扬声器失真仿真模型：从瞬态计算到非线性参数分析

今天，我们将深入探讨一个扬声器失真仿真计算的模型。该模型基于 COMSOL Multiphysics软件，巧妙地结合了其内置的电路模块和集总机械系统模块，通过瞬态计算，揭示扬声器在实际工作状态下的复杂行为。

模型核心：电路与机械系统的耦合

扬声器的本质是一个电、磁、力、声多物理场耦合的系统。为了精确捕捉其动态特性，尤其是非线性失真，我们的模型从以下两个核心部分入手：

1. 1. 电路模块（Electrical Circuit Module）:
• • 用于模拟扬声器的电气部分，包括音圈的电阻、电感（考虑非线性电感 Le(x)）以及外部驱动电路。
• 
  
     
2. 2. 集总机械系统模块（Lumped Mechanical System Module）:
• • 用于模拟扬声器的机械振动系统，包括振膜的质量、悬挂系统的顺性（考虑非线性劲度 Kms(x)）和阻尼。力顺 BL(x) 的非线性特性也在此体现。
• 
  
     

通过这两个模块的耦合，我们可以构建出扬声器完整的电-力等效模型。

整体仿真原理图：

关键非线性参数的导入

扬声器的失真 主要来源于其非线性参数。在这个模型中，我们重点关注以下三个随位移变化的非线性参数，并将实测或精细仿真得到的曲线导入模型中，以确保仿真结果的准确性：

• • 悬挂系统劲度 Kms(x) 曲线: 描述了振膜位移与恢复力之间的非线性关系。 
  
• 
  
   
• • 音圈电感 Le(x) 曲线: 显示了音圈在不同位移下电感值的变化。
• 
  
•  
   
  
  
 

瞬态计算与结果分析

模型采用瞬态计算方法，模拟扬声器在给定电压激励下的动态响应。计算完成后，通过快速傅里叶变换（FFT）对振膜位移等关键物理量进行处理，从而提取出一系列重要的性能指标：

1. 1. 振膜位移峰值 (Displacement Peak): 扬声器在大信号驱动下，振膜运动的最大幅度。
2. 
   
    

1. 3. 大信号下的频响曲线 (Frequency Response under Large Signal Conditions): 与小信号频响不同，它能反映扬声器在实际大功率工作时的频率响应特性，包括由于非线性引起的压缩和失真。 

    
2. 4. 失真曲线 (Distortion Curve):
• 
  
     

模型的灵活性与自定义设置

这款仿真模型具有高度的灵活性，用户可以根据实际需求自由定义以下参数：

• • 计算的谐波数 (Number of Harmonics): 例如，分析到10次谐波。
• • 频率范围 (Frequency Range): 例如，从 20Hz 到 2kHz。
• • 测试电压 (Test Voltage): 例如，1Vrms, 2.83Vrms，或更高的驱动电压。
• • 测试距离 (Test Distance): 用于计算远场声压级时的参考距离。
• • 还可以拓展到互调失真 (IMD)的仿真
• 也可以拓展到box的仿真

补充说明：

关于这个模型的详细操作和更深入的分析，我录制了一个完整的视频教程，时长约26分钟。不过这次录制时设置有些小问题，导致画面稍微有点糊，还请大家多多包涵。希望内容本身对大家有所帮助！

希望这篇文章能帮助大家更好地理解扬声器失真的仿真方法。如果你有任何问题或建议，欢迎在评论区留言讨论！

来源：声学号角