音箱

本文首发于微信公众号「声学号角」 专业音箱工程应用的声场仿真用EASE是比较多的，同类型的软件也很多，比如Odeon，CATT，CARA,Raynoise等等。 从仿真角度来看，声场仿真的主要模型有波动压力声学，热粘性声学，气动声学，以及几何声学。几何声学包括声扩散，和射线声学。 如果采用相对精确的波动压力声学求解，对高频的计算会很蛋疼。因为针对实际的扩声工程应用，空间很大，高频声学的网格必须足够小才能准确计算。计算量会相当大 所以一般是采用射线声学的方法来进行计算求解，当然计算精度会比波动压力声学求解差很多。所以这种软件计算的精确度是有疑问的。理所当然还是要以现场实测和实际听音使用为准，不过可以大致指导现场调整方向。 在使用EASE之类的软件进行扩声系统搭建时，一定要清楚其局限性。除了建模的误差外，理论上这种计算方式本身就是不精确的。 各家音箱公司都会提供EASE的音箱本身的数据供工程施工用。 很多公司也买了EASE的定制版，方便定制化自家的产品，尤其是线阵列的应用。 搞懂这种行业专用软件的原理之后，采用通用的仿真软件做到同样的事情并不困难 。其实利用Comsol或者Matlab都可以做到类似的功能。 下面是一个利用matlab来进行音柱指向性仿真的app，很方便地调节相关的参数。 Leap也可以做音柱的仿真，只是没法考虑太复杂的环境因素，只能在音箱开发时用。 上面是我的个人微信，加我的时候请表明身份，注明来意。

本文首发于微信公众号「声学号角」 01 — AES论文 本文基于丹麦科技大学的Sebastian Tengvall等人在AES上发表的论文《Design and Implementation of a High Efficiency Subwoofer》。 丹麦科技大学是世界顶尖的理工大学之一，也是北欧地区最好的工科大学。丹麦虽然地方不大，但音箱开发传承很久，在世界范围内享有盛誉。比如B&O，丹拿等等。丹麦科技大学的声学专业也很强。 02 — 4阶带通箱设计 设计需求规格： 15寸单元 45Hz到90Hz的带通响应 2.83V输入最小灵敏度98dB 最大容积150L 采用4阶带通箱设计。见下示意图。 常规带通箱的响应曲线： 这种设计频率带宽很好，但效率不够高。 带通箱小信号等效电路模型： 通过等效电路模拟得到的频响和阻抗曲线，输入2.83V，1m，2pi空间。 初步定义前腔和风管谐振频率fb=70Hz 风管长度计算公式 带4个风管的带通箱低音炮实物 实测的频响和阻抗曲线。和模拟有差异。 通过将等效电路模型中fb调节到80Hz。 可以将模拟和测试得到的频响曲线拟合得比较好。但阻抗曲线匹配得不好。 原因有可能是4风管实际等效电路模型会比单风管复杂。也有可能是带通箱内的泄漏和损耗未被充分考虑。 或许可以尝试使用有限元的方式来模拟。 带通箱的调节比倒相箱会更复杂。 点击左下角阅读原文，可以跳转到论文地址。 上面是我的个人微信，加我的时候请表明身份，注明来意。

本文首发于微信公众号「声学号角」 很多时候，有些公司由于条件所限，只能采用房间内测试，或者2pi消音室。一般来说，会把音箱和麦克风都架起来。很容易在某些频率点测到的频响曲线出现很深的谷。类似下图。 这是由于地面反射造成的。 所以在条件有限的前提下，尽可能要么采用地面反射的方法测试，音箱和麦克风都放在光滑的地面上。要么把音箱和麦克风都尽可能架高，离地面越远越好。 或者可以考虑把麦克风离得跟音箱比较近，这样可以忽略反射声。当然这种条件很可能不能算远场了。 下面推导一下由于地面反射造成的音箱测试频响曲线谷的频率计算公式。 参数说明可以参考上面的示意图。总的来说是两个不同声传播路径差异为某个频率声波波长λ的1/2的时候，相位相差180°，刚好反相，所以会造成频响曲线上的谷。 当然这个是非常简化理想化的模型，实际上低频段声场扩散并不能完全按声线作为等效。 空气中声速c0=342.5 m/s 频率f=c0/λ λ/2=(B+C)-A 音箱声中心离地距离a=B*sinα 麦克风离地距离e=C*sinα b=a/tanα c=e/tanα 音箱麦克风地面距离d=b+c 音箱麦克风直线距离A=sqrt((a-e)^2+d^2) 联立以上等式，可以得到频响曲线谷的频率点 f=c0/(2*(a/sinα+e/sinα-sqrt((a-e)^2+d^2))) 其中α=arctan((a+e)/d) 假设一个例子： 音箱声中心离地距离a=1 m 麦克风离地距离e=1 m 音箱麦克风地面距离d=1 m 可以计算得到对应的谷的频率f=138.5 Hz 感兴趣的朋友可以自行验证下。

