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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。
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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。
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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。
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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。
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