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COMSOL辅助催生Pantheon喇叭

作者:Simwe    来源:中仿科技    发布时间:2011-07-07    收藏】 【打印】  复制连接  【 】 我来说两句:(0逛逛论坛

COMSOL Multiphysics 是一个建模及模拟任何物理系统的工业科学软件,它最特殊的能力是同时处理相互影响、耦合的多重物理现象。除了各种PDE模式,还提供针对不同领域专门设计的应用模块,包括:声学、化工、地球科学、高频电磁、低频电磁、热传、微机电系统和结构力学等。构建或测量声波的科学家与工程师们可在COMSOL Multiphysics产品线中找到专用的声学模块(Acoustics Module),作为研究固体与流体线性机械波现象的工具,很容易地模拟固体和稳态流场的声波传播,并包含研究移动流场的气动声波。

在声学工业中有几个应用领域,例如扬声器设计,包括独立式扬声器或手机之类的嵌入式电子装置;水下物体侦测和辨识;远场分析到辐射模态的预测与讯号强度等。声学模块内建各种应用模版,提供量身订做的使用者界面和参数设定对话框,使用者可以建立和加载各种几何模型,快速输入声波应用中非常重要的参数,并对物理参数进行微调,最后解决问题。

COMSOL表示,几项特点使得该公司声学模块产品适于声学领域的模拟研究。举例来说,大部分声波问题假设区域是无穷界限,对任何电脑来说,要仿真几乎无穷的区域是远超出计算机能力范围,为了成功地模拟,适当地截断空间区域,并理想地定义有限空间区域是必须的;声学模块采取完美匹配层(PML)来定义,这是目前已知最方便且准确的方法来截断开放性的声场环境,完美匹配层是一个额外的区域,能够吸收入射辐射而不造成反射;对广大范围的入射角提供良好的模拟结果,并且任何波前形状也不会受影响。另一个声波研究的关键要素是阻尼,声学模块提供三种方法引入固体和流体的吸收:分别是Delany-Bazley方法,使用者可以输入流阻;输入特定的吸收系数;或广义吸收方法,从阻尼材料的量测中加载复数材质数据。

为了帮助使用者能快速地掌握使用软件的技巧与发展自身的模型,透过COMSOL Multiphysics声学模块提供的模型案例数据库,只需要开启模型案例,再利用操作步骤的说明文件与详细的理论背景,模拟工作将更具效率。COMSOL Multiphysics提供的典型例子包括如何设计一个低音扩声器,这涵盖了电磁场、声场和结构等多物理量耦合;另一个案例是开放式管路问题,这是一个声波共振的经典案例;第三个案例是研究喷射引擎传播模态的反射,包含可压缩流和完美匹配层截断区域,其结果与已发表的模拟结果和半经验理论解比较相当吻合。

北大西洋公约组织海下研究中心Mario Zampolli就曾经表示,我们的研究不是一般传统的领域,所以都没有专门的软件符合我们海下侦测的专案,直到有了COMSOL Multiphysics,它适合每项专案需求,我对这套软件印象非常深刻。

日前,荷兰Hi End线材名厂Siltech为了欢度创立25周年,选择推出限量39对的Pantheon喇叭庆祝。

 

在荷兰Siltech原厂的全球记者会上,总裁Edwin深入说明了Pantheon的设计旨趣与细节,他表示Pantheon希望能达到低频响应不和空间相关、近乎电阻的恒定阻抗、相位正确的分频网络、最低的失真、极高的箱体阻尼、强大的重播音压(SPL)、受到控制的指向性与90dB的高效率。这一连串的“设计目标”,等于宣告Pantheon要挑战当今喇叭制作的最高技艺水平。为此,Siltech找来了两家印度顶级Hi End公司Cadence Audio和Finolex Industries合作。
为了追求“绝对音响”的最高境界,Pantheon几乎等于是全部重新开发的新产品。其所使用的静电振膜,使用了新的奈米材料,厚度仅0.03mm,而且加入了铁弗龙和氧化铟(Indium Oxide),构成抗潮耐湿的复合材料,同时让静电振膜也不受外在灰尘的影响。此一全新的航天级超薄静电振膜材料,委托德国Liebfrauen公司开发制造。
Pantheon的箱体结构极为复杂,为此动用了NASA专用的COMSOL Multiphysics仿真软件辅助设计,为了达到Edwin宣告的终极目标,Siltech斥资购买原本NASA使用的COMSOL Multiphysics仿真软件,进行箱体初步的设计,利用COMSOL Multiphysics仿真各种材质与结构的特性,透过计算机运算完成先期架构。

