頻響曲線
關注創建者：博集華仿 創建時間：2019-12-31
頻響曲線的實例教程
01
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Klippel Scanner計算頻響曲線
一款常見單元的Klippel Scanner計算得到的頻響曲線，AAL和Total SPL。
其Total SPL1k以后的谷位非常深，根本不像實際的產品。
另外以兩款環狀膜片壓縮高音為例進行說明。
下面是測試方法圖示：
兩款不同壓縮高音，Klippel Scanner計算的頻響曲線如下：
其中藍色是Total SPL頻響，紅色是Scanner計算AAL頻響。
02
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頻響曲線差異分析
和產品實測的頻響曲線對比來看，計算和實測頻響曲線存在一定差異。
首先，從測試方法來說
半透明材料的反射率是一個問題。
高頻段計算需要更密集的取點。
另外更重要的，從原理來考慮：
激光測試的膜片位移只是音圈運動方向的位移。垂直音圈方向的位移并不能被測量。因而其高頻段的實際結構振動與Scanner測試是存在一定差異的。
另外，從Scanner計算頻響的方式來說，是采用對每一點的聲壓貢獻進行瑞利積分得到的。這種積分方式，相對于考慮聲傳播過程的方式(比如利用有限元方法求解)，會存在一定差異，尤其是在高頻段，因為沒有考慮聲波傳遞過程。當膜片較深時，差異會更大。所以深錐低音揚聲器的高頻計算和實測差異會比較大。
通過模擬Scanner使用的積分方法和聲學波動有限元兩種計算方式，可以復現以上現象。
03
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結論
每一種測量/仿真方法都有其局限性。不必過于迷信某一種。要清楚其局限到底在哪，背后的原理是什么。
展開 這種結構在相位塞和振膜之間的空腔會聲模態共振，從而在最終的頻響曲線上造成峰谷。
其中一種改善的思路是在相位塞中挖一個空腔，空腔內部可以填充吸音阻尼材料，并同時在空腔上增加穿孔蓋板。這種方式相當于增加了一個旁路的赫姆霍茲共鳴腔，等效于一個濾波器。
02
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實際產品仿真與實測
下面是我開發的一款實際產品仿真與實測，改善前和改善后的結果。
目前帶反射錐的樣品在3kHz附近存在一個非常高的峰。下圖是仿真和實測的對比。峰谷的位置吻合得還不錯。
首先仿真改善前后，大概能將峰降低9dB，谷也會略填平。
實測對比改善前后的頻響曲線。發現確實改善很多。
改善后的仿真實測對比結果。吻合得還不錯。
嘗試用不同的阻尼材料，發現不同阻尼材料對頻響曲線存在一定的影響。
展開 但這種結構在相位塞和振膜之間的空腔會聲模態共振，從而在最終的頻響曲線上造成峰谷。
其中一種思路是在相位塞中挖一個空腔，空腔內部可以填充吸音阻尼材料，并同時在空腔上增加穿孔蓋板。
這種方式相當于增加了一個旁路的赫姆霍茲共鳴腔，等效于一個濾波器。
在南大《聲學基礎》的5.3.2章節有簡單的理論推導。
很容易可以想到，諧振腔體的口徑，深度，內部阻尼材料的特性，穿孔蓋板的開孔比例，孔大小，蓋板的深度等都會對頻響曲線產生較大影響。
要想仿真出上述參數對最終頻響曲線的影響，可以采用集中參數等效電路的方式，或者有限元的方式進行。
有感興趣或者有需求的可以自行嘗試。
下圖是仿真對比不同諧振腔體的口徑對頻響曲線的影響。藍色是無諧振腔體曲線，其余三條分別對應不同口徑的頻響曲線。
實測驗證聲濾波器效果的對比。下圖中黑色曲線是未加聲濾波器前的曲線，紅色是填充低密度玻纖，藍色是填充高密度玻纖。
手機側出音揚聲器其實也可以考慮參考這種思路，以消除空腔造成的聲模態形成的頻響曲線的峰谷。當然同時要考慮結構上尺寸是否允許。
展開 而頻響應曲線——激勵頻率與響應（位移、加速度等）的關系曲線就是一個直觀效果展示方式，即可以評價特定頻率下減振措施的減振效果，也可以觀察到具有減振效果的頻帶有多寬（這對于實際問題的魯棒性非常重要，因為材料與激勵并不會像分析計算模型一樣那么理想）。為了獲得如圖0所示的頻響曲線，可以進行穩態分析。為了在最終的頻響曲線中考慮到材料或者減（吸）振器阻尼耗能的頻率相關特性，就可以利用模態阻尼。本文主要介紹相關概念以及在Abaqus中的實現過程，并進而引出減振產品（結構）開發與優化問題的提法。
▲圖0 頻響曲線
2. 穩態動力學分析
在簡諧激振作用下的強迫振動，包含過渡過程和穩態響應兩部分。由于結構中不可避免地會出現阻尼力，過渡過程是迅速衰減的瞬態振動；同系統的穩態響應相比較，這種瞬態振動在某些問題中是相對次要的，因而可以不與考慮。所討論的穩態動力學分析(SteadyState Dynamics)是指在簡諧激勵作用下的系統穩態響應。盡管穩態分析是針對諧振激勵，但是由于任意一個振動激勵我們都可以通過看作是頻域上若干簡諧激勵的疊加，因此穩態分析對于控制某個隨機的振動過程也非常重要。可以指導減振產品開發與優化。
