扬声器话筒声学特性模拟案例

FreeFieldTechnologies–ACTRANACTRAN在电声行业的应用李奇产品经理欢送参加ACTRANQQ群：81289983目录ACTRAN软件背景及主要用户ACTRAN软件的功能特性ACTRAN软件在电声行业的应用案例案例1：低音扬声器案例2：扬声器案例3：模型案例4：扬声器框架案例5：耳机案例6：耳蜗模拟器FreeFieldTechnologies1998，由Dr.Jean-PierreCoyette、Dr.Jean-LouisMigeot创立1999-2001，雷诺,标志,菲亚特,通用汽车,空中客车,壳牌石油,德国Lloyd船级社等十一家大型企业，共同资助FFT开发ACTRAN软件专业的声学仿真工具〔Actran/Acoustics〕:振动声学(Actran/VibroAcoustics,ActranforNastran)流动声学(Actran/AeroAcoustics,Actran/TM,Actran/DGM,)前后处理器(Actran/VI)效劳:培训,技术交流,工程咨询,特别开发科研:FFT参加众多科研工程，从风机噪声、螺旋桨噪声、轮胎噪声、航空发动机噪声到高性能计算以及产品的声学设计等。LocationsACTRAN软件在电声行业的主要客户SomeAutomotiveCustomersSomeAerospaceCustomersTheACTRANsoftwaresuiteACTRANVibro-AcousticsACTRANAero-AcousticsACTRANTMACTRANAcousticsACTRANDGMACTRANVIACTRANforNASTRAN材料库ACTRAN包含一个非常丰富的材料库工业使用各种材料、各向同性及各向异性材料粘热流体材料多孔介质，Biot&Craggs模型压电材料复合材料材料的特性和频率相关可考虑材料阻尼对计算结果的影响可考虑所有标准结构、声学各种鼓励、各种边界条件单元库ACTRAN支持结构分析的各种单元库结构实体单元实体壳单元薄壳单元弹簧单元质量单元梁单元加强筋单元膜单元ACTRAN超越一般的声学仿真软件，其声学模型可以包含结构与流体，进行声振耦合分析。边界条件—声学无限元目标定义一个无反射边界条件〔自由声传播模型〕可以对远场的声压级进行计算->场点谱线及其指向性曲线具有模拟障板结构的能力轴对称计算几何模型轴对称(可以定义随

变化)可以做对称阶数下的轴对称计算可以模拟不对称的阶数优势使用2D的计算资源解决3D问题划分网格更加容易后处理更快1/4和1/2模型同时也能显著减少计算时间全部模型1/4模型1/4模型计算结果压电材料ACTRAN是唯一支持压电材料的噪声仿真软件压电材料可以用来模拟压电材料的声辐射问题电学鼓励和接收的声波导致的压电材料振动响应加载在音圈上的力，可以通过分布载荷的形式来定义。分布载荷的大小取决于电信号的强弱。主要模态和振型压电材料的声辐射示意音圈阻尼的影响由于空气的粘性而产生的阻尼影响可以被准确的包含在模型中支持穿孔板的模拟：传递导纳方法ACTRAN计算的结果能够直接统计：耗散声能、动能、势能等只有ACTRAN支持粘热流体单元粘热效应在声波通过很薄的空气层或者很狭小通道的时候会出现:这种效应主要是归功于粘性产生的边界层的作用参考文献:M.Beltman,Viscothermalwavepropagationincludingacousto-elasticinteraction,PhDThesisUniversiteitTwente,1998TomBasten,Noisereductionbyviscothermalacousto-elasticinteractionindoublewallpanels,PhDThesisUniversiteitTwente,2001VincentDecouvreur,Evaluationofvisco-thermalacousticeffectsinthinairlayers.Comparisonofexperimentalandtheoreticalapproaches,StudentThesis,DTU/ULB板外表的流体不能忽略，且边界层厚度里的速度分布是不均匀的后处理程序(ACTRAN/VI)ACTRAN/VI提供多种的后处理工具来处理计算计算结果:云图,等值线图,剖面图...能量守恒图频谱图声音文件，让你听到声音云图+变形图+剖面图Cutplanes剖面图+等值线图多个云图+变形图案例1：低音扬声器案例1-低音扬声器模型关键要素扬声器采用粘-弹性壳单元内外部近场声场采用有限元计算、远场声场采用无限元计算粘热效应的计算采用有限元采用1/2对称模型节约CPU计算时间鼓励对称+几何结构对称音响尺寸：高约40cm几何结构结构的网格振动-声学网格案例1-低音扬声器计算结果

1400Hz处压力1600Hz处鼓膜的变形FRF传递方程:能量/鼓励使用资源在标准的LinuxPC机上使用4GB内存计算了2小时，计算频率最高到达10kHz案例2：扬声器案例2-扬声器模型关键要素鼓膜+铜片+盖子采用粘-弹性壳单元内外部近场声场采用有限元计算、远场声场采用无限元计算粘-弹性实体单元定义橡胶保护套分布的定常鼓励加载到与鼓膜连接的铜片上扬声器内部网格自由场模型案例2-扬声器计算结果4000Hz处的压力4000Hz处的压力分布辐射功率/激励使用资源在Windows64台式机上使用2GB的内存计算速度为4秒/频率，计算频率最高到达10kHz案例3：模型案例3-模型ACTRAN可以模拟模型，包含结构与空气域鼓膜+铜片+盖子采用粘-弹性壳单元内外部近场声场采用有限元计算、远场声场采用无限元计算粘-弹性实体单元定义橡胶保护套和案例2中的鼓励方式相同，分布的定常鼓励加载到薄的铜片上使用资源在Win-64台式机上使用2GB内存速度为4秒/频率，计算频率高达10kHz几何结构外部网格+扬声器手机网格案例3-模型计算结果4000Hz处的压力辐射功率/鼓励500Hz处的压力分布声学指向性Installationeffects案例4：扬声器框架案例4-扬声器框架模型关键要素粘-弹性单元定义鼓膜内外部近场声场采用有限元计算、远场声场采用无限元计算在后面加料多孔介质材料采用1/2对称模型，节约CPU计算时间鼓励对称+几何结构对称使用资源在Win-64台式机上使用2GB内存速度为4秒/频率，计算频率高达1kHz几何结构扬声器网格单元案例4-扬声器框架计算结果1m处的SPL多个频率的压力分布1m处SPL，加多孔介质材料案例5：耳机案例5-耳机模型ACTRAN可以模拟耳机结构与辐射声空间粘-弹性单元定义振动膜内外部近场声场采用有限元计算远场声场采用无限元计算采用1/2对称模型节约CPU计算时间鼓励对称+几何结构对称几何结构扬声器网格单元案例5-耳机计算结果鼓膜的位移600Hz的压力分布

有和没有空气两种情况下的阻抗InairInvacuo使用资源在Windows64台式机上使用2GB的内存计算速度为1秒/频率，计算频率最高到达1kHz案例6：耳蜗模拟器案例6-计算结果比照考虑粘热性粘热性消除了传递阻抗谱线的尖峰点与实验对照粘热性模型与BK计算模型得到的结果很好的吻合了实验测量结果高频计算高频段依然保持很高的计算精度案例6-计算结果分析黑色曲线不考虑粘热性的计算结果，结果取自Helmholtz共振器的狭缝区(模型红色区域)红色曲线考虑粘热性计算结果，只在狭缝区考虑粘热性第二个模态被耗散(椭圆位置)结论ACTRAN/Vibro-acoustics在所有形式的扬声器上都有应用电视,汽车音响,扬声器,耳机,收音机,等丰富的材料库无限元轴对