COMSOL 扬声器设计和仿真 26 讲

课程简介 「如何成为电声高手」系列扬声器专项篇。基于 COMSOL 6.1 和 Microcap 12,系统讲解动圈式、微型、动铁、带式、压电、静电、号角等各类扬声器的设计与仿真方法,以及无源/有源扬声器系统和扬声器阵列仿真。 你将收获 掌握各类扬声器的 COMSOL 设计和仿真方法 掌握扬声器系统(音箱)的设计和仿真:封闭箱、开口箱、无源辐射器、带通箱、侧出音箱 掌握无源分频器的设计和计算 理解有源扬声器系统框架 扬声器阵列仿真能力 课程大纲 章节 内容 第一章 动圈式扬声器(简介 / 磁路 / 结构 / 频响 / 等效电路 / 失真仿真) 第二章 微型扬声器(简介 / 磁路 / 结构 / 频响仿真) 第三章 动铁扬声器(简介 / 磁路 / 结构 / 频响仿真) 第四章 带式扬声器 第五章 压电扬声器 第六章 静电扬声器 第七章 号角扬声器 第八章 无源扬声器系统(计算工具 / 封闭箱开口箱带通箱 / 无源辐射器 / 侧出音 / 分频器) 第九章 有源扬声器系统 第十章 扬声器阵列 适合人群 电声产品(扬声器、音箱、耳机)研发工程师 声学仿真工程师 从事电声研究的师生

2023-08-27 · 1 分钟 · 72 字 · 辜磊

扬声器 2D 和 3D 仿真 APP 工具

课程简介 基于 COMSOL 6.3 打造的扬声器仿真 APP 工具课程。提供 2D 轴对称和 3D 全模型两套仿真 APP,无需手动搭建模型,点击即可输出磁场分布、BL 值、频响曲线等关键数据,让研发周期缩短 50%。 购买即获仿真 APP 工具 + 视频教程。 你将收获 使用 APP 快速进行扬声器磁路、结构、频响仿真 2D 轴对称模型快速验证方案 3D 全模型精准还原真实场景 可根据需求修改 APP 和输出结果 课程大纲 讲次 内容 第 1 讲 扬声器 2D 仿真 APP 第 2 讲 扬声器 3D 仿真 APP 适合人群 电声产品(扬声器、音箱、耳机)研发工程师 声学仿真工程师

2025-03-14 · 1 分钟 · 50 字 · 辜磊

BL 和 Le 从来不是两件事——扬声器非线性的磁通统一视角

动态 BL(x) 为什么会分叉?Le(x) 仿真与 Klippel 实测为何总对不上?从磁通匝链 ψ(x,i) 的第一性原理出发,把 BL、Le、磁阻力统一到同一个物理图像,并给出仿真与实测的对齐要点。

2026-06-28 · 2 分钟 · 293 字 · 辜磊

MEMS 扬声器,声学界的"下一件大事"还是"镜花水月"?

