[发明专利]一种扬声器振动中非线性特性的仿真计算方法

权利要求书

1.一种扬声器振动中非线性特性的仿真计算方法，根据扬声器各部件物理性质，计算得到在单频或多频电压激励下，扬声器音圈振动中的非线性特性，其特征在于该方法包括以下步骤：

（1）对任意周期性的电压激励函数，确定它的频率成分和各频率的幅度值；

（2）根据上述各频率值，计算在关注范围内的各次倍频、和频和差频的频率值，去除其中重复或过于接近的部分，得到计算频率集合，关注范围内一般包括20Hz到5kHz，频率集合记为：                                                ；

（3）将扬声器音圈位移函数和音圈电流函数分别表示为一组基函数的加权和的形式：

系数 为未知量，基函数集合为：

；其中是步骤（2）中得到的计算频率集合；

（4）利用步骤（3）的结果，通过对时间求导，得到音圈速度、音圈加速度、音圈电流的时间导数：

它们都是以步骤（3）中提到的两组未知量和时间为自变量的函数；

（5）利用步骤（3）的结果，振动系统劲度系数（K）、音圈处平均磁感应强度（B）和音圈电感（L）物理量写成以步骤（3）中提到的两组未知量和时间为自变量的函数：

（6）将步骤（3）、步骤（4）、步骤（5）中的函数代入扬声器非线性电路方程和非线性运动方程，形成两个以步骤（3）中提到的两组未知量和时间为自变量的微分方程；

（7）将步骤（6）中的两个方程与一组试函数相乘并对时间变量积分，得到不包含时间的，关于步骤（3）中提到的两组未知量的方程组；其中时间积分区间应取为步骤（2）中得到的各单频的周期的公倍数，或者取一个远大于步骤（2）中得到的最低频率不包括0的周期的值；

（8）用非线性方程组求解算法求解步骤（7）中得到的方程组；

（9）根据解得的两组系数值和步骤（3）中假设的音圈位移函数和音圈电流函数的形式，得到音圈位移函数和音圈电流函数的最终解；还根据这两组系数值计算出扬声器音圈电流和音圈振动中的多种线性和非线性特性；

（10）选取多个不同频率的电压激励信号，重复步骤（1）到步骤（9）的过程，得到音圈电流和音圈振动中各种线性和非线性特性随频率变化的曲线。

2.根据权利要求1所述的扬声器非线性振动特性的仿真计算方法，其特征在于：所述的扬声器为动圈式扬声器。

3.根据权利要求1所述的扬声器非线性振动特性的仿真计算方法，其特征在于：步骤（3）中所述的基函数集合由一个常量函数和一系列频率分别为步骤（2）中得到的各频率值的正弦函数、余弦函数组成。

4.根据权利要求1所述的扬声器非线性振动特性的仿真计算方法，其特征在于：步骤（6）中所述的扬声器非线性电路方程包括但不限于：

（1）将线圈建模为电感串联电阻，形成的基本电路方程：

其中t表示时间，u(t)是激励电压函数，i(t)音圈电流，x(t)音圈位移函数，常量Re音圈直流电阻，常量l音圈长度；

（2）基于基本电路方程，将磁路电涡流现象建模为电感并联电阻，形成的包含涡流的电路方程：；

其中L2和R2是模拟电涡流现象器件参数，分别为音圈电感和电阻，i2(t)是通过电阻R2的音圈电流；

       解此方程需要多加一组未知量，同时多一组方程，仿照处理音圈电流的方式进行处理；

（3）基于基本电路方程，考虑音圈电流对磁感应强度有所影响，形成的电路方程：

。

5.根据权利要求1所述的扬声器非线性振动特性的仿真计算方法，其特征在于：步骤（6）中所述的非线性运动方程包括但不限于：

（1）将振动系统建模为一个劲度系数随音圈位移变化的弹簧，形成运动方程：

；

（2）考虑音圈电流对磁感应强度有所影响，形成的运动方程：

；

其中Rms是振动中的系统机械阻尼，m是振动系统有效质量。

6.根据权利要求1所述的扬声器非线性振动特性的仿真计算方法，其特征在于：步骤（7）中所述的一组试函数选为包括但不限于：A）与步骤（3）中所述基函数集合相同；B）一组单位脉冲函数，也称为：狄拉克δ函数，Dirac Delta function；C）每个试函数在一个分段内为1，在本分段外为0。