本文首发于微信公众号「声学号角」 气动噪声的精确模拟不是一件很容易的事情。汽车行业/飞机行业用得可能会相对较多。 气动噪声仿真软件可以采用Fluent，Virtual Lab（之前叫Sysnoise），ACTRAN等等。 扰动的气流速度可以用等效电路或其他音箱设计软件来近似得到。 以Fluent为例说明气动噪声模拟的大致思路。首先计算流体的流动，然后在此基础上计算声压。 声压是气压受到扰动后产生的变化，即气压的余压，相当于在气压上的叠加一个扰动引起的压强变化。 一般情况下不考虑声压对流体的反作用。 不同流体计算模型对应着不同气动噪声模型。Fluent中常用的宽频噪声模型，以及FWH模型，适用于不同的流体模型。 当然下面只是一个粗略的计算，可以算定性半定量的参考。 宽频噪声模型 FWH模型 简单的管噪的频带是非常宽且比较均匀的。采用稳态的湍流宽频噪声模型简化计算量是可以接受的。 KEF做的关于倒相管湍流CFD仿真： JBL发表的倒相管湍流的发展示意图： 附一个动车的气动噪声分布图
本文首发于微信公众号「声学号角」 子模型是得到模型部分区域中更加精确解的有限单元技术。 使用情形：用户关心的区域，如应力集中区域，网格太疏不能得到满意结果，而对于这些区域之外的部分，网格密度已经足够了。 原理：子模型方法又称为切割边界位移法或特定边界位移法。切割边界就是子模型从整个较粗糙的模型分隔开的边界，整体模型切割边界的计算位移值即为子模型的边界条件。子模型基于圣维南原理。 由于模型尺寸问题，应力集中问题无法解决。 解决方法： 分析包含网格的全局模型得到对应的位移场分布 创建关系区域的局部模型，得到1中的变形作为边界条件，以便精确求解 使用ansys Workbench 可以共用材料参数，传递结果。将全模型的solution链接到子模型的setup中。 使用Comsol也可以做类似的操作，设置参考下图
本文首发于微信公众号「声学号角」 很早之前我有写过一篇关于扬声器低频失真仿真的文章。【扬声器系统设计与仿真】扬声器失真仿真 汇总了行业内主要的扬声器失真仿真方法，主要都是采用的数值仿真方法。 今天要提到的是一种新的思路。 GGEC（国光电器）的Wei, Shaolin等三人在AES上发表过一篇题为“Low Frequency Nonlinear Model for Loudspeaker Transducers”的论文。 http://www.aes.org/e-lib/browse.cfm?elib=17708 尝试了一种扬声器单元低频非线性模型的迭代求解法。最终模拟出来的扬声器位移/频响/二三次谐波失真等都可以用非线性的系数来表示。是一个新的贡献。 最初的时候，我还和魏老师探讨过这个问题。 最终得到用系数表示的基波/二次三次谐波 频响曲线/二三次谐波失真的计算/测试对比 这种求解方法的缺陷：非线性系数目前只计算到2阶，主流是采用3阶或4阶，这样才能拟合得比较好。从最后的计算/测试对比也可以看出来，对频响曲线的吻合得还是很好的，但谐波失真的吻合程度还不够。
本文首发于微信公众号「声学号角」 1.定义好物理模型. 所选择的网格单元类型和判定准则会随设置发生变化。顺便说一句，目前Ansys Workbench可以通过插入命令流来进行修改底层网格单元，或者其他深层次的设定。Comsol好像压根没有供用户选择网格单元的余地。 ansys workbench： 2.局部加密 ansys workbench ： 影响球 网格数统计和网格质量 Comsol： 网格设置下有个统计按钮 Ansys Workbench： 网格质量可视化 Comsol： Ansys Workbench： 5.网格反转 目前常用的都是高阶网格单元，带中间节点的。如果划分不好，容易出现网格反转。网格反转示意图如下。 6.网格扫掠 可以类比画3d图的扫掠。能得到更规整的网格。 7.边界层网格 在指定的边界上加密，尤其在CFD中常用。