本文首发于微信公众号「声学号角」 01 — 未来扬声器系统的要求 体积更小 重量更轻 价格更便宜 失真更小 输出效率更高 发热更少 自我保护 精确再现3D空间声场 考虑甚至自适应声学环境 音质独立于聆听位置 02 — 方法和路径 多物理场建模和虚拟样机 有限元法/边界元法/有限体积法等 包括磁场，结构，声场，热，流体等 可以分析所有物理细节 低成本快速验证分析新的想法 辅助工程师在符合物理原理前提下，发挥创造力 3d建模和3d打印 新扬声器原理，新型扬声器单元 径向磁路 双音圈磁路 DML分布式扬声器 压电扬声器 动铁扬声器 MEMS扬声器 新材料 更轻强度更好阻尼复合材料 耐高温音圈线材绝缘层 耐高温胶水 改进优化设计 新制造生产工艺 扬声器阵列 主动控制技术 使用数字信号处理DSP 数字分频滤波器 扬声器单元补偿 时间对齐和校准 EQ均衡器 线性化，失真抵消 热保护和机械保护 空间增强，比如3d音效 听音环境修正，包括房间或车厢等 心理声学效应 - 虚拟低音 优化整个系统设计 使用非线性磁路提高效率 跨学科交流，综合扬声器单元，电子，DSP等进行整体优化 上面是我的个人微信，加我的时候请表明身份，注明来意。

本文首发于微信公众号「声学号角」 01 — 简介 介绍最新AES New York 2018，145th International Pro Audio Convention 仍然是之前介绍新AES大会的文中提到的一篇文章。 “Characterization of Nonlinear Port Parameters in Loudspeaker Modeling”（倒相管非线性参数） 作者Doug Button是Harman的非常资深的工程师。论文中展示了一种估计倒相管非线性参数的新方法。指出倒相管的声质量和声阻是随箱内声压和管内风速变化的。并提出了测试相关非线性参数的方法。 02 — 建模 为便于建模，将倒相管的声质量Ma和声阻Ra近似定义为依赖输入电压。 圆柱形倒相管雷诺数 其中𝜌是空气密度，D是倒相管直径，𝜇是空气动力粘度，𝑞是体积流速。 一般认为Ry>4000为湍流。 装箱后振动系统的非线性动力学方程 针对倒相箱的声场有 03 — 测试 下图是一款音箱，有两个三角形出口的倒相管。 倒相管的声阻Ra随输入电压变化 倒相管的声质量Ma随输入电压变化 下图是另一款音箱，有两个圆形出口的倒相管。 倒相管的声阻Ra随输入电压变化。可以采用2阶多项式拟合。 倒相管的声质量Ma随输入电压变化。可以采用Sigmoid函数拟合。 上面是我的个人微信，加我的时候请表明身份，注明来意。

本文首发于微信公众号「声学号角」 一本刚出的新书《Loudspeaker Modelling and Design: A Practical Introduction》。作者“Geoff Hill”。 从简介和目录来看，介绍了现代扬声器的基本理论，模型构建，设计过程，仿真工具，测试方法等等。对工程师来说非常实用。我比较感兴趣。 亚马逊目前还只能预购，平装版67美金，不过不能直接寄国内。有能买到这本书的请联系我。谢谢！ 亚马逊链接： https://www.amazon.com/Loudspeaker-Modelling-Design-Practical-Introduction/dp/0815361335 简介： In this book, Geoff Hill demonstrates modern software and hardware being applied to the processes behind loudspeaker design and modelling. Modern computing power has progressed to the point that such analyses are now practical for any interested individual or small company. Loudspeaker Modelling and Design: A Practical Introduction examines the process from initial concept through specifications and theoretical simulations and onto detailed design. It demonstrates the processes of design and specification, by using detailed simulations of a loudspeaker driver; sufficient to give re-assurance that a design is practical and will perform as expected. This book brings together many different strands of modelling from electro-magnetic through to mechanical and acoustic. And does so without getting bogged down in detailed theoretical discussions and arguments, this practice-based book shows the techniques used in designing modern loudspeakers and transducers. ...

