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【扬声器仿真高阶应用】扬声器盆架设计的拓扑优化

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一、前言

结构优化是仿真驱动设计理念的一个发展方向。  从力学原理出发,借助优化方法,通过优选材料分布方式、结构构型、构件尺寸等途径,帮助设计人员从众多可能设计中获得最优的结构形式。



二、各种结构优化方法

经验优化:根据以往经验,参考现有产品进行设计,实验或仿真对比不同方案。


尺寸优化根据给定的设计目标和约束,确定结构参数的具体值的优化设计方法。可以把尺寸定义为变量,进行参数化扫描,看哪种尺寸得到的结果最符合要求。


形状优化:根据给定的性能指标和约束条件,确定产品结构的边界形状或者内部几何形状的设计方法。可用于扬声器音盆母线设计优化。



拓扑优化:根据给定的设计目标和约束,进行最优材料分布的优化设计方法。即本次采用的用来优化扬声器盆架的方法。





三、扬声器盆架优化实例

下面拿一个实际的扬声器盆架案例来说明,采用ansys做的。Comsol也能完成类似的优化,不过为了优化算法的通用性,参数设定会略繁琐。


为简化计算,取盆架未开窗的1/4模型



网格需要尽可能密,尽可能规整





下图是优化50%的计算结果。红色部分是建议去掉挖空的部分。




最终的样子


优化35%



优化20%



优化后的结果图导出的方法,具体操作步骤可以自行网上搜索。


可以据此进行扬声器盆架设计的优化。在保证足够的透气前提下,能尽可能的保证其强度最高。


需要注意的是具体的优化形状和盆架本身尺寸和材料相关,并非通用模型。


利用拓扑优化的盆架的结构应该能对盆架设计的形状有参考指导和启发意义,而不拘泥局限于常规的结构。

来源:声学号角
Comsol形状优化拓扑优化通用材料
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首次发布时间:2022-11-01
最近编辑:2年前
声学号角
辜磊,专注数码声学产品仿真设计...
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扬声器参数对外界温度的敏感程度

Klippel公司是我非常敬佩的公司。不只是因为它基本上垄断扬声器大信号非线性测试的市场。而是对扬声器各种特性会进行探究,精益求精。虽然可能是从他们最擅长的扬声器测试反过来再指导扬声器设计的。下图是Klippel公司做过的一项研究,温度和扬声器Fs的关系。尝试了两种不同材料的音盆复合边。绿色这条是施胶布边。紫色这条是泡沫边。 可以明显看出施胶布边的Fs对温度非常敏感,这也符合我们的经验预期。扬声器Fs基本上会随着温度上升而下降。也符合大多数材料的特性,材料随温度上升而强度变软。之前有发邮件问过Klipple的研发团队,是否会考虑在后续的产品中增加温度监控。或者更进一步对测得的参数进行温度校准,校准到标准温度比如20℃之类的。因为扬声器直阻Re,共振频率Fs,总品质因子Qts,频响曲线,阻抗曲线等关键的参数都跟温度相关。他们的答复是最新版的Klippel QC系统已经可以实时记录环境温度了,RD系统也会在一下版中跟进。购买一个温度传感器即可。不过对温度进行参数校准目前还在探讨中,因为研究还不够深入,到不了工程实用阶段。我有多次发邮件询问过Klippel公司相关的扬声器测试问题。基本上1天之内都可以收到详细的回复。当然前提是问题要有质量有意义。遇到Klippel上的问题,可以先查Help或者官网资料。比较深入的,再发邮件咨询。因为他们团队规模不大,所以尽量不要用过于基础的问题打扰。操作的问题问klippel的代理商也可以。以上是从实际测试角度进行的研究。如果从研发设计的角度呢?是否有可能预测到扬声器参数对外界温度的敏感程度?直阻Re肯定是没问题的,功率试验测量音圈温度设备的原理就是基于此。 其他参数,包括频响曲线则会相当麻烦,因为很多情况下用的都不是单一的均匀材料。 据我所知,有公司/单位有投入精力在做这块的工作。当然进展缓慢,问题确实比较复杂。这个问题的解决是有实际工程价值的。想想看,如果一套音响,冬天的声音和夏天的声音完全不一样了。那如何对音质进行评定呢?稳定性又从何谈起呢?来源:声学号角

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