MEMS 扬声器,声学界的"下一件大事"还是"镜花水月"? 近年来,MEMS扬声器(微机电系统扬声器)无疑是音频行业最炙手可热的话题之一。从xMEMS的高调亮相,到USound在TWS耳机和AR眼镜中的频频布局,再到巨头们若隐若现的研发身影,似乎都在预示着一场颠覆性的技术革命即将来临。 宣传中的优势令人心动:颠覆性的尺寸、卓越的高频性能、半导体工艺带来的极致一致性、以及更低的功耗……这一切,都让它看起来像是为TWS耳机、AR/VR眼镜和可穿戴设备量身打造的完美发声器件。 然而,作为在声学领域摸爬滚打了多年的工程师,我们更习惯于拨开市场的喧嚣,回归物理和工程的本质。MEMS扬声器真的是无懈可击的“银弹”吗?它距离真正取代传统动圈单元,还有多远的路要走? 今天,我们就以客观、审慎的视角,深入探讨这项技术的真实面貌,直面其核心的技术瓶颈,并探寻可能的破局之路。 Part 1. 无法抗拒的吸引力:MEMS扬声器的“阳面” 要理解MEMS扬声器的潜力,首先要明白它与传统动圈单元的根本区别。 传统动圈扬声器是“电磁转换”的宏观机械系统,依赖于音圈、磁路和振膜的复杂协作。而主流的MEMS扬声器(主要是压电式)则是“电致伸缩”的微观固态器件,通过施加电压让压电薄膜材料直接产生形变来推动空气发声。 这种根本性的差异带来了几大核心优势: 极致的小型化与集成度:作为半导体工艺的产物,MEMS扬声器可以做到极小、极薄,并且支持SMT表面贴装,能够像一颗芯片一样被“焊接”在PCB板上。这为空间寸土寸金的TWS耳机、助听器、AR/VR眼镜等产品提供了前所未有的设计自由度。 卓越的高频响应与瞬态表现:MEMS扬_._声器的振膜质量极轻,刚性极好,几乎没有动圈单元中音圈、弹波等带来的机械惯性。这使得它拥有闪电般的瞬态响应速度和极佳的高频延伸能力,理论上可以轻松覆盖到40kHz甚至更高,这对于实现高解析度音频(Hi-Res)和精准的空间音频定位至关重要。 无与伦比的一致性与可靠性:脱胎于晶圆厂的MEMS扬声器,其单元间的一致性远非依赖人工组装、胶水固化的传统动圈单元可比。这种高度的一致性对于多单元阵列设计、精确的DSP校正以及保证大规模量产的品控都具有非凡的意义。同时,其固态结构也天然具备更好的防水、防尘、抗冲击能力。 Part 2. 冷酷的现实:必须直面的四大技术瓶颈 尽管前景光明,但MEMS扬声器在走向主流的道路上,依然面临着几座难以逾越的大山。这些瓶颈,每一个都切中要害。 瓶颈一:低频“原罪”——无法摆脱的位移(Xmax)限制 这是MEMS扬声器最根本的物理限制。声压级(SPL)的产生,本质上是振膜推动空气的结果,其核心是“体积位移”(振膜面积 Sd × 振膜位移 Xmax)。 我们知道,在低频段要维持足够的声压,振膜需要有足够大的位移。然而,MEMS扬声器的振膜位移(Xmax)是以微米(μm)计算的,与动圈单元毫米(mm)级别的位移相去甚远。这导致其在低频段的声输出能力严重不足。 这也是为什么目前市面上大多数采用MEMS的方案,都选择了“混合动力”:用MEMS单元负责人声和高频,同时保留一颗传统动圈单元来负责“动次打次”的低频。但这无疑也削弱了MEMS在尺寸和集成度上的部分优势。 瓶颈二:最大声压级(Max SPL)的天花板 受限于小尺寸和微位移,单个MEMS扬声器的最大输出声压级也存在明显的天花板。对于许多追求大声压、大动态的消费类音频产品而言,要单靠MEMS达到120dB甚至130dB的峰值SPL(耳内,用于主动降噪),目前来看挑战巨大。 