仿真驱动的智能扬声器设计的甜美声音

在我最后发表，我概述了在智能产品设计中应用模拟驱动方法的价值。通过采用单一模型多属性(SMMA)平台，该平台整合了高度自动化的工作流，设计和工程团队可以减少交付时间，并减少对物理原型的需求。

现在我们将以一位聪明的演讲者为例，来说明理论是如何转化为实践的。特别是，目的是演示Altair OptiStruct™如何优雅地将各种物理集合在一起。扬声器设计是一个具有多个属性和多个物理特性的问题，产品设计工程师、机械工程师、系统工程师和电气工程师都需要满足单个物理特性，而不影响声音工程师确认的声音质量。这为产品开发创造了一个真正的协作生态系统。

我会画一个最近网络研讨会由我们的技术总监Ismail Benhayoun领导。通过一个典型的智能扬声器设计，他为我们介绍了一些结构和声学方面的挑战，这些挑战是最大化感知质量的核心，在消费电子领域，感知质量是非常重要的，但又非常难以捉摸的指标。具体来说，Ismail解释了Altair的平台如何帮助实现与目标一致的声压(质量)水平，优化扬声器在不同环境下的性能，并识别和解决不必要的噪音，如机械、界面、噪声、隆隆声、嗡嗡声、摩擦声、吱吱声和嘎嘎声。

在潜得更深之前，我先绕道去另一个研讨会在同一个级数中。由Ujwal Patnaik领导，我们的多物理业务发展经理，它演示-并量化-交货时间的好处，我在开始提到。正如Ujwal详细说明的那样，有一个复杂的设计矩阵，如由智能扬声器构成的，传统的方法建立一个有限模型的仿真将花费大约10个小时。为什么?因为在传统方法中，每个属性都涉及到不同的GUI、不同的用户，因此不同的有限模型适用于不同的求解器。

使用Altair的方法，您可以将时间缩短至3个小时:1个小时用来网格化，2个小时用于四个属性的模型设置分析(在这种情况下):热流体-结构相互作用(TFSI)、非线性静态、结构振动和振动声学。看到我们的解决方案“实时”强调了它是如何快速和直观地为Ismail的后续工作做好准备。在不到半天的时间里，工程师们就可以接触到所有他们需要的工具，来进行设计可靠性研究，并权衡从成本、材料到制造方法和声音质量的研究。

通常，Ismail解决的问题是通过一些物理测试来解决的。但这既耗时又昂贵。事实上，在某些情况下，完全不可能复制所有想要的场景。更重要的是，在这个阶段纠正问题，再次是费时和昂贵的。因此，模拟的价值是引人注目的驱动哲学。

智能扬声器的特点是机柜内的不同组件阵列：例如，印刷电路板（PCB），热交换器和扬声器。伊斯梅尔通过考虑扬声器膜激发的负荷，展示音圈的快速准确的电磁（EM）模拟。所有相关元素都可以进行建模，使用户自由地定义参数模型与他们的个人用例一起定义。各种材料作为标准嵌入软件中，但这些材料也可以定制。类似地，在声音曲线方面，设计者正在寻找，该过程可以由公式驱动，或者是特定歌曲或轨道的特定负载。

EM仿真使分析师能够定义膜和线圈振动。那些是作为Fe结构动力学分析中使用的载体的负载。

有了Altair的平台，这样的负载可以无缝地进入整个系统。用户可以清楚地看到它们如何与其中的不同元素和属性交互。例如，Ismail对PCB进行振动分析。它能承受的最大加速度是多少?

这只是设计的一个元素。振动水平可以在组装的任何点跟踪。所以，在这个项目中，也对机柜、热交换器和风扇进行了测量。确定违反的目标，并进行关键的根本原因分析。高级后处理工作流能够跟踪关键的影响因素。此外，Altair不需要依赖传统方法来解决此类问题(有根据的猜测!)，它支持快速和复杂的数值优化。这可以通过确定PCB的最佳连接策略来证明。需要多少连接?它们应该放在哪里?

然后是ismail转向声学效果。再次，这是一个直截了当的步骤。我们正在使用相同的有限元模型和相同的膜励磁结果。但是，扬声器周围添加了麦克风墙和声腔，以探索每个单独的麦克风的声压水平。记录的峰值和效果是多少？还强调了Altair解决方案的可扩展性，显示从一到两个扬声器移动的直接性，或者用多个麦克风墙建造整个房间。

接下来是嗡嗡声，摩擦声，吱吱声和嘎嘎声的挑战。如果你熟悉消费电子产品，你就会明白这些产品在整体感知质量方面是多么重要。处理组件接口产生的不必要的噪声是一个关键问题。通常在开发的后期阶段通过物理测试来解决这个问题。

在本次网络研讨会中，我们展示了用户如何在组件之间放置虚拟传感器，并跟踪它们之间的相对位移。这是一个高度自动化的过程，可以有效地处理具有数百个接口的复杂产品。用户可以放大单个部件，查看它们之间的相对位移，Altair的解决方案甚至考虑到了公差。

Ismail以更细粒度的方式查看所有这些接口的结果。该模式现在变得越来越熟悉，具有高度自动化的工作流，支持高级的根本原因分析和随后的优化。在声学模拟中，可以考虑噪声。接触力从界面中提取出来，通过循环返回到有限元模型，扬声器载荷可以与振动载荷相结合。因此，用户可以比较一个“完美”的模型(没有任何响动)和一个“响动”版本。然后，他们可以调查每个麦克风的声压级，从而详细了解问题的规模和性质。我们甚至可以找出咔嗒咔嗒的声音(这是物理测试无法做到的)来评估它有多严重，以及它对感知质量的影响。这个过程可以隔离噪声源和确定根本原因，这是物理测试由于实用性而缺乏的东西。你不能缩小自己，跳到扬声器里去看和听发生了什么!

你也想听听这声音吗?不是一个问题。将其插入后处理功能内牵牛星组成™创建一个wave文件，然后收听。

描述我们的多物理、多属性、多求解器解决方案的一些核心能力是一回事。更难以描述的是工作流的速度和简单性。为此，你真的需要看一下网络研讨会．请记住，这只是更大(但无缝集成)图景的一部分。在下一篇文章中，我将考虑我们智能音箱项目中的静电放电(ESD)元素。请继续关注。