扬声器模组Comsol仿真反射锥：材料参数法

1. 仿真目的

在一个项目上对比测试发现，扬声器模组测试频响曲线是ok的，但是整机测试频响曲线在1kHz~2kHz存在一个较大的波谷，推测是反射锥结构导致，因此打算用Comsol对反射锥结构进行有限元仿真。
搜索发现，网上关于反射锥声学结构仿真的资料不多，因此对自己的仿真结果做一个阶段性总结，欢迎批评指正。


图1. 模组测试数据


图2. 整机频响测试数据
在Comsol的案例库中，有一个中低频扬声器的2D模型，该模型可以通过添加不同组件的材料参数（杨氏模量、泊松比、密度等）进行扬声器的频响和阻抗仿真。可以通过使用这个模型添加反射锥结构进行反射锥的仿真，仿真反射锥结构对扬声器频响曲线的影响。

2. 仿真过程

使用声学仿真软件Comsol的扬声器单元案例进行反射锥的仿真，麦克风位置选在扬声器平面横轴1m远位置，即坐标为（1,0）。
针对反射锥的具体结构参数，可从反射锥到扬声器平面距离、反射锥曲面半径、反射锥顶角半径等角度去仿真。


图3. 仿真mic位置

3. 仿真结果

以下分别从反射锥到扬声器平面距离、反射锥曲面半径等角度去进行仿真分析。

    3.1 反射锥距离对频响的影响
下图表示了反射锥锥底到扬声器平面的距离对频响的影响：

图4. 反射锥距离的定义
反射锥距离对频响的影响仿真结果如下：


仿真结果：
反射锥距离扬声器平面越近，800Hz前低频抬升越明显；反射锥会造成900Hz附近出现一个较大的波峰，在1.3kHz附近有较大的波谷；

    3.2 反射锥曲面半径对频响的影响
反射锥曲面半径（单位：米）如下：
图5. 反射锥曲面半径位置
反射锥曲面半径对频响影响仿真结果如下：


仿真结果：
反射锥曲率半径越大，中频抬高越小，中频响应越平缓；
    3.3 锥顶角半径对频响影响
反射锥锥顶角定义如下：


图6. 锥顶角半径定义
对比测试结果如下：


仿真结果：
改变锥顶角半径，对2kHz以前的频响基本无影响；
4. 结语
综合以上仿真，反射锥到扬声器的距离对频响影响最大，距离越近，中低频抬升越大，频响曲线越不平缓；
由于仿真所使用的扬声器模型是中低频扬声器，3kHz以上没有仿真结果，最好的方法是更换一个全频扬声器模型再进行仿真；
材料参数法需要仿真人员对于扬声器的部件材料参数有相当的了解程度，适合扬声器器件厂的工程师进行仿真，对于整机厂的工程师，建议使用T/S参数法进行仿真，后面会专门写一下这个仿真方法。