在Abaqus中的三種穩態動力分析計算方法：Direct, modal，subspace。對于三種方法的適用性可以參考Abqus用戶手冊或者《Abaqus動力學有限元分析指南》。由于modal方法的計算量較小便于快速評估產品方案，因此這里主要介紹基于modal法穩態分析得到頻響曲線。
3. 模態阻尼
對于粘彈性材料來說，材料本身的耗能特性就與頻率相關；而由粘彈性材料與其他材料一起制作而成的構件在不同頻率（或者不同模態/陣型/mode shape））對應的耗能特性（阻尼）并不一樣，由此引入模態阻尼的概念。
展開 仿真帶一個標準Holland-Newell號角的遠場頻響曲線
前腔全部打開，膜片直接輻射
仿真帶號角的遠場頻響曲線
從3kHz開始頻響持續下跌的原因是膜片不同位置振動輻射的聲波相位干涉造成。
前腔局部打開，膜片小部分直接輻射
仿真帶號角的遠場頻響曲線
從11kHz開始頻響快速下跌，的原因是膜片不同位置振動輻射的聲波相位干涉造成。
文中還做了一些細致的理論推導，感興趣的朋友可以自行查閱。
最終的實際產品和測試用到的號角
頻響曲線的相關專題、標簽、搜索
頻響曲線的最新內容
問題：
Ansys workbench進行諧響應仿真計算的后處理結果中，提供了單一頻率下的Von Mises應力查看功能和應力頻響曲線功能，但是應力頻響曲線的應力列表中沒有Von Mises應力查看項。因為Von Mises應力太常用，所以這就給我們在整個掃頻范圍內，定位Von Mises應力的最大頻率和應力值帶來一定的困難。如下所示。
漢航振動傳感器標定與校準系統是專為標定振動傳感器的靈敏度、頻響特性曲線及不確定度而設計，在本系統中，我們采用了多種標準及方法來校準振動傳感器，并生成傳感器校準報告。
⑤查看頻響函數曲線
小結：Adams/Vibration振動模塊比較適合剛柔耦合模型、含柔性連接Flexible Connections（阻尼、彈簧、梁等）的模型，其操作步驟比較簡單，除了基礎建模部分以外，有三個關鍵步驟：①建立輸入通道為系統設立激勵條件，②建立輸出通道作為觀測點，③建立分析條件與掃頻范圍。掌握以上三個步驟，就可以輕松實現ADAMS振動分析了。
漢航振動傳感器標定與校準系統是專為標定振動傳感器的靈敏度、頻響特性曲線及不確定度而設計，在本系統中，我們采用了多種標準及方法來校準振動傳感器，并生成傳感器校準報告。
音質好不好，取決于揚聲器的頻響范圍、頻響曲線、瞬態響應。而且音箱的音質需要一套完整的系統來實現，比如功放、前級、音源等等。
音箱指可將音頻信號變換為聲音的一種設備。通俗地講，就是指音箱主機箱體或低音炮箱體內自帶功率放大器，對音頻信號進行放大處理后由音箱本身回放出聲音，使其聲音變大。音箱是整個音響系統的終端，其作用是把音頻電能轉換成相應的聲能，并把它輻射到空間去。
用戶在APP中輸入導線的檔距、導線截面積、導線直徑等相關參數，APP即可計算出導線的頻響曲線。下圖為導線參數的輸入界面。
導線頻響計算完畢后，會輸出導線懸垂線夾出口處的動彎曲線，如下圖所示。
一般情況下，導線跨距較大時，如果未安裝防振錘，導線動彎經常會超出標準的許用值。
規定振動加速度測量的頻率范圍通常為10Hz~8kHz，當旋轉設備的轉速低于600r/min時，下限頻率取2Hz；振動烈度測量的頻率范圍應10Hz~1kHz；因此在傳感器送校準時，校準頻率范圍應覆蓋2Hz~8kHz，幅值偏差應滿足±5%；另外在傳感器采購時還要關注傳感器使用的溫度范圍，應覆蓋實際測量高溫、低溫極限溫度范圍，傳感器在低溫、高溫環境中測量時幅值響應偏差會發生較大的波動，圖1為某國產傳感器在-40℃的低溫環境箱內的頻響曲線
規定振動加速度測量的頻率范圍通常為10Hz~8kHz，當旋轉設備的轉速低于600r/min時，下限頻率取2Hz；振動烈度測量的頻率范圍應10Hz~1kHz；因此在傳感器送校準時，校準頻率范圍應覆蓋2Hz~8kHz，幅值偏差應滿足±5%；另外在傳感器采購時還要關注傳感器使用的溫度范圍，應覆蓋實際測量高溫、低溫極限溫度范圍，傳感器在低溫、高溫環境中測量時幅值響應偏差會發生較大的波動，圖1為某國產傳感器在-40℃的低溫環境箱內的頻響曲線
一些解釋：
已知部分的頻響曲線是指除Kea（補償放大器）外的所有部分的乘積，在波得圖上是相加。
有些廠商無法做到，就不得不采用其它的一些方法來修補模擬器件帶寬的不足，獲得更高的帶寬，頻響曲線自然發生變化。
隨著目前各種高速信號越來越多，信號速率越來越快，對實時示波器提出了新的要求，示波器廠商的數字示波器中也出現了一些新的技術，最顯著的是示波器通過數字信號處理技術（DSP）來得到更好的性能。
