專利名稱：一種基于平板揚(yáng)聲器的性能優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字家庭技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種基于平板揚(yáng)聲器的性能優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
揚(yáng)聲器是ー種將電能轉(zhuǎn)換為聲能的電聲器件，揚(yáng)聲器在消費(fèi)電子和聲學(xué)技術(shù)的諸多領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。按換能方式分類，揚(yáng)聲器可分為電動式(動圈式)、電磁式(舌簧式)、壓電式(晶體式)、電容式(靜電式)、壓縮空氣式及離子式等。雖然揚(yáng)聲器的種類繁多，但電動式紙盆揚(yáng)聲器是最主要的揚(yáng)聲器產(chǎn)品。從聲輻射特性角度來講，傳統(tǒng)的揚(yáng)聲器都是集中參數(shù)揚(yáng)聲器。例如，通?？蓪㈦妱邮郊埮钃P(yáng)聲器等效為偶極子聲源，如果其后部帶有障板，則可等效為單極子聲源。20世紀(jì)90年代以來，分布參數(shù)揚(yáng)聲器得到迅速發(fā)展，引起了人們的廣泛興趣。分 布參數(shù)揚(yáng)聲器主要表現(xiàn)為平面揚(yáng)聲器的形式(因此也叫做平板揚(yáng)聲器)，具體可參閱圖1，當(dāng)然有些可以制作成形狀復(fù)雜的曲面揚(yáng)聲器，滿足特定場合的需要。由于平面揚(yáng)聲器不同于傳統(tǒng)揚(yáng)聲器的物理特性(外形和重量)和聲學(xué)特性，近年來掀起了研發(fā)和推廣的高潮。目前，在音響產(chǎn)品中，由于平面揚(yáng)聲器的外形加以裝飾后具有很強(qiáng)的觀賞性，受到消費(fèi)者的青睞。在其它領(lǐng)域(如水聲工程和噪聲控制)中，人們注意到它不同于傳統(tǒng)揚(yáng)聲器的聲福射性能，在發(fā)展新的聲學(xué)技術(shù)中能發(fā)揮獨(dú)特作用，因而受到科研工作者的重視。目前的研究表明，平板揚(yáng)聲器具有擴(kuò)散性、頻帶寬、高頻指向性寬等特點(diǎn)，但是在聲重放質(zhì)量上與傳統(tǒng)高保真揚(yáng)聲器仍有較大差距。這是因為，平板揚(yáng)聲器工作在高階振動模態(tài)狀態(tài)中，不像傳統(tǒng)揚(yáng)聲器的振膜工作在活塞振動狀態(tài)，當(dāng)且僅當(dāng)振動薄板達(dá)到處處振動不相干的理想狀態(tài)時，平板揚(yáng)聲器的性能才能達(dá)到最優(yōu)；實際應(yīng)用時，驅(qū)動器策動薄板作彎曲諧振，僅在一定程度上達(dá)到了理論假設(shè)的要求，彎曲諧振的結(jié)果將引起聲壓頻率響應(yīng)曲線起伏較大。采用均衡濾波器可以在一定程度上得到改善，但要從根本上提高其音質(zhì)，必須從最根本的理論模型出發(fā)，研究薄板振動的聲輻射機(jī)理，然后才能作進(jìn)ー步的分析并抑制平板揚(yáng)聲器響應(yīng)的起伏，使平板揚(yáng)聲器性能得到理想的發(fā)揮。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決平板揚(yáng)聲器用驅(qū)動器性能上的不足，通過得到平板揚(yáng)聲器用驅(qū)動器的電-カ參數(shù)值，為以后的計算、模態(tài)仿真等做好準(zhǔn)備，提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)優(yōu)化方案。本發(fā)明提供一種基于平板揚(yáng)聲器的性能優(yōu)化方法，所述方法包括對上述構(gòu)造的平板揚(yáng)聲器基于電阻抗模型測量方法，獲得驅(qū)動器所有的電-力參數(shù)；基于驅(qū)動器的電-力參數(shù)在平板揚(yáng)聲器的箱內(nèi)襯微穿孔吸聲材料，在箱體內(nèi)構(gòu)成至少為前后2個空腔；采用有限元分析法結(jié)合薄板振動的偏微分方程，分別建立以基于模態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析下的平板揚(yáng)聲器理論模型，完成揚(yáng)聲器的性能優(yōu)化。
所述對上述構(gòu)造的平板揚(yáng)聲器基于電阻抗模型測量方法，獲得平板揚(yáng)聲器驅(qū)動器的電阻抗和驅(qū)動質(zhì)量包括建立驅(qū)動器的電阻模型并測得電阻抗曲線；利用遺傳算法根據(jù)電阻抗曲線優(yōu)化模型元件參數(shù)值，使得由模型計算得到的電輸入阻抗曲線與實測的電輸入阻抗曲線相吻合，得到電參數(shù)值；測得驅(qū)動器質(zhì)量Mm，通過カ-電參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系計算得到揚(yáng)聲器単元的機(jī)電耦合系數(shù)BI ；根據(jù)BI得到全部的電-カ參數(shù)值。