瓶颈三:驱动电路的“不兼容”难题 这是工程师在系统集成时最头疼的问题之一。 • 传统动圈单元:低阻抗(8-32Ω)、低电压(~1V)、大电流驱动。 • 压电式MEMS单元:高阻抗(纯容性负载)、高电压(20-40V甚至更高)、微电流驱动。 两者的驱动方式截然不同。这意味着,你无法用一颗标准的音频Codec芯片直接驱动MEMS扬声器。系统必须额外增加一颗专用的高压驱动IC(通常包含一个Charge Pump升压电路)。这颗“伴侣芯片”不仅增加了BOM成本和PCB面积,还可能引入额外的噪声和功耗,成为系统设计中新的掣肘。 瓶颈四:成本与良率的“达摩克利斯之剑” 虽然半导体工艺听起来很“高大上”,但也意味着高昂的门槛。一条MEMS产线的投入是天文数字,前期的研发、流片、验证周期漫长且烧钱。在量产初期,如何保证复杂微观结构的制造良率,是所有厂商面临的巨大挑战。 相比之下,传统动圈单元的产业链已经极度成熟,技术迭代完善,成本控制到了极致。在可预见的未来,MEMS扬声器的成本仍将远高于同等规格的动圈单元,这决定了它短期内只能是“高端”或“特殊”应用的代名词。 Part 3. 破局之路:系统思维下的多维创新 面对上述瓶颈,破局之路绝非单一技术的突围,而是一场涉及材料、声学、电子和算法的“系统战”。 路径一:从“芯”出发——材料与结构的革新 这是最底层的创新。研发具有更高压电系数(d31/d33)的新型薄膜材料,可以在相同驱动电压下获得更大的振膜位移。同时,通过优化MEMS的微观机械结构,如采用更高效的悬臂梁、弯曲梁或微型穹顶设计,能够将压电材料的形变更高效地转化为空气的振动。 路径二:阵列化与声学设计的“魔法” 既然单个单元的输出有限,那么“团结就是力量”。 • 多单元阵列:通过集成多个MEMS单元构成阵列,可以线性叠加有效振动面积(Sd),从而大幅提升总输出声压级和低频性能。这非常考验声学设计和信号处理能力。 • 精巧的声学腔体:为MEMS单元量身定制高度优化的声学腔体、耦合结构、号角或传输线,可以像给发动机装上涡轮增压一样,显著提升其在特定频段的声输出效率。 路径三:DSP算法——MEMS的“灵魂伴侣” MEMS扬声器极高的一致性,使其成为DSP算法最理想的发挥平台。 • 非线性补偿:可以精确建模并实时补偿其在极限位移下的非线性失真。 • 心理声学低音增强:既然物理低音不足,可以通过算法(如MaxxBass)智能生成谐波,“欺骗”大脑,创造出丰满的低频听感。 • 极限安全保护:利用精准的反馈和前馈算法,让单元在安全范围内,动态地输出最大声压,榨干每一分性能。 路径四:芯片与单元的“协同进化” 未来的终极解决方案,必然是驱动IC与MEMS单元的深度耦合与协同设计。将升压电路、功放、保护算法等功能高度集成,甚至与音频Codec整合,打造出低成本、小体积、高效率的“音频SoC”,才能真正扫清系统集成的障碍。 Part 4. 市场展望与最终思考 综合来看,MEMS扬声器并非要“杀死”动圈单元,而是在开辟一个新的战场。 短期内(1-3年),它的核心战场将是: • TWS耳机:以“MEMS高音+动圈低音”的混合方案为主,主打高清音频和空间音频体验。 • AR/VR眼镜:对尺寸、重量、功耗要求极致,是MEMS扬声器理想的用武之地,可实现开放式、近耳、高私密性的音频体验。 • 高端助听器:对一致性、可靠性和清晰度要求极高,MEMS是完美选择。 中远期来看,它将面临的挑战是: 智能音箱、Soundbar、汽车音响等需要大声压、真低频的场景,在可预见的未来,依然会是传统电声技术的天下。 结论 ...

