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軸對稱揚聲器仿真分析中有限大障板下聲壓級的近似計算方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510529889.7

申請日:

2015.08.26

公開號:

CN105069252A

公開日:

2015.11.18

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):G06F 17/50申請日:20150826|||公開
IPC分類號: G06F17/50 主分類號: G06F17/50
申請人: 浙江中科電聲研發中心; 嘉善恩益迪電聲技術服務有限公司
發明人: 徐楚林; 溫周斌; 陸曉; 岳磊; 計敏君
地址: 314199浙江省嘉興市嘉善縣晉陽東路568號科創中心1號樓1層
優先權:
專利代理機構: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙)33240 代理人: 沈志良
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510529889.7

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.10.23|||2015.12.16|||2015.11.18

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種在軸對稱揚聲器仿真分析中,對于該揚聲器安裝在有限大障板下的聲壓級的近似計算方法,屬于數值仿真計算和揚聲器設計領域。為了采用2D軸對稱仿真計算方法計算安裝在有限大障板上的揚聲器的聲壓級,首先,將障板劃分成許多近似扇形的小塊,再將這些小塊按半徑長度標準近似歸并為較少的幾類,之后可以采用2D軸對稱仿真分析方法計算這幾類扇形障板對聲場的影響,最終得到在整個障板影響下的聲壓級結果。本方法利用計算量很小的2D軸對稱仿真方法計算得到安裝在非軸對稱障板下的揚聲器的聲壓級,在極大地提升計算效率的同時,使仿真計算條件與實際測試條件相一致,顯著減小了仿真計算結果與實測結果的差異。

權利要求書

1.一種軸對稱揚聲器仿真分析中有限大障板下聲壓級的近似計算方法,其特征在于所述的該方法包含以下步驟:1)確定一個數值較大的N,N表示障板被切分的數量;2)將障板繞揚聲器安裝中心等角度地切分成N個三角形,在障板四角處可能不呈三角形,但當N較大時將它們當作三角形也幾乎沒有影響;3)由于N較大,將每個三角形近似為半徑,圓心角的扇形,其中是第個三角形兩條長邊長度的平均值;4)半徑為、圓心角為的扇形障板,就是半徑為的圓形障板的1/N;5)確定一個大于2且遠小于N的正整數M;M越大近似誤差越小,但計算時間與M成正比;6)將N個半徑分成M組,使得用每組的均值近似代替同組內的所有成員的半徑所產生的誤差的平方和最小;采用全局優化方法或聚類算法求解此非線性全局化問題;7)經6)分組后,假設第組中包含個扇形,其半徑均值為()采用揚聲器多場耦合的2D軸對稱揚聲器仿真計算方法,仿真分析計算揚聲器安裝在半徑分別為的圓形障板上的該揚聲器正前方指定點的聲壓有效值;8)利用公式:,計算得到該揚聲器安裝在該障板上時指定點處的聲壓級。2.權利要求1所述的軸對稱揚聲器仿真分析中有限大障板下聲壓級的近似計算方法,其特征在于N一般數值較大,比如N=1000,而M比N小很多,比如M=10。3.權利要求1所述的軸對稱揚聲器仿真分析中有限大障板下聲壓級的近似計算方法,其特征在于障板是任意形狀、尺寸和厚度。4.權利要求1所述的軸對稱揚聲器仿真分析中有限大障板下聲壓級的近似計算方法,其特征在于所述的揚聲器包含任何軸對稱揚聲器。5.權利要求1所述的軸對稱揚聲器仿真分析中有限大障板下聲壓級的近似計算方法,其特征在于將N個半徑數據分為M組,使得用每組的半徑均值近似代替同組內的所有成員的半徑所產生的誤差的平方和最小,采用基因算法求解這一非線性全局優化問題。6.權利要求1所述的軸對稱揚聲器仿真分析中有限大障板下聲壓級的近似計算方法,其特征在于所述的揚聲器多場耦合的2D軸對稱揚聲器仿真計算方法包含任何能夠仿真計算得出軸對稱揚聲器在指定點處聲壓的方法,具體為:(1)建立揚聲器仿真分析物理模型;(2)建立包含圓形障板的揚聲器的2D半剖幾何模型;(3)定義材料屬性;(4)對模型進行網格劃分;(5)定義邊界條件和載荷方式;(6)模型求解及后處理。