所述基于驅(qū)動器的電-力參數(shù)在平板揚(yáng)聲器的箱內(nèi)襯微穿孔吸聲材料，在箱體內(nèi)構(gòu)成至少為前后2個空腔包括基于驅(qū)動器的電-力參數(shù)優(yōu)化設(shè)計不同的微穿孔參數(shù)，所述微穿孔參數(shù)包括穿孔率、孔徑、箱體空腔的深度。所述微穿孔吸聲材料為微穿孔板、或者微穿孔膜。所述完成揚(yáng)聲器的性能優(yōu)化包括調(diào)節(jié)驅(qū)動器中的質(zhì)量、數(shù)量、形狀、面積。以上技術(shù)可以看出，通過平板揚(yáng)聲器驅(qū)動器電-カ參數(shù)測量方法，基于電阻抗模型，測得平板揚(yáng)聲器驅(qū)動器的電阻抗和驅(qū)動器質(zhì)量，就可通過優(yōu)化計算得到驅(qū)動器所有的電-カ參數(shù)，計算結(jié)果精度高，且測量簡單方便。根據(jù)此方法得到驅(qū)動器的電-カ參數(shù)后，就能作進(jìn)ー步的分析并抑制平板揚(yáng)聲器響應(yīng)的起伏，提高平板揚(yáng)聲器聲性能；提出箱體內(nèi)襯微穿孔吸聲材料的方法分隔箱體，前空腔形成箱內(nèi)諧振，同時微穿孔材料與后空腔形成特定頻段的吸聲效果以調(diào)節(jié)前腔內(nèi)聲場諧振強(qiáng)度，因此受控制的箱內(nèi)諧振聲場對平板的彎曲諧振產(chǎn)生反作用，使得振動平板特定頻率處的諧振得到調(diào)節(jié)，從而使平板揚(yáng)聲器的聲性能得到提高；使用基于有限元分析法結(jié)合薄板振動的偏微分方程的方法，提出模型，綜合各種參數(shù)來求取驅(qū)動器的位置、質(zhì)量、驅(qū)動等重要參數(shù)，以優(yōu)化平板揚(yáng)聲器的性能。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。圖I是現(xiàn)有技術(shù)中的平板揚(yáng)聲器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實施例中的基于平板揚(yáng)聲器的性能優(yōu)化方法流程圖；圖3是本發(fā)明實施例中的平板揚(yáng)聲器箱體結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實施例中的平板揚(yáng)聲器物理模型中的網(wǎng)格劃分結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。具體的，圖2示出了本發(fā)明實施例中的基于平板揚(yáng)聲器的性能優(yōu)化方法，包括如下步驟S201 :對上述構(gòu)造的平板揚(yáng)聲器基于電阻抗模型測量方法，獲得驅(qū)動器所有的電-カ參數(shù)；首先建立驅(qū)動器的電阻抗模型并測得電阻抗曲線，然后用優(yōu)化算法(遺傳算法)根據(jù)電阻抗曲線優(yōu)化模型元件參數(shù)值，使得由模型計算得到的電輸入阻抗曲線與實測的電輸入阻抗曲線相吻合，這樣得到電參數(shù)值，然后測得驅(qū)動器質(zhì)量Mm，通過電-力參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系計算得到揚(yáng)聲器単元的機(jī)電耦合系數(shù)BI值，根據(jù)BI值計算得到全部電-カ參數(shù)值。驅(qū)動器的電阻抗是指驅(qū)動器粘在剛性界面上時，驅(qū)動器輸入端阻抗隨頻率變化的曲線，可在普通環(huán)境中測量得到。該方法基于電阻抗模型可以測得平板揚(yáng)聲器驅(qū)動器的電阻抗和驅(qū)動器質(zhì)量，就可通過優(yōu)化計算得到驅(qū)動器所有的電-カ參數(shù)，計算結(jié)果精度高。該方法所使用的儀器簡単， 測量方便，具有可操作性，能產(chǎn)生很好的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)此方法得到驅(qū)動器的電-カ參數(shù)后，就能作進(jìn)ー步的分析并抑制平板揚(yáng)聲器響應(yīng)的起伏，提高平板揚(yáng)聲器聲性能。S202 :基于驅(qū)動器的電-力參數(shù)在平板揚(yáng)聲器的箱內(nèi)襯微穿孔吸聲材料，在箱體內(nèi)構(gòu)成至少為前后2個空腔；該方法利用微穿孔吸聲材料，結(jié)合優(yōu)化算法對平板揚(yáng)聲器箱內(nèi)諧振聲場進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而改善平板揚(yáng)聲器的聲壓頻率響應(yīng)。內(nèi)襯微穿孔吸聲材料的平板揚(yáng)聲器箱結(jié)構(gòu)如圖3所示。