2026-06-07 · 1 分钟 · 82 字 · 辜磊

吹响声学的号角:L-Acoustics如何用WST理论,为现代扩声指明方向?

本文首发于微信公众号「声学号角」 如果你去过任何一个大型音乐节、顶级演唱会或重要体育赛事,你一定会看到舞台两侧悬挂着的、向下弯曲的黑色音箱“长龙”。 它已经成为现代大型扩声的标志性符号。 但你是否想过,为什么音箱要这样排列?这背后蕴含着怎样的声学原理? 今天,我们不聊那些家喻户晓的百年老牌。我们来聊一个相对年轻,却用纯粹的物理学理论颠覆了整个专业扩声行业的公司——L-Acoustics。它的故事,始于一位物理学博士对声音本源的探索,也完美诠释了“声学号角”一直推崇的理念:一切皆可计算与建模。 混乱的“声墙”与梳状滤波的诅咒 在线阵列诞生之前,大型扩声的方式简单而粗暴:将无数个点声源音箱堆叠在一起,形成一面“声墙”,试图用数量对抗距离。 然而,物理规律是无情的。多个离散声源发出的声音在空间中相遇,必然产生干涉。在某些区域,声波相位相同,能量增强;而在另一些区域,相位相反,能量抵消。 这种干涉效应反映在频率响应上,就是一条布满尖锐“波谷”的曲线,看起来像一把梳子,因此得名“梳状滤波” (Comb Filtering)。它像一个诅咒,让听众听到的声音变得支离破碎、面目全非,无论音箱本身多么优秀,都无济于事。 面对这个行业难题,大多数人选择修修补补。而拥有物理学博士学位的 Christian Heil 却选择回到原点,从第一性原理出发,思考一个终极问题: 如何让多个独立的扬声器,像一个“连续”的声源一样协同工作,共同塑造一个完美、可控的波阵面? WST理论:定义现代线阵列的五大“物理戒律” 1992年,Christian Heil发表了石破天惊的《波阵面雕塑技术》(Wavefront Sculpture Technology, WST)理论。它没有耍任何“玄学”,而是清晰地提出了实现理想线声源耦合的五个物理准则。这五条准则,成为了后续所有现代线阵列音箱设计的“圣经”。 完善版本的WST论文,长按下方二维码识别即可阅读和下载 戒律一:单元间距准则 “在要耦合的频率范围内,相邻声源的中心间距必须小于一个波长。” 更严格地说,是小于半个波长(d < λ/2)。 这是打破梳状滤波诅咒的第一刀。它从物理上保证了在指定频率之下,相邻单元的声波在空间中不会产生显著的相位差,从而避免了破坏性的干涉。 戒律二:曲率准则 “阵列的曲率决定了波阵面的形状。” 当线阵列是直线时,它产生的是平面波,适合远距离投射。当线阵列弯曲时,它产生的是曲率连续的弧形波阵面,可以均匀覆盖从近场到远场的弧形观众区。WST理论让工程师可以通过精确计算每个箱体间的角度,来“雕塑”出所需要的波阵面,实现对覆盖区域的精准控制。 戒律三:耦合准则 “将球面波转换为柱面波。” 这是WST理论的“黑科技”核心,也是L-Acoustics的专利技术——DOSC波导管。传统的球顶高音单元发出的是球面波,直接堆叠必然干涉。而DOSC波导管是一个特殊设计的声学透镜,它巧妙地将高音单元发出的球面波,转换为一段“等弧度”的柱面波。 当多个装有DOSC波导管的音箱垂直排列时,它们各自产生的柱面波可以像乐高积木一样,无缝地拼接在一起,形成一个连续、连贯、没有干涉的宏大波阵面。 戒律四 & 五:相干性与指向性准则 WST理论还规定了阵列中所有单元的声学中心必须共面(保证时间一致性),并且阵列的垂直指向性由其总长度和弯曲度共同决定。 这五条准则环环相扣,共同构成了一个严谨的物理模型。L-Acoustics基于它推出的第一款产品 V-DOSC,不仅宣告了WST理论的成功,也开创了整个现代线阵列时代。 系统化思维:从物理模型到工程闭环 L-Acoustics的成功远不止WST理论。它真正强大之处,在于将物理学思维贯彻到了从设计、仿真到现场部署的每一个环节,形成了一套完整的工程闭环。 驯服低频:心形超低音魔法 低频因为波长很长,指向性极差,导致舞台上低频能量泛滥,干扰表演者和话筒拾音。L-Acoustics大力推广心形指向性超低音技术。通过精确布置多个超低音单元,并施加特定的延时和反相处理,让能量在前方相长叠加,在后方相消抵消。 心形指向性耦合超低音音箱 预见未来:Soundvision软件定义扩声 L-Acoustics的 Soundvision 软件是其系统化思维的最佳体现。它不只是一个模拟工具,而是一个贯穿设计、模拟、部署、校准全流程的平台。工程师在软件中建立场地三维模型,导入音箱数据,模拟声场覆盖(SPL Mapping),软件会自动计算出最优的阵列吊挂角度。最终生成的报告可以直接指导现场团队施工,并将配置参数一键发送到功放控制器。 这实现了从虚拟模型到物理硬件的无缝对接,是系统工程思想的极致体现。 ...

