你还记得你的第一场音乐会吗？当我想到我的时候，我被运送到2007年12月30日。我坐在一个拥挤的中型剧院里，手里拿着海报。倒计时在房间周围回荡 -五四三二一- 美国歌手兼作词人弗吉（Fergie）出来了。我将永远记住这一天，这激起了我对现场音乐的赞赏。放置在剧院周围的扬声器使我能够完美地听到所有音乐，甚至从场地的后面。
为什么要优化扬声器组件？
重要的是，无论使用什么地方，扬声器在家庭影院系统中，在健身房，家庭烹饪还是在音乐会场所中都可以表现出色。要设计高性能的扬声器，您可以使用仿真来优化各种组件。例如，您可以使用ComsolMultiphysics®软件对扬声器的圆顶和波导，磁路和蜘蛛膜进行形状或拓扑优化。
让我们仔细看看这三个例子……
1.优化高频扬声器高音扬声器
高音扬声器是一种旨在产生高频（〜2 kHz至〜20 kHz）的小型，轻巧的扬声器驱动程序。合适的是，它们以鸟类的声音命名，推文推文。
理想的高音扬声器驱动程序由平坦的灵敏度曲线组成，听起来不管听众的位置如何（它具有全向辐射特征）。但是，所有扬声器驱动程序设计固有的锥体分解和光束效果将对高音扬声器的质量产生负面影响。物理定律只是对高音扬声器的理想程度设定了限制。最佳高音扬声器设计将具有平坦的响应和尽可能多的空间覆盖范围。
通过使用形状优化更改高音扬声器组件的形状，您可以增强高音扬声器的整体性能。使用comsol多物理学可用的高音圆顶和波导形状优化教程模型，您可以学习如何对高音扬声器的圆顶和波导进行形状优化，以优化其空间和频域响应。这需要在一系列频率和空间上进行优化。教程显示了设置此问题的步骤。
高音扬声器的主要组件。
该模型的主要组成部分包括：
- 波导
- 圆顶
- 多孔吸收器
- 语音线圈
- 暂停
- 以前的
悬架，圆顶和语音线圈都以固体力学和壳接口。Thiele -small类似电路用于包括驾驶员的电磁特性。高音扬声器通常具有泡沫插入物，以避免在设计中令人兴奋的动态效果（例如谐振和圆顶灵活模式），因此，将这样的泡沫插入添加到模型中。另外，该模型还添加了结构阻尼。
结果
在此模型中，通过将优化高音设计器设计的性能与初始高音器形状的性能进行比较来分析。在下面，您可以在两个高音扬声器的1 m处查看轴上的声压水平（SPL）。平面目标SPL由黑色，虚线的水平线表示。请注意，优化的高音扬声器在从5 kHz到20 kHz的所需频率范围内产生几乎平坦的响应。另外，请注意，为每个设置显示了两组曲线。他们展示了用于计算模型中远场响应的两种不同方法。
1 m的轴上SPL。
接下来，您可以比较以20 kHz的最大频率操作时的优化和初始高音设计器设计。通过这样做，您可以看到SPL分布和两种高音码的圆顶，形成器和悬架的结构变形。结果如下所示，与优化的设计相比，最初的设计在其圆顶和前（也称为锥体破裂）中面临更大的变形。
在这里，当以最高频率生成的SPL时，您可以看到初始高音设计器设计（左）和优化的高音设计（右）的变形。
最后，您还可以研究两种设计的方向性，如下所示。方向性图突出了一个图中的频率和空间响应。针对方向性优化的区域用灰色框标记。从图中可以看出，响应在频率上是平坦的，同时具有均匀的空间覆盖率，约为-10度至+10度。
初始设计（左）和优化设计（右）的方向性图。在这里，各种颜色代表与目标SPL的偏差。黑线代表3 dB和±6 dB限制。
总体而言，该教程突出显示了使用形状优化优化高音扬声器设计性能的一种方法。是否想自己尝试并将其与您自己的设计结盟？确切了解如何构建高音棒圆顶和波导形状优化通过从应用程序库下载文档和MPH文件来建模。
2.优化扬声器的磁路
扬声器驱动器包括磁路，将磁通量集中在气隙中。在气隙内部，将线圈垂直于磁通线，并连接到扬声器的前者和圆顶。当交流电流通过线圈行驶时，线圈上的运动将通过电磁力诱导。不出所料，扬声器膜拾取了这一动作，与周围的空气相互作用，并在此过程中产生声波。
精心设计的磁路通常由铁杆和顶板组成，能够：
- 最大化通量集中在线圈上
- 在整个线圈上提供均匀的字段
磁回路的性能也通常以BL参数（力因子）为特征。在磁回路中，BL是气隙和线圈长度中磁通量的乘积。高性能磁路具有较大的BL参数，但也希望BL参数对于不同的语音线圈位置x是恒定的。这就是为什么参数通常表示为bl（x）的原因。平坦的BL（X）曲线通常会导致变形较小，因为它会导致扬声器系统的那部分线性。在这里，使用拓扑优化对磁路进行了优化。
