音箱导向管气流声仿真
基于COMSOL的三维扬声器多物理场仿真
VI D E O A P P 视频应用与工程L IC A T IO N & P R O J E C T文献引用格式：田琪，凡凯，徐逢秋，等.基于C O M S O L 的三维扬声器多物理场仿真[J ].电视技术，2019,43(2):46 -5!TI^VN Q , F A N K , X U F Q , & al. M ultij^hysics S im ulation A nalysis o f 3D Speaker Based on C O M S O L[ J ] . V id e o en gin e e rin g , 2019, 43 (2 & ；46 -51.中图分类号：TN 643 文献标志码：A D O I ： 10.16280/j. videoe. 2019. 02. 011基于COMSOL 的三维扬声器多物理场仿真田琪，凡凯，徐逢秋，许贤泽(武汉大学电子信息学院，湖北武汉430072)摘要：为了提高扬声器等音频设备的设计效率和工作性能，通过多物理场分析软件对扬声器模型进行建模分析，并且基于扬声器的工作原理提出了 一种对三维复杂模型进行单项解耦的分析方法，该方法是把磁场单独提出来进行仿真计算，将 结果带入到声一固耦合仿真从而达到全耦合的效果。
利用该方法对模型进行时域仿真，其中分析了 O K 因子随音圈振动 产生的非线性失真对仿真的影响，分析了单项解耦方法得到下的仿真结果，并将声压级曲线与传统多物理场全耦合方法 的结果进行对比分析，讨论了单项解耦方法的可行性和优势，得到了在三维扬声器中单项解耦方法比全耦合方法更高效、 准确的结论。
关键词：扬声器；仿真；解耦；多物理场；C O M S O L;物理模型M ultiphysics Sim ulation Analysis of 3D Speaker B ased on COMSOLTIANQi ，FANKai ，XUFengiu，XUXianze# Electronic Information School, Wuhan University, Wuhan 430072, China')A b s tr a c t :In order to im prove the design e fficie n cy and w o rkin g perform ance o f audio equipm ent such as speakers，the speaker m odel is m odeled and analyzed *y m u lti - physics analysis softw are ，and based on the w o rkin g p rin c ip le o f the spe aker ，an analysismethod fo r single - de couplin g o f three - dim ensionalcom plex models is proposed. Them etliodis toseparately proposeic fie l(i to carry out tlie sim ula tion c a lc u la tio n，and b rin g the re sult in to the acoustic - solid co u p lin g sim ula tion to achieve the fu llco u p lin g effect. The tim e dom ain sim ula tion of the m odel is carried out by using th is m ethod. The influe nce o f t!ie n o n lin e a r disto rtio n generated by the B L factor w it!i the vilDration of t!ie voice c o il on the sim ula tion is analyzed. The sim ula tion results obtained by the single de couplin g method are an a lyze d ，and the sound pressure