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文章编号：1002-8684（2009）06-0021-05扬声器振动系·论文·程 光（深圳市世纪声电子技术有限公司， 广东 深圳 518040）【摘 要】 用有限元方法分析了扬声器振膜的模态与扬声器频率响应曲线、谐波失真的关系。 介绍了一种有效的模 态控制方法—— — 扬声器龙骨振膜。【关键词】 振动系； 模态分析； 有限元； 扬声器龙骨振膜； 频率响应曲线； 谐波失真【中图分类号】 TN643【文献标识码】 AVibration System of LoudspeakerCHENG Guang（CGS Electronic Co.， Ltd.， Shenzhen Guangdong 518040， China）【Abstract】 The relationship between speaker cone shape and SPL curve and THD （Total Harmonic distortion） is introduced using finite element modal analysis. How to use the cone with rib to control and reduce modal is introduced.【Key words】 vibration system； modal analysis； finite element； speaker cone with rib； SPL curve； harmonic distortion1 引言锥形扬声器可以看作是一个系统， 由 2 个子系统 构成，即硬件构成的固定系和软件构成的振动系。 固定 系的作用是产生磁场和系统支撑， 其主要研究如何产 生稳定、强并均匀的磁场。 采用有限元的方法可很简单 地描绘出磁间隙附近的磁力线分布， 改变磁铁和导磁 板的形状及参数就可清楚地看到磁力线分布的改变， 从而优选出比较均匀的结构参数。 在宏观上，固定系可 简化为刚体，形变可忽略，计算较简单。 振动系就复杂 得多，所有部件在振动中都会发生形变，且其形变都是 非线性的。 每个部件都不是刚体，在有效频率范围内无 法用数学解析式表达，这给设计人员造成了极大困难。 因此，扬声器设计的好坏主要取决于振动系。在扬声器振动系中 ， 对音质影响最大的是振膜 （cone，笔者所述的龙骨振膜与蜂窝结构和三明治结构 振膜一样，并不是膜状的）。 振膜由锥体（diaphragm）和 折环（surround）构成，是扬声器发声的部分；不同结构、 不同材料的振膜发出的声音不同。 整个锥体不能简化 为刚体，其扭曲变形的形态很多。 可进行一个实验，将 不同材料的 3 面小旗（一面是纸制的，一面是塑料片制 的，一面是金属片制的）放在风中吹，可以发现，很小的风就会使纸片飞舞起来，发出噼噼叭叭的响声，还可看 到各种扭曲变形。 这时，塑料片和金属片小旗没有什么 动静。 风大一点，发现塑料片开始抖动，发出噼噼叭叭 的响声，金属片还没有动。 当风再大一点，发现金属片 也抖动起来，发出更大的、有点刺耳的噼噼叭叭声，如 果在金属片上涂上一些胶， 它发出的声音就会减小很 多，频率也会低很多。 这个实验说明：（1）这些声音是由 于材料扭曲变形发出的；（2）这些声音的频率与弹性模 量有关；声音的大小与材料的阻尼有关。 对于简单的方 形或圆形的平板， 可用振动力学的方法计算其变形模 态；这种声音对扬声器就是噪声，是失真。扬声器振膜的形状已复杂到无法用微积分方法来 计算。 笔者将锥体分割成许多小的部分，将这些部分看 成刚体，这些小的部分之间用阻尼弹簧连接，只要划分 得足够细， 就可非常接近实际情况， 这就是有限元方 法。 笔者在 0~10 kHz 范围内对同一结构、不同材料或 同一材料、 不同结构的锥体进行模型分析发现其固有 模态相差很大，数量从数十个到数百个不等。2 模态分析笔者对普通 100 mm 的扬声器 PP 振膜（如图 1 所 示）进行模态分析。 材料的弹性模量 1 500 MPa，膜厚 2009 年 第 33 卷 第 06 期 輦輯讂0.3 mm， 折环外边粘接处固定约束， 其余用软弹簧约 束，策动力：自由。 划分网格如图 2 所示，节点数 60 077。 从 0~5 000 Hz 有 69 个模态。 模态的形态分为 4 类。第 1 类是对称的、像花瓣一样、凹凸对称的模态， 称为瓣型模态，如图 3 所示；这种模态最多，中低频段 占 90%以上。第 2 类是一圈一圈的、上下甩动，将其剖开，截面 线像鞭子一样，称为鞭型模态，如图 4 所示；鞭型模