[发明专利]动铁式扬声器基本特性的数值仿真分析方法

说明书

本发明公开了一种动铁式扬声器基本特性的数值仿真分析方法，该方法分成两个部分。它的第一部分是仿真分析平衡衔铁位置变化引起的磁场变化，而磁场变化会引起电动势及电磁力的变化。第一部分最后将计算得到线圈上电动势和衔铁上的电磁力随衔铁位移的变化关系；它的第二部分是在第一部分的基础上，仿真分析动铁式扬声器的基本特性，这些基本特性包括该扬声器的阻抗曲线、声压级频响曲线、声压和声压级分布等。本发明方法的两个部分均包括6个主要步骤：1)建立几何模型；2)设置物理场和边界条件；3)定义材料参数；4)设置网格类型和尺寸并划分网格；5)求解计算；6)结果后处理。

技术领域

本发明属于动铁式扬声器领域，是一种涉及电磁学、结构力学和声学的数值仿真分析方法。采用本发明公开的数值仿真分析方法，可以得到动铁式扬声器的声压级频响曲线、阻抗曲线、声压和声压级分布等结果。这些仿真分析结果可以用于指导动铁式扬声器的结构设计和改良，以提升其性能。

背景技术

动铁式扬声器也称为平衡电枢式(Balanced Armature)扬声器，它具有尺寸小、电声转换效率高和灵敏度高的优点。相比传统的动圈式扬声器，动铁式扬声器还具有高解析力，可以很真实地还原出原始信号的细节；此外，得益于其体积小的优势，在耳机中可以放置多个发声单元，并让它们分别负责不同音域的声还原，从而达到低、中、高频的均衡，带来更高的灵敏度、优异的瞬态响应和声音的密度感。动铁式扬声器已被证明是小体积产品中实现高品质音频还原的理想方案之一。

企业里设计和改良动铁式扬声器的方法仍为传统的经验法，由于设计理论还不完善，采用“试制样品-测试-改善样品-再测试”的开发过程，其开发成本较高，开发周期较长。

随着计算机技术的发展，数值仿真分析方法进行辅助设计变得越来越广泛，将数值仿真分析方法应用于动铁式扬声器设计可以在样品试做前期预估产品的性能，这样，既弥补了设计理论的不足，还可以加快动铁式扬声器的开发进度，降低开发成本。

发明内容

本发明的目的是设计出一动铁式扬声器基本特性的数值仿真方法，本发明解决了目前动铁式扬声器产品设计理论不完善、设计和改良动铁式扬声器的方法仍为传统的经验法、开发成本高等问题。本发明通过建立动铁式扬声器的有限元仿真分析模型，可计算得到该动铁式扬声器的声压级频响曲线、阻抗曲线、声压和声压级分布图等，通过仿真分析结果可预估该动铁式扬声器的基本特性，并将结果用于指导该动铁式扬声器的结构设计和改良。

本发明公开的动铁式扬声器基本特性的数值仿真分析方法共分为两个部分：第一部分仿真分析平衡衔铁的位移对电动势和电磁力的影响；第二部分是在第一部分的基础上，仿真分析动铁式扬声器的声压级频响曲线和阻抗曲线等基本特性。下文将对这两个部分分别进行介绍。

动铁式扬声器基本特性的数值仿真分析方法中，第一部分的仿真分析方法使用了“固体力学”和“磁场”两个物理场，该部分仿真分析方法主要包括以下步骤：

(1)建立有限元模型

1)建立几何模型：将动铁式扬声器几何模型导入有限元分析软件，所述的几何模型采用三维绘图软件绘制或是采用有限元分析软件自带的几何建模功能建立。建立几何模型之后，还需清理多余的点、线、面和体，以提高几何模型的质量；

2)设置物理场和边界条件，具体步骤如下：

A.选择“磁场”物理场对应域，它包括动铁式扬声器的各个部件对应的域和空气域；

B.在“磁场”下，设置磁钢的材料本构关系为“剩余磁通密度”，并设置剩余磁通密度参数值；所述的本构关系是指反映物质性质的数学模型。

C.在“磁场”下，设置磁轭的材料本构关系均为“B-H曲线”，并在材料参数下导入磁轭的B-H曲线值。这里B-H曲线由测试获得；

D.在“磁场”下，设置音圈、平衡衔铁和空气部分的材料本构关系为“相对磁导率”；