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在扬声器及其系统的研究和设计中,声波的衍射现象是广泛存在的,衍射声场会与扬声器及其系统的辐射声波发生干涉,从而直接影响到其实际的声学性能。衍射声场的影响在扬声器单元的声学特性测量和扬声器系统箱体设计这两个方面表现的最为明显,本文主要对这两个方面展开研究。 在扬声器领域中,扬声器单元的测量占有极其重要的地位,实际测量结果既反映了扬声器单元本身的实际声学性能,也是对扬声器单元及其后续的扬声器系统进行研究和设计的最主要依据,因而扬声器单元声学性能的测量准确度和可靠性直接影响到扬声器相关领域的各个方面,具有非常重要的意义。在实际进行的扬声器测量中,为了模拟无限大障板情况下的声负载,常将扬声器安装在有限尺寸的有限大障扳上。目前,最为广泛采用的是国际电工委员会(InternationalElectrotechnical Commission,IEC)在其扬声器测量标准IEC60268-5中规定的扬声器单元标准测量障板。但是,有限大测试障板会对扬声器单元的实际声学测量带来影响,造成测量误差,主要原因在于测试障板的物理边界会对扬声器的辐射声波产生衍射效应,衍射声场叠加到测试传声器中便会对扬声器单元声学性能的实测结果产生干扰,从而影响到测量结果的准确度和可靠性。同时,衍射声问题在扬声器的箱体设计中也广泛存在着,给扬声器系统设计带来了较大的不确定性。在扬声器声学测量和系统设计过程中存在的这种衍射声影响长期以来困扰着相关领域的研究和设计人员,但是对该问题一直缺少系统的、理论的研究。这也是本文工作的主要着眼点。 本文提出了一个计算有限大测试障板的衍射声场的时域方法。通过对衍射声场的时域脉冲响应分析,可以计算出实际尺寸的扬声器测试障板所产生的衍射声场声压,并定量描述了衍射声对扬声器单元频率响应测量的影响。对此问题,本文提出了一个误差补偿方法,可以将在实际有限大尺寸的测试障板上测量得到的扬声器单元频率响应补偿到在理想无限大障板情况下测得的响应。在南京大学声学研究所消声室中用实际扬声器单元进行了实验验证,实验结果证明了预测和补偿方法的准确性和有效性。 进而,本文对目前被广泛采用的IEC标准测试障板的衍射声场影响进行了深入的分析,并给出了相应的误差补偿方法。定量研究了IEC标准测试障板对扬声器单元的频率响应、指向性特性等声学性能指标产生的衍射声影响,分析了扬声器测量过程中的测试距离、扬声器安装位置的选择等因素对测量准确性的影响,并对实际的扬声器测量提出了建议,有利于提高扬声器测量的准确度。 最后,本文研究了扬声器系统箱体设计中存在的衍射声问题,提出了计算箱体衍射声场的方法,并与实验结果进行了对比验证。基于本文的工作,扬声器系统设计人员就可以准确预测出扬声器系统箱体设计对系统的实际声学性能产生的影响,从而使得他们可以不再孤立地解决箱体衍射声对整体系统性能的影响问题,而是将其融入到扬声器系统设计的各个环节中去,进而可以充分和灵活地对箱体的衍射声加以利用以达到所需的设计目标,并以此指导系统的整体设计,对相关领域的研究和应用具有现实意义。