机电被动振膜扬声器系统参数分析与优化研究

发布时间：2020-05-12 04:31

【摘要】：当前扬声器系统已经被广泛的应用于各行各业了,如手机、电脑、耳机、音箱等。扬声器系统的主要功能是对声音的再现,已有声音的再现能力是评价一个扬声器系统好坏的重要标准。当前业界在中高频段已经可以达到非常好的再现能力,但是在低频段对声音的再现研究却进展缓慢。目前低音增强技术主要可以分为数字化虚拟低音增强技术与硬件低音增强技术两类,其中物理层面的硬件低音增强技术具有很大的挑战,但是对于低音再现却有非常重要的意义。因此本文提出一种新型机电被动振膜扬声器系统,利用机电被动振膜声阻抗可调的优点,在物理层面上增强系统的低频响应能力。机电被动振膜是该新型扬声器系统的核心。本文利用首先利用电磁耦合原理,在机械振膜一面粘贴线圈,将线圈浸入磁场设计出声阻抗可调的机电被动振膜。并建立了机电被动振膜声阻抗数学模型,分析了附加电路参数对机电被动振膜声阻抗的影响,研究了电路共振频率与机电被动振膜系统共振频率之间的关系,为机电被动振膜扬声器系统数学模型的建立奠定了基础。结合机电被动振膜,设计了机电被动振膜扬声器系统。本文建立了新型扬声器系统频响数学模型,分别了机电被动振膜的附加被动电路三个参数对系统频响的影响,并根据系统频响数学模型建立了以低音截止频率最小为优化目标的优化模型。设计寻优算法并计算,计算结果表明新型扬声器系统低音截止频率相对于普通机械被动振膜扬声器系统与普通闭箱扬声器系统明显降低。为了验证理论计算的合理性,本文制作了机电被动振膜扬声器系统样机,设计了基于激光测振仪的扬声器系统TS参数测量实验与频响测量实验。分别进行了机电被动振膜附加电路三个参数变化对系统频响曲线的趋势影响实验与参数优化验证实验。实验结果显示,电路三个参数变化对系统频响曲线的趋势影响与计算结果保持一致,参数优化使得系统低音截止频率降低,系统低频声辐射增强能力显著提高。
【图文】：

动圈式扬声器

1.1 课题研究的目的和意义本课题的研究目的在于增强扬声器系统的低频声辐射能力。人类的听力频率在一定范围之内，一般大于 20Hz 而小于 20kHz，很多乐器的发声频率也比较低，如大鼓、低音提琴、大提琴等，而扬声器却很难再现低频段的声音，因此本文研究目标是拓宽扬声器系统的低频工作范围。扬声器的种类很多，根据不同的能量转换方式，可以将其划分为四种，分别为动圈式、动铁式、静电式和压电式扬声器[1-2]。动圈式扬声器是 1925年发明的，是当前应用最为广泛的发声元件[3]。动圈式扬声器是通过法拉第电磁感应将电能转化为动能（扬声器），或者逆向的将动能转化成为电能（麦克风）的器件。如图 1-1 动圈式扬声器结构与工作原理图所示，通电线圈被浸入在恒定的磁场中，，线圈的受力方向会随着电流方向的变化而改变，通电线圈运动会带动与线圈相互粘贴在一起的振膜运动，从而发出声音[4]。动圈式扬声器的结构较为简单、稳定性较高、方向性强、频带宽、是电声元件中的主力产品。其在电脑、家庭音箱系统、智能音箱、车载音箱等行业应用广泛。

动铁式,扬声器,极板

图 1-2 动铁式扬声器结构与工作原理图[4]扬声器由 Lee 于 1927 年首次提出并申请了专利，在出了静电式扬声器的理论模型。其工作原理如图 1-升压变压器后分别与两个极板相连接，极板平行放置电容结构，极板中间放置与极板平行的振膜。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH89

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