近年來AR顯示技術日趨成熟，但受限于裝置尺寸與重量限制，將高品質音頻系統整合進眼鏡式裝置面臨巨大挑戰：AR 眼鏡出音孔尺寸小、與使用者耳朵距離遠，導致聲音信號易受空氣衰減和環境干擾，音質大幅下降。

本研究的核心目標的是：在不改變 AR 眼鏡內部整體系統設計的前提下，通過加裝幾何聲學通道裝置，提升聲音傳遞特性，改善頻率響應與聽覺舒適度——而這一目標的實現，依賴于 Actran仿真技術的精準支撐。

Actran仿真技術的核心優勢

相較于傳統聲學設計依賴的 “反復實驗試錯” 模式，Actran 仿真技術在本研究中展現出三大核心優勢，成為效率與精度的雙重保障：

1. 建模流程簡化，精度不打折

傳統仿真需構建復雜等效電路，流程繁瑣且易出錯；Actran 僅需喇叭廠商提供的 7 個 Thieles/Small（T-S）參數（含力學參數：sd、Mms、Cms、Rms；電磁參數：Le、Re、BL），即可快速建立微型喇叭單體模型，大幅簡化建模流程的同時精準還原喇叭聲學特性。

2. 場景全覆蓋，仿真更真實

Actran可實現從 “單體喇叭” 到 “完整 AR 眼鏡系統” 的全鏈路仿真，支持有限流體域（近場）與無限流體域（遠場 / 無反射邊界）的場景設定，完美復刻聲音傳播的物理環境。

3. 數據高度可信，與實驗強吻合

通過對比 Actran 仿真結果與 KLIPPEL 實驗量測數據，喇叭單體的聲壓級（SPL）曲線、阻抗幅值曲線在主要頻段趨勢一致，能精準反映單體的電學-機械-聲學多物理場耦合特性，證明仿真模型的邊界條件與材料參數設定接近實際情況，可直接作為后續系統設計驗證的基礎。

Actran仿真完整流程

本研究的仿真流程與實驗流程并行推進，Actran的核心應用貫穿從單體建模到系統驗證的全階段，具體流程如下：

● 設計幾何聲學通道裝置（含導音管空腔底座、封蓋、帶出音孔上蓋三部件，采用卡扣設計安裝）；

實際測試模型

● 通過 Actran建立完整 AR 眼鏡模型，利用T-S參數，定義微型喇叭計算單元，設定分析頻率范圍、流體域類型（有限 / 無限）等參數；

● 在振膜前方 0.1m 處放置虛擬麥克風，仿真實驗量測環境，執行系統仿真。

● 后處理與數據對比：提取仿真結果中的聲壓級（SPL）、 阻抗幅值等數據；

仿真與測試對比結果

● 對比加裝幾何聲學通道前后的仿真數據，以及實驗與仿真的差異，驗證設計有效性。

聲學指標的驗證和優化

Actran仿真不僅能輸出客觀聲學參數，還能同步分析心理聲學指標，實現 “技術達標” 與 “聽覺舒適” 的雙重優化：

1. 頻率響應平坦度（F）

以量測頻率響應曲線中的峰值 SPLmax為基準，通過公式計算平坦度：

其中 N 為量測點總數，SPLi 為各頻率點實際聲壓級。F 越趨近于 1，代表頻率響應曲線越平坦，音質越穩定。Actran可快速計算不同幾何參數組合下的 F 值，篩選最優設計。

2. 心理聲學指標

● 響度均衡度：數值越低，聲音越平順，避免音色失衡；

● 銳度：數值越低，聲音越柔和，減少長時間佩戴導致的聽覺疲勞。

Actran可同步仿真這兩項指標的變化，彌補了傳統仿真僅關注頻率響應的局限。

項目中還研究了聲學通道設計的幾何參數對聲學性能的影響。分別設計了隔板間距、空腔半徑、延伸厚度、出音孔上蓋類型等多因子組合方案，并進行了實驗驗證。

未來應用展望

基于Actran的精準仿真能力，未來可將其廣泛應用于 AR/VR 等智能穿戴設備的聲學設計：

● 早期設計階段快速篩選方案，降低研發成本；

● 拓展至人工聲學人頭仿真場景，進一步提升聽覺體驗的預判精度；

● 為多模塊整合的小型化音頻系統提供高效的聲學優化方案。

Actran仿真技術不僅破解了 AR 眼鏡聲學設計的核心難題，更推動了仿真技術在智能穿戴領域的落地應用，為 “小體積、高品質” 的音頻體驗提供了可靠保障。

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