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本文首发于微信公众号「声学号角」 扬声器增加号角可以提高输出的效率，是一种常见的设计方案。 但有时振膜和号角之间的前腔会产生声波谐振，以及振膜各处到达出口出的声学路径不相等，会造成频响曲线起伏波动。需要增加相位塞以减少声谐振以及声学路径不相等的影响。 相位塞的设计有一些套路，或者说注意事项。 注意事项1：振膜和号角之间的间隙应尽可能小，在考虑振膜的位移以及部件和装配的公差情况下。 a.原设计 b.优化前腔 前腔在等效电路上相当于一个旁路电容，起到低通的效果。振膜和号角间距离越小，能输出的高频上限也就越高。 注意事项2：在号角喉口增加相位塞后，振膜各处到达出口出的声学路径差减小了很多。 注意事项3：有时需要设计多个通道的相位塞。 一般来说，障碍尺寸最好小于最高频率波长的一半，否则声波之间会产生不必要的干涉。声速按340m/s，那么20kHz声波波长为17mm，波长一半为8.5mm。一般尽可能做到10mm以下。 专业压缩高音的相位塞和振膜压缩比比较大，对于其相位塞设计考虑的东西就需要更细致。 一般来说需要深入的理论计算结合声场有限元的分析才能够得到比较理想的频率响应。 可参考: 压缩高音相位塞设计 另外，还有一种模态抑制的方法。通过调整相位塞通道的位置和宽度，来避免前腔的谐振。数学计算上比较复杂。

本文首发于微信公众号「声学号角」 扬声器中频谷是由于音盆边缘谐振，在之前的文章中有提过。 模态分析在扬声器设计优化中的作用 用Klippel Scanner可以找到中频谷频率附近的振动方式 反谐振模态仿真 弗兰科特编著的《扬声器锥体的振动和声辐射》是非常经典的一本专门关于扬声器音盆振动和声辐射的理论计算讨论的书籍。 徐世良和范鹤年1984年在南京大学学报上发表了论文《扬声器中频谷点的全息分析及改善方法》。提出反共振指的是折环部分和 纸锥部分作反向振动，在纸锥边缘处出现节圆。 文中得到的中频谷频率点： 其中 T 是单位长度上的张力，是单位面积上的质量，a是纸锥外径 南京大学沙家正也发表了论文《扬声器中频谷点的研究》。认为中频谷点是纸锥和折环在测试点的反相辐射所引起的。综合考虑和振动和声辐射对中频谷的影响。 文中得到的中频谷频率点： 其中C为横向振动传播相速度，L是锥母线长度 张志良1999年发表论文《扬声器锥形振膜环反谐振频率的计算》 a为半顶角 , Ra 和 Rb分别是锥盆内外半径。 ftb 是低频段的上限频率 c=sqrt（E/p），E为振膜材料杨氏模量，p为材料密度。 我做了一款目前正在开发中的低音中频谷的验证。实测中频谷在3000Hz，计算到的中频谷在2970Hz。仅相差1%，满足工程应用需求。 对于非规则锥盆，可以考虑用有限元进行模态分析。

本文首发于微信公众号「声学号角」 卡扣是常见的一种连接方式。其材料通常用具有一定柔韧性的塑料材料。安装拆卸都很方便。 有各种基于经验的设计方法。 也可以尝试采用仿真对卡扣的设计进行优化 像这种非线性程度较高的模型，最关键是解决收敛问题。比之前谈到的几何非线性的模型会要更复杂。 【有限元】案例讲解结构非线性仿真不收敛解决技巧 需要定义好接触面。这个设置很重要。 在comsol中需要先在“定义”下定义“接触对”，然后在物理场中调用这个“接触对”，并对相关的参数进行设定。如果摩擦系数不可忽略，还需要再定义材料之间的表面摩擦系数。 同时接触面的网格需要划分得非常细。 可以找到应力最大的部位，检查其应力是否远小于材料本身的断裂应力。 同时也可以在实际产品做出来之前，检验这种卡扣的设计是否合理，能否正常装配。 动态过程

