本文首发于微信公众号「声学号角」 Comsol 5.3版本中增加了扬声器驱动单元中磁路的拓扑优化示例。使用拓扑优化，用于确定非线性铁轭的形状。 确保性能最优的同时尽量减小重量，实现更小、更轻的设计。 BL值的求解方式 其中， Br 是磁通密度的 r 分量， N0 是线圈匝数， A 是线圈的截面面积。 原设计方案磁力线分布： 绘制的优化后二维轴对称磁路几何中的磁通密度。 可以将优化的形状导出为文本文件中的插值函数，并将其作为几何导入。 以上提到的示例在Comsol中“案例库”路径： AC/DC_Module/Other_Industrial_Applications/magnetic_circuit_topology_optimization
本文首发于微信公众号「声学号角」 锦丝线简介 音圈相当于扬声器的心脏的话，那锦丝线就相当于大动脉。 锦丝线一般使用特点： 一端随音圈上下移动 另一端固定在正负极端子上 大体可以分为编织线和绞合线。 锦丝线包括导线（铜，银等），纺织线（棉线，Nomex等），线体处理（上蜡，热缩套管，硅胶披覆等）。 各种锦丝线引出方法 锦丝线穿过音盆： 锦丝线从纸盆之下引出： 锦丝线穿入支片，或直接缝在支片上： 引出方向： 锦丝线一般失效情况 运动过程中，锦丝线被拉扯，断裂 锦丝线长期敲击其他部件，断裂 焊锡渗入锦丝线，运动过程中切割锦丝线，断裂 温度过高，断裂 前期可靠性试验 耐屈试验：在一定负重，摆角，速率情况下，看其耐屈次数。 可焊接性，抗硫化，抗湿热等试验。 直阻 需要考虑锦丝线本身直阻。在满足其他前提下，直阻尽可能低。
本文首发于微信公众号「声学号角」 这是一家意大利专门从事扬声器单元研发和生产的公司-FaitalPRO，下面是这家公司的介绍性视频。 可以看到这家公司做扬声器单元产品的设计/仿真/测试等一些过程。 做得相对来说还算是比较全面。 供各位参考。 同样是意大利一家专门做扬声器单元的公司18Sound介绍 下面这个是一条日本的扬声器单元全自动生产流水线的视频 从视频中可以明显看出，整个生产过程中，除了投入物料和最终成品的包装之外（视频中未显示），并不需要其他太多的人工干预。包括硬件，软件部分的装配，焊引线，在线测试等等都是可以实现完全自动化。 这个是很早的视频了。 就目前来看，国内扬声器软件部件装配这块的柔性自动化做得还不够好。 应该来说技术上的难度不会特别大。 可能跟一次性投入太大也有很大的关系。
本文首发于微信公众号「声学号角」 扬声器音盆组谐振频率 F0 是设计扬声器的重要参数，其测试准确性以及管控十分重要。 一、背景 扬声器音盆组谐振频率 M 为音盆组的等效质量；C为音盆组的顺性。 音盆组的等效质量M=音盆质量+胶水重量+1/3*复合边可等效弹簧质量 扬声器有效振动质量Mms以及有效辐射面积Sd 扬声器有效振动质量Mms的仿真探讨 音盆组的顺性C主要取决于复合边的形状和材料。以下是音盆组的顺性C的经验公式 以上δ是面密度， b 为单个折环宽度， E 为折环杨氏模量， h 为折环高度， D 为外折环直径， α 1 是与折环 形状有关的参数，正弦形为 1， α 2 是折环总的宽度和 高度之比， n 是折环个数。 当然以上参数过多，而且部分参数是很难准确得到的。所以其意义不在于定量准确计算音盆组的顺性C，而是可以定性理解音盆组的顺性C。知道复合边的形状和材料对音盆组的顺性C的影响。 每个音盆组做好后，在一定的外界条件下（主要是温度和湿度），都具有一个固定的 F0。所以音盆组F0是一个相对值。 注意：由于材料的蠕变效应，采用不同的力驱动音盆组进行测量时，F0会存在差异。在测量设备精度可以保证的前提下，驱动力应尽可能小。 二、音盆组F0的常规测量方法和设备 2.1测试原理 目前音盆组F0的常规测量方法和设备如下图所示 测量原理为：当扫频仪输出扫频信号，作为激励源的扬声器产生振动，通过被测音盆组后腔空气推动被测音盆组振动，并反过来，通过后腔空气，影响激励源扬声器振动系统的振动，使其动生阻抗发生变化。