本文首发于微信公众号「声学号角」 01 — 这个低音725G刚好是前几天在群里有人问起聊到的。我觉得这款单元非常不错，所以就在微信群里和大家一起讨论了下。 那位朋友把JBL Pro的监听箱LSR705拆了。 下面这个是1W时测试的结果。非理想环境。仅可以作为参考。 可以看到失真是非常低的。高频延展也还行。 02 — 监听箱LSR705 号角 压缩高音2409H 低音725G 这个是725G的大信号测试结果。失真很低。725G低音是经过精心设计调教过的。 满功率50W的频响失真测试结果 上面的失真图是上移了20dB的 为了方便对比看。所以实际满功率的失真也是相当低的。 和上面1W的换算一下也可以得知，功率压缩非常小。 大信号参数对称性相当好，直流偏移接近于0。 包括磁路和振动系统都需要经过多次迭代优化调整，以到达理想状态。 要设计出一个理想的单元还是不容易的。 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 — 发现问题 目前正在试用Klippel的SIM模块。可以综合考虑目前已知的扬声器和扬声器系统非线性对频响/位移/失真等的综合影响。 当时发现做倒相管仿真时，需要填写Map，倒相管的等效声质量。有点困惑的是，按照常规的等效电路理论，这个单位应该是kg/m^4 ，而不是N/m^5。 02 — 邮件交流 所以发邮件给到Klippel公司，咨询了Map的量纲问题。 第一次得到工程师的回复是没有问题。推导过程是这样: p = q ∙ jω ∙ Map。其中p是声压，单位Pa；q是指体积速度，单位m^2*m/s;j是虚数单位，ω是2*pi*f，f指频率。所以Map的单位—— [Map] = [1/ jω] ∙ [p/q] = 1/s ∙ N/m^2 ∙ s/m^3= N/m^5. 我收到邮件后检查了下，发现了问题：单位[1/ jω]应该是s秒，所以Map的单位—— [Map] = [1/ jω] ∙ [p/q] = s ∙ N/m^2 ∙ s/m^3= N*s^2/m^5=kg*m/s^2*s^2/m^5=kg/m^4. 最后Klippel的工程师终于发现了推导过程的问题，确定Map的单位是漏了s^2。他们会在新的dB-Lab 210中修正这个小bug。 “You are correct that the s^2 is missing here. We will change the unit in the SIM so you will see the change with the coming dB-Lab 210 update.” 回复都非常及时。交流也很诚恳。大赞。 03 — 正确提问 ...
本文首发于微信公众号「声学号角」 01 — 热功率压缩 理想的扬声器，灵敏度会随输入的功率线性增加。但功率越大，音圈温度升高， 直流电阻上升 , 造成扬声器的灵敏度下降。这就是扬声器的功率压缩现象。 输入扬声器的电功率的绝大部分转化为热功率。包括音圈热功率和铁芯中涡流的热功率。小部分成为有效的声辐射功率 。剩余的消耗于空气阻尼，机械阻尼等。 非线性功率压缩下次讨论。 02 — 估算 电阻与温度换算公式 Rt=R20*(1+α(t-20)) R20为20℃时的导体电阻，Rt为在温度为t时测得的电阻值，α为导体的电阻温度系数，铜取0.00393，铝取0.00403。t为测量时的温度。 按直阻随温度变化，估计扬声器灵敏度功率压缩。 可以看出来基本上接近线性变化。 03 — 仿真 扬声器的阻抗是频率的函数。音圈的温升造成的扬声器灵敏度功率压缩 , 在整个频率范围内也是变化的。 可以使用有限元仿真对比不同温度情况下的频响曲线。 尝试两个简单的模型。 阻抗曲线随温度变化 阻抗变化差值 频率响应曲线随温度变化 灵敏度压缩不同频率的值 可以很明显看到，在扬声器Fs附近，其灵敏度的压缩是最小的。在Fs附近音圈振动速度最大，散热更好。 和公式估算的结果有个大致的对照。 扬声器的功率压缩是与热的耗散直接有关的 , 输入的功率越大 , 散热条件又差。音圈及磁体的温升越高 , 功率压缩越明显 。 要减少功率压缩 , 必须要有良好的散热设计 , 以降低音圈和磁体的温升。
