邱小軍電聲器件計(jì)算機(jī)輔助

設(shè)計(jì)方法和軟件的調(diào)研2007－4－202007電聲

引言電聲器件的設(shè)計(jì)方法電聲器件的設(shè)計(jì)軟件揚(yáng)聲器系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件電聲測(cè)試軟件結(jié)束語(yǔ)內(nèi)容

電聲器件的設(shè)計(jì)近年有無(wú)進(jìn)步？方法？設(shè)計(jì)工具？測(cè)試工具？計(jì)算機(jī)自動(dòng)設(shè)計(jì)有無(wú)可能？將來(lái)幾年的發(fā)展方向？引言解析方法聲場(chǎng)各個(gè)聲場(chǎng)耦合振膜振動(dòng)聲振耦合電磁場(chǎng)分析電磁相互作用解析方法－聲學(xué)輻射聲場(chǎng)解析方法－聲學(xué)耦合聲場(chǎng)耦合解析方法－聲振耦合格林函數(shù)法模態(tài)耦合法波數(shù)變換法解析方法－電磁場(chǎng)電磁場(chǎng)分析電磁相互作用

解析解法－小結(jié)等效線路法

電力聲類比應(yīng)用范圍低頻時(shí)，若器件的線度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于聲波波長(zhǎng)，則此時(shí)分布系統(tǒng)參數(shù)可用集總系統(tǒng)參數(shù)來(lái)近似描述。有限元法（FEM）聲學(xué)、結(jié)構(gòu)、電磁有限元解析方法物理解釋明確表達(dá)式數(shù)值計(jì)算復(fù)雜系統(tǒng)結(jié)果分析比較復(fù)雜FEM－梁的有限元計(jì)算FEM－矩陣形式FEM－整個(gè)系統(tǒng)的自由度

FEM－整個(gè)系統(tǒng)方程

FEM－聲學(xué)問(wèn)題

FEM－

FEM法的精度

所選單元的大小數(shù)目單元上節(jié)點(diǎn)值和單元內(nèi)值的關(guān)系式聲學(xué)邊界元法（BEM）FEM和BEM的差別邊界元法和有限元法雖然都將系統(tǒng)離散化成許多小單元，用單元的節(jié)點(diǎn)參數(shù)來(lái)描述節(jié)點(diǎn)內(nèi)分布，但兩者還是有區(qū)別的。有限元法的線性方程組來(lái)源于對(duì)物理的微分控制方程（如拉葛朗日方程，波動(dòng)方程等）的近似而邊界元法的線性方程組來(lái)源于對(duì)邊界條件（邊界積分方程）的近似。

取得一個(gè)現(xiàn)有樣品根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)制作和測(cè)量若沒達(dá)到指標(biāo)、修改設(shè)計(jì)分析總結(jié)、建立經(jīng)驗(yàn)參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)工程經(jīng)驗(yàn)法

ANSYS

SPEAD

VST/VSTX

FINEMOTOR

FINECone

AKABAK

FEMM

SIM

比較和評(píng)價(jià)－1為了提高揚(yáng)聲器的性能，許多公司采取的主要方法有：采用新型磁性材料和新的磁路設(shè)計(jì)采用新型振膜材料和音圈材料和新型的結(jié)構(gòu)和形狀設(shè)計(jì)采用新型號(hào)筒廣泛采用計(jì)算機(jī)CAD、CAM和CAE技術(shù)。

比較和評(píng)價(jià)－2軟件名稱軟件類型和用途軟件參考報(bào)價(jià)網(wǎng)址Ansys有限元分析，多物理場(chǎng)耦合分析，可提供自磁鐵、音圈、振膜到聲場(chǎng)輻射的一切模擬，包括可靠性、熱學(xué)分析US$150000