level curve is com pared w ith the tra d itio n a l one . The results ofthe physics fu llco u p lin g m ethod are com pared and analyzed. Thefe a s ib ility and advantages o f thesingle- itemde couplin gare discussed. The c onclusion that the single - item de couplin g method is more e ffic ie n t and accurate than the fu ll - co u p lin g m ethod in the three - dim ensional loudspeaker is obtained.K e y w o r d s :S peaker ; s im u la tio n ; d e c o u p lin g ; M u ltip h y s ic s ; C O M S O L ; ph ysica l m odel扬声器是一种将音频电信号转换成声音信号的 电声器件。
使用LMS声学仿真软件进行声导管的设计
导音管腔体的 3D 模型
计算与结果分析
▪ 获得导音管腔体内空气的实体模型之后，就要对腔
体进行有限元网格划分，
▪ 将划分好的有限元网格模型导入声学仿真软件 计算
后即可获得腔体的共振频率 ▪ 导音管腔体的第一阶共振频率约为 6078HZ ▪ 不符合要求
设计改进
▪ ，修改后新麦克风导音管腔体的共振频率变为 16546Hz
使用LMS声学仿真软件进行声导管的设计
背景介绍
▪ 手机的语音通话质量很大程度上取决于麦克风拾取语音信号的质量，而手机麦克风导音管
对麦克风录入的语音信号质量有很大的影响；同时，双麦克风语音消噪逐渐在高端手机中 普及，好的麦克风导音管设计对提高双麦克风语音消噪性能有至关重要的作用。
▪ 麦克风导音管设计主要用于宽频带语音设计的手机或是带语音消噪功能的高端手机。麦克 ▪ 风导音管的主要设计目标为以下几点：
▪ 1.对于单麦克风手机，主要设计目标是导音管腔体在关心的语音频带范围内不出现共 振模态，一般设计麦克风导音管的谐振频率到 10kHz（这样频响的共振峰才会对 7.4kHz以下影响较小）以上
▪ 2.对于双麦克带语音消噪功能的手机，一方面要设计两个麦克风的导音管的共振频率 到 10kHz 以上，另一方面还要设计两个麦克风导音管在 7kHz 以下频率段的频响尽量 接近或一致，这样更有利于对语音信号进行消噪处理，达到更好的消噪效果。
▪ 设计更改前后导音管的频响曲线比较
总结
▪ 有限元模型仿真计算结果是可信的，并且由于实际项目运用中的腔体大多数是形状不规则
的，因此采用有限元数值计算的方法更为合理。
▪ 通过仿真计算结果提供的修改方向，修改了 3D 模型之后导音管腔体的共振频率提高到了
16kHz以上，达到了设计目标。
actran管内噪声仿真计算
actran管内噪声仿真计算ACTRAN是一种用于声学和振动仿真计算的软件，可以模拟各种声场和振动系统中的噪声。
其中，管内噪声是一种常见的噪声类型，特别是在工业领域中，如空气压缩机、涡轮机等管道系统中。
本文将简单介绍ACTRAN管内噪声仿真计算的原理和方法。
在ACTRAN中，管内噪声的仿真主要基于声学理论和数值计算方法。
声学理论是研究声波在介质中传播和相互作用的学科，其核心是声波方程。
而数值计算方法是通过离散化和数值求解的方式，将声学理论转化为计算机可处理的算法。
在管内噪声仿真中，通常采用有限元法和边界元法等数值方法，来建立管道系统的声学模型。
有限元法是一种广泛应用的数值方法，它将管道系统离散成小的单元，通过计算每个单元内部的振动和相互作用，来预测整个系统的声学响应。
在管内噪声仿真中，有限元法主要用于建立管道及其连接构件的三维声学模型，并同时考虑传导、辐射和吸声等复杂的声场特性。
在建立模型时，需要考虑材料的声学性质、流体内部的速度和压力分布、以及流体在管道内输送的能量等。
通过有限元法的求解，可以计算出管道不同位置处的声压级和声音频率谱，来评估管内噪声的强度和频率特征。
边界元法是一种基于声模态理论和边界重构技术的数值方法，可以用于计算复杂结构的声学场分布。
