本文首发于微信公众号「声学号角」 音圈规在扬声器的装配过程中是非常关键的一个夹具。 除了音圈规的尺寸需要考虑好部件和夹具本身的公差配合外，还需要考虑其他方面的影响。 如果音圈规太松，无法绷紧音圈，所以目前常用的音圈规设计都是加钢圈弹簧的，同时音圈规开槽。 但弹簧的位置，粗细，以及音圈规开槽的大小对音圈规的使用，以及扬声器的装配都会产生影响。 目前行业中主要都是靠经验和实际样品来验证。 其实可以尝试使用仿真的工具来优化音圈规设计。 下图是我个人最近为一款新的低音扬声器产品设计的音圈规。已经优化过钢圈弹簧的位置，粗细，以及音圈规开槽的宽度。 下图是模拟人手捏合音圈规时的变形结果。 再贴一张未变形，只显示位移大小的位移分布云图。以方便对比。 当然，以上只是目前用得最普遍的音圈规设计样式。 还有其他各种不同的设计样式。 试贴出几例。 都是优化之前的。可以看到音圈规上下的位移并不一致。使用的时候就不会那么顺畅。
本文首发于微信公众号「声学号角」 前段时间，一位同事聊起说在找一款高音，高频段需要延伸至40kHz。我想起Tymphany有几款尖鼻子环状高音，当时看到的时候，印象非常深刻，就去其官网上找了下。 其中一款的图片和频响。 尝试用仿真的手段来探究下。 下面是一款环状高音20000Hz，声场声压分布的2d/3d动态示意图。 下图是仿真得到的频响曲线。高频延展相当不错。 可以看到11kHz附近有个小的谷。事实上这个谷是仿真模型是磁隙中声场模型不符合实际情况造成。关于这个谷后续单独拿出来讨论。 由此看来，环状高音可以增加音膜结构强度，扩展高频。当然振动面积会略有缩小，灵敏度会略低一点。其实压缩高音也有类似的设计，也是基于类似的考量。 环状高音的音膜材料，音膜几何形状，以及相位塞都会对曲线产生较大影响。想要获得高延展且平坦的响应不是件容易的事。
本文首发于微信公众号「声学号角」 曾经有设想过扬声器相关仿真工作开展，以通过仿真驱动设计向更少成本，更高性能，领先他人一步发展。 A. 仿真的优势和必要性： 1. 节省开发费用，用更小的成本得到更好的性能。 2. 节省开发时间，减小打样次数，指导改善方向。 3. 支撑更深入更前沿的研究。 B. 仿真平台的搭建 1. 公司的支持。包括资金/人员/场地/仪器设备的配备等，这个是需要大量前期投入的。 2.软件准备。Comsol ，ANSYS,matlab，simulink，microcap，Klippel （包括LPM LSI TRF MPM SPM PWTDIS Scanner SIM等模块）等。 3.硬件准备。消音室，Klippel DA 主机，高精度激光，高精度麦克风，拉力机等。 C．仿真流程 1. 材料参数测试并进行汇总和维护。 2. 制作仿真标准流程和通用模板，以便非专职仿真的设计工程师使用。 3. 更高阶更前沿的探索，建立更复杂更精确的物理模型，寻找更合适的求解算法。
本文首发于微信公众号「声学号角」 【一位朋友的投稿。他是科班硕士，一线大公司研发经验。理论功底和仿真水平都很好。 欢迎各位来稿。(●’◡’●)】 【公式较多，直接粘贴会打乱格式，所以转换成图片。把“微管严格解与近似解绘图MATLAB代码”复制在最后了，供参考。】 背景介绍： 声学短管是设计动铁单元时经常会遇到的一种结构。无论是单体本身的导声管还是ITE或者BTE的模拟声管，我们都需要更为精确的结构模型以获得精确的模拟结果。对于声学管模型在ER 076B; ER122A; ER167中都有论述。本篇报告主要针对短声管（即声管长度小于波长的十分之一）的建模。建模时主要考虑三个方面：粘滞媒质的运动方程，管末端修正以及声管本身的微小体积顺性修正。 附录： 微管严格解与近似解绘图MATLAB代码 %%%%%Impedancefor micro-tube(strict solution&approximate solution) %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%by Qing Wang clear; f=(10:10:20000);%frequency from 10Hz to 20kHz k=(1-j)*(1.2*3.14*f/1.8*100000).^0.5; a=besselj(0,k.*0.00055245);%0 bessel function b=besselj(1,k.*0.00055245);%1 bessel function t0=f./f;% 1 t1=(2*b)./(k.