傳聲器聲學(xué)仿真的案例
揭秘TEDS傳聲器：讓每一次聲學(xué)測量都精準(zhǔn)無誤
面對復(fù)雜的多通道聲學(xué)測試，只需將傳聲器插入設(shè)備，所有型號、序列號和靈敏度參數(shù)瞬間自動識別——這就是TEDS技術(shù)帶來的革命性變化。
想象一下，在進行復(fù)雜的多通道聲學(xué)測試時，不再需要手動輸入每一個傳感器的參數(shù)。只需將傳聲器插入設(shè)備，所有型號、序列號和靈敏度參數(shù)瞬間自動識別，系統(tǒng)立即準(zhǔn)備就緒開始測量。
這就是TEDS（傳感器電子數(shù)據(jù)表）技術(shù)帶來的真實場景。全球聲學(xué)與振動測量領(lǐng)域?qū)＜襀BK將這一智能技術(shù)融入其廣泛的傳聲器產(chǎn)品中。
01 技術(shù)定義 TEDS是什么？
TEDS是一種將傳感器數(shù)據(jù)存儲在傳聲器內(nèi)部芯片中的智能技術(shù)，它以傳聲器和內(nèi)置前置放大器的密封單元形式呈現(xiàn)。
這項技術(shù)已獲得IEEE標(biāo)準(zhǔn)化，并得到包括LAN-XI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、NEXUS系列調(diào)理放大器、2694型16通道調(diào)理放大器在內(nèi)的多種前端設(shè)備和信號調(diào)理放大器的廣泛支持。
HBK能夠自主設(shè)計和制造整個測量鏈的所有環(huán)節(jié)，因此用戶可以體驗到獨特的集成優(yōu)勢。例如，當(dāng)使用支持TEDS的傳感器時，LAN-XI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠自動讀取存儲在傳感器內(nèi)部的數(shù)據(jù)。
02 工作原理TEDS如何實現(xiàn)智能？
TEDS技術(shù)的核心在于其內(nèi)置在傳聲器前置放大器中的芯片和接口。這些數(shù)據(jù)在系統(tǒng)啟動序列期間或激活“更新TEDS”時被讀取和更新。
TEDS數(shù)據(jù)通過兩種不同方式傳輸?shù)角岸嗽O(shè)備：
I類TEDS：通過模擬信號同一根線傳輸，常用于DeltaTron傳感器，因為可以使用傳統(tǒng)的同軸電纜實現(xiàn)TEDS功能。
II類TEDS：通過單獨的線路傳輸，常用于測量傳聲器，通常使用第5針腳（在電路圖中常標(biāo)記為“無連接”）來傳輸TEDS數(shù)據(jù)。
展開 跨越半世紀(jì)的理論與實證雙重驗證：HBK標(biāo)準(zhǔn)傳聲器，定義聲學(xué)測量的穩(wěn)定基準(zhǔn)
在聲學(xué)測量領(lǐng)域，標(biāo)準(zhǔn)傳聲器是聲學(xué)量值傳遞體系的 “基石”，而長期穩(wěn)定性，正是評判標(biāo)準(zhǔn)傳聲器性能的指標(biāo) —— 它直接決定了測量結(jié)果的溯源可靠性、校準(zhǔn)周期的合理性，乃至整個行業(yè)測量體系的統(tǒng)一性。
作為世界聲學(xué)與振動測量領(lǐng)域的重要開創(chuàng)者與行業(yè)專家，HBK（2019 年由丹麥 Brüel & Kj?r 聲學(xué)與振動和德國 HBM 測試與測量合并而來）的標(biāo)準(zhǔn)傳聲器，早已成為全球各國國家計量院、先進校準(zhǔn)實驗室的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。而這份行業(yè)認可的背后，既有HBK（原 Brüel & Kj?r）早在半個多世紀(jì)前就完成的底層機理突破與理論體系奠基，更有 NIST 等國際頂尖計量機構(gòu)長達 50 年的海量實測數(shù)據(jù)硬核背書，兩條相互獨立的技術(shù)路徑，形成了對HBK傳聲器出眾穩(wěn)定性的全面交叉印證。
NIST 50 年實測回溯：HBK 傳聲器穩(wěn)定性，遠超國際標(biāo)準(zhǔn)的硬核實證
美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）作為全球聲學(xué)量值溯源鏈的頂端機構(gòu)，其發(fā)布的計量數(shù)據(jù)是全球聲學(xué)領(lǐng)域公認的權(quán)威準(zhǔn)則。2015年，NIST 發(fā)布了一項跨度長達 50 年（1963-2012 年）的專項研究，針對全球主流的 1 英寸實驗室標(biāo)準(zhǔn)電容傳聲器與工作標(biāo)準(zhǔn)電容傳聲器，完成了行業(yè)內(nèi)罕見的大規(guī)模、長周期的長期穩(wěn)定性統(tǒng)計分析。
