CN105022890B - 通过扬声器振动部件的共振频率反推其杨氏模量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通过扬声器振动部件的共振频率反推其杨氏模量的方法，属于扬声器设计和制造及材料参数测量领域。首先，采用测量方法得到扬声器振动部件的共振频率f0。然后，采用仿真分析方法得到该振动部件的共振频率f0’，它包括建立几何模型、建立仿真分析模型和模态分析求解等步骤。最后，通过上述共振频率f0和f0’，反推计算得到该振动部件材料的杨氏模量。该方法可以帮助电声工程师比较准确地获得扬声器振动部件的材料特性，从而更好地设计和制作扬声器。

Description

通过扬声器振动部件的共振频率反推其杨氏模量的方法
技术领域
本发明属于扬声器设计和制造及材料参数测量领域，涉及的是一种通过扬声器振动部件的共振频率反推其杨氏模量的方法。
背景技术
扬声器的振动部件包括定心支片、纸盆、防尘帽、骨架和音圈等，大多数部件都属于高分子材料或复合材料，比如折环就是由泡沫塑料或者橡胶等高分子材料压制而成的，其材料特性较为复杂，难以测量，且加工过程中的裁剪、涂胶和热压等工艺都会对各部件成品的杨氏模量产生重要影响。然而在振动部件的工作过程中，表现出来的更多是线弹性材料的特性，将振动部件当作线弹性材料处理，可极大简化振动部件材料模型的建立过程，有利于工程师更方便地去理解和设计振动部件。
线弹性材料的特性包括杨氏模量、泊松比、密度和损耗因子，其中杨氏模量是线弹性材料的主要材料参数，目前受到工艺流程和测量方法的限制，无法准确测量振动部件材料的杨氏模量，只能使用尽量相同的工艺流程将振动部件的原材料压制成平整面料，再测量面料的杨氏模量，并将其近似作为振动部件材料的杨氏模量，事实表明，这种近似产生的误差较大。随着对扬声器品质的不断追求，要求能够获得一种准确测量振动部件材料杨氏模量的方法。
发明内容
本发明的目的是得到一种通过扬声器振动部件的共振频率反推其杨氏模量的方法；
本发明要解决的是无法准确测量扬声器振动部件材料杨氏模量的问题。本发明通过扬声器振动部件共振频率的测量结果和仿真结果，反推计算出振动部件材料的杨氏模量；
本发明的一种通过扬声器振动部件的共振频率反推其杨氏模量的方法，具体步骤为：
（1）测量得到振动部件的共振频率；
有两种方式测量得到振动部件的共振频率：1）直接读取振动部件设计图纸上标示的共振频率f0；2）使用扬声器振动部件F0测量仪，测量得到振动部件的共振频率f0；
若希望获得更高的测量精度，采用方式2）所述的方法测量振动部件的共振频率；
（2）仿真分析得到振动部件的共振频率；
A. 建立几何模型；
有两种方式建立振动部件的几何模型：1）通过振动部件的设计图纸，得到其几何模型；2）使用3D几何轮廓扫描仪或坐标仪设备，测量振动部件的几何模型，并在测量软件中转化为STL格式的CAD文件；若希望获得更高的几何精度，采用方式2）所述的方法测量振动部件的几何模型；
B. 建立仿真分析模型；
1） 导入几何模型：在数值计算软件中导入振动部件的几何模型；
2） 定义材料参数：定义振动部件材料的泊松比、密度、损耗因子和杨氏模量估计值E0；
3） 设置物理场环境：选择固体力学分析模式；
4） 划分网格：将振动部件的几何模型划分成若干网格单元，若是2D模型，选择面单元，若是3D模型，则选择体单元；
5） 定义边界条件：固定边界条件，参考测量共振频率时夹具的位置，在振动部件几何模型的相应部位定义固定边界条件；
C. 模态分析求解；
1） 采用数值计算软件中的特征值求解器求解仿真分析模型；
2） 计算共振频率的仿真结果：在计算结果中，首阶模态对应的频率就是振动部件的共振频率f0 ’；
（3）反推振动部件材料的杨氏模量；
已知振动部件共振频率的测量结果f0、仿真结果f0 ’和杨氏模量估计值E0，根据线弹性材料的杨氏模量平方根和共振频率成正比的原则，反推计算振动部件材料的杨氏模量E；
E=E0×（f0/ f0 ’）2
数值计算软件包括一切基于有限元或边界元理论的软件，包括COMSOL、ANSYS和ABAQUS。扬声器振动部件包括防尘帽、纸盆、定心支片、骨架和音圈。
本发明的优点是：本发明方法通过扬声器振动部件共振频率的测量结果和仿真结果，反推计算出振动部件材料的杨氏模量。该方法可以准确测量振动部件材料的杨氏模量，帮助电声工程师比较准确地获得扬声器振动部件的材料特性，从而更好地设计和制作扬声器。