本文首发于微信公众号「声学号角」 01 — 真力8351 Genelec（真力）是一家芬兰做专业有源监听音箱的公司。当然，有些喜欢监听音箱这种“性冷淡风”的人也会把这些产品用来作为家庭音响系统。 这款产品全称是真力 SAM系列 8351全同轴智能有源监听音箱。是一款三分频同轴的音箱。从正面看过去就像只有独眼一只。但实际上是有1个高音，1个中音，2个低音，总计4个单元。 并非广告。只是看到优秀的产品，忍不住研究下。 02 — 特点 • MDC™ 最低衍射同轴单元， 中、高频单元与箱体之间形成平滑连续的声学表面。这种设计最大程度地降低声染色，提供清晰、稳定的声像定位 ，全面提升解析度。 • ACW™ 声学隐藏式双低频单元，是真力革命性的突破创新。精心的单元排布与精密的声学设计，得以用极紧凑的箱体尺寸实现了高性能的三分频，同时改善低频指向性。 • MaxDCW™ 最大化指向性控制波导， 让音箱的整个前面板形成了一个超大型波导设计。这种突破性的设计拓宽了指向性控制的频率范围，使得轴上及离轴方向在全频带上均具有平直的频率响应。 最疯狂的是这款产品的指向性控制。 垂直方向指向特性图 基本上从300-20kHz声场都是均匀的。这个是非常不容易的。也是这款产品最大的亮点。 水平方向指向特性图 从1k-20kHz声场都是均匀的。 从指向性特性曲线上可以看出，这款产品的最优方式是打横放。 顺便出个思考题：这款产品垂直方向如何做到控制从300-20kHz指向性都很稳定？

本文首发于微信公众号「声学号角」 01 — 扬声器系统低频谐波失真仿真工具 整体软件界面如下图所示 参数输入 查看非线性曲线 输出谐波失真等结果 可以仿真BL(x）,Kms(x)，Le(x)以及闭箱容积等非线性对扬声器和音箱谐波失真的影响。 软件下载地址 “扬声器系统谐波失真仿真 V1.0.exe” 链接：https://pan.baidu.com/s/1thiDPnZnFZuMt8WvZ1rtLw 密码：ghn7 02 — 使用说明 首先同样需要安装matlab运行环境。 下载并运行“MyAppInstaller_web.exe” 链接：https://pan.baidu.com/s/1eTrAQtW 密码：jgkh 参数输入 若希望计算扬声器单元的谐波失真。可以把闭箱容积设置成较大数值，比如1e10 L。 非线性项按4阶多项式表达式进行拟合 BL(x)=BL0+BL1*x+BL2*x^2+BL3*x^3+BL4*x^4 Kms(x)=Kms0+Kms1*x+Kms2*x^2+Kms3*x^3+Kms4*x^4 Le(x)=Le0+Le1*x+Le2*x^2+Le3*x^3+Le4*x^4 可以选择手动输入非线性项的系数，或直接导入非线性曲线。当导入曲线后，对应的系数输入项将禁止输入以进行区别。每一项都可以自由选择输入参数或导入曲线。 数据来源可以是Klippel或有限元模拟软件的结果。 附一个简单的BL(x)，Kms(x)，Le(x)分布曲线作为参考 链接：https://pan.baidu.com/s/1j9MoASCl13RQCVkMVPrDrg 密码：kskt Kms(x) Kms(x)显示的曲线包含单元和整箱的对比 输出位移的上下峰值，直流偏移，以及二次三次谐波失真和THD

本文首发于微信公众号「声学号角」 01 — 低噪倒相管 之前有分享一些倒相管仿真和降低气动噪声的方法： 倒相管曲线 使用Fluent进行倒相管的气动噪声仿真 倒相管噪声与形状优化 降低风管噪声的方法很多，下面这种只是其中之一。大体的目的是让倒相管缓慢扩张延展，使得风噪声降低。 02 — 低噪倒相管设计工具 根据经验，开发了一个低噪倒相管的设计工具。 链接：https://pan.baidu.com/s/1c4hgUgo 密码：iki7 可以计算弯管的等效半径，Fb等参数。 可以自由调整管中段直伸比例，和出口扩张系数，最小半径和出口半径等参数。 可以考虑在箱体容积中扣减和不扣减倒相管体积两种情况，底部有一个切换按钮。同时会考虑倒相管壁厚的容积影响。 同样需要安装matlab运行环境，详细安装方法和软件参考 小工具更新优化 公开自己写的两个小工具

本文首发于微信公众号「声学号角」 01 — 衍射的频域仿真 非无限大声场边界会产生声衍射，从而对扬声器的辐射阻抗产生影响，影响远场的频响曲线。 以下是2011年的国标“扬声器主要性能测试方法”中标准测试箱体的衍射修正曲线。 对不同箱体的衍射效应的定量的描述，很多资料上都有提到。 仿真拟合出无限大障板和实际箱体的响应差异 02 — 衍射的时域仿真 在频域中应用的有限元方法可以发现衍射效应。但是激励信号主导声场，所以分离出衍射的影响是很困难的。 时域仿真可以克服这些问题，实现声场的及时分离。 本文演示如何使用时域有限元分析来模拟音箱的衍射。 给产品一个单周期高斯脉冲作为激励 声场时域响应分布 方形音箱 球形音箱 可以看到方形音箱边角衍射比球形明显 其他产品 箱体正前方0.17m处响应曲线 方形音箱 球形音箱 可以看到方形音箱波形不够完整，幅度相对较大 频域结果 蓝色是激励信号，绿色是衍射影响 方形音箱 球形音箱 方形音箱受到衍射影响更大