說明書

軸對稱揚聲器仿真分析中有限大障板下聲壓級的近似計算方法

技術領域

本發明屬于數值仿真計算和揚聲器設計領域,特別中涉及在2D軸對稱揚聲器仿真分析中,對于該揚聲器安裝在有限大障板條件下,在該揚聲器輻射聲場中的指定點處的聲壓級的近似計算方法。

背景技術

隨著揚聲器應用場合的日益擴大和其重要性的不斷提升,近年來揚聲器仿真計算方法也在迅速發展。多數揚聲器都是軸對稱的(旋轉體),在仿真中可以采用2D軸對稱模型描述,但實際揚聲器產品的測量一般卻是安裝在矩形的標準聲障板上,而這樣的矩形障板是無法用2D軸對稱模型描述的。要通過仿真分析方法準確分析這種聲場條件下的揚聲器聲壓級,則只能采用3D模型分析,但其計算量遠大于采用2D模型的計算量,且因內存占用量極大,只有采用昂貴的專業計算服務器才能夠支持這樣的計算。并且,即使是采用這樣的服務器,計算時間仍需要十幾甚至幾十小時。如此昂貴的投入和漫長的計算時間,一般電聲企業都是難以接受的。另一方面,若揚聲器仿真計算選擇采用無限大障板,所得到的仿真計算結果又不便與實際揚聲器產品的測量結果做直接比較,也不符合電聲工程師的習慣。因此,這一問題成為揚聲器仿真分析方法廣泛應用的重要障礙之一。

障板一方面在正面方向起到聲反射作用,另一方面是在背面方向會影響聲繞射距離。業界有一些研究分析了這兩種因素,給出一些障板影響的近似結果,但是這些分析都將揚聲器簡化為點聲源計算,也不考慮揚聲器磁路等部件對聲場的影響,因此,當所分析的頻率較高、揚聲器較大,或所設計的揚聲器的磁路部分對聲傳播會產生顯著影響的時候,這些近似結果存在較大的誤差,不適合在較高精度要求的仿真分析工作中應用。

發明內容

針對上述問題,本發明提出一種軸對稱揚聲器仿真分析中有限大障板下聲壓級的近似計算方法。針對2D軸對稱揚聲器安裝于標準障板,或其它尺寸的矩形障板甚至其他形狀的有限大障板,所述的該方法用于揚聲器仿真分析中揚聲器聲壓級的近似計算。它的主要原理是將一塊大障板近似看成是由許多塊扇形小障板拼接而成的,利用2D軸對稱仿真分析方法可以得到各個扇形障板影響下的聲壓級,再組合得到在所需分析的障板條件下的聲壓級結果。

本發明所提及的有限大障板下聲壓級的近似計算方法,具體步驟是:

1)確定一個數值較大的N,N表示障板被切分的數量,N一般大于1000;

2)將障板繞揚聲器安裝中心等角度地切分成N個三角形,在障板四角處可能不呈三角形,但當N較大時將它們當做三角形也幾乎沒有影響;

3)由于N較大,將每個三角形近似為半徑,圓心角的扇形,其中是第個三角形兩條長邊長度的平均值;

4)半徑為、圓心角為的扇形障板,就是半徑為的圓形障板的1/N;

5)確定一個大于2且遠小于N的正整數M,M越大近似誤差越小,但計算時間與M成正比;

6)將N個半徑分成M組,使得用每組的半徑均值近似代替同組內的所有成員的半徑所產生的誤差的平方和最小,采用基因算法求解此非線性全局優化問題;

7)經6)分組后,假設第組中包含個扇形,其半徑均值為();在這M組扇形中,每一組所包含的扇形數量是不同的;

8)采用揚聲器多場耦合的2D軸對稱揚聲器仿真計算方法,仿真分析計算揚聲器安裝在半徑分別為的圓形障板上的該揚聲器正前方指定點的聲壓有效值()。所述仿真分析計算方法的具體步驟為:(1)建立揚聲器仿真分析物理模型;(2)建立揚聲器的2D半剖幾何模型,并加入半徑為的圓形障板模型,同時確保外圍空氣域完整包圍該障板模型;(3)定義材料屬性;(4)對幾何模型進行網格劃分;(5)定義邊界條件和載荷方式;(6)模型求解及后處理;

