通过拟合有限元模拟和扬声器实测结果来优化材料参数估计_振动

通过拟合有限元模拟和扬声器实测结果来优化材料参数估计

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来源

本文主要来源于klippel公司William Cardenas, Wolfgang Klippel发表的论文《Optimal Material Parameter Estimation by Fitting Finite Element Simulations to Loudspeaker Measurements》

Klippel官网上有相当多扬声器/音箱的原理/设计/测试等资料。强烈建议有学习欲望的朋友多看看。

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材料参数的测试

频率响应和指向性等与扬声器音质直接相关的重要特性，主要由振膜悬边等部件的尺寸，几何形状，材料参数等决定。

尺寸和几何形状比较容易通过一些手段来测量和验证。

关于一般性的材料参数的测试，我之前有专门写过文章。

材料参数测试

这种方法的局限在于，测试样品和最终成型的产品材料参数可能会发生变化。且材料参数很多时候是和激励频率相关的。

文章通过将FEA模型拟合到现有的激光振动测量仪来解决该问题并提供最佳材料参数。

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拟合有限元模拟和扬声器实测结果

根据某些经验，我们知道，材料参数中杨氏模量和阻尼实际是会随频率发生变化的。

Klippel公司正在准备新的模块来拟合有限元模拟和扬声器实测结果，来得到实际产品中杨氏模量和阻尼和频率的关系。

下图左侧是预估的材料参数模拟和实测的对比结果，右侧是校准过材料参数的模拟实测结果。可以看到吻合的效果非常好。

下图是在不同频率下，仿真和实测的膜片振动情况的对比。

来源：声学号角

扬声器设计中声学元件的数值优化策略

01—声学元件的数值优化之前的文章有提到最新一届的AES大会将于2018年10月17日至20日在纽约举办。其中有一篇论文“Numerical Optimization Strategies for Acoustic Elements in Loudspeaker Design”（扬声器设计中声学元件的数值优化策略）。作者Andri Bezzola是来自三星美国音频实验室的工程师。介绍了利用数值优化方法对扬声器系统中的声学元件，比如波导，相位塞等进行优化的方法。常用的设计优化算法包括参数优化，形状优化和拓扑优化。02—参数优化一般来说，参数优化的控制变量建议做一个转换，将变量取值范围定义为0~1，或者-1~1。这样对优化的收敛会有帮助。文中举了一个号角优化的例子。采用JBL 2409H压缩高音单元。号角的入口，出口，高度都固定。将号角横截面曲线参数化。目标函数是使得60°偏轴响应平滑。如下图绿色曲线所示。优化后的最终形状，以及横纵两个方向偏轴响应实测(虚线)与仿真(实线)的对比。03—形状优化形状优化的控制参数是直接作用于网格。所以网格需要根据实际情况尽可能精细。文中针对一款三通道的压缩高音相位塞进行优化。优化前，频响会出现多个谷。经过优化前后，频响比较平滑。04—拓扑优化拓扑优化可以用来找到最佳的几何模型。最开始起源于结构力学中，在一定条件下材料的最佳分配方案。可以参考我之前的文章。【扬声器仿真高阶应用】扬声器盆架设计的拓扑优化磁路拓扑优化文中以一款高音相位塞为例。高音单元的仿真和实测对比初始相位塞形状，如下图绿色部分拓扑优化过程优化后的结果，高频延展更好了来源：声学号角