這項研究基于 NIST 50 年間出具的1300 余份校準(zhǔn)報告，篩選出 76 只滿足“全頻率覆蓋、校準(zhǔn)周期超 5 年、同型號、樣本量充足”的標(biāo)準(zhǔn)傳聲器，其中包含 32 只HBK 4160 型（LS1P）實驗室標(biāo)準(zhǔn)傳聲器、24 只HBK 4144 型（WS1P）工作標(biāo)準(zhǔn)傳聲器，完整覆蓋了行業(yè)內(nèi)主流的標(biāo)準(zhǔn)級傳聲器型號。
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培訓(xùn)內(nèi)容
為幫助用戶更好地掌握聲學(xué)測量技術(shù)，本培訓(xùn)將介紹聲學(xué)測量的基本知識，并配合講解B&K聲學(xué)測量的特點，內(nèi)容包括：
評價聲音的基本參數(shù)
聲學(xué)測量的儀器設(shè)備
聲學(xué)測量環(huán)境
提問與解答
培訓(xùn)時間
4月9日（周二）10:00-11:30AM
培訓(xùn)對象
對聲學(xué)測量感興趣的所有用戶
聲學(xué)測量非常有趣，歡迎大家參加
費用 免費
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培訓(xùn)將通過網(wǎng)絡(luò)授課的方式進行，請自備具備上網(wǎng)條件的電腦
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展開 LMS Virtual.Lab 11聲學(xué)視頻教程 第十課 AML計算消聲器傳聲損失
在這一課中，繼續(xù)講解FEM-AML方法，AML方法不僅可以用有限元方法計算外場聲學(xué)，同時還在管道聲學(xué)中有很方便的應(yīng)用。
這一課將使用AML方法計算一消聲器的傳聲損失，使用AML屬性定義在管道的出口端不僅可以實現(xiàn)無反射邊界條件的定義，還能夠利用AML屬性進行管口輻射噪聲分析，同時還能使用LMS Virtual.Lab 11中最新的利用AML屬性自動計算聲功率的方法，在Virtual.Lab中直接一鍵獲得正確的傳聲損失曲線。在本視頻教程中還講解了管道聲模態(tài)的定義，對于消聲器來說，通常入口和出口管都較小，聲波只能以平面波的方式進行傳播（PS:在LMS Virtual.Lab中，（0，1）階管道聲模態(tài)即為平面波），所以在入口定義（0，1）階管道聲模態(tài)之后，就能夠得出正確的傳聲損失曲線；如果管口較大（例如通風(fēng)管道、艦船類消聲器，通常管徑都大于了最高頻率對應(yīng)波長的一半），則需要考慮高次波效應(yīng)，那么入口處就需要定義其它高階次的管道聲模態(tài)，這一點希望讀者舉一反三，引起注意。
本例文檔及視頻下載地址：http://pan.baidu.com/share/link?shareid=100963&uk=1560578551
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展開 
HBK（原 Brüel & Kj?r）傳聲器 80 余年發(fā)展歷程：從技術(shù)創(chuàng)新到聲學(xué)測量標(biāo)桿
Brüel 在傳聲器與通用傳感器開發(fā)領(lǐng)域的技術(shù)引領(lǐng)與深耕，到 1950 年代后期，品牌已成為全球領(lǐng)先的精密測量傳聲器供應(yīng)商。</p><p><br></p><p>同期，HBK 同步<strong>完成聲學(xué)測量系統(tǒng)、分析儀、記錄儀等全鏈條產(chǎn)品的研發(fā)與設(shè)計</strong>，而旗下測量傳聲器的極致精度，成為全系列產(chǎn)品獲得市場認可的重要支撐。憑借高標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)服務(wù)、精密化的產(chǎn)品打磨與協(xié)同研發(fā)布局，品牌在聲學(xué)測量、學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域的用戶群體中建立了極強的口碑，這一研發(fā)理念也延續(xù)至今，支撐品牌打造出覆蓋 1/8"到 1" 全尺寸的測量傳聲器產(chǎn)品矩陣，適配測量傳聲器幾乎所有的應(yīng)用場景。</p><p><br></p><h3><strong>1970-1980 年代：核心技術(shù)突破，覆蓋全場景聲學(xué)測量</strong></h3><h3><br></h3><p>到 1970 年代初，隨著高靈敏度 1/2" 傳聲器的成功開發(fā)，HBK 在全球測量傳聲器領(lǐng)域的專家地位進一步鞏固。