1电声应用综述

传统的扬声器分析设计方法主要是经验法。设计者需要凭经验并借助比较粗略的公式推算，通过样品设计、试做、测试、再修改设计、再试做、再测试的反复循环过程来完成。由于一般公式是基于扬声器集总参数模型和低频声场模型，故难以准确预估扬声器的中高频特性和非线性。因为缺乏有效的辅助工具和预测手段，即使是有经验的工程师也往往需要长时间地反复尝试和调整才能设计出一个好的扬声器。随着计算机性能的提高，数值方法提供了一种有效的替代手段，可评价已有扬声器的声学性能并能对纸盆、音箱等部件的优化设计提供指导性意见。

微型扬声器设计工作涉及三个基础领域：电磁设计、结构设计和声学设计。扬声器声学性能与所加载的电磁力、负载、结构振动情况相关，在性能分析的时候，失真的产生主要来源于三个方面：线圈BL值的非线性，结构刚度的非线性和阻尼的非线性。因为电磁场中电磁力会引起振动进而发声，而由于扬声器的微小结构刚度较小，声场会反过来影响结构振动，同时影响电磁场和电磁力。

显然，这是一个多物理耦合的工程应用。另外，工业级的应用对计算分析在很多细节上有着很高的要求。比如耳机结构中存在动圈结构和振膜，二者尺寸跨度很大。同时振膜的结构往往非常复杂，各部分厚度可能不同、材质可能不同，同时存在多层膜复合的情况，这些都需要仿真工具有专门的解决方案。

Actran与MagNet就是这样一个专门的解决方案，而且就目前而言，能够完美解决扬声器设计中所有问题包括电磁、振动和噪声的工业级解决方案。在扬声器设计领域，Magnet是电磁工具分析行业标准，而Actran是噪声分析行业标准。两者通过协同仿真可以解决电声设备的声学或频响特性问题。电磁和声学联合分析中，结构振动和声学的耦合可以在Actran软件中实现，通过多次迭代就可以仿真计算得到准确的电磁场、结构和声学结果。 

2典型应用案例与描述

由于扬声器发声系统是一个多物理场耦合的系统，因此，需要提供一个耦合分析工具，建立扬声器电磁-声学耦合分析方法，确定技术路线如下图：

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图1 技术路线

扬声器是一种把电信号转变为声信号的换能器件，扬声器的性能优劣对音质的影响很大。对于扬声器盒，其振动特性对扬声器的性能起重要的作用，因此研究扬声器盒的振动是扬声器设计中不可缺少的步骤。由于Actran软件除具备声学求解功能外，还有结构动力学求解器，可以非常方便的完成声振耦合的求解，因此在建立振动声学有限元网格模型时，可以把结构与声学模型同时建立在一个模型中，实现一次求解就可以把结构振动响应与声学响应结果同时求解。

 图2 Actran模型设置边界示意图

图3 音箱声压级分布云图