شبیه سازی میکرو اسپیکر با کامسول

شبیه سازی میکرو اسپیکر با کامسول با چالش‌های طراحی میکرواسپیکر با تبلت‌ها و تلفن‌های هوشمند، مصرف‌کنندگان می‌توانند در حال حرکت به سرویس‌های استریم، برنامه‌های موسیقی و پادکست‌ها گوش دهند. علاوه بر این، از سال 2019، ویدئو حدود 78٪ از ترافیک داده تلفن همراه جهان را تشکیل می دهد. مردم همیشه انتظار بهترین کیفیت صدا را دارند، حتی زمانی که دستگاه‌هایشان کوچک‌تر و قابل حمل‌تر می‌شوند. کیفیت صدای عالی از میکرو اسپیکرهای کاملاً برنامه ریزی شده و به خوبی طراحی شده است.

فریم های کوچک میکرو اسپیکرها آنها را به چالشی برای طراحی تبدیل می کند. صدای بلند مجلل برای هیچ بلندگوی، به خصوص در این اندازه آسان نیست. دیافراگم ظریف حتی می تواند در صورت مواجهه با سطوح فشار صدا SPL که بسیار شدید است، از هم جدا شود، که می تواند منجر به دمیدن بلندگو شود. علاوه بر در نظر گرفتن دیافراگم شکننده، مهندسان آکوستیک همچنین باید طرحی ایجاد کنند که از ذوب سیم پیچ صدا و دیافراگم ناشی از جریان بیش از حد جلوگیری کند.

با استفاده از نرم‌افزار شبیه‌سازی، مهندسان می‌توانند طرح‌های میکرواسپیکر خود را چندین بار در طول چرخه توسعه آزمایش کرده و بهبود بخشند، که نیاز به نمونه‌سازی فیزیکی و صرفه‌جویی در زمان و هزینه در این فرآیند را تا حد زیادی کاهش می‌دهد. مزیت دیگر این حلقه طراحی مجازی نسبت به نمونه سازی و آزمایش فیزیکی سنتی این است که شبیه سازی بینش بسیار بیشتری را در مورد آنچه عملکرد میکرواسپیکر را هدایت می کند، می دهد. مدل‌های شبیه‌سازی مقداری اطلاعات ارزشمند تولید می‌کنند که به‌دست آوردن آن با آزمایش فیزیکی غیرممکن است، زیرا هر مقداری را می‌توان در هر مکانی از مدل در هر فرکانسی اندازه‌گیری کرد.

در زیر، با استفاده از نرم‌افزار COMSOL Multiphysics و ماژول آکوستیک افزودنی، ویژگی‌های یک میکرواسپیکر Ole Wolff را با شبیه‌سازی بلندگو مقایسه می‌کنیم.

آنالیزهای الکترومغناطیسی، مکانیکی، ارتعاشی و ترموویسکوزی میکرواسپیکر
نمای کلی مدل
میکرو اسپیکر OWS-1943-8CP یک میکرواسپیکر متوقف شده از Ole Wolff است که از چندین بخش مختلف تشکیل شده است، از جمله:

آموزش comsol شبیه سازی میکرو اسپیکر با کامسول

دیافراگم
سیم پیچ صدا
آهن ربا
قطعه قطب
صفحه جلو
دریچه های پشتی

با توجه به اندازه آن، چیدمان میکرو اسپیکر در مقایسه با بلندگوهای سنتی متفاوت است. تجزیه و تحلیل الکترومغناطیسی اکثر میکرواسپیکرها از آهنربای دائمی برای ایجاد میدان مغناطیسی اطراف سیم پیچ صدا استفاده می کنند. هنگامی که یک سیگنال صوتی به عنوان یک جریان متناوب به سیم پیچ صدا اعمال می شود، به دلیل قانون القای فارادی، نیروی الکترومغناطیسی در سیم پیچ صدا ایجاد می شود. این نیروی متناوب باعث ارتعاش دیافراگم در محور بلندگو می شود و امواج فشاری ایجاد می کند که به اطراف منتشر می شود و در نتیجه صدا تولید می کند. پاسخ میکرواسپیکر برای یک سیگنال صوتی معین، ترکیبی از خواص الکترومغناطیسی، مکانیکی، ارتعاشی، و آکوستیک میکرواسپیکر خواهد بود که COMSOL Multiphysics را به طور طبیعی برای تجزیه و تحلیل این مشکل چندفیزیکی بسیار جفت شده مناسب می‌سازد. اولین مرحله منطقی آنالیز مدار الکترومغناطیسی است که نیرویی را ایجاد می کند که ارتعاشات دیافراگم را تحریک می کند. برای مثال، دانستن اینکه آیا اشباع مغناطیسی در قطعه قطب حاصل شده است یا خیر. شناسایی جریان های گردابی ناشی از جریان عبوری از سیم پیچ صدا؛ یا شناسایی اینکه چگونه نیروی القایی روی سیم پیچ صدا با حرکت سیم پیچ صدا در امتداد محور بلندگو تغییر می کند (یکی از پارامترهای مورد علاقه BL(x) است)، که بر نحوه تغییر سیگنال صوتی توسط بلندگو در هنگام اعمال سیگنال های بزرگ تأثیر می گذارد. تجزیه و تحلیل مکانیکی برای دانستن بیشتر میتوانید به صفحه آموزش کامسول مراجعه کنید.
در حالت ایده آل، انطباق (معکوس سفتی) دیافراگم باید ثابت باشد، زیرا دیافراگم از آهنربا دور یا نزدیکتر می شود. هنگامی که سیگنال های صوتی بزرگ به بلندگو اعمال می شود و این جابجایی به اندازه کافی بزرگ می شود، تغییر انطباق (همچنین به عنوان CMS(x) شناخته می شود) یا غیر خطی می تواند باعث ایجاد اعوجاج در سیگنال صوتی شود. برای ارزیابی این، ما از قابلیت‌های تحلیل غیرخطی COMSOL Multiphysics استفاده می‌کنیم و چگونگی تأثیر غیرخطی‌های هندسی بر سفتی دیافراگم را تحلیل می‌کنیم. اگر علاقه مند به مباحث شبیه سازی سنتز دی ان ای (DNA) با کامسول هستید مطالعه کنید.

برای آزمایش دقت مدل، می‌توانیم بین اندازه‌گیری‌های فیزیکی و اندازه‌گیری‌های پیش‌بینی‌شده توسط مدل مقایسه کنیم. این مقایسه معمولاً به عنوان همبستگی نامیده می شود و معمولاً در مراحل مختلف برای کسب اطمینان از اعتبار مدل استفاده می شود. در نمودار زیر می‌توانید تطابق خوبی بین مدل و اندازه‌گیری‌های جابه‌جایی سیم‌پیچ صوتی مثبت (زمانی که دیافراگم از آهنربا دور می‌شود) را مشاهده کنید. تجزیه و تحلیل لرزشی
هنگامی که ویژگی های الکترومغناطیسی سیستم مشخص شد، می توان آنالیز ارتعاشی میکرواسپیکر را برای سیگنال های صوتی کوچک انجام داد. در این تحلیل، نیروی الکترومغناطیسی ایجاد شده بر روی سیم پیچ صدا توسط نیروهای اینرسی، نیروهای مکانیکی ایجاد شده توسط دیافراگم و نیروی فشار ایجاد شده توسط هوا مقابله می شود.

پاسخ ساختاری و صوتی جفت شده، یا پاسخ ارتعاشی، نحوه عبور جریان از t را تغییر می دهد.