同期品牌發(fā)布了多款專業(yè)校準(zhǔn)設(shè)備，包括實驗室級互易校準(zhǔn)設(shè)備、行業(yè)開創(chuàng)性的手持式活塞式校準(zhǔn)器，讓用戶可在現(xiàn)場快速完成測量精度校驗，大幅提升了日常傳聲器應(yīng)用的測量準(zhǔn)確性。</p><p><br></p><p>1973 年，Western Electric 向 HBK（原 Brüel & Kj?r）提出需求，希望開發(fā)一款 1" 傳聲器，替代其經(jīng)典但已老舊的 WE 640AA 傳聲器，HBK 順利完成了這一技術(shù)攻堅，其解決方案正是日后行業(yè)經(jīng)典 4160 型傳聲器的雛形 —— 這款產(chǎn)品也成為后續(xù) NIST 等國際計量機構(gòu)傳聲器長期穩(wěn)定性專項研究的驗證型號。
展開 LMS Virtual.Lab 11聲學(xué)視頻教程 第十課 AML計算消聲器傳聲損失
在這一課中，繼續(xù)講解FEM-AML方法，AML方法不僅可以用有限元方法計算外場聲學(xué)，同時還在管道聲學(xué)中有很方便的應(yīng)用。
這一課將使用AML方法計算一消聲器的傳聲損失，使用AML屬性定義在管道的出口端不僅可以實現(xiàn)無反射邊界條件的定義，還能夠利用AML屬性進行管口輻射噪聲分析，同時還能使用LMS Virtual.Lab 11中最新的利用AML屬性自動計算聲功率的方法，在Virtual.Lab中直接一鍵獲得正確的傳聲損失曲線。在本視頻教程中還講解了管道聲模態(tài)的定義，對于消聲器來說，通常入口和出口管都較小，聲波只能以平面波的方式進行傳播（PS:在LMS Virtual.Lab中，（0，1）階管道聲模態(tài)即為平面波），所以在入口定義（0，1）階管道聲模態(tài)之后，就能夠得出正確的傳聲損失曲線；如果管口較大（例如通風(fēng)管道、艦船類消聲器，通常管徑都大于了最高頻率對應(yīng)波長的一半），則需要考慮高次波效應(yīng)，那么入口處就需要定義其它高階次的管道聲模態(tài)，這一點希望讀者舉一反三，引起注意。
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展開 仿真案例｜JVC KENWOOD汽車電子揚聲器聲學(xué)案例
KENWOOD汽車揚聲器已經(jīng)為您提供了很好的聲音體驗，但一旦您在揚聲器中加入eXcelon技術(shù)，你會驚訝于后者所能提供的聲音范圍的差異，以及您可以在一首歌中聽到以前似乎沒有的東西。”
圖2 揚聲器零件
迭代到最優(yōu)設(shè)計
下一步是優(yōu)化永磁體設(shè)計，特別是通過改善揚聲器電路間隙中的磁通量。工程師選擇最重要的設(shè)計參數(shù)，如永磁體厚度、內(nèi)徑和外徑。他們在Ansys Workbench中將這些設(shè)計參數(shù)設(shè)置為設(shè)計點，然后運行參數(shù)分析以研究假設(shè)情景。它們定義了要在設(shè)計點表格中探討的一系列值。當(dāng)用戶單擊“更新所有設(shè)計點（Update All Design Points ）”按鈕時，第一個設(shè)計點（帶有第一組參數(shù)值）被發(fā)送到Workbench參數(shù)管理器。這推動了模型從CAD系統(tǒng)到后處理的更改。
圖3 磁路幾何形狀
圖4 磁路幾何仿真結(jié)果顯示了在磁路上標(biāo)示的磁通量
對新的設(shè)計點進行了仿真，并將輸出結(jié)果傳遞到存儲數(shù)據(jù)的設(shè)計點表中。這個過程一直持續(xù)到所有的設(shè)計點都被解決，從而定義了以后可以被優(yōu)化的設(shè)計空間。
下一步是優(yōu)化磁路，磁路由永磁體、T鐵和夾板組成。這里的設(shè)計參數(shù)是T鐵和夾板的寬度、厚度和外部參數(shù)。假設(shè)分析提供的結(jié)果有助于工程師快速找到滿足所有要求的最佳設(shè)計方案。
電磁仿真和設(shè)計優(yōu)化使JVC KENWOOD能夠大幅度提升汽車揚聲器系統(tǒng)的性能。從技術(shù)角度來看，工程師可以輕松提出新的想法，例如全新的磁路形狀，而無需花費時間和成本來構(gòu)建原型。從商業(yè)角度來看，工程仿真有助于降低原型、生產(chǎn)成本以及縮短上市時間。JVC KENWOOD已經(jīng)大幅削減了一個典型項目的原型數(shù)量——從過去的10個減少到今天的兩三個。現(xiàn)在上市時間縮短了約一個月，占整個產(chǎn)品開發(fā)過程的10%。在沒有增加成本的情況下，揚聲器中的磁通量密度增加了5%。
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