本文首发于微信公众号「声学号角」 之前在抑制振膜分割振动的一些方法归纳文章中最后提到有调整辐射声场的一些方法。今天介绍下声滤波器。 目前，很音箱多产品希望形成360°的全方位声场覆盖，使得每个方向听到的声音是一致的。下面是其中一种方案。在扬声器振膜前增加一个相位塞，引导声音从侧面发出。 但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。 在南大《声学基础》的5.3.2章节有简单的理论推导。 很容易可以想到，谐振腔体的口径，深度，内部阻尼材料的特性，穿孔盖板的开孔比例，孔大小，盖板的深度等都会对频响曲线产生较大影响。 要想仿真出上述参数对最终频响曲线的影响，可以采用集中参数等效电路的方式，或者有限元的方式进行。 有感兴趣或者有需求的可以自行尝试。 下图是仿真对比不同谐振腔体的口径对频响曲线的影响。蓝色是无谐振腔体曲线，其余三条分别对应不同口径的频响曲线。 实测验证声滤波器效果的对比。下图中黑色曲线是未加声滤波器前的曲线，红色是填充低密度玻纤，蓝色是填充高密度玻纤。 手机侧出音扬声器其实也可以考虑参考这种思路，以消除空腔造成的声模态形成的频响曲线的峰谷。当然同时要考虑结构上尺寸是否允许。

本文首发于微信公众号「声学号角」 分频器用的电阻和电容，一般都是选用现有的规格，其数值是预先固定好的。电感则可以根据实际需求进行设计和调整。 分频器用的电感线圈，需要满足直阻尽可能小，电感和频率/电流等输入无关特性。需要综合考虑直阻，对频率敏感程度，对电流敏感程度（磁饱和，失真），成本等等。 电感的理论计算有不少公式，但很难非常精准。尤其是如果有铁芯或者铁氧体芯等就更复杂了。 且电感一般和频率等相关。一般都是实测1kHz附近的电感。 电感量的偏移会造成分频点偏移，从而影响扬声器系统整体频响曲线和失真。 可以采用有限元的方法来计算电感，并对比验证不同种类的电感之间的差别。也采用1kHz附近的电感。 一、铁芯电感 铁芯磁导率和输入相关，且磁饱和点低，容易产生失真。 铁芯电感的电感值随频率变化非常大。 铁芯电感的电感值随激励电流变化。变化和电流方向无关。 二、空芯电感 一般自己DIY使用比较多，实际批量产品较少用。因为成本相对其他电感高不少。 空芯电感的电感值随频率变化很小。 空芯电感的电感值随激励电流变化很小。 三、铁氧体芯电感 同样的电感，圈数减少。或者说同样的圈数，可以获得更大的电感（同样情况下，文中提到的几种电感中，铁氧体芯电感的值最大）。 节约铜线，降低成本。 但当电流较大时，容易磁饱和。 四、硅钢片芯电感 非常理想的硅钢片芯电感，相对于空芯电感可以增大电感值。且受频率和电流影响较小。 五、其他电感 其他种类的电感在分频器上使用比较少，就不一一探讨了。

