压电平板扬声器的机电特性与声辐射分析及优化设计

admin · 发表于 2022-5-29 17:00:09

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压电平板扬声器是一种新型的基于压电陶瓷逆压电效应振动发声的平板型扬声器，它具有许多传统电磁扬声器不具备的优点，例如超薄超轻、无电磁干扰、低功耗等优点。本文在借鉴前人的一些基础理论的基础上，着重探究了压电平板扬声器的变形、振动、发声机理并对一些重要机电特性和声辐射进行了仿真，以此为指导提出了几种压电平板扬声器的优化设计方法，且成功应用于两款压电平板扬声器PS2327和PS46的设计。本文的主要研究内容如下：1，整理和概括了压电平板扬声器的相关基础理论。包括压电效应和绝热压电方程；一般声场方程、常见声场表达式、周界固定的圆膜基频表达式等一些相关声学理论；扬声器主要性能指标介绍；弯曲薄板的微分平衡方程和功的互等理论。2，推导出矩形薄型压电振子在静电压下受力形式并利用功的互等理论得到矩形薄型压电振子静态变形的解析解，将对算例变形的计算结果与ANSYS仿真结果、实验结果比对。基于ANSYS仿真研究了激励电压、陶瓷片和振动板的规格尺寸和物理参数对矩形薄型压电振子静态变形的影响。3，建立了压电平板扬声器的振动、阻抗及声学分析模型，提出了压电平板扬声器的振动模态、阻抗频响曲线、声压级频响曲线、声场等机电声特性的仿真方法，除了声场仿真外，其它几项性能均有对应的实验验证，且吻合度较高。4，分析了现有的压电平板扬声器的缺点及其原因。基于定性的理论分析和仿真提出了三种提高压电平板扬声器声性能的方法：中央加压法；柔性配重法；串联电阻法。尤其对柔性配重的原理、结构、参数、位置及其作用进行了详尽的阐述。5，设计了两款压电平板扬声器PS2327和PS46，基于这两款扬声器的优化设计实验表明，前面提到的三种提高声性能的方法确实可以显著改善平板扬声器的声压频响曲线，且简单易行，成本低，可以结合起来实现有益效果的叠加。据此总结了工程应用中压电平板扬声器的优化步骤。

压电平板扬声器的机电特性与声辐射分析及优化设计

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