2025-07-28 · 1 分钟 · 61 字 · 辜磊

扬声器盆架拓扑优化——用COMSOL给扬声器“瘦身增肌”!

本文首发于微信公众号「声学号角」 设计扬声器时,我们总想让盆架既“硬”又“轻”。太软会谐振产生杂音,太重则增加成本。传统设计依赖经验,效率不高。今天,我分享一个仿真模型——拓扑优化 (Topology Optimization)。 什么是拓扑优化? 简单说,拓扑优化就是让计算机帮你自动设计。你只需告诉它三件事: 初始材料范围:比如一个实心金属块。 优化目标:比如“总弹性应变能最小”。 约束条件:比如“最终用料减少70%”。 算法会在遵循物理定律的前提下,自动“雕刻”掉非必要的材料,只留下最关键的传力路径,形成最优结构。 扬声器盆架优化实战:COMSOL模板流程 下面是一个简化的COMSOL分析流程,核心是参数化和流程化,让你能快速上手。 第一步:定义模型与物理场 首先,在COMSOL中建立一个简单的几何模型,区分出必须保留的非设计域(如安装法兰边)和可以优化的设计域。然后,施加固定约束,模拟盆架的实际安装状态。 第二步:设定优化任务 在「优化」模块中,我们设定: 目标函数:最小化 -> 总弹性应变能。 对于一个承受给定载荷的线性弹性结构,最小化其总应变能等效于最大化其整体刚度(Stiffness) 物理意义:更“硬”的结构,能量存得更少 对于承受恒定载荷的线性弹性结构,刚度最大化与总应变能最小化是等价的。 约束条件:体积分数 -> 小于0.3(即减重70%)。 第三步:求解与结果解读 运行求解后,COMSOL会生成一张密度云图。图中红色部分(密度为1)就是优化后建议保留的材料,它清晰地展示了力从中心传递到边缘的最优路径,充满了工业美感。 最后,我们将结果导出为STL等格式,在CAD软件中重构,即可用于3D打印或开模制造。 不止于扬声器:拓扑优化的广阔舞台 当然,拓扑优化的应用远不止扬声器盆架。这项强大的技术正被广泛应用于各个领域,追求极致的轻量化和高性能: 声学产品:从耳机头梁到麦克风的防震结构,再到大型音响的箱体加强筋,凡是需要高刚性、低重量的地方,都有它的用武之地。 汽车工业:从底盘部件到发动机悬置,通过优化设计,可以在保证安全性的前提下,有效降低车身重量,提升经济性和操控性。 总结:从“经验”到“计算”的跨越 拓扑优化技术,能帮助我们科学地设计出性能更优、成本更低、研发更高效的声学产品。这代表了设计思维从依赖经验到相信计算的巨大转变。 视频:付费后可见 完整原始APP模型:公众号后台回复(非文章留言) 附comsol6.3安装包 付费用户可以赠送1位朋友免费阅读此文的机会