*a*0.00055245); z=(-j*2*1.2*f.*0.0012/(0.00055245^2)).*((t0-t1).^-1);%acoustic impedance z0=abs(real(z));%acoustic resistance z1=abs(imag(z));%acoustic reactance %%%%%drawing%%%%% figure;h=plot(f,z0);gridon; xlabel(‘Frequency’);ylabel(‘Acoustic Resistance’);title(‘Acoustic Resistance’); set(h,‘LineSmoothing’,‘on’) figure;h=plot(f,z1);gridon; xlabel(‘Frequency’);ylabel(‘Acoustic Reactance’);title(‘Acoustic Reactance’); set(h,‘LineSmoothing’,‘on’) %%%%%dataexporting%%%%% z0=z0’;z1=z1’;f=f’;
本文首发于微信公众号「声学号角」 主要通过分析一个扬声器Kms(x)仿真不收敛的解决案例，来讨论下有限元非线性计算时应该注意的事项，以及非线性计算时求解器设置。供各位参考。 昨天一个朋友用comsol分析一款支片（弹波）的Kms（x）时，用最大位移5mm计算时，收到一个错误提示：“达到最大牛顿迭代次数”。只能计算到2mm。我花了点时间帮助他解决了一下。就以此为案例，解剖下麻雀。 Comsol复杂模型的默认网格划分/默认求解能力和非线性的计算能力相比较与其他软件如Ansys或者ABAQUS是存在一定差距的，所以网格和求解器在求解复杂非线性模型时需要根据有限元计算理论进行一定的手动调整。 首先介绍下，Kms(x)的仿真分析大致有两种思路：1.给定一个力，然后计算位移，力/位移就是Kms。2.给定一个位移，然后计算其他刚性部件的反作用力，力/位移就是Kms。这两种思路对应的有限元软件内部算法也略有差异，不过一般使用专业软件不需要考虑那么深。 以下讨论的解决技巧不局限于comsol,对其他软件进行非线性仿真时出现不收敛也是适用的。 我的解决思路是这样的： 1. 检查结果。支片在2mm时显然未拉伸至最大，所以不是因为变形过大造成不收敛。 2. 检查求解记录。通过查看求解器的收敛曲线，发现未相对误差经过25次迭代之后未达到0.001，从而显示不收敛。 3. 检查参数。这个案例用的是给定一个位移，然后计算反作用力的方法。Comsol采用参数化扫描时，需要避开位移0点，否则Kms计算会出错。所以位移设置修改为从-5.01mm计算到5mm。 4. 检查物理场边界/载荷设置。加载位移时，除需要计算方向指定位移外，将其他方向的位移设置为0。防止计算误差导致在理论上不可能有位移的方向移动。 5. 检查网格。网格足够密。适当调稀疏了点，够用就好。 6. 检查求解器设置。这是这个案例最关键的部分。首先将最大迭代数从默认25修改为50，发现相对误差还是大于0.001。所以再考虑将相对容差从默认0.001调整为0.002，当然这个会损失一定的精度。具体见下面的图。 7. 顺利求解完成。从结果来看，精度的损失是可以接收的，Kms(x)曲线光滑且走势符合预期。当然其中经过多次参数尝试和调整。不过大体思路就是这样。遇到类似问题的朋友也可以照此解决。 最后，以comsol的结构非线性求解为例，大体讲解下求解器的相关设置。有兴趣的可以按下F1多看看官方的帮助文档，这个是最专业的。 默认采用的是直接求解法，存在多个求解器。直接法一般是通过牛顿迭代法，转化为线性问题，然后直接暴力展开矩阵求解。这种方法比较稳定，鲁棒性强，不过内存占用较多。 也可以修改为迭代求解，同样存在多个求解器。相对直接求解，可以减少内存开销，计算速度一般情况下会略快。不过相对更容易不收敛，不如直接法稳定。需要一个比较好的初始预估值，不然结果容易发散。 考虑不同非线性程度，可以考虑不同的非线性方法。默认就是定常的牛顿法。形状畸变比较严重的结构，需要考虑使用比如自动高度非线性牛顿法。遇到不收敛的情况，有时也需要适当调整阻尼因子，以增加收敛性和鲁棒性。 通常情况下非线性不收敛可以参考本案例，检查好参数/物理场设置/网格/求解器即可。求解器优先选用默认的直接法求解，遇到问题优先调整迭代次数，还有问题再调整相对容差，最后再考虑更换求解方式或者调整其他参数。当然具体需要结合收敛曲线分析判断。