揚聲器折環褶皺失穩現象分析
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聲學樓
前幾天參加了聲學樓十三周年年會。下面是我當時做得分享報告。歡迎指正。
這篇報告是基于之前在公眾號有分享過的一篇文章深入分析而來的。
折環，懸邊，復合邊，surround，edge... 這個部件目前并沒有統一的名稱，大家知道是什么就行了。
為方便手機端閱讀，版面有做調整。
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內容簡介
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揚聲器折環褶皺現象
現在的揚聲器產品要求越來越高。
同樣口徑的情況下，都希望諧振頻率Fs越低越好，揚聲器沖程越大越好。所以折環相對于音盆的尺寸越來越大。
基于目前的狀況，根據實踐經驗，我們經常發現有些揚聲器折環在大位移時會發生褶皺的現象。
尤其是厚度較薄的橡膠邊和PU邊。且一般發生在單R形狀折環中。
這種褶皺現象可能造成大功率下揚聲器晃動擦圈，失真增大等風險。
褶皺是呈現周向近似周期性的，比較規律。目前這塊的分析研究較少。
在位移較大產品，比較薄的橡膠邊，PU邊等容易出現此類現象。
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褶皺現象有限元分析
最開始覺得非常奇怪，為什么軸對稱的產品會出現非軸對稱性形變？而且形變這么明顯。
到底是因為材料達到一定應力的時候呈現各向異性？還是材料厚度生產工藝厚薄不一造成的？
采用有限元計算可以復現到這種現象。說明是產品設計的結構本身就存在這樣的風險。
10mm位移的形變
10mm位移的應力
用有限元仿真的方式復現了與實踐經驗相符的類似的結果。
通過查找相關資料，以及和同行業朋友之間的相互交流。大體可以確認這種現象的來源是復合邊發生了屈曲，從而造成大形變時復合邊形狀的不穩定。
位移(動態圖）
應力(動態圖）
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仿真注意事項
?模型采用實體。如果是等厚材料，尤其是帶加強筋的折環，建議采用殼模型，劃分網格更容易，以減小計算開銷。?網格劃分需要在考慮計算能力的前提下，盡可能精細。要體現出細小結構（比如加強筋等）。并且分布比較均勻。
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理想模型分析
下圖是一個理想的常規半圓單R折環模型。
為方便分析，將折環模型抽象，暫時不考慮其厚度的影響。
圖中標識的變量：
折環內半徑a，半徑R，直徑D=2*R。
z , r代表坐標系。
我們先做最理想化的分析，假設折環可以被完全拉直。
半圓弧實線代表折環原形狀，下面的直實線代表折環變形后的形狀。
可以看到懸邊某些點會被壓縮，某些點會被拉伸。即r坐標值發生了變化。
需要從3維上來理解，2維軸對稱的點對應到3維就是線。圖中點的對應的長度為2π*r。
由于折環被拉伸或壓縮，會造成折環狀態不穩定，出現褶皺。
通過仔細推導，可以得到以下折環的壓縮/拉伸比例的函數。
在上述表達式中，其中theta0=acos(2/pi)，x0代表所在點的r坐標值，R是折環半徑，pi= π。
修改模型中R和a的數值即可得到壓縮/拉伸比例曲線。
通過計算，可以得到折環的壓縮/拉伸比例的函數的曲線。
橫坐標代表相對的點的r坐標值。
縱坐標正數代表被拉伸，負數代表被壓縮。
從壓縮/拉伸比例曲線中可以讀取最大壓縮/拉伸的比例，以及位置。
以上面分析的案例為例，最大拉伸/壓縮的部位在折環內外約1/10處。
為快速判斷，方便工程實踐應用。結合上述推導得到的函數以及現有的經驗，做一個粗略的判定方法：
一般來說，將壓縮/拉伸比例控制在2%以內，出現褶皺的可能性較小。
為保證不發生折環褶皺，R<a/9，即折環寬度D<折環內半徑a/4.5。
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解決思路
?邊的頂部改為花瓣波紋狀。這個已經被申請了專利。但可以通過這個思路做出類似的方案。
?增加凹槽。可以吸收折環上點的壓縮/拉伸產生的形變。
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概括總結
?如果可能會有，可以綜合產品的特性和要求，從解決思路中選擇方案。、?直接加高折環比折環略加寬的穩定性會更差。
?折環開槽應該是整體影響較小的改善方案。開槽位置和寬度可以結合理論計算和有限分析來確定。
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