本文首发于微信公众号「声学号角」 苹果公司前段时间发布了其智能音箱产品HomePod。相信正式上市之后各家都会购买后进行拆解分析。 采用的是1个4寸低音+7个高音阵列+6+1麦克风阵列+苹果A8芯片的方案。 目前看起来HomePod主打的卖点是音质。现有的比如亚马逊Echo，谷歌Home，京东叮咚等等声音都不算特别好。不过苹果公司的智能语音这块的暂时还比不上google和微软的cortana。 低音单元我很熟悉，哈哈~ 具体的就不能透露了。 整体结构和常规低音单元类似，灵敏度要求相对较高，功率要求相对较大，冲程相对较大。 7个高音向内辐射，再通过类似号角/波导管的口向外辐射出来，意图达到360°的均匀覆盖。 当然有个疑问就是不同频率段的指向性是不同的。比如中低频段可能是360°均匀覆盖的，但在某些频段由于高音之间相互干涉，会导致出来的声场形成波瓣。还不清楚这款产品是否有解决这个问题。 而且声学路径扭曲，辐射方向短距离翻转180°，失真可能会略有增加 。 猜测HomePod应该具有自适应功能。比如音箱放在房间正中间和放在角落，或者多个音箱同时工作，对其指向性的要求是完全不一样的。 通过扬声器阵列和麦克风阵列大致探测出音箱自己在房间中的位置，然后调整算法控制扬声器阵列输出的指向性以符合环境要求。最粗糙的算法就是通过延时来计算每个方向音箱和墙面的距离。这种方式理论上应该是可行的，算法复杂度不知道怎么样。当然像亚马逊Echo这种只有一个高音的就算了。思科的会议系统也用到了类似的技术。 坐等上市后的拆机。

本文首发于微信公众号「声学号角」 前段时间我去JBL Professional美国总部学习交流了一个月的时间，在洛杉矶附近的北岭Norhridge。 体验了美国文化 整个社会信用系统比较完善 2.环境很好，空气很好。天蓝得跟假的一样。不过好山好水好寂寞。没有雾霾，中午太阳直晒很严重。各种小鸟松鼠等等随处乱跑，根本不怕人。图放到最后吧。 3.人工很贵。尽可能自动化，减少人的使用。超市没有推销员，到处是车撞坏了不修的，自动抓取垃圾桶的垃圾车等等。 4.美国人挺浪费的，节约意识差。估计是资源比较丰富。 5.胖子很多。整个家庭非常瘦的也有一些，可能和基因有关。个体差异较大，各种类型的人都有。 6.吃的实在不习惯。就是各种花样的面包+肉+蔬菜，然后就是薯条土豆泥之类的。快吃吐了。麦当劳各种饮料一美元任喝。 7.油价电价比国内便宜。手机通话费也比国内便宜。230人民币一个月无限流量无限中国和美国（包括墨西哥）通话，能信？当然信号覆盖没有国内好。垄断和非垄断的区别很明显。 8.小费文化不太适应，将就吧。 9.出行没车不方便。开车比国内规矩很多，即便大部分地方没有摄像头。的士打车太麻烦。uber比较方便，而且比的士便宜很多。关键是基本不需要电话联系，因为路边行人很少，很容易找到。 10.买衣服鞋子，电子产品这些比国内便宜。整体税赋比例并不高。 11.除了高速公路修得比较多，而且高速免费之外，其他基础建设比中国差。 12.小飞机小机场很多。 13.对弱势群体的照顾，中国太少，美国过多。 体验了JBL的文化 1.真的是从原材料，到零部件，到扬声器单元，到音箱系统，全部都把控在自己手中。 2.各种测试设备和多个测试用的消音室非常齐全。包括有个很大的广场，可以用来测试线阵列音箱。 功率试验房外面的功放 3.自己有小的CNC车间，3D打印机（包括UV固化3D打印机）等等。 4.老员工很多。有在这工作超过40年的。 5.公司里面有健身房 认识了一些这边同事 1.大部分人都非常Nice，另外个别人装得非常Nice。 2.团队里各种人都有，美国人，墨西哥人，俄国人，中国人，日本人，印度人，德国人等等。 参观了JBL的墨西哥工厂 1.墨西哥搞得跟美国的一个州一样。 过境很容易。 2.第一次经历只能单向通过的旋转门 3.木箱什么的都自己做。一些关键零部件比如振膜之类的，尽可能买原材料回，在自己工厂加工。 音箱系统设计 1.非常棒机械设计 比如最新推出的新一代线阵列VTX A12上使用了新的角度调节方案。比目前的方案便捷非常多。据说还更便宜。 具体可以看看下面从YouTube上扒拉下来的视频。 2.对客观指标的极致追求 比如VTX A12的横向指向性控制频率范围250Hz-20kHz。VTX 25甚至可以低到200Hz。这个是经过精心调教和设计的，背后的故事很多。大部分公司都不会提供这么详细的数据，甚至频响曲线都不提供。 3.思路开阔 看到了很多稀奇古怪的正在做的或曾经做的声学样品。虽然很多应该不太成立。 扬声器单元设计 1.参观了样品展示。见到了很多款经典的喇叭。目前Harman家庭影院也有部分借用JBL专业扬声器单元。 2.尤其印象深刻的是还是最新推出的新一代线阵列VTX A12上用到的压缩高音，采用了相位塞和波导管一体化的设计。 我按照其原理，大致做了个模型，非实际产品。当然不太精准。进行了仿真。直到20kHz都能基本保证出口近似平面波。 从结构上来说，整体高度更短，更精简，部件更少，装配误差的影响更小。 从声学性能上来说，其声学路径也更短更直，不那么扭曲，失真也相对会更低。 生产成本也更低。 唯一缺点就是设计成本会更高，因为不能通用。不同尺寸的系统这个一体化的相位塞波导都需要重新设计。 花瓣形相位塞 感兴趣的可以去看看Alexander，Voishvillo的论文。他是目前JBL扬声器单元的总负责人。Distinguished Engineer。AES Fellow。包括JBL的D2单元设计思路都有公开发表。我和他沟通的收获非常大。 对扬声器行业的感想 ...

