York 2018，145th介绍最新AES New York 2018，145th International Pro Audio Convention上发表了论文《Numerical Optimization Strategies for Acoustic Elements in Loudspeaker Design》，介绍了利用数值优化方法对扬声器系统中的声学元件，比如波导，相位塞等进行优化的方法。常用的设计优化算法包括参数优化，形状优化和拓扑优化。 02 — 通过仿真优化产品 三星R系列音箱都有通过仿真来优化高音和低音的反射锥形状。 03 — 复杂的扬声器 扬声器是多物理场，多尺度和非线性的。 磁场 非线性磁铁 钢的磁饱和 结构力学 各向异性材料 大变形 频率相关阻尼和杨氏模量 声学 频率 从20 Hz到20 kHz 波长 从17 m至17 mm 无限域和远场测量 狭窄区域的损耗 热传递 温度从-20°C到200°C，部分产品要求温度从-40℃开始，某些产品音圈温升会超过200℃。 流体动力学 气流通过倒箱管会造成湍流 04 — 扬声器非线性 通过创建Comsol APP，以快速对扬声器产品进行优化，缩短开发时间。 Kms(x) APP BL(x) APP 动态仿真BL(x) ...

本文首发于微信公众号「声学号角」 01 — 声滤波器 因为目前智能音箱越来越火，产量非常大。很多产品希望形成360°的全方位声场覆盖，使得每个方向听到的声音是一致的。所以在扬声器前端增加了反射锥。 这种结构在相位塞和振膜之间的空腔会声模态共振，从而在最终的频响曲线上造成峰谷。 其中一种改善的思路是在相位塞中挖一个空腔，空腔内部可以填充吸音阻尼材料，并同时在空腔上增加穿孔盖板。这种方式相当于增加了一个旁路的赫姆霍兹共鸣腔，等效于一个滤波器。 详细的理论论述和尝试和几种不同的方式我在以前的文章中已经提过了。感兴趣的可以再反过头去看。 声滤波器 声滤波器（二） 好几家有不同的专利。 02 — 实际产品仿真与实测 下面是我开发的一款实际产品仿真与实测，改善前和改善后的结果。 目前带反射锥的样品在3kHz附近存在一个非常高的峰。下图是仿真和实测的对比。峰谷的位置吻合得还不错。 首先仿真改善前后，大概能将峰降低9dB，谷也会略填平。 实测对比改善前后的频响曲线。发现确实改善很多。 改善后的仿真实测对比结果。吻合得还不错。 尝试用不同的阻尼材料，发现不同阻尼材料对频响曲线存在一定的影响。 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」 号角扬声器的声场非线性失真，主要来源是前室空气的非线性和号角喉口部分大振幅声波的传播。 声波在号角的传播过程中，会引发前腔空气的膨胀和压缩。由于膨胀压缩过程变换非常快，可以近似看成一个绝热过程。绝热过程中，振膜运动时，前腔体积变化，压强也会变化，造成非线性失真。 当声压非常大的时候，声波在号角内的传播过程中，不同位置的压力大小不一造成传播速度的差异，容易造成波形的失真。主要是二次谐波失真。 以随意一款号角为例，在喉口加载1000Hz的正弦波进行仿真（未考虑前腔失真）。 声压传播 声场中某一点的声压时域曲线。能看到最开始的一个周期是未达到稳定状态的。 可以用comsol简单做快速傅里叶变换，具体的操作请参考之前讲comsol技巧的文章。 也可以改用matlab或者origin之类更专业的软件来进行FFT处理。 一般情况下都是二次谐波（对应这个是2000Hz响应）略高。 波导管也会存在类似的声场非线性失真问题，所以其路径不要太过于扭曲 线阵列音箱上使用的波导管优化 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」 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」 在南京大学《声学基础》6.3章节（N^N次推荐了，墙裂推荐仔细反复学习），同相小球源的辐射一节中。除了之前文章提到的地平面测试法外，还涉及到其声辐射指向特性。 以下是两个小球声源距离与波长呈一定比例时，其指向性示意图： 从上图可以看到当两个小球声源距离大于声波波长的1/2时，其指向性会比较差，会对对产品音质会造成影响。 其理论可以应用在实际的音箱产品设计上。同时这也是很多工程师容易忽略遗漏的事情。 试举两个常见的例子 SoundBar 做过soundbar开发的工程师应该有经验。经常会出现正中的频响曲线很平整，但偏轴的某个频段会产生很深的谷。 这就是两个或者多个单元偏轴干涉造成的。 解决方案：a.将低音单元尽可能紧贴在一起；b.调整分频点，避开偏轴异常的频段。 2.线阵列音箱 专业扩声用的线阵列音箱也存在同样的问题。以JBL VTX系列为例说明。三分频。 a.四个中音单元放在号角部分的斜面，可以减小单元之间的距离，从而提高偏轴异常的频段（大于中高音分频点）。 b.两个低音距离较远，所以其偏轴异常频段较低。因此和中音的分频点也需要比较低，避开该频段。上述这款低于300Hz。 其解决方案也和soundbar产品类似，要么缩小单元距离，要么调整分频点。 可用Leap进行指向性的仿真 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 — 观察归纳 实验和观察是获取知识的首要途径。俗话说“耳听为虚眼见为实”，“是骡子是马拉出来遛遛”。 科学理论来自人类真实的经验，也就是观测和实验，同时，观测实验得到的证据，必须以严谨的逻辑组织起来，这就是“逻辑+实证”，即所谓的逻辑实证主义。 但是，如果科学研究依靠观测和实验，那么，多少次观测和实验才足以归纳出结论呢？要知道，观测和实验的次数总是有限的，但科学理论总是想得到普遍的结论。有限次数的观察怎能得出普遍结论呢？谁能保证下一次观察的结果会不会不一样呢？ 