这时候的音盆可以类似看成无源辐射器。 2.2 测试过程中可能会对结果准确度产生影响的因素 （1）温度变化影响。 当外界温度变化时，引起折环材料杨氏模量E的变化，导致顺性C的变化，使Fo发生变化，一般温度升高，C增大，Fo降低。 （2）湿度变化影响。 环境湿度变化，引起锥盆含水率变化，导致E和M的变化，使Fo发生变化。 （3）激励功率的影响。 当激励源输出功率变化时，Fo也会受到影响，一般功率增大，Fo变小。这是由于由于材料的蠕变效应，采用不同的力驱动音盆组进行测量时，F0会存在差异。在测量设备精度可以保证的前提下，驱动力应尽可能小。 以上三点对所有测量方法都具有影响，故应规定在同一温度、湿度和功率范围内测量。 2.3 测试原理可能会对结果准确度产生影响的因素 （1）被测音盆后腔空气影响。 空气是个弹性体，具有一定的等效质量和顺性，并参与振动，其体积大小和密封状况直接引起被测锥盆的M和C的相对值发生变化，从而使Fo偏离真值。 （2）音盆中孔的影响。 常规音盆中间都是有孔的，为了和音圈装配。而孔可以类比于倒相管，会形成谐振，并对最终的测试结果造成影响。尤其是孔对比音盆较大的时候，比如2寸音盆使用1寸的中孔时。 三、通过激光测量音盆组位移的方法来测量音盆组F0 3.1****测试原理 现在有通过激光测量音盆组位移的方法来测量音盆组F0的设备。通过测量音盆组位移最大的频率点，来表示音盆组的F0。 3.2 测试原理可能会对结果准确度产生影响的因素 音盆组F0应该是速度共振频率，但该设备测试的是位移共振频率。 而位移共振频率和速度共振频率不完全等同，其相互之间的关系： 当然，通常情况下音盆组Qm值会比较大，两者之间是比较接近的。但总会有差异，测试到的位移共振频率比实际音盆组的F0会略小。 ...
本文首发于微信公众号「声学号角」 扬声器振膜在空气中运动时，空气对振膜也会产生反作用力，等效扬声器整体的质量将增加。该等效质量一般称为空气随动质量或者空气附加质量。 对小口径扬声器单元，空气随动质量的轻微差异，对整体Mms估算影响不大。但对振动面积比较大，比如8寸以上的低音扬声器，空气随动质量计算的准确性还是有必要研究的。对准确设计音箱也有帮助。 1.自由场测试 一般认为自由场测试时空气随动质量 Mair=2.67*p*a^3=0.394D^3=0.566*Sd^(1.5) p为空气密度（温度20℃时1.18kg/m^3），a为扬声器振膜半径，D为直径，Sd为振膜有效辐射面积。 关于Sd的计算，可以参考下面两篇文章。 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 常用的测试系统都是采用这个计算公式。 例外的是Klippel测试系统，是按上下两侧各有这么多空气随动质量。 而在普遍的认识中，无限大障板才需要按这样上下两侧质量计算。 2.无限大障板测试 一般认为无限大障板按上下两侧空气随动质量计算。 Mair=1.13*Sd^(1.5) 3.扬声器单元工作在音箱中的空气随动质量 很显然，箱体内外的形状对空气随动质量是有较大影响的，内外的空气随动质量也不一样。而且边界复杂的时候，估算起来也比较麻烦。 Beranek提出近似计算公式： 振膜前空气随动质量Mair-front=0.408*Sd^(1.5) 振膜后空气随动质量Mair-rear=0.667*Km*Sd^(1.5) 其中Km≈10^(-(0.462β+0.057），β是振膜面积和障板面积之比。
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」 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