Page 136 - 《应用声学》2021年第6期

932 2021 年 11 月

准声场中的变形量。当均压孔置于校准声场时，随
2 传声器灵敏度的联合仿真
着频率的降低，传声器振膜的变形因作用在其两侧
声压压差的减小而减小。对于外均压校准，振膜变
校准传声器的关键是校准声压激励传声器的
形由活塞发生装置的校准声压决定，而校准腔在次
振膜。但传声器与活塞发生装置的体积相差甚大，
声段的压力泄漏和热传导效应明显。因而不同工况
同时考虑到仅校准声场对传声器输出有明显的影
下校准声压的激励造成了传声器振膜变形频率响
响。为提高运算效率和精度，对活塞发生装置和传
应的不同。
声器分别进行数值模拟，将活塞发生装置的校准声
压施加在传声器振膜上，实现传声器灵敏度校准的 2.5 ܱکԍಣю
联合仿真。 2.0

应用 COMSOL Multiphysics 中的热黏滞声学 Яکԍಣю
模块、结构场 (膜模块) 与静电场模块 3 个物理场进 1.5
行耦合。设置振膜的材料、厚度以及膜的初始预应 ૝ᒛԫॎ᧚ᄊࣨϙ/(10 -4 mm) 1.0 ፐབྷ-ࠛ࠰ࢺц
力，在振膜的外边缘添加固定约束。此外，在振膜与 བྷ͜࠮-෺໤ࢺц
ፐབྷ-෺໤ࢺц
后腔之间设置热黏滞声学和固体结构力学耦合边 0.5 བྷ͜࠮-ࠛ࠰ࢺц
界实现振膜与声场的耦合，校准声压与静电力分别
0
施加在振膜上，真实模拟对传声器灵敏度的内外均 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 10 1
ᮠဋ/Hz
压原级校准。内均压校准是指传声器的均压孔置于
(a) ࣨϙ־ऄ
活塞发生器的校准腔内部，保证传声器的均压孔与
૝ᒛԫॎᄱᣗ̆ำ܋༏ҵᄊᄱͯࣀ /(O) 180
ፐབྷ-ࠛ࠰ࢺц
校准声场连通。外均压校准是指传声器的均压孔置 160 བྷ͜࠮-෺໤ࢺц
ፐབྷ-෺໤ࢺц
于校准声场外部，即均压孔与外界大气连通，内外均 140 བྷ͜࠮-ࠛ࠰ࢺц
压校准机制如图6所示。 120 Яکԍಣю
100
ܱکԍಣю Яکԍಣю 80
͜ܦ٨ ͜ܦ٨ 60
40
ܦڤ ܦڤ 20 ܱکԍಣю

کԍߘ کԍߘ 0 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 10 1
ᮠဋ/Hz
(b) ૝ᒛԫॎᄱᣗ̆ำ܋༏ҵᄊᄱͯ־ऄ
图 6 内外均压校准机制
Fig. 6 The mechanism of calibration for vent in 图 7 不同工况校准声压激励下的振膜变形响应
field and vent out field Fig. 7 Frequency responses of diaphragm defor-
mation excited by calibration pressure under dif-
2.1 传声器振膜变形的幅相频响应 ferent conditions

为揭示多物理效应在灵敏度校准过程中的误 在图 7(b) 中发现，振膜变形相较于活塞激励的
差机理，将绝热 -密封、绝热 -泄漏、热传导 -密封、热 相位响应伴随着振膜变形幅值的变化而变化。在内
传导 -泄漏 4 种工况下校准腔的有限元模型与传声 均压校准过程中，当泄漏工况下的校准声压与后腔
器在热传导 -泄漏工况下的有限元模型分别进行多 声压作用在传声器振膜上时，随着频率的降低，振
物理场联合仿真，进而分析活塞发生装置特性对传 膜变形相较于活塞激励的相位超前量趋于180 。在
◦
声器灵敏度幅相特性变化规律的影响，传声器振膜 外均压校准声场中，振膜变形相较于活塞激励的相
变形幅值与相位响应的仿真结果如图7所示。 位超前量在极低频率下趋于 90 。但在 0.1 ∼ 10 Hz
◦
从图 7(a) 可以看出，内外均压校准声场中的传 的频段内传声器产生了较小的相位滞后，主要是由
声器振膜变形存在很大差异，尤其在10 Hz 以下，外 振膜将后腔中空气通过均压孔推向外界大气而引
均压校准声场中的振膜变形量总是大于内均压校 起的。