首先在平板揚(yáng)聲器箱內(nèi)襯微穿孔吸聲材料，在箱內(nèi)構(gòu)成至少為前、后2個空腔，然后通過優(yōu)化設(shè)計不同的微穿孔參數(shù)穿孔率、孔徑和箱體空腔的深度調(diào)節(jié)平板揚(yáng)聲器箱內(nèi)諧振，從而抑制平板揚(yáng)聲器響應(yīng)的起伏。內(nèi)襯微穿孔吸聲材料可以為微穿孔板、微穿孔膜。由于微穿孔板、微穿孔膜吸聲材料具有清潔、簡便、占用空間小等特點(diǎn)，依據(jù)此方法設(shè)計的平板揚(yáng)聲器箱仍具有平板揚(yáng)聲器的固有物理特性。該方法利用前空腔形成箱內(nèi)諧振，同時利用微穿孔材料與后空腔形成特定頻段的吸聲效果以調(diào)節(jié)前腔內(nèi)聲場諧振強(qiáng)度，因此受控制的箱內(nèi)諧振聲場對平板的彎曲諧振產(chǎn)生反作用，使得振動平板特定頻率處的諧振得到調(diào)節(jié)，從而使平板揚(yáng)聲器的聲性能得到提高。S203:采用有限元分析法結(jié)合薄板振動的偏微分方程，分別建立以基于模態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析下的平板揚(yáng)聲器理論模型，完成揚(yáng)聲器的性能優(yōu)化。一般認(rèn)為，驅(qū)動器主要作為激勵促使薄板振動，其位置決定了薄板模態(tài)的激發(fā)以及最終的聲壓頻率響應(yīng)。而研究表明，驅(qū)動器本身的質(zhì)量也是不容忽視的。驅(qū)動器作為附加質(zhì)量粘附在薄板上，其位置會影響薄板模態(tài)的分布，從而也會影響相應(yīng)的聲壓頻率響應(yīng)。因此，對平板揚(yáng)聲器驅(qū)動器位置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計時，應(yīng)同時考慮驅(qū)動器作為激勵的影響和作為質(zhì)量的影響。該方法采用有限元分析法結(jié)合薄板振動的偏微分方程，分別建立基于模態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析下的平板揚(yáng)聲器理論模型，定義驅(qū)動器/附加質(zhì)量參數(shù)、薄板參數(shù)以及邊界條件等，然后對整個物理模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分(見圖4)，結(jié)合優(yōu)化算法對薄板的模態(tài)分布和頻響分別優(yōu)化，從而得到模態(tài)分布和頻響較均勻情況下不同驅(qū)動器/附加質(zhì)量的最優(yōu)位置。將驅(qū)動器/附加質(zhì)量固定在板上相應(yīng)優(yōu)化位置，即可得到較佳的模態(tài)分布和聲壓頻響曲線，提高平板揚(yáng)聲器聲性能。其中，驅(qū)動器/附加質(zhì)量的質(zhì)量、數(shù)量、形狀以及面積等物理參數(shù)均可調(diào)，驅(qū)動器激勵的大小也可調(diào)。該方法無須改變平板揚(yáng)聲器的材料，附加質(zhì)量容易操作，對平板揚(yáng)聲器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，基本沒有増加成本，簡單易行，且效果明顯。由于平板揚(yáng)聲器的振膜作彎曲振動，其振動受邊界條件、驅(qū)動器位置、附加質(zhì)量及材料等各種因素的影響極大，故其理論分析相當(dāng)復(fù)雜，目前要獲得較準(zhǔn)確的聲壓頻響的解析解和數(shù)值解是不現(xiàn)實的。該方法通過分析其模態(tài)分布和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的情況，同時結(jié)合優(yōu)化算法對其模態(tài)分布和頻響進(jìn)行優(yōu)化，從而達(dá)到優(yōu)化平板揚(yáng)聲器聲性能的目的。綜上，通過平板揚(yáng)聲器驅(qū)動器電-力參數(shù)測量方法，基于電阻抗模型，測得平板揚(yáng)聲器驅(qū)動器的電阻抗和驅(qū)動器質(zhì)量，就可通過優(yōu)化計算得到驅(qū)動器所有的電-カ參數(shù)，計算結(jié)果精度高，且測量簡單方便。根據(jù)此方法得到驅(qū)動器的電-カ參數(shù)后，就能作進(jìn)ー步的分析并抑制平板揚(yáng)聲器響應(yīng)的起伏，提高平板揚(yáng)聲器聲性能；提出箱體內(nèi)襯微穿孔吸聲材料的方法分隔箱體，前空腔形成箱內(nèi)諧振，同時微穿孔材料與后空腔形成特定頻段的吸聲效果以調(diào)節(jié)前腔內(nèi)聲場諧振強(qiáng)度，因此受控制的箱內(nèi)諧振聲場對平板的彎曲諧振產(chǎn)生反作用，使得振動平板特定頻率處的諧振得到調(diào)節(jié)，從而使平板揚(yáng)聲器的聲性能得到提高；使用 基于有限元分析法結(jié)合薄板振動的偏微分方程的方法，提出模型，綜合各種參數(shù)來求取驅(qū)動器的位置、質(zhì)量、驅(qū)動等重要參數(shù)，以優(yōu)化平板揚(yáng)聲器的性能。