2025-07-20 · 1 分钟 · 38 字 · 辜磊

微型扬声器性能革新:智能功放 (Smart PA) 技术精要

本文首发于微信公众号「声学号角」 在便携式电子设备对轻薄化与高品质音频体验的双重追求下,智能功放 (Smart PA) 技术已成为在有限物理空间内实现卓越声学表现的关键。Smart PA 是一套集精密感知、智能决策与动态控制于一体的系统,旨在突破微型扬声器的固有物理限制,优化其声学性能。 Smart PA 技术概述与核心目标 传统功放为保护微型扬声器常限制输出,导致音量不足与低频妥协。Smart PA 通过实时状态监测、复杂算法处理与动态参数调整,致力于实现三大核心目标:最大化声学潜能,在确保扬声器安全的前提下驱动其达到最大输出;优化音质表现,通过校正缺陷、增强低频及抑制失真,提供更优越听感;以及保障系统可靠性,通过精确保护机制防止扬声器因过热或位移超限而损坏。简而言之,Smart PA 技术旨在使微型扬声器在其安全工作区内接近极限运行,实现音量与音质的双重提升。 Smart PA 硬件架构精解 Smart PA 系统硬件高度集成,主要模块包括: 1. 数字信号处理器 (DSP):控制核心,执行扬声器保护及音频增强算法。 2. 数模转换器 (DAC):转换 DSP 处理后的数字音频流为模拟信号。 3. 功率放大级 (PA):通常为高效 D 类放大器,常与 G/H 类升压转换器协同工作,动态调节电源轨以优化能效与输出。 4. I/V 传感电路:关键反馈环节,实时监测扬声器电流电压,数据反馈至 DSP 形成闭环控制。 这些模块的高度集成确保了极低的信号处理与反馈延迟,对扬声器保护机制的瞬时响应至关重要。选型需权衡性能(处理能力、输出功率、THD+N、SNR)、功耗、尺寸、成本及热管理。 Smart PA 核心算法机制 算法是 Smart PA 的智能核心,主要涵盖扬声器保护、音频增强及功率优化。 1. 扬声器保护算法 此为 Smart PA 的首要功能,确保扬声器在高功率驱动下的安全。 • 扬声器建模:精确的扬声器机电及热特性参数是保护策略的基础。 • 位移控制:通过 I/V 传感和模型预测振膜位移,当接近 Xmax(最大线性位移)时,主动介入以防物理损坏和失真。 • 热保护:估算音圈实时温度,当接近 Tmax(最高允许温度)时限制功率,防音圈过热。 • 非线性控制与线性化:采用预失真或自适应控制补偿扬声器非线性,输出更纯净音频。 2. 音频增强算法 在有效保护基础上,通过算法优化听觉体验。 • 均衡 (EQ):应用参数或感知均衡校正扬声器固有频响缺陷。 • 动态范围压缩 (DRC):提升感知响度并控制动态。多段 DRC 可对不同频段独立压缩,保持音色平衡与细节。 ...