在管道系统仿真中，边界元法一般用于计算管道外部的声学响应。
边界元法的基本思想是在管道表面建立网格，将管道表面分割成小的面元，通过计算每个面元内部的声模式分布，来预测整个管道表面的声学响应。
由于边界元法能够直接计算表面振动和辐射，因此可以有效地评估管道外部的噪声辐射特性。
以上两种数值方法可以结合使用，来综合评估管道系统内部和外部的噪声特性。
在进行实际仿真计算时，需要先建立管道系统的几何模型，然后确定管道中流体的物理性质和边界条件。
接着，通过有限元法计算管道内部的声场分布，再通过边界元法计算管道外部的声学响应。
最后，将两方面的结果结合，来预测管道系统的全音域噪声特性。
用Fine cone仿真扬声器单元频响曲线
声器 单元 频响的影 响， 为改善扬声器 单元 频响或设计扬声器单元方案提供 一些参考 。
【 关键词 】Ｆ ｉ ｎ ｅ ｃ ｏ ｎ ｅ ； 仿 真； 扬声器； 频响 曲线 【 中图分类号】Ｔ Ｎ ６ ４ ３ 【 文献标志码 】 Ａ Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． １ ６ ３ １ １ ／ ｊ ．ｃ ｏ ｎｅ ． Ｗｅ ｍａ ｄ ｅ ｖ ａ ｒ ｉ ｏ ｕｓ ｓ ａ ｍｐ ｌ ｅｓ ｂｙ ｃ ｈａ ｎｇ ｅ ｄ ｄ ｉ ａ ｐｈ ｒ ａ ｇ ｍ ，ｖ ｏ ｉ ｃ ｅ ｃ ｏ ｉ ｌ ，ｓ ｐ ｉ ｄ ｅ ｒ ，ｄ ｕｓ ｔ ｃ ｕ ｐ ａ ｎｄ Ｓ Ｏ ｏ ｎ ．Ｃｏｍｐ ａ ｒ ｅ ｄ ｔ ｈｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ
（ Ｇ ｕ ｏ ｇ ｕ ａ ｎ ｇ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｃ ｏ ｍｐ ａ ｎ ｙ Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ５ １ ０ ０ ０ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
【 Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ 】 Ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｆ ｕ ｌ ｌ ￣ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｅ ｙ ｌ ｏ ｕ ｄ ｓ ｐ ｅ ａ ｋ ｅ ｒ ｕ ｎ ｉ ｔ ￣ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｅ ｙ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｓ ｅ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ａ ｎ ｉ ｆ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｔ ｆ ｗ ａ ｒ ｅ —Ｆ ｉ ｎ ｅ
ｏ ｆ ｔ ｒ ａｎ ｓ ｄｕ ｃ ｅ ｒ ． Ｔｈ ｉ ｓ ｉ ｓ ｓ ｏ ｍｅ ｔ ｈｉ ｎｇ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｃ ｏ ｕｌ ｄ ｂｅ ｐｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｔ ｏ ａ ｍｅ ｌ ｉ ｏ ｒ ａ ｔ ｅ ｔ ｒ ａ ｎｓ ｄ ｕｃ ｅ ｒ￣ｅ ｑｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎｓ ｅ ｃ ｕｒ ｖｅ ｏ ｒ ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ
一种改进的扬声器异常音快速检测方法