本文首发于微信公众号「声学号角」 关于扬声器振膜的分割振动。在之前的文章中有提到过 模态分析在扬声器设计优化中的作用 一款典型低音扬声器的振膜振动实测和分析 【转载分享】微型扬声器膜片的振动与辐射 【扬声器系统设计与仿真】扬声器振动结构仿真分析 这个是很多书籍中都会引用的一张典型分割振动的图片 当然啦，也有刻意利用振膜分割振动的特殊设计，比如DML类扬声器 结合仿真谈谈分布振动式扬声器DML 分割振动不可能完全杜绝。主流做法肯定是希望抑制振膜的分割振动，将其影响尽可能减轻，或者将频率后延至工作频率之外。 加强结构刚度 这种方式对生产成本影响较小。 加强筋是最常见的做法。 各种各样千奇百怪的加强筋（或加强方法）都有。 JBL经典的地球顶钛膜 振膜中心固定并增加相位塞 尖鼻子环状高音 仅振膜中心固定 较大防尘帽盖住音盆作为辅助支撑也是有效的方法之一 增加阻尼 刷阻尼胶，尤其在高音丝膜上用得比较多 纸盆区域覆盖一层橡胶边。当然这个振动质量跟扬声器灵敏度就够呛了。权衡取舍，看应用的场景了 刀割盆，有些人叫西瓜盆。把纸盆割开，并用阻尼胶进行密封连接。 加强材料刚度或减轻材料密度 这种方式的成本会偏高 纤维编制盆 音盆外刷一层或者镀一层 金属镁,铍等等 三明治复合振膜 蜂巢板 高分子复合材料 在纸浆中渗入适量的碳纤维。碳纤维是一种复合材料,具有密度小,刚性大,阻尼适能的特性 发泡材料 轻木复合碳纤板 辐射声场 辐射声场方面也可以做一些调整。虽然不能抑制分割振动，但可以减轻分割振动对最终声音的影响。这也是另一种思路。和本次要讨论的不是同一个话题，不展开讲了。以后有机会再说。

