设计仿真 | 声音品质的改善：Actran在AR眼镜产品之仿真应用

近年来AR显示技术日趋成熟，但受限于装置尺寸与重量限制，将高品质音频系统整合进眼镜式装置面临巨大挑战：AR 眼镜出音孔尺寸小、与使用者耳朵距离远，导致声音信号易受空气衰减和环境干扰，音质大幅下降。

本研究的核心目标的是：在不改变 AR 眼镜内部整体系统设计的前提下，通过加装几何声学通道装置，提升声音传递特性，改善频率响应与听觉舒适度——而这一目标的实现，依赖于 Actran仿真技术的精准支撑。

Actran仿真技术的核心优势

相较于传统声学设计依赖的 “反复实验试错” 模式，Actran 仿真技术在本研究中展现出三大核心优势，成为效率与精度的双重保障：

1. 建模流程简化，精度不打折

传统仿真需构建复杂等效电路，流程繁琐且易出错；Actran 仅需喇叭厂商提供的 7 个 Thieles/Small（T-S）参数（含力学参数：sd、Mms、Cms、Rms；电磁参数：Le、Re、BL），即可快速建立微型喇叭单体模型，大幅简化建模流程的同时精准还原喇叭声学特性。

2. 场景全覆盖，仿真更真实

Actran可实现从 “单体喇叭” 到 “完整 AR 眼镜系统” 的全链路仿真，支持有限流体域（近场）与无限流体域（远场 / 无反射边界）的场景设定，完美复刻声音传播的物理环境。

3. 数据高度可信，与实验强吻合

通过对比 Actran 仿真结果与 KLIPPEL 实验量测数据，喇叭单体的声压级（SPL）曲线、阻抗幅值曲线在主要频段趋势一致，能精准反映单体的电学-机械-声学多物理场耦合特性，证明仿真模型的边界条件与材料参数设定接近实际情况，可直接作为后续系统设计验证的基础。

Actran仿真完整流程

本研究的仿真流程与实验流程并行推进，Actran的核心应用贯穿从单体建模到系统验证的全阶段，具体流程如下：

● 设计几何声学通道装置（含导音管空腔底座、封盖、带出音孔上盖三部件，采用卡扣设计安装）；

实际测试模型

● 通过 Actran建立完整 AR 眼镜模型，利用T-S参数，定义微型喇叭计算单元，设定分析频率范围、流体域类型（有限 / 无限）等参数；

● 在振膜前方 0.1m 处放置虚拟麦克风，仿真实验量测环境，执行系统仿真。

● 后处理与数据对比：提取仿真结果中的声压级（SPL）、 阻抗幅值等数据；

仿真与测试对比结果

● 对比加装几何声学通道前后的仿真数据，以及实验与仿真的差异，验证设计有效性。

声学指标的验证和优化

Actran仿真不仅能输出客观声学参数，还能同步分析心理声学指标，实现 “技术达标” 与 “听觉舒适” 的双重优化：

1. 频率响应平坦度（F）

以量测频率响应曲线中的峰值 SPLmax为基准，通过公式计算平坦度：

其中 N 为量测点总数，SPLi 为各频率点实际声压级。F 越趋近于 1，代表频率响应曲线越平坦，音质越稳定。Actran可快速计算不同几何参数组合下的 F 值，筛选最优设计。

2. 心理声学指标

● 响度均衡度：数值越低，声音越平顺，避免音色失衡；

● 锐度：数值越低，声音越柔和，减少长时间佩戴导致的听觉疲劳。

Actran可同步仿真这两项指标的变化，弥补了传统仿真仅关注频率响应的局限。

项目中还研究了声学通道设计的几何参数对声学性能的影响。分别设计了隔板间距、空腔半径、延伸厚度、出音孔上盖类型等多因子组合方案，并进行了实验验证。

未来应用展望

基于Actran的精准仿真能力，未来可将其广泛应用于 AR/VR 等智能穿戴设备的声学设计：

● 早期设计阶段快速筛选方案，降低研发成本；

● 拓展至人工声学人头仿真场景，进一步提升听觉体验的预判精度；

● 为多模块整合的小型化音频系统提供高效的声学优化方案。

Actran仿真技术不仅破解了 AR 眼镜声学设计的核心难题，更推动了仿真技术在智能穿戴领域的落地应用，为 “小体积、高品质” 的音频体验提供了可靠保障。

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