一种改进的扬声器异常音快速检测方法薛燕;冯海泓;胡晓城【摘要】提出了一种基于信号微分预处理PEAQ算法的扬声器异常音检测方法.该方法首先对激励扬声器声的响应信号进行微分预处理,通过基频归一化获取增强的异常音失真信号,最后通过计算高阶次谐波失真来判断该扬声器是否存在异常音.实践证明:改进后的扬声器“异常音(Rub&Buzz)”快速检测算法优于原始计算高阶次谐波失真算法,并且稳定性更好.【期刊名称】《电声技术》【年(卷),期】2015(039)010【总页数】4页(P43-46)【关键词】扬声器异常音;高阶谐波失真;PEAQ【作者】薛燕;冯海泓;胡晓城【作者单位】中国科学院声学研究所嘉兴工程中心,浙江嘉兴314000;中国科学院声学研究所嘉兴工程中心,浙江嘉兴314000;中国科学院声学研究所嘉兴工程中心,浙江嘉兴314000【正文语种】中文【中图分类】TN643国内外扬声器生产中，产品故障检测通常是生产线的最后环节，目前大都采用正弦扫频信号激励扬声器，由人工根据扬声器发出声音的某些特征和差异程度，判定扬声器是否合格，称为“扬声器异音检测”。
这种依靠人工主观评价的检测方法难以保证检测结果的一致性，会因监听人员年龄、性别和监听经验等的不同而有所差别；即使同一个人，因长时间监听产生听觉疲劳也会使检测结果产生差异。
由于没有统一、客观的检测标准，不利于自动化生产。
长期监听会对检测人员的听觉系统乃至神经系统造成损伤，危害人体健康。
因此，实现扬声器异音故障的自动检测，对提高扬声器行业技术水平，保障检测人员健康十分重要[1-3]。
人工监听时，给扬声器的激励是正弦扫频信号，其激励能量集中在指定频段内，有较高的信噪比。
在该信号的激励下，扬声器声响应信号的频率成分随时间的变化而变化，即扬声器的响应信号是非平稳信号，难以用传统的傅里叶变换对其进行分析；原因为基于傅里叶变换的谱分析方法分析的系统必须是线性的，数据必须是严格周期或平稳的，否则，给出的谱线不具有物理意义。
音响设备的声学仿真技术考核试卷
9. ×
10. ×
五、主观题（参考）
1.声学仿真技术在音响设备设计中的应用包括预测声场分布、优化扬声器布局和改善音质。声学仿真技术如波前合成法、边界元法、有限元法和房间模拟法等，分别基于波动方程、边界积分方程、有限元离散化和几何声学原理。
2.利用声学仿真技术优化声场分布，可以通过模拟不同扬声器布局下的声场，选择最佳位置和角度，减少干扰和反射，提升声音清晰度和均匀性。
A.反射系数
B.吸声系数
C.衰减系数
D.透射系数
11.在声学仿真中，以下哪个概念表示声波在传播过程中的相位变化？（）
A.相位
B.频率
C.波长
D.波速
12.以下哪个部件在音响系统中负责信号的放大？（）
A.调音台
B.功放
C.扬声器
D.延时器
13.在声学仿真中，以下哪个方法用于模拟声波在复杂环境中的传播？（）
A.扬声器指向性
B.房间反射
C.噪声
D.功放功率
8.以下哪个参数用于描述声波在传播过数
C.吸声系数
D.传播距离
9.在音响设备的声学仿真中，以下哪个方法可以有效地降低混响时间？（）
A.增加房间体积
B.减少吸声材料
C.调整扬声器位置
D.使用声音吸收体
10.以下哪个参数用于描述声波在反射过程中的能量损失？（）
A.波前合成法
B.边界元法
C.矢量声束法
D.有限元法
20.以下哪个因素在音响设备的声学仿真中与声波传播的延迟相关？（）
A.扬声器间距
B.房间尺寸
C.声速
D.温度
（结束）
二、多选题（本题共20小题，每小题1.5分，共30分，在每小题给出的四个选项中，至少有一项是符合题目要求的）
comsol 扬声器曲线仿真
Step48
Step49
计算
• Step50 点击【计结果如下图
添加绘图组-FR
• Step51 右键【结果】-【一维绘图组】 • Step52 右键【一维绘图组】-【点图】-选择球体顶点
Step51
Step52-1
Step52-2
设置图表-FR
• Step53 点击
Step37
Step38
Step39
固定约束
• Step40 在【壳】点右键选择【面约束】-【固定约束】 • Step41 选择DP边缘为固定约束
Step40
Step41
面载荷
• Step42 在【壳】点右键选择【面和休载荷】-【面载荷】 • Step43 选择VC作为面载荷对象，【力】设定Z为Fe/AA
Step27
Step28
积分
• Step29 在【定义】点右键选择【组件耦合】-【积分】
• Step30 选择【VC】作为积分目标
Step30
Step29
平均
• Step31 在【定义】点右键选择【组件耦合】-【平均】