罗素提出过一个“火鸡悖论“—— 一个农场里有一一群火鸡，农场主每天中午十一点来给它们喂食。火鸡中的一名科学家观察这个现象，一直观察了近一年都没有例外，于是它也发现了自己宇宙中的伟大定律：“每天上午十一点，就有食物降临。”它在感恩节早晨向火鸡们公布了这个定律，但这天上午十一点食物没有降临，农场主进来把它们都捉去杀了。 可见，再多的观测，再仔细的实验，再认真详实的记录，以及随后的归纳，从逻辑上来说，都不能得出普遍性的理论。 所以，即便科学已经让人类的生活发生了翻天覆地的变化。可是我们并不能完全证明科学带来的知识是可靠的。 由此，带来了一个新的关于科学的理念：”可证伪“。 02 — 可证伪性 科学的可证伪性是英国哲学家卡尔·波普尔提出来的。 以爱因斯坦的相对论为例。预先提出了很多还未验证的预测。如果这个现象不能被观测到，那就证明相对论是错的。 1919年爱丁顿勋爵士率队出征非洲在日全食时证明广义相对论预言的太阳边缘的光线弯曲。 1936年爱因斯坦还极富预见的提出了一个非常微弱的光线弯曲效应： 微引力透镜。随着天文观测数据的增加和观测技术的提高， 人类已经观测到不少微引力透镜事件了， 甚至用于了系外行星的搜寻之中。 关于引力波大家就更熟悉了，2017年人类首次直接探测到由两颗中子星并合产生的引力波。 举个例子来说明科学和算命的差别。 今天某一支股票上涨，有人是因为某个原因，比如是他们公司做了什么个管理创新。这个听起来很有道理，也有各种证据和理论。但是，没法证明这个分析是错的，这就是不可证伪。不是科学意义上的结论，只是个猜测。 那什么是科学意义上的结论呢？就像爱因斯坦一样，提出一个猜想，比如明天某支股票一定涨，涨到多少多少，对这个来验证它。这个就好办了，等明天看一下就知道说的是不是靠谱了。这就属于科学可以讨论的问题了。 03 — 范式框架 仅认识到科学的可证伪性还不够。观察实际上是一个高度主观的过程。到底看到了什么，取决于头脑中有什么样的理论。这个被称之为叫“理论渗透观察”。 库恩大神在研究研究物理学史的时候发现，科学的进展并不是一个逐步渐进的过程，而是会时不时推倒重来，产生一个颠覆性的概念。比如牛顿力学到相对论，量子力学。库恩在1962年发表了他的著作《科学革命的结构》，提出了那个著名的概念“范式”。 所以我们需要时时警惕头脑中的范式，或者说框架，找机会颠覆革新自己的理念。 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 — 未来扬声器系统的要求 体积更小 重量更轻 价格更便宜 失真更小 输出效率更高 发热更少 自我保护 精确再现3D空间声场 考虑甚至自适应声学环境 音质独立于聆听位置 02 — 方法和路径 多物理场建模和虚拟样机 有限元法/边界元法/有限体积法等 包括磁场，结构，声场，热，流体等 可以分析所有物理细节 低成本快速验证分析新的想法 辅助工程师在符合物理原理前提下，发挥创造力 3d建模和3d打印 新扬声器原理，新型扬声器单元 径向磁路 双音圈磁路 DML分布式扬声器 压电扬声器 动铁扬声器 MEMS扬声器 新材料 更轻强度更好阻尼复合材料 耐高温音圈线材绝缘层 耐高温胶水 改进优化设计 新制造生产工艺 扬声器阵列 主动控制技术 使用数字信号处理DSP 数字分频滤波器 扬声器单元补偿 时间对齐和校准 EQ均衡器 线性化，失真抵消 热保护和机械保护 空间增强，比如3d音效 听音环境修正，包括房间或车厢等 心理声学效应 - 虚拟低音 优化整个系统设计 使用非线性磁路提高效率 跨学科交流，综合扬声器单元，电子，DSP等进行整体优化 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 — AES Dublin 2019 最新一届的AES大会将于2019年3月20日至23日在爱尔兰首都都柏林举办。 会议官方链接: http://www.aes.org/events/146/ AES全称Audio Engineering Society，音频工程协会，是目前音频以及声学行业影响里最大的组织。 02 — 部分内容 会议涉及的方面非常多，包括扬声器，耳机，音箱，传声器(麦克风)，音频应用，信号处理，心理声学，录音，空间声学等等很多。 会议日程中我个人非常感兴趣的部分有: P01-1 Large Horns and Small Rooms – Do They “Play Nicely” Together?—Bjørn Kolbrek, Celestion - Ipswich, UK For some audiophiles, having a huge, low-cutoff bass horn built into the wall of the listening room represents the ultimate low frequency solution. Without considering the practicalities of such an installation, this paper will look at the performance of low frequency horns mounted in the wall of a small room compared to the performance of a typical point source closed box type sub-woofer and an array of such sub-woofers. Simulation results indicate that in addition to higher ef?ciency, the horns provide smoother response in the listening position and less seat-to-seat variation. ...