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解上述實施例的各種方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件來完成，該程序可以存儲于ー計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中，存儲介質(zhì)可以包括只讀存儲器(ROM，Read Only Memory)、隨機(jī)存取存儲器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盤或光盤等。以上對本發(fā)明實施例所提供的基于平板揚(yáng)聲器的性能優(yōu)化方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進(jìn)行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同吋，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式
及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種基于平板揚(yáng)聲器的性能優(yōu)化方法，其特征在于，所述方法包括 對上述構(gòu)造的平板揚(yáng)聲器基于電阻抗模型測量方法，獲得驅(qū)動器所有的電-力參數(shù)；基于驅(qū)動器的電-力參數(shù)在平板揚(yáng)聲器的箱內(nèi)襯微穿孔吸聲材料，在箱體內(nèi)構(gòu)成至少為前后2個空腔； 采用有限元分析法結(jié)合薄板振動的偏微分方程，分別建立以基于模態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析下的平板揚(yáng)聲器理論模型，完成揚(yáng)聲器的性能優(yōu)化。
2.如權(quán)利要求I所述的基于平板揚(yáng)聲器的性能優(yōu)化方法，其特征在于，所述對上述構(gòu)造的平板揚(yáng)聲器基于電阻抗模型測量方法，獲得平板揚(yáng)聲器驅(qū)動器的電阻抗和驅(qū)動質(zhì)量包括 建立驅(qū)動器的電阻模型并測得電阻抗曲線； 利用遺傳算法根據(jù)電阻抗曲線優(yōu)化模型元件參數(shù)值，使得由模型計算得到的電輸入阻抗曲線與實測的電輸入阻抗曲線相吻合，得到電參數(shù)值； 測得驅(qū)動器質(zhì)量Mm，通過力-電參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系計算得到揚(yáng)聲器單元的機(jī)電耦合系數(shù)BI ； 根據(jù)BI得到全部的電-力參數(shù)值。
3.如權(quán)利要求2所述的基于平板揚(yáng)聲器的性能優(yōu)化方法，其特征在于，所述基于驅(qū)動器的電-力參數(shù)在平板揚(yáng)聲器的箱內(nèi)襯微穿孔吸聲材料，在箱體內(nèi)構(gòu)成至少為前后2個空腔包括 基于驅(qū)動器的電-力參數(shù)優(yōu)化設(shè)計不同的微穿孔參數(shù)，所述微穿孔參數(shù)包括穿孔率、孔徑、箱體空腔的深度。
4.如權(quán)利要求3所述的基于平板揚(yáng)聲器的性能優(yōu)化方法，其特征在于，所述微穿孔吸聲材料為微穿孔板、或者微穿孔膜。
5.如權(quán)利要求4所述的基于平板揚(yáng)聲器的性能優(yōu)化方法,其特征在于,所述完成揚(yáng)聲器的性能優(yōu)化包括 調(diào)節(jié)驅(qū)動器中的質(zhì)量、數(shù)量、形狀、面積。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于平板揚(yáng)聲器的性能優(yōu)化方法，所述方法包括對上述構(gòu)造的平板揚(yáng)聲器基于電阻抗模型測量方法，獲得驅(qū)動器所有的電-力參數(shù)；基于驅(qū)動器的電-力參數(shù)在平板揚(yáng)聲器的箱內(nèi)襯微穿孔吸聲材料，在箱體內(nèi)構(gòu)成至少為前后2個空腔；采用有限元分析法結(jié)合薄板振動的偏微分方程，分別建立以基于模態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析下的平板揚(yáng)聲器理論模型，完成揚(yáng)聲器的性能優(yōu)化。本發(fā)明能夠提高平板揚(yáng)聲器的性能優(yōu)化，從而使平板揚(yáng)聲器的聲性能得到提高。
文檔編號H04R31/00GK102769817SQ20121026434
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月27日
發(fā)明者莊宏東 申請人:廣州長嘉電子有限公司