本文首发于微信公众号「声学号角」 之前有提到扬声器有效辐射面积Sd可以用Klippel Scanner测试得到，而且只是说用折环中间一半进行计算是不对的，尤其对微型扬声器/高音/压缩高音等小口径扬声器。 但并没有提到具体大致的折环参与的有效辐射面积比例有多少。所以今天就探讨下。 其仿真计算的原理就是将振膜整体运动移动的空气体积△V，除以其△x，即得到振膜的等效Sd。不同频率下的Sd是有差异的。 详细情况可以参考—— 扬声器有效振动质量Mms以及有效辐射面积Sd 为计算方便，模型采用简化版扬声器音盆组，不带胶水和粘接面的模型。 给音盆加载一个1mm的位移 计算就是用振动面的位移积分/位移，得到其有效辐射面积。折环参与辐射的面积超过1/2。 Cone OD 132 mm Surround OD 164 mm Sd*x 191.08 cm^2*mm x 1 mm Sd 191.08 cm^2 Efficient Diameter 155.9778 mm Surround Efficient Sd 74.93% 需要注意的是，不同形状折环的有效辐射面积是会有所差异的。感兴趣的可以自己试试看。 数学功底好的，也可以尝试下看能否得到比较规整折环的有效辐射面积的解析表达式。 扫频结果如下
本文首发于微信公众号「声学号角」 一般是输入380V三相交流电，通过内部电路，将充磁机内的超大电容充满电，达到预期的电压值，比如2.0到2.6kV附近。 然后瞬间放电，比如20ms左右，给充磁线圈一个瞬间的大电流。 短时间的充磁线圈电流迅速变化，会产生一个瞬间的大磁场给磁铁，使磁铁达到预期的剩余磁通密度。 通常的磁铁充磁退磁循环曲线 以一款铁氧体外磁式磁路充磁过程为例 磁路整体组装好，或者扬声器整体组装好，磁铁带T铁华司一起充磁。 磁路下方是充磁线圈，具体的线圈参数提供需求给专门的厂家订做。 充磁完成后的磁场分布 充磁完成后的磁力线分布 铁氧体磁铁磁通密度随充磁时间变化的曲线。 最终稳定的值就是磁铁剩余磁通密度Br，约等于0.35T。 H-B循环曲线 充磁过程磁场变化的动态演示
本文首发于微信公众号「声学号角」 压缩高音相位塞需要将压缩高音出来的声音，经过一定的压缩比，分成一个或多个等声学路径直到平出口。思路和线阵列上用的波导管设计有类似的地方，相互之间也有耦合的联系。 线阵列音箱上使用的波导管优化 向后辐射相位塞： 其中一种方案很传统，效果相对比较差的设计。不同声学路径差别较大，高频延展不够。 类似这种： 另一种基本达到预期的设计方案。 调整相位塞的空气通道，使得每条通道的声学路径差异很小，以 拓展高频。 对应的指向性 向前辐射相位塞： 最简单的可以参考这篇文章 【扬声器系统设计与仿真】压缩驱动头以及号角仿真 以下是一种比较特殊的非轴对称压缩高音相位塞设计。 这种方案设计得到的话，可以取得非常好的效果。 高频延展更好，频带更宽，失真更低。 当然调整起来也相对来说更麻烦。 设计是采用环状振膜来取代传统的球顶振膜，在下面这篇文章中有略微提到过： 尖鼻子环状高音 相位塞的设计方案很多，只要把握好原则即可
本文首发于微信公众号「声学号角」 之前有提到折环/支片等可以类比弹簧的部件参与有效振动的质量为其本身质量的1/3。前提：该部件为均匀均厚且各向同性的材质。具体推导过程可以参看南京大学《声学基础》第一章的内容。 扬声器有效振动质量Mms以及有效辐射面积Sd 但是由于《声学基础》教材上是采用带自重的理想弹簧模型，将这个模型套用到扬声器上是否需要进行修正？ 于是我做了一个很有意思的尝试。能否采用仿真的方式来验证这个理论的推导是否正确？ 模型采用简化版扬声器音盆组，不带胶水和粘接面的模型，为简化计算 采用两种方式进行扬声器有效振动质量Mms的仿真计算 采用共振频率Fs反推 Fs=2*π*sqrt(1/(Mms*Cms)) 2.采用加速度a反推 F=Mms*a Fs 35.007 Hz Cone mass 11.565 g Surround mass 1.0643 g Displacement 1.73E-03 m Cms 0.00173 m/N Mms from Fs 11.9477017 g F 1 N a 84 m/s^2 Mms from a 11.9047619 g 通过简单计算可以得到： 通过共振频率Fs计算出来的折环重量参与因子 35.96% 通过加速度a计算出来的折环重量参与因子 31.92% 以上计算都接近1/3，即33.3% 结论：采用均匀均厚的复合边，其有效的可以类比弹簧的重量，参与有效振动的质量近似为其本身质量的1/3的理论推导，是可以用在实际工程应用中的。