附图说明
图1是本发明实施方法流程图。
图2是纸盆的2D轴对称几何模型。
图3是固定边界。
图4是该纸盆的网格划分结果。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明的一种通过扬声器振动部件的共振频率反推其杨氏模量的方法，具体步骤为：
（1）测量得到振动部件的共振频率；
有两种方式测量得到振动部件的共振频率：1）直接读取振动部件设计图纸上标示的共振频率f0；2）使用扬声器振动部件F0测量仪，测量得到振动部件的共振频率f0；
若希望获得更高的测量精度，采用方式2）所述的方法测量振动部件的共振频率；
（2）仿真分析得到振动部件的共振频率；
A. 建立几何模型；
有两种方式建立振动部件的几何模型：1）通过振动部件的设计图纸，得到其几何模型；2）使用3D几何轮廓扫描仪或坐标仪设备，测量振动部件的几何模型，并在测量软件中转化为STL格式的CAD文件；
若希望获得更高的几何精度，采用方式2）所述的方法测量振动部件的几何模型；
B. 建立仿真分析模型；
1） 导入几何模型：在数值计算软件中导入振动部件的几何模型；
2） 定义材料参数：定义振动部件材料的泊松比、密度、损耗因子和杨氏模量估计值E0；
3） 设置物理场环境：选择固体力学分析模式；
4） 划分网格：将振动部件的几何模型划分成若干网格单元，若是2D模型，选择面单元，若是3D模型，则选择体单元；
5） 定义边界条件：固定边界条件，参考测量共振频率时夹具的位置，在振动部件几何模型的相应部位定义固定边界条件；
C. 模态分析求解；
1） 采用数值计算软件中的特征值求解器求解仿真分析模型；
2） 计算共振频率的仿真结果：在计算结果中，首阶模态对应的频率就是振动部件的共振频率f0 ’；
（3）反推振动部件材料的杨氏模量；
已知振动部件共振频率的测量结果f0、仿真结果f0 ’和杨氏模量估计值E0，根据线弹性材料的杨氏模量平方根和共振频率成正比的原则，反推计算振动部件材料的杨氏模量E；
E=E0×（f0/ f0 ’）2
数值计算软件包括一切基于有限元或边界元理论的软件，包括COMSOL、ANSYS和ABAQUS。扬声器振动部件包括防尘帽、纸盆、定心支片、骨架和音圈。
现以一款6.5英寸汽车扬声器振动部件中的定心支片为例，使用COMSOL软件仿真其共振频率，并与设计图纸中的共振频率对比来对本发明的方法进行说明，所述方法的主要有如下步骤；
步骤1：通过纸盆的设计图纸读出共振频率f0=53±5 Hz；
步骤2：通过纸盆的设计图纸，画出纸盆的2D轴对称几何模型，见图2；
步骤3：由于纸盆为轴对称结构，因此为了便于计算，在 COMSOL软件中首先选择2D轴对称分析环境，然后选择固体力学模块，最后选择静态分析模式；
步骤4：在COMSOL软件的“几何”中导入纸盆的2D轴对称几何模型；
步骤5：使用COMSOL建立纸盆的有限元模型，具体步骤如下；
1）定义材料特性：设置锥体的密度为627 kg/m3，泊松比为0.33，杨氏模量为2.551GPa，损耗因子为0.033；设置折环的密度为330 kg/m3，泊松比为0.33，杨氏模量估计值为1.419 MPa，损耗因子为0.128；
2）定义边界条件：由于在测量纸盆共振频率时，其外边缘是被夹具固定的，所以在纸盆的几何模型外边缘定义固定边界条件，如图3中粗线条所示；
3）网格划分：设置网格类型为自由三角单元，单元尺寸设为Extra fine，点击Build all，结果见图4；
步骤6：点击Study开始进行模态分析；
步骤7：查看共振频率的仿真结果：从纸盆有限元模型的首阶模态计算结果中读出共振频率f0 ’= 47.811Hz；
步骤8：反推杨氏模量：纸盆共振频率的大小是和折环杨氏模量的平方根成正比的，由已知数据，可以反推计算出折环的杨氏模量E= E0×（f0/ f0 ’）2=1.419 MPa×（53/47.811）2=1.744 MPa。
最后应说明的是：以上实施案例仅用以说明本发明的实现过程，而并非限制本发明所描述的技术方案。因此，尽管本说明书参照上述的各步骤对本发明进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (3)