9)利用公式:,得到該揚聲器安裝在該大障板上工作時形成的聲場在指定點處的聲壓級;

10)N一般數值較大,比如N=1000,而M比N小很多,比如M=10;

上述障板是任意形狀、尺寸和厚度。所述的揚聲器包含任何軸對稱揚聲器。

本發明將N個半徑數據分為M組,使得用每組的半徑均值近似代替同組內的所有成員的半徑所產生的誤差的平方和最小,采用基因算法求解這一非線性全局優化問題。

所述的揚聲器多場耦合的2D軸對稱揚聲器仿真計算方法包含任何能夠仿真計算得出軸對稱揚聲器在指定點處聲壓的方法,具體為:(1)建立揚聲器仿真分析物理模型;(2)建立包含圓形障板的揚聲器的2D半剖幾何模型;(3)定義材料屬性;(4)對模型進行網格劃分;(5)定義邊界條件和載荷方式;(6)模型求解及后處理。

本發明所述方法的主要優勢是:1、充分利用計算量很小的2D軸對稱方陣方法,避免進行3D分析,極大地減小了計算量和內存需求;2、近似精度高;3、對揚聲器的尺寸、結構和指向性等沒有限制;4、對障板尺寸和形狀沒有限制。由于有這些特點,采用本方法可以快速準確地計算各種揚聲器安裝在各種障板上的聲壓級結果。

附圖說明

圖1為標準聲障板尺寸圖。

圖2為標準障板切分成2048個扇形的半徑分布圖。

圖3為半徑分為10組的近似障板與標準障板對比圖。

具體實施方式

下面以計算某款軸對稱揚聲器安裝在標準障板上聲壓級的過程為例說明本發明的具體實施方式:

1)設定N=2048;

2)將障板繞揚聲器安裝中心等角度地切分成2048個三角形,并近似當做2048個扇形,每個扇形頂角360/2048度,扇形半徑分布情況如圖2所示;

3)設定M=10;

4)先將半徑按長度排序,這樣每一組成員都是相鄰的。然后將前9組各自包含的成員數量作為未知量(最后一組包含剩余成員)。在每種分組情況下可以計算當前近似誤差平方的均值,因此這是一個9元單值函數。將這個函數作為目標函數,就可以用約束的整數基因算法尋找最佳分組方式。分組后每一組內成員數量分別記為n1,n2,…n10,計算每一組內半徑長度的平均值,記為r1,r2,…,r10,并用這些平均值近似代替同組內所有成員的半徑長度。分為10組所對應的近似障板及其與標準障板的比對圖如圖3所示;

5)采用揚聲器多場耦合的2D軸對稱揚聲器仿真計算方法,仿真分析計算揚聲器安裝在半徑分別為的圓形障板上的該揚聲器正前方指定點的聲壓有效值()。具體步驟為:(1)建立揚聲器仿真分析物理模型;(2)建立揚聲器的2D半剖幾何模型,并加入半徑為的圓形障板模型,,同時確保外圍空氣域完整包圍該障板模型;(3)定義材料屬性,(4)對幾何模型進行網格劃分;(5)定義邊界條件和載荷的方式;(6)模型求解及后處理;

6)得到10組仿真結果后,對每一組結果取揚聲器正前方1米處聲壓值,共10組聲壓結果,分別記為(j=1,2,…10)。在每個頻率點處標準障板下的聲壓級結果為:

以上實施實例及實施步驟僅用以說明本發明而并非限制本發明所描述的技術方案。盡管本說明書參照上述實施實例對本發明進行了詳細的說明,但本領域的普通技術人員應該理解,在不脫離所附權利要求的所限定的精神和范圍的情況下,可做出許多修改、變化或等效替換;而一切不脫離本發明的精神和范圍的技術方案及其改進,其均應涵蓋于本發明的權利保護范圍中。

關 鍵 詞:
軸對稱 揚聲器 仿真 分析 有限 大障板下 聲壓 近似 計算方法
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