SpeaD揚(yáng)聲器單元設(shè)計(jì)軟件，音圈、磁路、質(zhì)量和順性及其他相關(guān)部件的建模，每個(gè)模塊都有自己的數(shù)據(jù)庫(kù)用于預(yù)測(cè)揚(yáng)聲器單元的TS參數(shù)US$1730VST/VSTXVST為通過(guò)有限元和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)設(shè)計(jì)盆體；VSTX為音圈/磁路設(shè)計(jì)軟件。US$795FineCore對(duì)紙盆和球頂?shù)恼駝?dòng)進(jìn)行有限元分析，用盆體、球頂、折環(huán)、防塵帽、定心支片和音圈建立力聲模型4400EuroFineMotor音圈/磁路設(shè)計(jì)軟件，其主要用于預(yù)測(cè)Theile/Small參數(shù)和相應(yīng)音圈線徑、卷寬2000EuroAkabak揚(yáng)聲器單元、分頻網(wǎng)絡(luò)、輻射特性綜合分析，解釋性編程語(yǔ)言、可編程輸入U(xiǎn)S$700（教育和個(gè)人免費(fèi)）FEMM二維有限元磁路分析免費(fèi)SIM用于揚(yáng)聲器單元和揚(yáng)聲器系統(tǒng)大信號(hào)特性分析、單元、箱體及輻射的非線性分析、非線性熱學(xué)模型、電力聲各種信號(hào)的時(shí)域和頻域計(jì)算4200Euro

比較和評(píng)價(jià)－3在目前電聲器件計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件中，功能最強(qiáng)大的是ANSYS。由于采用有限元方法和多物理場(chǎng)耦合模型，該軟件原則上可對(duì)電聲器件設(shè)計(jì)的各個(gè)過(guò)程進(jìn)行建模和仿真。如磁路、電路、振動(dòng)、聲、熱和各部分的耦合，機(jī)械強(qiáng)度和耐久性等的仿真等。該軟件不像等效線路方法，具有低頻限制。該軟件可以采用設(shè)計(jì)中的其它部分，如機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾何輸入等，保證建模準(zhǔn)確，并減少重復(fù)建模的工作量。但該軟件價(jià)格較貴，而且對(duì)操作人員的要求很高，導(dǎo)致使用該軟件的成本非常大。在設(shè)計(jì)階段，數(shù)據(jù)輸入（建模）階段工作量較大。在計(jì)算時(shí)，有時(shí)需要計(jì)算時(shí)間也很長(zhǎng)。

比較和評(píng)價(jià)－4SPEAD、VST/VSTX和FINEMOTOR都屬于集總參數(shù)模型的軟件，將電磁、振動(dòng)和聲簡(jiǎn)化成若干集總參量進(jìn)行設(shè)計(jì)。FINECone和FEMM分別將有限元方法用到振膜和磁路的設(shè)計(jì)中，SIM考慮了非線性集總參數(shù)模型，而AKABAK則采用網(wǎng)絡(luò)處理方法和集總參數(shù)模型結(jié)合。和ANSYS軟件相比，集總參數(shù)模型類型的軟件僅能處理低頻情況，F(xiàn)INECone和FEMM分別只針對(duì)振膜和磁路。這些軟件價(jià)格不是很高，比ANSYS簡(jiǎn)單易用，可以在電聲器件設(shè)計(jì)的某些階段或方面起非常重要的作用，但都無(wú)法完成電聲器件完整的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。另外，這些小軟件和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、其它設(shè)計(jì)階段的配合也不如ANSYS緊密。

比較和評(píng)價(jià)－5所有這些電聲器件計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件目前都存在數(shù)值模擬準(zhǔn)確性不夠的缺點(diǎn)。數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、管理、維護(hù)和搜尋在有較多數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，采用基因算法等優(yōu)化方法進(jìn)行自動(dòng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)精度和誤差能夠給出對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)缺陷整個(gè)系統(tǒng)的輸入?yún)?shù)的測(cè)試模型和工具的建立和測(cè)試數(shù)據(jù)的無(wú)縫連接疲勞性壽命分析設(shè)計(jì)圖報(bào)表自動(dòng)生成

LEAP5CALSODLSPCADWinSpeakerzBassBoxPro和X?over3FINEBOX和FINEX-over揚(yáng)聲器系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件