本文首发于微信公众号「声学号角」 之前的文章有提到不同的扬声器低频失真的数值仿真方法。可以利用comsol等多物理场有限元仿真软件进行耦合求解，计算量比较大。 matlab耦合simulink建模进行非线性仿真。 【扬声器系统设计与仿真】扬声器失真仿真 简化后，进行迭代解析求解的方法 一种新的扬声器单元低频非线性模型的迭代求解法 那篇文章采用matlab耦合simulink建模，是因为比较直观，容易修改而已，直接用matlab也是一样。为求尽可能准确，采用的是单频点的正弦信号作为激励，而且有matlab和simulink相互传递数据的过程，所以求解时间会略长。 这篇文章尝试使用不同激励信号进行扬声器低频失真的数值仿真。仿真工具matab。使用的求解方法是经典四阶龙格库塔法。 计算比上面的方法快了很多。 其实就是网上扒了现成的四阶龙格库塔法的matlab实现方法，然后再把方程改成扬声器的二阶非线性微分方程就行了。 输入电压激励信号可以选择：单点扫频，连续对数扫频，白噪，粉噪，脉冲信号，multitone等等。电压幅值尽可能大，以激发扬声器较大失真。 单点扫频—— 输入Bl(x) 输入Kms(x) 输入Le(x) 得到： 三种Q值Qms/Qes/Qts和位移的关系 输入单频点正弦电压信号的时域和频域曲线 音圈位移的时域和频域曲线 音圈速度的时域和频域曲线 音圈加速度时域和频域曲线 声压时域和频域曲线 音圈电流的时域和频域曲线 洛伦兹力的时域和频域曲线 位移和位移谐波曲线 位移谐波百分比 声压级曲线和二到五次谐波失真曲线 二到五次谐波失真百分比 连续对数扫频—— 白噪—— 白噪激励电压信号输入频域和时域 检查输入噪声信号是否符合高斯正态分布 粉噪—— 将白噪进行滤波就得到粉噪。下图蓝色是白噪，红色是粉噪。 脉冲信号—— Multitone——

本文首发于微信公众号「声学号角」 首先思考几点： 需要考虑到随着时间推移，音圈温升对直阻的影响，进而会影响实际输入功率。相当于存在一个负反馈。 由于空气流动对温升影响很大。但扬声器结构运动耦合空气流动很难进行准确仿真。只能做一个大致的预估，定性半定量地进行计算。 有扬声器的热等效电路模型，但必须得有样机实测才能拟合出参数，对初期研发的作用不是那么大。 准确的模拟需要考虑电场，磁场，热场，结构力学，流场等的耦合。音圈是主要热源，温度上升反过来又会造成音圈直阻上升，从而影响发热功率。磁路中的感应电流是次要热源 (金属件，包括T铁，夹板，短路环等会产生涡流，生成次级热源)，跟电信号激励的频率等又相关。音圈（热源）上下运动，振膜也跟着运动，空气也会参与强迫对流。 因为温度并不算特别高，热辐射的影响相对热对流和热传递较小。对扬声器散热仿真来说，一般可以忽略。 单磁路散热问题 磁路温升随时间的变化 流场的运动过程 下面把扬声器作为一个整体考虑，当然还是做了相当多的近似和简化。定性半定量。定性地分析当然也有一定的价值。许多边界和模型做了一些简化或者等效处理 对比不同位置打孔的影响—— T铁中柱开孔 1.温升 a.音圈向下运动 b.音圈向上运动。因为是带入冷空气，所以温度相对更低。 2.流速 3.流线 把T铁中柱k开孔堵住 可以明显看出整个磁路温度降低了。这个在之前的文章中谈到过。和通常观念中的T铁中柱开孔能帮助散热恰恰相反。对于音圈骨架开孔来说是同样的道理。 当然这个时候空气压缩引发的非线性失真和气流噪声会是个比较大的问题。需要进行权衡取舍，不能只考虑一个单一因素。 后夹板开孔 后夹板开槽 效果和后夹板开孔类似