本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種安裝在有限大障板上的軸對稱揚聲器的諧波失真的近似計算方法，屬于數(shù)值仿真計算和揚聲器設(shè)計領(lǐng)域。該方法先計算在無限大障板或無障板條件下的軸對稱揚聲器的諧波失真特性，以及基頻的1～5倍頻率點的聲壓級頻率響應(yīng)；再通過將一塊大障板近似看成由許多塊扇形小障板拼接而成的，利用2D軸對稱仿真分析方法可得到各個扇形障板影響下的聲壓，再組合得到在所需分析的障板條件下的聲壓級頻率響應(yīng)特性；最后再根據(jù)公式計算得到有限大障板條件下的軸對稱揚聲器的總諧波失真THD和2～5次諧波失真HD2～HD5。采用本方法可以快速、準(zhǔn)確地計算各種軸對稱揚聲器安裝在各種有限大障板上的諧波失真特性。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于數(shù)值仿真計算和揚聲器設(shè)計領(lǐng)域，涉及2D軸對稱揚聲器在有限大障 板條件下的諧波失真仿真分析方法。
技術(shù)介紹
隨著揚聲器應(yīng)用場合的日益擴(kuò)大和其重要性的不斷提升，揚聲器仿真計算方法也 在迅速發(fā)展，尤其是隨著用戶對揚聲器的音質(zhì)的要求不斷提高，對揚聲器諧波失真等非線 性特性的仿真方法開始出現(xiàn)并受到重視。多數(shù)揚聲器都是軸對稱的（旋轉(zhuǎn)體），在仿真中可 以采用2D軸對稱模型描述，但揚聲器測量一般是安裝在矩形的標(biāo)準(zhǔn)聲障板上，這樣的矩形 障板無法用2D軸對稱模型描述。由于2D軸對稱揚聲器諧波失真特性的仿真方法本身計算 量已經(jīng)很大，要采用3D模型計算揚聲器諧波失真目前幾乎是不可能的。因此以往的揚聲器 諧波失真特性仿真計算只能選擇采用無限大障板或無障板的條件，這使得仿真結(jié)果不能與 實際揚聲器產(chǎn)品的測量結(jié)果做直接比較，也不符合電聲工程師的習(xí)慣。 所述的障板一方面在正面方向起到聲反射作用，另一方面是在背面方向影響聲繞 射距離。業(yè)界有一些研究分析了這兩種因素，給出一些矩形障板對揚聲器頻率響應(yīng)特性影 響的近似結(jié)果，但這些分析本身比較粗略，分析結(jié)果誤差也較大。目前尚未見有在有限大障 板條件下諧波失真特性仿真的報道。
技術(shù)實現(xiàn)思路
針對上述問題，本專利技術(shù)提出一種在揚聲器仿真分析中，針對2D軸對稱揚聲器安裝 在標(biāo)準(zhǔn)障板或其它尺寸的矩形障板甚至其它形狀的有限大障板上，諧波失真的近似計算方 法； 該方法先計算在無限大障板或無障板條件下的軸對稱揚聲器的諧波失真特性，以 及基頻的1~5倍頻率點的聲壓級頻率響應(yīng)；再通過將一塊大障板近似看成由許多塊扇形 小障板拼接而成的，利用2D軸對稱仿真分析方法得到各個扇形障板影響下的聲壓，再組合 得到在所需分析的障板條件下的聲壓級頻率響應(yīng)特性；最后再根據(jù)公式計算得到有限大障 板條件下的軸對稱揚聲器的總諧波失真THD和2~5次諧波失真HD 2~HD 5; 本專利技術(shù)提及的在有限大障板條件下諧波失真的近似計算方法，具體步驟是： 對任意指定的電壓激勵信號幅值Ua和任意頻率f B: 1)使用揚聲器諧波失真的2D軸對稱仿真分析方法，計算揚聲器在無限大障板條 件下或無障板條件下，在電壓激勵信號幅值為U a，頻率為&時，揚聲器正前方指定點處的諧 波失真特性，尤其是基頻幅值4和2到5次諧波的幅值A(chǔ) 2到A 5; 具體步驟為： (1)在有限元分析軟件中繪制揚聲器的幾何模型及空氣域幾何模型； (2)在有限元分析軟件中對建立的幾何模型進(jìn)行材料特性定義、物理場環(huán)境設(shè)置、 網(wǎng)格劃分和邊界條件定義，得到有限元模型； (3)利用有限元分析軟件對上述有限元模型進(jìn)行三場耦合瞬態(tài)求解，得到揚聲器 在空間指定點處產(chǎn)生的時域聲壓信號； (4)對時域聲壓信號的穩(wěn)定區(qū)域進(jìn)行頻譜分析，提取所需的各頻率點的幅值； 2)計算該揚聲器在無限大障板條件下或無障板條件下，與步驟1中采用的聲場條 件相同，在激勵電壓為IV，激勵頻率分別為12&、3144和5。時，揚聲器正前方指定點處 聲壓級分別為$、P 2、P3、PjP P 5; 具體步驟為： (1)在有限元分析軟件中建立揚聲器的2D半剖幾何模型； (2)在有限元分析軟件中定義材料屬性、修改物理場并定義邊界條件和載荷； (3)對步驟⑵建立的有限元模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分； (4)對上述有限元模型求解，得到揚聲器正前方指定點處的聲壓級； 3)計算該揚聲器在該指定的有限大障板條件下，在激勵電壓為IV，激勵頻率分別 為fB、2fB、3fB、4f#P 5f 8時，揚聲器正前方指定點處聲壓級分別為：P' 3^Pr4 和 P，5; 具體步驟為： (1)確定一個數(shù)值較大的N，N表示障板被切分的數(shù)量，N -般大于1000 ; (2)將障板繞揚聲器安裝中心等角度地切分成N個三角形，在障板四角處可能不 呈三角形，但當(dāng)N較大時將它們當(dāng)作三角形也幾乎沒有影響； (3)由于N較大，將每個三角形近似為半徑Γι，圓心角2 π /N的扇形障板，其中Γι 是第i個三角形兩條長邊長度的平均值； (4)半徑為1^、圓心角為2 π /N的扇形障板，就是半徑為!Ti的圓形障板的1/N ; (5)確定一個大于2且遠(yuǎn)小于N的正整數(shù)Μ，Μ越大近似誤差越小，但計算時間與M 成正比； (6)將N個半徑分成M組，使得用每組的半徑均值近似代替同組內(nèi)的所有成員的半 徑所產(chǎn)生的誤差的平方和最小，采用基因算法求解此非線性全局優(yōu)化問題； (7)經(jīng)（6)分組后，假設(shè)第j組中包含η,個扇形，其半徑均值為^ (1彡j彡Μ);在 這M組扇形中，每一組所包含的扇形數(shù)量是不同的； (8)采用揚聲器多場耦合的2D軸對稱揚聲器仿真計算方法，仿真分析計算揚聲器 安裝在半徑分別為A的圓形障板上的該揚聲器正前方指定點的聲壓有效值 P](l < j SM); 所述仿真分析計算方法的具體步驟為：(a)建立揚聲器仿真分析物理模型；(b)建立揚聲器 的2D半剖幾何模型，并加入半徑為A的圓形障板模型，同時確保外圍空氣域完整包圍該障 板模型；（c)定義材料屬性；（d)對所述的幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分；（e)定義邊界條件和載 荷方式；（f)模型求解得到正前方指定點處聲壓P j; (9)該揚聲器安裝在該有限大障板上工作時形成的聲場在指定點處的聲壓級為 4)通過下列公式計算得到該揚聲器在該指定的有限大障板條件下，在電壓激勵信 號幅值為U a，頻率為&時，揚聲器正前方指定點處的諧波失真特性； 具體包括： 本專利技術(shù)所述方法的主要優(yōu)勢是：1.充分利用計算量很小的2D軸對稱仿真方法，避 免進(jìn)行3D分析；2.近似精度高；3.對揚聲器的尺寸、結(jié)構(gòu)和指向性等沒有限制；4.對障板 尺寸和形狀沒有限制。由于有這些特點，采用本方法可以快速、準(zhǔn)確地計算各種揚聲器安裝 在各種有限大障板上的諧波失真特性。 說明書附圖 圖1為本專利技術(shù)所述方法的流程圖； 圖2為標(biāo)準(zhǔn)聲障板尺寸圖； 圖3為標(biāo)準(zhǔn)障板切分成2048個扇形的半徑分布圖； 圖4為半徑分為10組的近似障板與標(biāo)準(zhǔn)障板對比圖。【具體實施方式】 下面以計算某款軸對稱揚聲器安裝在標(biāo)準(zhǔn)障板上的諧波失真特性的仿真過程為 例說明本專利技術(shù)的【具體實施方式】： 對任意指定的電壓激勵信號幅值Ua和任意頻率f B: 1)計算揚聲器在無限大障板條件下，在電壓激勵信號幅值為Ua，頻率為&時，揚聲 器正前方1米處的諧波失真特性，基頻幅值記為4和2到5次諧波的幅值記為A 2到A 5; 具體實施步驟為： (1)在在有限元分析軟件中繪制揚聲器的幾何模型及空氣域幾何模型； (2)在有限元分析軟件中對建立的幾何模型進(jìn)行材料特性定義、物理場環(huán)境設(shè)置、 網(wǎng)格劃分和邊界條件定義，得到有限元模型； (3)利用有限元分析軟件對上述有限元模型進(jìn)行三場耦合瞬態(tài)求解，得到揚聲器 在空間指定點處產(chǎn)生的時域聲壓信號； (4)對時域聲壓信號的穩(wěn)定區(qū)域進(jìn)行頻譜分析，提取所需的各頻率點的幅值； 2)計算得到該揚聲器在無限大障板條件下，在激勵電壓為IV，激勵頻率分別為fB、 24、34、44和5匕時揚聲器正前方1米處聲壓級，記為？ 1、？2、？3、？4和卩5; 具體實施步驟為： (1)在有限元分析軟件中建立揚聲器的2D半剖幾何模型； (2)在有限元分析軟件中定義材料屬性、修改物理場并定義邊界條件和載荷等； 本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種有限大障板軸對稱揚聲器諧波失真的近似計算方法，其特征在于所述的該計算方法包含以下步驟：首先，計算在無限大障板或無障板條件下的軸對稱揚聲器的諧波失真特性，以及基頻的1～5倍頻率點的聲壓級頻率響應(yīng)；然后，通過將一塊有限大障板近似看成由許多塊扇形小障板拼接而成的，利用2D軸對稱仿真分析方法，計算得到各個扇形障板影響下的聲壓，再組合得到在所需分析的障板條件下的聲壓級的頻率響應(yīng)特性；最后，再根據(jù)公式計算得到在有限大障板條件下的揚聲器的總諧波失真THD和2～5次諧波失真HD2～HD5。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：徐楚林，溫周斌，陸曉，岳磊，
申請(專利權(quán))人：浙江中科電聲研發(fā)中心，嘉善恩益迪電聲技術(shù)服務(wù)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：浙江;33
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