LEAP5

CALSOD

LSPCAD

WinSpeakerz

BassBoxPro和X?over3

FINEBOX和FINEX-over

比較和評(píng)價(jià)軟件名稱軟件類型和用途軟件參考報(bào)價(jià)網(wǎng)址LEAP-5Complete（Win）用于專業(yè)、家庭、汽車揚(yáng)聲器系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括箱體和分頻網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)兩部分，是目前該行業(yè)中的最好軟件之一。US$1495CALSOD3.1（DOS）用于專業(yè)、家庭等揚(yáng)聲器系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括箱體和分頻網(wǎng)絡(luò)，是該行業(yè)用得較廣的軟件之一。US$320LSPCAD（Win）用于專業(yè)、家庭等揚(yáng)聲器系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括箱體和分頻網(wǎng)絡(luò)，可在設(shè)計(jì)階段視聽效果。US$980WinSpeakerz（Win）用于專業(yè)、家庭、汽車揚(yáng)聲器系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括主計(jì)算程序、一個(gè)揚(yáng)聲器單元數(shù)據(jù)庫(kù)、箱體計(jì)算器、分頻網(wǎng)絡(luò)計(jì)算器和系統(tǒng)編輯器等模塊。US$79BassBoxProandX?over（Win）用于專業(yè)、家庭揚(yáng)聲器系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括揚(yáng)聲器單元數(shù)據(jù)庫(kù)、箱體設(shè)計(jì)、分頻網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)等模塊。US$199FINEBOX和FINEX-over（Win）用于家庭、專業(yè)揚(yáng)聲器系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括揚(yáng)聲器單元數(shù)據(jù)庫(kù)、箱體設(shè)計(jì)、分頻網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)等模塊。900Euro1200EuroAuduaSpeakerWorkshop（Win）能夠測(cè)試單元阻抗、聲學(xué)頻響、諧波失真；設(shè)計(jì)箱體、分頻器；進(jìn)行FFT等分析免費(fèi)BoxPlot3.02（Win）能進(jìn)行箱體、分頻器設(shè)計(jì)；建立揚(yáng)聲器單元庫(kù)。US$25WinISD（Win）能進(jìn)行箱體、分頻器設(shè)計(jì)；建立揚(yáng)聲器單元庫(kù)，可進(jìn)行測(cè)試。免費(fèi)HornCalc（Win）設(shè)計(jì)號(hào)筒US$25

電聲計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試軟件軟件名稱軟件類型和用途軟件參考報(bào)價(jià)網(wǎng)址LMS

揚(yáng)聲器測(cè)量系統(tǒng)掃頻信號(hào)揚(yáng)聲器測(cè)量系統(tǒng)US$1395.00pcRTA

4通道32頻段實(shí)時(shí)分析儀聲學(xué)專用精密儀器US$1995.00CLIOwin7電聲器件、網(wǎng)絡(luò)、通訊、環(huán)境和房間聲學(xué)測(cè)量更新大于700EuroMLSSAMLSSA(SPO)測(cè)量TS參數(shù)、用于生產(chǎn)線上質(zhì)量控制、語(yǔ)言傳輸指數(shù)STI和快速語(yǔ)言傳輸指數(shù)、房間聲學(xué)測(cè)量US$KlippelDistortionAnalyzerhardware大信號(hào)建模、線性、非線性參數(shù)測(cè)量；3維失真測(cè)量、功率測(cè)量、傳遞函數(shù)測(cè)量等US$B&KPulseAudioAnalyser音頻聲學(xué)專用精密儀器US$25000

歸納了目前常用的電聲器件設(shè)計(jì)方法、評(píng)價(jià)了各種方法的使用范圍。介紹了幾種目前常用的電聲器件計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件ANSYS，SPEAD，VST/VSTX，F(xiàn)INEMOTOR，F(xiàn)INECone，AKABAK，F(xiàn)EMM和SIM介紹了幾種常用揚(yáng)聲器系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件LEAP5，CALSOD，LSPCAD，WinSpeakerz，BassBoxPro和X?over3，F(xiàn)INEBOX和FINEX-over結(jié)束語(yǔ)－1

電聲器件的設(shè)計(jì)近年有無(wú)進(jìn)步？方法？設(shè)計(jì)工具？測(cè)試工具？計(jì)算機(jī)自動(dòng)設(shè)計(jì)有無(wú)可能？將來(lái)幾年的發(fā)展方向？結(jié)束語(yǔ)－2

優(yōu)秀電聲器件計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件：應(yīng)具有分析功能和設(shè)計(jì)功能要簡(jiǎn)單、容易上手，成本也不高電聲器件計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件方向：一是從簡(jiǎn)單模型出發(fā)，在集總參數(shù)模型上，逐步引入非線性模型、對(duì)其中某些部分（磁路、振膜）的計(jì)算引入有限元方法，逐步變得完整、精確；二是從復(fù)雜和功能強(qiáng)大的ANSYS出發(fā)，在其上做二次開發(fā)，專門針對(duì)電聲器件實(shí)現(xiàn)專門的設(shè)計(jì)工具，有