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近年来薄板扬声器应用领域越来越广泛,但薄板扬声器存在的技术缺陷却一直没有得到解决,导致其音质一直停滞不前。为了解决弯曲振动型薄板扬声器(简称薄板扬声器)发展的技术瓶颈,就必须加强薄板扬声器的基础理论研究,建立和完善其理论模型,进而分析研究改善薄板扬声器音质的办法。
薄板扬声器结构主要包括一个薄板和一个(或多个)驱动器.其中,薄板材料和驱动器性能、位置对其音质起主要决定作用。研究表明,驱动器主要起两个作用,激励和附加质量。驱动器作为激励促使薄板的振动,其位置决定了薄板模态的激发以及最终的声频响。驱动器作为附加质量粘附在薄板上,其位置也会影响薄板模态的分布,通过调节附加质量位置可以使指定频段内薄板振动模态分布均匀,减小模态简并化现象,从而达到提高薄板扬声器声频响的目的。因此,对薄板扬声器声性能进行优化设计时,应同时考虑驱动器作为激励的影响和作为附加质量的影响。
本文在已有的关于薄板扬声器的研究基础上,依据薄板振动偏微分方程,结合有限元方法,建立了薄板振动的理论分析模型,并进一步结合遗传优化算法,通过对薄板扬声器附加质量、驱动器位置优化前后的模态分析和稳态分析,得到薄板扬声器声频响曲线均匀化和低频响应延伸的办法。其中,附加质量和驱动器都视为面积变量,其重量、形状、面积和数量等物理参数均可调,与前人工作相比,本文所建立的理论模型更接近于实际的薄板扬声器。由于采用功能强大的有限元分析软件FEMLAB,对于薄板扬声器相关的各个变量都可以进行优化计算,极大地方便了工程设计和工程操作。根据计算得到的仿真结果,我们在南京大学消声室中进行了大量实验,实验结果证明本文建立的理论模型及优化办法是切实可行的,具有实际指导意义。其中,通过所建立的理论模型可以对实际薄板扬声器的模态分布和声频响进行分析和有效预测;附加质量法可以有效调节薄板扬声器模态分布及相应声频响曲线的峰谷起伏;多驱动器法可以有效提高薄板扬声器的低频响应,基于不同适应度函数对其位置进行优化还可以得到不同声性能的改善。根据对本文仿真结果及实验结果的讨论和分析,文章最后提出对理论模型进行进一步改进和完善的方案。