揚(yáng)聲器在我們生活中無處不在，是發(fā)聲產(chǎn)品的重要組成部分。它的工作原理是使用驅(qū)動單元將電信號轉(zhuǎn)化為聲信號，這其中產(chǎn)生了一個(gè)類似活塞的運(yùn)動來驅(qū)動振膜，最后振膜驅(qū)動空氣產(chǎn)生聲音。工作原理雖然簡單，但它們實(shí)際上是復(fù)雜的裝置。

為了制造聲音，需要幾個(gè)不同的組件，如磁極、聲線圈、擋板、隔膜、防塵罩和框架等一起工作，以提供各種尺寸的動聽的聲音，并作為眾多產(chǎn)品的一部分。仿真所有裝置系統(tǒng)雖然是可能的，但成本過于昂貴。目前，有一些模型可以使用一些方法在保持準(zhǔn)確性的同時(shí)提供更好性能。富士康工程師希望驗(yàn)證這種方法，即利用Thiele-Small參數(shù)，逐步驗(yàn)證揚(yáng)聲器模型，從簡單模型到成品。

Thiele-Small參數(shù)是描述驅(qū)動系統(tǒng)性能的一系列可測量的屬性，包括電磁參數(shù)和機(jī)械參數(shù)。簡化模型由這七個(gè)參數(shù)和線圈和振膜的實(shí)體模型組成。然而，該模型的所需條件是線性性能和線圈的一維運(yùn)動，物體的運(yùn)動在高頻時(shí)中會表現(xiàn)出非線性，導(dǎo)致該模型在高頻時(shí)的響應(yīng)不準(zhǔn)確。Thiele-Small模型可以在Actran中輕松創(chuàng)建，并且它們的集成允許工程師利用其他類型的建模，例如多孔材料，穿孔板等。

圖1 驗(yàn)證和模擬揚(yáng)聲器的過程

PART01

建立模型（以及振動）

對于簡單的模型，富士康的工程師首先建立了一個(gè)2D實(shí)體模型，與Thiele-Small模型進(jìn)行比較，然后用這個(gè)模型創(chuàng)建一個(gè)3D參考模型。最后，他們添加了一個(gè)腔體來構(gòu)建一個(gè)簡化的揚(yáng)聲器設(shè)置。

圖2 揚(yáng)聲器的驗(yàn)證 上圖：2D實(shí)體模型vs. 3D Thiele-Small模型。下圖：帶腔和不帶腔的三維參考模型

我們首先對2D模型和Thiele-Small模型進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)它們在1000 Hz之前非常吻合，但Thiele-Small模型總體上更符合預(yù)期。下一步，建立一個(gè)3D參考模型，并將其與包含腔的模型進(jìn)行比較，以模擬簡化但完整的揚(yáng)聲器設(shè)置。這兩種模型吻合得很好，為這一過程帶來了更多信心。

在對簡化模型進(jìn)行驗(yàn)證后，對一個(gè)實(shí)例揚(yáng)聲器系統(tǒng)進(jìn)行了建模，并與實(shí)測結(jié)果進(jìn)行了比較。在8500 Hz以內(nèi)，該模型的性能與測量值吻合良好。該模型識別出了由于兩個(gè)空氣腔的存在而產(chǎn)生的共振峰。

圖3 實(shí)測驗(yàn)證了實(shí)例模型。上：揚(yáng)聲器幾何形狀(左)，揚(yáng)聲器Actran模型(中)，網(wǎng)格切割(右)

PART02

仿真與最終產(chǎn)品

該過程的最后一步是在產(chǎn)品層面應(yīng)用它來分析和評估添加的各種能夠獲得更好性能的措施。在這種情況下，模擬三種環(huán)境:(1)揚(yáng)聲器直接連接到設(shè)備外部，(2)揚(yáng)聲器放置在外殼內(nèi)，(3)與前一種一樣，在外殼內(nèi)存在網(wǎng)格。在Actran中使用穿孔板模型以避免繪制布料的網(wǎng)格。

圖4 上圖：完成安裝的揚(yáng)聲器的Actran模型。下圖：不同配置下的揚(yáng)聲器性能

盡管沒有對這些模型進(jìn)行測量，但它們提供了很多關(guān)于揚(yáng)聲器在復(fù)雜環(huán)境中的表現(xiàn)以及在何處可以獲得性能的見解。通過驗(yàn)證模型和建立流程，富士康的工程師們對Actran在組件和系統(tǒng)層面上準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)地仿真揚(yáng)聲器獲得了信心。