本文首发于微信公众号「声学号角」 扬声器涉及到很多物理场。最核心的是磁场，结构，声场。 做扬声器响应，包括频响曲线，阻抗曲线等仿真的时候，一般来说，至少需要同时考虑以上三种场之间的相互耦合。 之前有写过一篇文章论述过声固耦合 声固耦合 在声固耦合边界 固体沿着交界面法向的加速度作用于流体 声压以法向单位面积载荷作用于固体 并尝试了用自己写耦合的方式取代软件自带的声固耦合，结果一致。 同理，磁路和振动系统的耦合，在音圈上 通电音圈在磁场中受到洛伦兹力 音圈运动造成反向电动势，使得音圈整体电压发生变化 也同样可以自己写。感兴趣的朋友可以自行尝试和对比。 今天主要想谈的是，扬声器响应仿真的不同的模型简化方法和多物理场耦合思路： A. 只仿真声场，激励采用集总参数的方法加载。参考comsol案例“lumped_loudspeaker_driver” B. 三场耦合。参考comsol案例“loudspeaker_driver” C. 只考虑声固耦合，磁路先单独计算。 参考comsol案例“lvented_loudspeaker_enclosure” D. 只考虑声固耦合，阻抗模型采用传统的RL电路。 经过不同方法，以及与实测频响曲线的对比。建议：一般情况下采用B方案；3维模型采用C方案；D方案也可以考虑，只是阻抗模型的准确度会对中高频产生一定的影响；只考虑低频的时候，可以采用A方案。 详细的对比大家可以自行尝试。授人以鱼不如授人以渔。
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」 01 — 有效辐射面积Sd 前期对扬声器有效辐射面积Sd的计算方法和仿真过程做了一些描述。 扬声器有效振动质量Mms以及有效辐射面积Sd 扬声器有效辐射面积Sd的仿真探讨 对常规单半圆悬边(或者叫折环)的单元，R. Small提出了一个近似计算的公式。 所以，对常规单元来说，直接用悬边的中间位置计算Sd即可。对跑道形或者方形单元也是同样适用的。 Sd的准确计算，尤其对微型扬声器比较重要。因为本身振动面积不大，计算偏差过大，会导致灵敏度，Vas等参数计算错误。 下图是某一个频率下，一款耳机单元的振动情况，以及位移随振膜位置的分布。 微型扬声器Sd的测试方法主要有两种。 闭箱测试 第一张图是实测过程，第二张图是原理图。通过激光监测膜片位移。通过麦克风监测腔体内声压变化，从而得到腔体内容积的变化。通过换算即可得到有效振动面积Sd，以及Sd随频率变化的关系。 激光扫描 通过激光扫描整个振膜表面的振动情况，然后计算位移面积分/音圈位移即可得到Sd，以及Sd随频率变化的关系。 可以取有效频率范围内，比较稳定一段的平均Sd认为是单元的有效辐射面积Sd。 仿真Sd，以及Sd随频率变化的方法在之前的文章中讲过，就不再复述了。 02 — 有效辐射面积非线性Sd(f,x) 通过前面的论述，我们知道，有效辐射面积Sd是和频率相关的一个参数。 但同样Sd和位移也是存在相关性的。不过相关的研究非常少。 对常规单半圆悬边的单元，可以推导得到近似Sd(x): 对非完全规整的单元，可以通过仿真的方法来计算Sd(x)。 据说Klippel内部正在内测测试Sd(x)的功能，需要采用直流+激光Scanner系统扫描的方式来测量。可能会在后续的版本中推出这个功能。 Sd(x)变化较大的时候，比较容易引起互调失真。 下面两张图是尝试性地计算Sd(f,x)，两种不同的显示方式:
本文首发于微信公众号「声学号角」 JBL 70周年 JBL Professional总部学习交流 JBL公司由JAMES B LANSING (詹姆士.B.兰辛先生)在1946年创办，品牌也是其名字的缩写。 JBL公司和JBL品牌留下了很多经典的产品。 80年代针对日本市场的旗舰产品 超高频环状辐射器 UHF 早期375压缩高音 50年代开始在电影院使用的声学透镜 恒指向性号角 带钻石纹的纯钛膜 等声学路径相位塞 对流冷却单元 差分驱动单元 铍膜超高音 品牌Logo TiK系列 K2 S9800 放一本电子书——“JBL 60年音响传奇” 链接：https://pan.baidu.com/s/1BYFxfX_TivYYSkL9-0WSqQ 密码：0wdb 书中详细介绍了JBL品牌和公司的发展历史，技术积累，产品Logo的变化，不同场所(包括民用，录音广播监听，电影院，便携扩声，演出扩声，固定场馆等等)的应用。 最后，Sa Yo La La！