• Step32 选择【VC】作为平均目标
Step31
Step32
压力声学
• Step33 右键力声学，频域】添加【内部硬声场边界】及【球面 波辐射】
Step16
Step18
建立群组
DP
• Step19 在【几何1】右键选择【选择】-【显式选择】 • Step20利用隐藏功能，隐藏不需要的部分以方便选择 • Step21 选择边界并选取需要的边界建立群组 DP,VC
Step19-2
Step21 VC
Step19-1
构建并集
声学仿真方法
声学仿真方法嘿，咱今儿就来聊聊这声学仿真方法。
你说声学这玩意儿，就像个神秘的魔法世界，而声学仿真方法呢，那就是打开这个魔法世界大门的钥匙呀！想象一下，我们生活中的各种声音，汽车的喇叭声、鸟儿的叫声、人们的说话声，这些声音是怎么传播的呀？这背后可有着大学问呢！声学仿真方法就是帮助我们去理解和模拟这些声音现象的好帮手。
比如说，在设计一个音乐厅的时候，那可得好好琢磨琢磨声学仿真。
要是不搞清楚声音在里面会怎么反射、折射、衰减，那最后出来的效果可能就会乱七八糟。
就好像做饭一样，各种调料得搭配好了，这道菜才能美味可口，声学仿真就是那个帮我们调好“声音调料”的大厨。
再看看那些制造扬声器的厂家，他们也得靠着声学仿真方法来让扬声器发出最动听的声音呀。
不然，你想想，要是做出来的扬声器声音怪怪的，谁还会去买呀！这就好比你去买衣服，肯定得挑一件好看又合身的吧，声学仿真就是让声音这件“衣服”变得既好听又合适的关键。
还有啊，在一些特殊的环境中，比如工厂车间，噪音太大可不行。
这时候声学仿真方法就能派上用场啦，通过模拟和分析，找到降低噪音的好办法，让工人们能在一个相对安静的环境里工作。
这就像给环境做了一次“降噪美容”，让一切都变得舒舒服服的。
那声学仿真方法具体是怎么做的呢？这可不是一件简单的事儿呢！它得考虑好多因素，像声音的源头、传播的路径、周围的环境等等。
就好像你要去一个陌生的地方，得知道从哪里出发，走哪条路，路上会遇到什么情况一样。
而且呀，不同的声学仿真方法还有着各自的特点和适用范围。
有的适合用来分析大规模的场景，有的则更擅长处理一些精细的问题。
这就跟不同的工具一样，有的是大锤子，用来砸大钉子；有的是小螺丝刀，用来拧小螺丝。
咱普通人可能觉得声学仿真方法离我们很远，但其实它就在我们身边呢！比如我们听音乐的时候，那些高质量的音响效果，说不定就是声学仿真方法的功劳呢。
总之呢，声学仿真方法是个超级有趣又超级有用的东西。
它让我们能更好地理解和掌握声音的奥秘，让我们的生活变得更加丰富多彩。
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音箱导向管气流声仿真
音箱导向管是音箱中的一个重要部件，它能够将音箱中的气流导向到合适的位置，从而达到更好的音效效果。
在音箱设计中，导向管的设计和优化是非常重要的一环。
本文将介绍如何利用声学仿真软件对音箱导向管的气流声进行仿真分析。
我们需要了解一些基本的声学知识。
在音箱中，气流声是由振动的空气分子产生的，它们在空气中传播并产生声音。
气流声的频率和振幅决定了音箱的音质和音量。
在音箱导向管中，气流声的传播和反射会对音箱的声音产生影响，因此需要进行仿真分析。
为了进行气流声的仿真分析，我们可以使用一些声学仿真软件，如COMSOL Multiphysics、ANSYS等。
这些软件可以模拟气流声的传播和反射，从而预测音箱导向管的声学性能。
在进行仿真分析之前，我们需要建立一个音箱导向管的几何模型。
这可以通过CAD软件进行建模，然后导入到声学仿真软件中进行分析。
在建立几何模型时，需要考虑导向管的长度、直径、弯曲角度等因素，这些因素会影响气流声的传播和反射。
在建立好几何模型后，我们可以进行气流声的仿真分析。
首先，需要设置气流声的边界条件，如入口和出口的压力和速度等。
然后，可以进行气流声的传播和反射分析，预测导向管中的声压级和声相位等参数。
通过仿真分析，我们可以得到音箱导向管的声学性能，如声压级、声相位等参数。
这些参数可以用于优化导向管的设计，从而达到更好的音效效果。
例如，可以通过改变导向管的长度、直径、弯曲角度等因素来优化导向管的声学性能。
利用声学仿真软件对音箱导向管的气流声进行仿真分析是非常重要的。
通过仿真分析，可以预测导向管的声学性能，优化导向管的设计，从而达到更好的音效效果。