模拟磁路
使用磁路教程模型的拓扑优化，您可以对磁路组件进行两项不同的拓扑优化研究。进行了首次优化研究，以生成轻质磁路设计，该设计在气隙中具有强磁场强度以及在静止位置处的最大BL因子。进行第二项优化研究以产生具有平坦BL（X）曲线的磁路。第一个设计是以高频（例如高音扬声器）运行的扬声器的理想选择，而第二个设计是以低频（如低音扬声器）运行的扬声器的理想选择。
具有磁路的扬声器的优化几何形状，可导致平坦的BL（x）曲线（左）。特写动画显示了朝着该磁路（右）优化形状的步骤。请注意拓扑优化，该算法可以自由添加或取出灰色区域中的铁和空气。
将两种优化的设计与传统磁路的设计进行了比较，这表明过程中的性能提高了。优化的设计还需要减少铁。
此外，创建了验证模型来验证磁路第二优化研究中生成的设计。
结果
在下面，您可以在两个优化设计中查看磁通密度标准（顶行）和输出材料体积因子（底行）。请注意，左列中的图像代表了第一座拓扑优化研究（REST设计时高BL）的磁路设计结果，右柱中的图像表示第二个优化研究的设计结果（Flat BL（x）设计）。
正如预期的那样，两个结果都表明，优化的磁路由两个单独的部分组成：
- 连接到磁铁底部（杆或轭）的中央组件
- 连接到磁铁顶部的分离部分（顶板）
在下面的线图中，您可以看到所有不同磁路模型的BL（x）曲线。
在此图中，您可以看到在静止位置（深蓝色），具有平坦BL曲线（绿色），验证模型（红色）和传统的磁路（浅蓝色）。注意：传统磁路设计的BL（x）曲线的结果基于扬声器驱动程序模型。
请记住，此处显示的结果是教程的一部分。使用COMSOL多物理学，设计工程师可以考虑各种设计标准来设置自己的优化问题；例如，固定装置的位置，特殊的几何限制或系统的整体重量。一般而言，优化问题的结果将激发和产生创新的思想，然后可以进一步完善。获取有关如何执行这两种拓扑优化研究的分步说明，并检查其余结果这里。
3.增强扬声器的悬架系统
在扬声器中，悬架系统旨在固定锥形和防尘盖并稳定语音线圈。在大多数扬声器设计中，悬架系统由环绕式和蜘蛛组成。在下面，您可以在常见的扬声器设计中查看悬架系统以及其他主要组件。
典型的扬声器设计，具有悬架系统。
当以不同的频率运行时，扬声器的语音线圈将上下移动。在高频率下，位移相对较小，但在低频下，位移很明显。当语音线圈的位移显着时，合规性，c多发性硬化症（x），沿着线圈的路径变化。弹簧将使越来越大的变形变硬。这种变化或非线性会导致扬声器设计中的失真效果。上面是力因子或BL（x），在拓扑优化示例中对非线性进行了处理。
在这里，当高频（左）和低频（右）激发时，您可以看到语音线圈的位移。当高频激发时，语音线圈的位移很小（在平坦的区域工作），但是当以低频激发时，线圈的位移很明显。注意：在这两个图像中，频率均由红色曲线表示，语音线圈由蓝色弯曲线表示。
无论语音线圈的动作范围如何，都可以创建一个线性行为的扬声器悬架系统。如何？通过改变蜘蛛的形状。
设计优化的蜘蛛
扬声器悬架系统中的蜘蛛是薄的类似膜的机械部分。它们通常是用布制成的，具有锯齿形的形状。您可能已经猜到了，它以类似于8腿的蛛网命名。
使用扬声器蜘蛛优化教程模型，您可以学习如何通过形状优化轻松改变蜘蛛的形状。
该模型由两项研究组成：
- 传统蜘蛛的性能（进行比较）
- 形状优化的蜘蛛的优化和性能
传统的蜘蛛设计（左）和形状优化的蜘蛛（右）。
结果
模型结果显示了传统设计（蓝点），优化设计（绿点）以及理想化的设计（灰色线）的力与位移（左）和依从性曲线（右）。在这两种情况下，优化的设计都与理想化的设计非常匹配。
在此模型中，目标是获得平坦的合规性曲线。但是，通常希望具有一定程度的非线性，以使弹簧变硬以用于大变形，而是确保C多发性硬化症（x）曲线是对称的。开发工程师在运行优化模型时可以自由设置此目标。想了解有关此模型的更多信息吗？尝试扬声器蜘蛛优化教程在这里。
下一步
了解有关优化模块的更多信息，该模块可用于对设计的形状，拓扑和参数优化研究，无论物理或应用领域如何：
进一步阅读
在Comsol博客上阅读有关建模扬声器的其他示例：乐动体育赛事播报
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