从Siltech公布的Pantheon剖面图,可以发现内部结构相当复杂。高音使用前面所说的奈米薄膜制作的静电板,面宽19英吋,高度则是5英吋,可以调整静电面板的投射角度,达到最佳的时间相位补偿。中音和低音是向Audio Technology订做的特殊动圈式单体。7吋中音安装在独立箱体内,采密闭式设计,内部则设计了完全不平行的特殊通道,避免任何内部箱体驻波。这个特殊的内部构造,是透过COMSOL Multiphysics软件反复演算,与一般多角型或水滴型设计相互比较,才决定Pantheon中音箱室内部的独特构造。而这个中音箱体后面还藏着一个电池盒,作为分音器和静电振膜的电力供应。

Pantheon的低音也是独立的箱体,看似方正的箱体,内部却设计了不平行的弧线,设计兼顾外观与音响效果。表面上看来只有一只16吋Audio Technology低音,但实际上内部还藏了一只一模一样的16吋低音,两者采Semi-Isoberik排列。与一般Isoberic排列不同,两只单体并没有排列在同一轴在线,而有特殊的夹角。为何会如此设计?当然还是NASA等级的COMSOL Multiphysics仿真软件的功劳。

(图解:低音独立箱体的剖面图。看似方正的箱体,内部却设计了不平行的弧线,设计兼顾外观与音响效果。两只16吋低音单体的摆放也很特别,采Semi-Isoberik,和一般推挽排列有所不同,两只低音单体在不同一轴在线)

在Edwin宣告的设计目标中,几乎每一项都有优秀的测试表现,阻抗控制在4~5欧姆之间,全频段阻抗变化低于1欧姆;分音器使用精确的4阶分音;最大音压可达120dB。最令人瞩目的则是音箱的高阻尼,中音独立音箱的Q值为0.5,而低音则是0.38,显示Pantheon的箱体极为强固,不让单体受到震动的影响而产生失真。

Pantheon的推出,以及后续机种Model 20的产品“预告”,代表Siltech未来不仅是一家专门的Hi End线材厂家,也将正式跨足喇叭生产,音响迷且拭目以待,应该在明年初的CES就能看到Siltech全新的喇叭产品问世了。

COMSOL在中国,COMSOL Multiphysics是全球第一款真正意义上的多物理场耦合分析软件,中仿科技公司(CnTech Co.,Ltd)是COMSOL集团在中国的唯一合作伙伴,负责COMSOL产品在中国区(包括香港、澳门特别行政区)的技术支持和销售活动。中仿科技凭借个性化的解决方案、成熟的CAE产品线、专业的市场推广能力以及强有力的技术支持服务赢得了国内众多科研院所以及企业的一致认可,目前国内几乎所有知名大学以及中国科学院旗下各研究所都已选择使用COMSOL Multiphysics作为其科研分析的CAE主要工具。随着中仿科技公司(CnTech Co.,Ltd)在全国的各分公司、CAE技术联合中心,CAE培训中心的成立,提供更专业的更周到的本地化技术服务,目前众多企业也纷纷选用COMSOL Multiphysics作为企业的分析工具,应用全球最先进制造技术,最终增强企业的核心竞

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COMSOL公司在1986 年成立于瑞典的斯德哥尔摩,目前已在比利时、丹麦、芬兰、法国、德国、挪威、瑞士、英国和美国麻州、加州等成立分公司。关于公司的其他信息可以参见www.comsol.com

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