改进的Vanderkooy模型：空气间隙在动圈扬声器半电感等效电路中的关键影响

本文主要探讨了Vanderkooy模型在动圈式扬声器中的应用，特别是针对空气间隙在图像处理中多边形拟合的快速算法进行深入解析。Vanderkooy模型是一种用于评估扬声器磁路系统性能的工具，通过有限元分析（FEA）模拟，能够可视化并计算静态电磁场，包括音圈交流电流的影响。在实际操作中，使用Magnet软件进行模拟，如图4所示，该软件展示了30Hz，1A电流下扬声器磁路系统的一个剖面图，其中清晰地显示出涡流密度随着电流密度的增加而变深，非导电区域则显示为浅色或白色，表明电流密度较低。 在动圈式扬声器中，铁芯柱的存在导致涡流和“趋肤效应”的产生。涡流是由音圈电流激发的，它在铁芯柱内部形成类似于同心圆的电流分布，这种现象遵循Maxwell方程。"趋肤深度"是一个关键概念，指的是电流密度从表面向材料内部衰减的深度，它在非磁化系统中显著降低但在高磁导率材料中有所增大。当电流方向改变时，可以看到零电流线（白线）在铁内部移动，体现了电流反转的过程。 传统上，动圈扬声器的电路模型仅包含一个电感和一个电阻的串联，但这并不能准确反映实际的电磁耦合效应。作者提出了一种改良的半电感等效电路模型，它考虑了铁芯柱的涡流和磁路系统中导电圆环间的相互作用，类似于变压器初级和次级线圈的耦合。这种改良模型不仅更符合物理原理，而且易于与现有电路模型融合，提供了更精确的声压频率响应模拟。 该模型的发展和应用对于扬声器设计至关重要，尤其是在低音音箱的优化中。通过比较改良模型与Wright、Leach和Klippel等人之前使用的模型，新模型的优势在于能够更好地处理复杂电磁效应，从而提高声音质量和效率。因此，Vanderkooy模型在动圈式扬声器领域的应用不仅是理论上的提升，也是技术进步的实际体现。