微型扬声器谐波失真分析

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1、微型扬声器谐波失真分析·技术分析·李绩科1，尚新春1，金明昱2(1．北京科技大学应用力学系，北京100083;2．楼氏(北京)电子有限公司研发部，北京100176)【摘要】总谐波失真(THD)是评价一个扬声器好坏的主要参数，而谐波失真产生的原因是来自于扬声器振膜的非线性振动。针对一类典型的微型扬声器的谐波失真问题进行了研究。首先根据扬声器的结构特点和力学分析建立了振膜非线性振动的数学模型。其次，应用四阶龙格－库塔法和傅里叶变换法给出了此扬声器总谐波失真的数值计算结果。并且采用KLIPPEL声学测量仪器，在消声试验室中测试测得此扬声器样品的总谐波失真数据。总谐波失

2、真的数值计算结果与实验测量值符合较好，佐证了本文理论模型和数值方法的正确性。最后，通过数值模拟讨论了减小扬声器谐波失真优化设计的可能性。【关键词】微型扬声器;谐波失真;非线性效应;声学实验;数值模拟【中图分类号】TN643【文献标志码】AAnalysisofMicro-loudspeakerHarmonicDistortionLIJike1，SHANGXinchun1，JINMingyu2(1．DepartmentofAppliedMechanics，UniversityofScienceandTechnologyBeijing，Beijing100083，Ch

3、ina;2．DepartmentofＲ＆D，KnowlesElectronics(Beijing)Inc．，Beijing100176，China)【Abstract】TheTHD(TotalHarmonicDistortion)ofloudspeakeristhecriterionevaluatingaloudspeaker，andthereasonofwhichisbecauseofthenonlinearvibrationofloudspeaker’smembrane．TheresearchofTHDoftypicalmicroloudspeakerisf

4、ocused．Themathmodelofloudspeakeraccordingtoitsmechanicalstructureisbuilt．Secondly，fourth-orderＲunge－KuttamethodandFouriertransformtosolvethemathmodelandgiveanumericalresultofTHDareused．Thirdly，compa-ringtheresultsbetweenthenumericaloneandtheexperimentalmeasurementwhichisdoneinananech

5、oicchamberwiththeacousticsinstrumentKLIPPELwillbeshowedanddemonstratethisnumericalmethodofcalculatingtheTHDofloudspeaker．Lastly，accordingtocoefficientofmatchingBlcurveandKmscurve，anewtheoryforengineerstodecreasetheTHDofloud-speakerisresearched．【Keywords】microloudspeaker;totalharmonic

6、distortion;numericalsimulationnonlinearstiffnessandmagneticfield;acousticsexperiment;振动，分析过程中必须考虑非线性效应。对小微型扬声器来说，其非线性声学特点主要体现在:在输入信号的激励下，响应信号中包含有不同于输入信号频率的信号成分。特别是对于动圈类型的扬声器来说，非线性响应是扬声器系统对应于输入大幅值信号的一种固有属性，表现为在扬声器的输出频率中会产生激励信号频率的倍频信号。从机理上分析，小微型扬声器的磁场强度B(x)和振膜刚度K(x)依赖于振膜位置x是产生上述扬声器总谐波失

7、真(THD)现象产生的主要原因［5－7］。1引言小微型扬声器已经成为人们日常生活中不可缺少的一部分。为了给手机等移动通信设备提供性能优良的小微型扬声器设备，就要对其性能做具体的分析和改善。小微型扬声器的总谐波失真(THD)则是评价一个扬声器性能是否优良的最主要参数。在扬声器谐波失真问题的相关研究中，主要有两种分析方法［1－4］。一种是在分析小信号激励响应中，将扬声器的振膜刚度和磁场强度等参数进行常数化处理;另一种方法是在大信号激励响应分析时，将扬声器的参数视为其音圈振动位移和输入电流的函数。前者是针对振膜微小振动特征进行线性化近似分析。理论上讲如果输入电流是谐波

8、信号，则振膜(音圈)的振