本文選題：動圈揚聲器　切入點：等效電路　出處：《國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：渦流效應(yīng)、蠕變效應(yīng)和時變效應(yīng)嚴(yán)重影響了揚聲器單元等效電路的計算精度。論文針對如何提高等效電路在低頻區(qū)和高頻區(qū)計算精度的問題,通過深入分析渦流效應(yīng)和蠕變效應(yīng)形成的物理機制,突破整數(shù)階微分方程的限制,借助于分?jǐn)?shù)階微分?jǐn)?shù)學(xué)理論,建立了揚聲器單元的分?jǐn)?shù)階線性和非線性等效電路,研究了非線性參數(shù)和時變效應(yīng)對非線性失真的影響。論文針對定心支片的結(jié)構(gòu)非線性問題,基于附加質(zhì)量法,設(shè)計了一套非接觸式動態(tài)測量系統(tǒng),測得了定心支片的蠕變效應(yīng)和非線性力勁,并揭示了定心支片非線性力勁的形成機制。主要研究成果和結(jié)論如下:1.通過將麥克斯韋電磁波動方程拓展到分?jǐn)?shù)維,建立了分?jǐn)?shù)階電感阻抗模型以模擬高頻區(qū)渦流效應(yīng)引起的電感損失;通過在標(biāo)準(zhǔn)線性固體粘彈性本構(gòu)模型中引入分?jǐn)?shù)階粘壺,建立了分?jǐn)?shù)階標(biāo)準(zhǔn)線性固體模型,以模擬懸置系統(tǒng)在低頻區(qū)的蠕變力順。通過對實測揚聲器單元輸入阻抗和傳遞函數(shù)曲線的最小二乘擬合,得到了模型參數(shù)和擬合誤差,結(jié)果表明:分?jǐn)?shù)階電感阻抗模型準(zhǔn)確描述了電感阻抗隨頻率變化的冪律現(xiàn)象,有效地提高了等效電路高頻區(qū)的模擬精度;分?jǐn)?shù)階標(biāo)準(zhǔn)線性固體模型準(zhǔn)確把握了懸置系統(tǒng)損失因數(shù)隨頻率變化的冪律特征,顯著提高了等效電路低頻區(qū)的模擬精度。2.分?jǐn)?shù)階算子可作為短路環(huán)效果和蠕變效應(yīng)大小的評價指標(biāo)。分?jǐn)?shù)階算子越大,音圈電感損失越大,高頻響應(yīng)越好,短路環(huán)效果越好。蠕變效應(yīng)在頻譜上表現(xiàn)為損失因數(shù)隨頻率的變化:頻率越低,損失因數(shù)越大。分?jǐn)?shù)階算子越小,損失因數(shù)越大,且隨頻率的變化幅度越大,蠕變效應(yīng)越顯著。3.通過引入分?jǐn)?shù)階電感阻抗模型和分?jǐn)?shù)階標(biāo)準(zhǔn)線性固體模型,對揚聲器單元線性等效電路進(jìn)行了分?jǐn)?shù)階改進(jìn),并采用高階濾波器近似法對改進(jìn)后的等效電路進(jìn)行了時域求解,得到位移時域響應(yīng),計算結(jié)果與實測曲線的比較表明:分?jǐn)?shù)階改進(jìn)等效電路對位移時域信號的描述與實驗誤差較小,吻合較好。此外,本文給出了正弦信號激勵下,分?jǐn)?shù)階線性系統(tǒng)輸出位移時域響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)解析解。4.建立了揚聲器單元的分?jǐn)?shù)階非線性等效電路,給出了數(shù)值計算方法,比較了數(shù)值計算結(jié)果與實驗的差別,分析了分?jǐn)?shù)階非線性等效電路的模擬精度,結(jié)果表明:低頻大信號諧波失真和幅度調(diào)制失真的數(shù)值計算結(jié)果與實驗誤差較小,吻合較好;高頻調(diào)制失真的數(shù)值計算結(jié)果與實驗存在一定誤差。分析了揚聲器單元非線性參數(shù)和時變效應(yīng)對非線性失真的影響,結(jié)果表明:非線性電感對諧波失真影響較小,對調(diào)制失真有一定影響,對稱性影響較小;非線性力因數(shù)對諧波失真和幅度調(diào)制失真影響均較大,對稱性影響不明顯;非線性力順對低頻諧波失真影響大,對高頻諧波失真和幅度調(diào)制失真影響小,對稱性影響顯著。時變效應(yīng)對低頻諧波失真和幅度調(diào)制失真影響顯著。5.基于附加質(zhì)量法,設(shè)計了一套定心支片結(jié)構(gòu)非線性效應(yīng)的測量系統(tǒng)。通過模態(tài)分析測得了材料的動態(tài)楊氏模量、存儲力勁和損失因數(shù)隨頻率的變化規(guī)律,結(jié)果表明:定心支片蠕變效應(yīng)主要源于材料內(nèi)部高分子聚合物分子鏈之間的位錯運動。高分子材料在交變應(yīng)力作用下,鏈狀分子運動需要一定的時間克服阻力,因此應(yīng)變會滯后于應(yīng)力的變化。采用諧波平衡法,得到了大信號下定心支片力勁隨位移非線性變化曲線,分析了非線性形成機制,結(jié)果表明:材料非線性效應(yīng)導(dǎo)致了非線性曲線的對稱軸偏移,非線性幾何結(jié)構(gòu)是力勁軸對稱性質(zhì)的主要成因。論文工作能為揚聲器單元設(shè)計和研發(fā)、非線性失真的改善和非線性預(yù)失真補償電路的設(shè)計提供理論基礎(chǔ)和實驗支撐。
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【學(xué)位授予單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN643
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本文編號：1691373