2025-05-25 · 1 分钟 · 144 字 · 辜磊

动圈式扬声器电声转换原理与设计分析

本文首发于微信公众号「声学号角」 扬声器是音响系统中不可或缺的器件,其性能直接决定了声音的还原质量与听感体验。常见的扬声器类型中,以动圈式扬声器最为普遍。本文将深入探讨动圈式扬声器的电声转换原理,并给出详细的公式推导和设计分析。 一、动圈式扬声器的基本构造与工作原理 典型的动圈式扬声器由以下几个关键部件构成: 音圈(Voice Coil):通电后产生磁场,与磁路相互作用; 磁路系统(Magnetic Circuit):提供恒定磁场; 振膜(Diaphragm):受音圈带动而振动,推动空气产生声音; 悬挂系统(Suspension):包括弹波和折环,保证音圈垂直运动的同时限制横向位移。 动圈式扬声器的工作原理为:当交流电流(音频信号)输入音圈时,由于电磁感应作用,音圈与磁路之间产生作用力驱动振膜前后运动,振膜的振动推动空气产生声波辐射,实现电能向声能的转换。 二、电磁换能过程与公式推导 动圈式扬声器的电声转换本质上是电磁能量转换过程,根据洛伦兹力定律(Lorentz Force Law),音圈受到的作用力 可以表示为: 其中: :作用于音圈的电磁力(单位:牛顿,N) :气隙磁场磁感应强度(磁通密度)(单位:特斯拉,T) :音圈绕组的导线有效长度(单位:米,m) :通过音圈的电流(单位:安培,A) 音圈的电磁力推动振膜振动,振膜运动方程可以用经典的质量-弹簧-阻尼系统来描述: 其中: :扬声器振动系统的等效质量(单位:kg) :机械阻尼系数(单位:N·s/m) :悬挂系统的刚度系数(单位:N/m) :音圈振膜系统的位移(单位:m) 将电磁力表达式代入上述方程得: 此即扬声器机电耦合的基本微分方程。 三、扬声器电气等效阻抗模型 扬声器音圈同时具有电气特性,可用电气等效阻抗模型来表示: 音圈的电压与电流关系可以表示为: 其中: :扬声器输入电压(单位:V) :音圈电阻(单位:Ω) :音圈电感(单位:H) :反电动势(Back EMF) 由于扬声器振动音圈切割磁场线圈产生反电动势,依据法拉第电磁感应定律: 在频域分析中,使用复数表示: 位移 、电流 、电压 满足: 而机械方程在频域中为: 联立上述两个方程,消去位移 ,可得到扬声器的电气输入阻抗表达式: 四、扬声器灵敏度与效率分析 扬声器的重要指标“灵敏度”(Sensitivity)定义为在特定输入电压下扬声器在特定距离处的声压级,通常以 dB SPL 表示: 扬声器的效率(Efficiency)定义为输出声功率 与输入电功率 之比: 扬声器输出声功率 可通过振膜辐射声学阻抗的概念确定: 其中: :扬声器辐射声学阻抗的实部,表示声辐射的阻力(单位:N·s/m) :振膜速度幅值(单位:m/s) 根据振膜速度和位移关系 ,以及前述位移与电流、输入电压之间的关系,可进一步具体计算扬声器的灵敏度和效率。 五、设计优化考量因素 在实际设计中,需要综合考虑以下因素以优化性能: 磁路设计:提高磁感应强度 ,可增加电磁转换效率; 音圈设计:合理选择导线长度 、线径,优化阻抗匹配; 振膜设计:降低质量 提升灵敏度,同时兼顾刚度和阻尼特性; 悬挂系统设计:适当的弹性系数 和阻尼 ,实现合理的频响特性与稳定性。 六、总结 动圈式扬声器的电声转换过程本质上是电磁力驱动的机械系统振动过程,通过系统性的公式推导与分析,可以清晰理解扬声器的工作原理和关键设计参数的影响。扬声器的设计与优化是一项多变量权衡过程,需综合考虑电气、磁路、机械和声学等方面因素,以达到声音还原的理想状态。