1.一种通过扬声器振动部件的共振频率反推其杨氏模量的方法，其特征在于该方法至少包括以下步骤：
（1）测量得到振动部件的共振频率；
有两种方式测量得到振动部件的共振频率：1）直接读取振动部件设计图纸上标示的共振频率f0；2）使用扬声器振动部件F0测量仪，测量得到振动部件的共振频率f0；
若希望获得更高的测量精度，采用方式2）所述的方法测量振动部件的共振频率；
（2）仿真分析得到振动部件的共振频率；
A. 建立几何模型；
有两种方式建立振动部件的几何模型：1）通过振动部件的设计图纸，得到其几何模型；2）使用3D几何轮廓扫描仪或坐标仪设备，测量振动部件的几何模型，并在测量软件中转化为STL格式的CAD文件；若希望获得更高的几何精度，采用方式2）所述的方法建立振动部件的几何模型；
B. 建立仿真分析模型；
1） 导入几何模型：在数值计算软件中导入振动部件的几何模型；
2） 定义材料参数：定义振动部件材料的泊松比、密度、损耗因子和杨氏模量估计值E0；
3） 设置物理场环境：选择固体力学分析模式；
4） 划分网格：将振动部件的几何模型划分成若干网格单元，若是2D模型，选择面单元，若是3D模型，则选择体单元；
5） 定义边界条件：固定边界条件，参考测量共振频率时夹具的位置，在振动部件几何模型的相应部位定义固定边界条件；
C. 模态分析求解；
1） 采用数值计算软件中的特征值求解器求解仿真分析模型；
2） 计算共振频率的仿真结果：在计算结果中，首阶模态对应的频率就是振动部件的共振频率f0’；
（3）反推振动部件材料的杨氏模量；
已知振动部件共振频率的测量结果f0、仿真结果f0’和杨氏模量估计值E0，根据线
弹性材料的杨氏模量平方根和共振频率成正比的原则，反推计算振动部件材料的杨氏模量E ；
E=E0×（f0/ f0’）2。
2.如权利要求1 所述的通过扬声器振动部件的共振频率反推其杨氏模量的方法，其
特征在于数值计算软件包括一切基于有限元或边界元理论的软件，包括COMSOL、ANSYS和ABAQUS。
3.如权利要求1 所述的通过扬声器振动部件的共振频率反推其杨氏模量的方法，其特征在于扬声器振动部件包括防尘帽、纸盆、定心支片、骨架和音圈。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106951628A (zh) * 2017-03-16 2017-07-14 吉林航盛电子有限公司 基于comsol软件的扬声器频率曲线分析方法及装置
CN108460204B (zh) * 2018-02-26 2022-02-18 浙江中科电声研发中心 一种通过扬声器振动部件的受力和位移反推其材料动态力学参数的方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5112179B2 (ja) * 2008-06-11 2013-01-09 アルプス・グリーンデバイス株式会社 Ｆｅ基非晶質合金及びそれを用いた磁気シート
CN104660207A (zh) * 2013-11-16 2015-05-27 精工爱普生株式会社 振动元件、振子、振荡器、电子设备以及移动体

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5112179B2 (ja) * 2008-06-11 2013-01-09 アルプス・グリーンデバイス株式会社 Ｆｅ基非晶質合金及びそれを用いた磁気シート
CN104660207A (zh) * 2013-11-16 2015-05-27 精工爱普生株式会社 振动元件、振子、振荡器、电子设备以及移动体

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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