本文首发于微信公众号「声学号角」 做了一个宏大的尝试，将完整的扬声器系统的组件全部耦合进行仿真。包括箱体，倒相管/无源辐射器，吸音棉，分频器，压缩高音，低音，号角。 由于涉及到很多个物理场的相互耦合，固体，流体，声学，电路，磁场等等，如果再细致还需要考虑热的影响，目前比较靠谱的软件只有Comsol multiphysics。 以上是整个简化后无源音箱的模型，包含了和声学之间相关的所有部件。分频器是使用电路模块耦合进去的，未进行实体建模。分频器用的最简单的二分频，未做任何补偿。总体仅仅是个尝试，非实际产品。 添加空气域，包括PML层 将其参数化，并封装成APP，方便调试和进一步优化。 当然，这个完整的扬声器系统仿真模型的构建，以及计算的结果都是可疑的。多物理的耦合相当复杂，还存在很多的问题待解决。无论是建模，网格划分，耦合求解等等都是比较麻烦的事。 这是个很好的开始。后续可以继续就这个模型进行优化，并同时等待多物理场耦合的有限元仿真技术的大幅进度，以及计算硬件的发展… …
本文首发于微信公众号「声学号角」 Femm是一个免费的有限元软件，可以进行2维平面或2维轴对称的电、磁、热的有限元仿真分析。 通常会用femm做磁路的仿真，优化磁路设计，或者计算Bl值。实际上femm的功能还有不少拓展的空间，可以求解Bl(X)、Le(x)等等磁路的非线性，短路环对Le（x）的影响等等。 其自带了Lua脚本语言的输入窗口和编译器，可以直接执行Lua命令。 或者也可以耦合Matlab、Mathematica、Octave（类似Matlab的免费软件） Femm软件的帮助文件中有详细讲解如何进行接口参数调用。Femm官网也有对应的案例参考。 Femm官网网址，可能需要翻墙 http://www.femm.info/wiki/HomePage 附录一款产品求解磁路Bl（x）和Le（x）的Lua命令，注释已经写得很详细清晰： -- Model Name ModelName = 'Woofer.fem'; -- Maximum excursion + /- from the centered position: Xlim = 10; -- Movement increments used during the analysis dX = 0.1; -------------------------------------- -- Analyze BL and incremental inductance at 1 mm steps between - Xlim and + Xlim open(ModelName); mi_saveas('temp.fem'); mi_selectgroup(1); mi_movetranslate(0, -Xlim); mi_clearselected(); showconsole(); clearconsole(); print('Disp(mm)','BL(N/A)','Inductance(uH)'); for k=-Xlim,Xlim,dX do mi_modifycircprop('icoil',1,1); mi_analyze(1); mi_loadsolution(); mo_groupselectblock(1); fz = mo_blockintegral(12); parm1,R,fl1 = mo_getcircuitproperties('icoil'); mo_close(); mi_modifycircprop('icoil', 1, 0); mi_analyze(1); mi_loadsolution(); parm1,parm2,fl0 = mo_getcircuitproperties('icoil'); L = (fl1 - fl0)*10^6; print(k, fz, L); mi_selectgroup(1); mi_movetranslate(0, 1); end mi_close(); remove('temp.fem'); remove('temp.ans'); print(''); print('DC coil resistance = ',R);