[发明专利]弯曲振动型薄板扬声器附加质量位置的优化方法

摘要

曲振动型薄板扬声器附加质量位置的优化方法，根据FEMLAB软件PDE模块建立薄板弯曲振动模型，定义薄板参数以及边界条件，然后对薄板进行网格划分，并分别进行模态分析和稳态分析得到薄板未附加质量时的模态分布以及薄板表面振动的法向速度；结合遗传优化算法对薄板的模态分布进行优化，从而得到模态分布较均匀情况下不同附加质量的最优位置；将附加质量固定在板上相应优化位置，得到较佳的声压频率响应曲线；最后根据瑞利积分公式计算得到相应的声压频率响应曲线。薄板扬声器在优化位置附加相应质量后声压频率响应曲线明显优于未附加质量时的声压频率响应曲线。

主权项

1、弯曲振动型薄板扬声器附加质量位置的优化方法，其特征是根据FEMLAB软件PDE模块建立薄板弯曲振动模型，定义薄板参数以及边界条件，然后对薄板进行网格划分，并分别进行模态分析和稳态分析得到薄板未附加质量时的模态分布以及薄板表面振动的法向速度；结合遗传优化算法对薄板的模态分布进行优化，从而得到模态分布较均匀情况下不同附加质量的最优位置；将附加质量固定在板上相应优化位置，得到较佳的声压频率响应曲线；遗传优化算法初始时随机产生N组附加质量的位置，结合所建立模态分析模型计算薄板相应的模态分布，再通过选择、交叉、变异等遗传算法操作算子一代一代不断进化，最终收敛于最优状态，适应度函数收敛于一个最大值，对应的一组位置即为该组附加质量的最优位置；最后根据瑞利积分公式计算得到相应的声压频率响应曲线；步骤如下：建立薄板弯曲振动模态分析的PDE方程和边界条件分别为：M000∂2∂t2w1w2-▿0-D-10▿w1w2+000-1w1w2=00inΩ]]>1001w1w2=00on∂Ω]]>其中，w₁为薄板法向振动速度(包含时间因子)，w₂＝²w₁。M为薄板面密度，D为薄板弯曲刚度。Ω为模拟计算的薄板区域，Ω为薄板边界；建立薄板弯曲振动稳态分析的PDE方程和边界条件分别为：-▿0-D-10▿w1w2+-ω2m00-1w1w2=P0inΩ]]>1001W1W2=00on∂Ω]]>其中，W₁为薄板法向振动速度(不包含时间因子)，W₂＝²W₁。M为薄板面密度，D为薄板弯曲刚度。ω为角频率，P为薄板受到的法向压强激励。Ω为模拟计算的薄板区域，Ω为薄板边界。遗传优化算法对模态分布进行优化设计的适应度函数定义为：Ψ=(1NΣδfk)21NΣδfk2]]>其中，N表示模态特征频率间距的个数，δf_k表示相邻模态特征频率的间距。Ψ值越大，模态简并化程度越小，模态分布越均匀。Ψ＝1为最大值，表示没有出现模态特征频率简并化的现象；遗传优化算法初始时随机产生N组附加质量的位置，结合所建立模态分析模型计算薄板相应的模态分布，再通过选择、交叉、变异等遗传算法操作算子一代一代不断进化，最终收敛于最优状态，适应度函数收敛于一个最大值，对应的一组位置即为该组附加质量的最优位置。采用离散化形式的瑞利积分公式，计算声压频率响应曲线：其中，r、θ、为球坐标系变量，L_xL_y为薄板表面积，MN为薄板表面离散化后被等分的个数。E＝[exp(-jkr₁)/r₁，exp(-jkr₂)/r₂，...exp(-jkr_MN)/r_MN]v＝[v₁，v₂，...v_MN]^T其中，k为波数，r_MN(MN＝1，...，MN)为各个源点到场点的距离，v为薄板表面各点的法向振动速度；将附加质量固定在最佳位置后，同上述步骤，得到薄板附加质量后的模态分布以及相应的声压频率响应曲线。