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[资讯] 扬声器的转移矩阵分析法

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发表于 2010-6-20 | |阅读模式
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    在提出转移矩阵的概念后,从系统元素的串联及并联的矩阵表示方法入手,使得任何复杂系统都可用搭积木的方法得出其转移矩阵,详细描述了扬声器转移矩阵的导出过程,由矩阵表达的方程可以采用诸如Matlab之类的计算机软件快捷地求解“转移矩阵”为既简单又不失精确的数学方法。
    一、引言
    矩阵运算是很适合于用计算机进行计算的,况且现在还有像MATLAB这样的软件"因此矩阵分析法在计算机分析中被广泛采用。目前计算机分析中所采用的矩阵分析法主要有待定导纳矩阵法、转移矩阵法和散射矩阵法等、其中转移矩阵法特别适合于二端口器件的分析,在数值声学(NumericalAcoustics)中已经是常用的数学方法之一,也有人把这种方法用于普通电声器件的分析[1,2].其一般的分析步骤为:先建立器件中各元件的转移矩阵,然后根据器件中各元件的连接方式,利用相关物理定律和矩阵运算法则"求出整个器件的转移矩阵,最后求出器件的各种外特性参数。之所以提出用转移矩阵来分析扬声器,还有一个重要原因即某些扬声器零件(例如弹波和折环等)很难从纯理论研究中建立精确的数学模型,而矩阵分析法把它们作为网络处理,直接可用测得的参数模拟这些零件,在不涉及零件内部物理机理时,它们可用等效电路来描述。因此,所有零件同样都可用电路理论来分析。
    二、转移矩阵简介
    转移矩阵实际上是双端口电路分析中的A参数矩阵,当将输入量和输出量均作拉普拉斯变换时,转移矩阵也就相应地变成了传递矩阵。其框图如图1所示。
06112907.gif
图1
    其中F表示通过变量(如电流或力等),D表示跨越变量(如电压或速度等)下标1表示输入,下标2表示输出。输入和输出之间的关系为
06112906.gif
图示
    输入输出间的任何复杂关系总可以通过串联和并联来实现,所以,只要研究清楚串联和并联的情况,原则上就可像搭积木一样搭出各种转移矩阵来了。先看一下串联的情况,如图2所示。
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图2-3
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图示
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 楼主| 发表于 2010-6-20 |
三、扬声器的转移矩阵
    可以把扬声器的转移矩阵分为4个串联矩阵;信号源与音圈的阻抗矩阵、磁路矩阵、振动系统矩阵以及从振动系统到空气的转移矩阵。
06112910.gif
图示
    由此可知磁路的转移矩阵为
06112911.gif
图示
    扬声器在作活塞振动时,其振动系统的转移矩阵是非常简单的。实际上就是一个刚体的运动阻抗。可以在频域中以速度为自变量,应用牛顿定律导出这个运动阻抗。
06112912.gif
图示
    至于从振动系统的振动到空气的振动,其转移矩阵可这样导出;设扬声器的辐射面积为Sd,其体积速度为U,空气压强为P,则有下图:
06112913.gif
图示
    四、结束语
    转移矩阵的主要优点是精确和灵活,而且也并不很复杂。集中参数在应用时很简单,但缺乏精确性,有限元和其它一些数值算法是精确的,但应用时却十分复杂。转移矩阵则是一种既简单又不失精确的数学方。

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发表于 2010-6-20 |
好棒的音乐啊:victory:
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发表于 2010-6-21 |
支持佳作!:victory:
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发表于 2010-6-21 |
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