本文首发于微信公众号「声学号角」 01 — 现象 之前有朋友在微信群里问道:“有个疑问，klippel小信号测出来的kms值与大信号测出来的kms 0点附近对不上。小信号测的kms 2.57N/mm，大信号零点附近只有1.2N/mm”。 然后大家在群里进行了一些讨论。这个现象我很早就观察到，也进行了一些的研究和思考。综合群里的讨论和自己的思考，顺理并分析一下，供大家参考。 02 — 分析 大信号Kms(x=0)与小信号Kms参数不完全匹配。测试过程中Kms(x=0)也会发生变化。这是正常现象。 Kms，Fs，Rms随时间的变化 下图是一款产品Klippel LSI测试过程中Kms，Fs，Rms随时间的变化。 大体都是会有所下降，然后大体稳定收敛于一个值。Rms也随时间变化的形状更奇特。 当Fs/Kms变化太大时，要小心支撑系统的耐疲劳。 对比大小信号测试差异 下图是Klippel LSI模块提供的对比，小信号-大信号冷-大信号热，三种状态下的TS参数差别。 Kms(x)不同时间的曲线对比 下图是LSI测试过程中，不同时间点Kms(x)的曲线对比。 可以看到Kms(x=0)是一直在下降过程中，最终基本稳定。Kms(x)最终也基本稳定。 03 — 展望 现在Klippel是以最终稳定状态作为结果。当然这种方式也值得探讨。暂时没有更合适的办法。 目前对扬声器振动系统时域特性研究不多。模型不好构建，因为材料特性非常复杂。模型还不完善，说明可玩的空间还很多。全都研究透了，这个课题也就没意思了。 Kms随时间的变化主要是受材料蠕变影响，当然温升也是材料特性变化的原因之一。在激励不发生任何变化的情况下，振动系统在运动过程中行程会慢慢变大，最终达到某种动态平衡。 希望我们能一起努力，找到更符合产品实际特征的模型。 测试贴近实际产品使用情况，而仿真设置要贴近测试方法。而一旦模型的仿真和测试以及实际产品使用情况能对应上，说明我们的模型构建是成功的。不然怎么确定所谓的测试结果是不是自说自话呢。 我个人是赞同对产品的恰当设计是比仿真更重要的。但仿真更大的意义在于能在原理和应用上对很多模型进行拓展，查看任何一个想看的细节。
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」 01 — 显式动力学 跌落/冲击/碰撞都属于高度非线性。常见应用在手机行业跌落失效分析，汽车行业碰撞失效分析，和军工行业子弹穿甲效果分析等。对于扬声器来说，可以对应用在音箱、扬声器单裸跌，带包装跌落试验的仿真上。需要采用显式动力学算法。 a. Solidworks。自带一个简单的跌落仿真模块，计算非常快。不清楚结果是否可信。 b. Comsol。 无显式算法。 c. Ansys。自带AutoDYN（目前在Ansys workbench 界面下名称是Explicit Dynamics），也购买了LS-DYNA的求解器。 d.ABAQUS。说起结构非线性分析，不得不提ABAQUS。 显式分析和隐式分析可以无缝衔接，相互传递数据。 之前一个案例用ANSYS不同求解器对比过。AutoDYN和LS-DYNA采用显式算法，结果接近。瞬态的默认隐式算法和上述两种结果差异较大。 02 — 扬声器单元裸跌 显式动力学算法可以认为不存在收敛问题。唯一需要注意的是时间步要足够小，以减少计算误差。 为简化模型，仅取盆架一半，磁路重量通过一个集中的负载添加到盆架底部。 动态演示盆架形状和应力的变化，以及跌落碰撞的力传导过程 03 — 单元带音箱前面板跌落 事实上，更合理的模型应该是扬声器盆架+磁路+音箱进行整体跌落仿真，才更符合实际的使用状况。当然这计算量会相当大。 这个单元带音箱前面板跌落的模型在配置还不错的工作站上计算了将近24个小时。因为分析时间步要很非常小，比如10^(-8)s之类的。这是显式动力学算法特性决定的。 需要说明下：目前扬声器跌落仿真只是在摸索中。模型和设定以及简化未必非常合适。仅仅作为一个探究的方向。 另外还需要考虑如何能够对照实际的跌落试验进行验证，找出扬声器和音箱设计的薄弱环节，以及如何进行优化。仿真要与工程实践相结合才有意义。