2025-04-25 · 1 分钟 · 75 字 · 辜磊

声频(音频)系统简介

本文首发于微信公众号「声学号角」 01 — 声频系统的组成 声频系统(Audio System)也称为音响系统(Sound System)、音频系统、电声系统。工业界称音频系统比较多,但学术界还是称声频系统更准确,因为涉及到声的产生、传播、接收等过程。 声频系统通常指在电视台、剧院、电影院、体育馆、家庭等场所中,用于扩声或录音的设备组合。一般称为声频设备或者音响设备。 常见的包括 声频放大器,包括前置放大器、传声器放大器、功率放大器 节目源设备,或称为信号源设备、声源设备,如CD机、录音机、收音机、手机等 电声换能器,如扬声器、耳机、传声器(麦克风),传声器同时也是信号源 声频信号处理设备,均衡器,降噪器,延时/混响器,压缩/限幅器,数字信号处理器(DSP) 调音台,可以看成是声频放大器和声频信号处理器的组合 不同的设备可以组成各种类型的声频系统,以适应不同场合以及需求。 02 — 扩声系统 扩声系统(Sound Reinforcement System)是将传声器、CD机、录音机等信号源传输过来的语音或者音乐信号进行放大、控制以及美化加工,最终送到扬声器或耳机,还原声音信号/声场信息供人聆听。 室外扩声系统包括车站,码头,广场,露天演出等场所。 室内扩声系统包括: 厅堂扩声系统,礼堂、剧院、电影院、音乐厅的专业音响系统,或者家用音响系统 公共广播系统,如酒店、公司、学校、农村等常见的公共广播,或者用于餐厅、商场、银行等背景音乐系统 多媒体会议系统 一个最简单的单声道厅堂扩声系统示意图,结构简单,功率较少 下图是一个高保真立体声家庭扩声系统示意图,以放大器为中心组成,也可以组成家用卡拉OK系统。 下图是一个多功能厅堂专业扩声系统示意图,以16路调音台为中心组成,适用于剧院、礼堂、影院厅、演唱会等。 一种简单的自动混音会议系统 03 — 录音系统 录音系统(Sound Recording System)是将传声器、CD机、其他录音设备的信号源传输过来的声频信号进行放大、控制以及加工美化,最终把声音信号/声场信息等记录下来,待需要时再通过其他重放设备还原成声音。 录音系统按录音工艺可以分成同期录音和分期录音;按信号处理方式不同可以分为模拟录音系统和数字录音系统。 同期录音(Realtime Recording)要求所有乐器和人声同时演奏或演唱。一般用于旋律表现力强的交响乐/合唱等节目。各类会议/演出的现场实况录音(Live Recording)也是典型的同期录音例子。 按录音现场情况,同期录音也可以分为“相同空间同期录音”和“不同空间同期录音”两种。 相同空间同期录音,是指所有乐器和人声都在统一空间,比如音乐厅或录音棚。 优点是各声源交流更自然,声音融合较好,空间形象和分布自然。 不足之处是如果以多声道进行同期录音,则各路信号的隔离不好,想对某一声源信号进行单独补偿就不方便,而且不能轻易改变声像。 录音棚同期录音系统示意图 不同空间同期录音,是指把各部分声源分开不同的隔声房间进行同期录音 优点是提高了多声道录音时各信号的隔离度,便于单独对各路信号进行加工处理。 但不同空间声音合成时,容易出现多重空间感,各声部融合性差。 分期录音是指将音乐各声部乐器,以及人声单独进行录音,然后再合成在一起。最大优点是各声部没有串音问题,可灵活对各声源信号进行加工处理,也容易单独重新录制。后期加工整理合成创作余地非常大。 整个声频/音频系统说简单也简单,也就那么多东西,但做好也确实不容易。

2022-06-07 · 1 分钟 · 50 字 · 辜磊

介电弹性体扬声器的声振耦合建模

本文首发于微信公众号「声学号角」 介电弹性体膜是能够变形的柔软电活性材料。当在空腔上膨胀时,薄膜会发出声音,因此可以用作扬声器。 通过建立介电弹性体膜的完全耦合有限元模型,可以详细分析其振动和声学性能。涉及到的物理场包括静电,结构,声学等。 弹性体膜通常为硅树脂或丙烯酸树脂)制成,夹在两个电极之间。电极通常由导电油脂或碳粉制成。 当在电极之间施加高电压时,膜变薄并且面积扩大可以超过100%。可以利用这种面积变化来产生体积位移,该体积位移会发出声音。 膜片可以做成平的或者半弯曲的形状。 介电弹性体扬声器一般都需要一个非常高的直流偏置电压。 有限元的模型和网格划分见下图。PML完美匹配层一般会划分成更规则的形状,以便更好地吸收边界声波,减小反射。 频率响应函数通过三种方法计算: FEM有限元分析:针对所有感兴趣的频率,直接多物理场耦合求解系统模型; 模态:计算前250阶模态响应,包括PML层,再进行模态叠加求解频率响应; 模态KH:使用Kirshoff-Helmholtz积分将使用模态方法计算的近场压力传播到远场。使用与模态方法相同的方法。下图中Receiver是指积分的接收器位置。 三种方式仿真出来的频响曲线对比: Demo实测: 实测频响曲线: 指向性:

2021-10-06 · 1 分钟 · 16 字 · 辜磊