揚聲器在高瓦數下工作時，因振幅較大，音圏卷幅中心線處與導磁片 的相對距離變大，激振力的突然衰減將會導致失真度上升，故須選用卷幅 及全高較長之音圏，而其懸掛系統也須具備良好的穩定效果及回復效果。
一般傳統揚聲器僅使用彈波及懸邊來定位及定向，雖然已可達到部份程度 的定位效果，但在較高功率的工作下並使用長形的振動板時，彈波的定位 效果無法提供振動板兩端足夠的穩定性，且整體來說缺乏良好的回復效 果，彈波及懸邊也容易在長期工作下逐漸塌陷，這時候音圈就算在靜平衡 下，卷幅與導磁片兩者之中心線也不再位於同一個水平面上，這對揚聲器 的原音重現有著非常大的不良影響。
本章的重點即在研製適用的彈性支承來提升長形揚聲器振動系統的穩 定性及回復性，除了考量回復效果外，也考慮到振動板在不同方向運動時，
懸掛系統給予的支承力是否相同，以避免嚴重失真的發生。
5-1 彈性支承的設計
5-1.1 支承的材料選擇
一般揚聲器的起始頻率可由
M K 2π
Fo = 1 (K 為系統之彈性係數、M
為系統質量)求得，其係指每一個揚聲器的聲壓曲線從低音域開始的第一 個高峰所在，稱之為低音諧振點，也是劃定揚聲器之低音域所在界限的 一個重要條件，通常以Fo來代表，也是振動板最強烈的振動所在。一個
好的揚聲器需要具備較小的 Fo，若要降低其值，可減少系統的彈性係 數，或是增加系統的質量，然而增加系統質量會使揚聲器的效率降低，
所以以往的支承結構通常選用密度低的材料來製作，以減少支承對系統 的加重而影響揚聲器的效率。如許哲瑋[21]、陳建勳[22]皆曾以泡棉材料 來製作如圖 5-1 的支承結構，此種結構的優點是質輕、柔軟，不會使揚 聲器的Fo提升過多，但缺點是回復性不佳，且容易在長時間的運動下在 彎曲處逐漸產生裂紋而破壞，較不適用於高功率揚聲器。
本文則嘗試改以複合材料來製作彈性支承，前後使用了碳纖維及玻 璃纖維等預浸材料，配合在纖維上下兩面加上 PC 薄膜，再依所需的形 狀製作模具壓製成型(如4-1.2所述)，這樣可些許增加支承在垂直纖維向 的強度，避免裁切的不便。
因複合材料具質輕、強度佳等優點，僅用一層纖維即可滿足所需強 度，又不致對系統加重過多，且回復性較泡棉好，只要在結構形狀及寬 度下作好調整，亦不致使Fo 升高過多，所以可選用此等複材來製作揚聲 器的彈性支承。
5-1.2 支承的形狀設計
懸掛系統為影響揚聲器失真度的重要因素之一，當振動板朝內與朝
外作往復運動推動空氣產生聲音時，因低頻的振幅較大，若懸掛系統在 此時振動板朝內位移的彈性係數與朝外位移的相差過多，直接就會影響 到揚聲器低頻的原音重現，使得失真度增加。
為了研究彈性支承對整個懸掛系統彈性力的影響，首先製作一組ㄇ 形碳纖彈性支承(如圖5-3)，寬度裁切成2.5mm 後裝於振動板的兩端，量 測此系統的力量-位移關係(如圖5-4)，發現ㄇ形彈性支承在將振動板推入 的彈性係數明顯較推出的高，所以這樣的設計並不良好。
第二種設計為波浪形彈性支承(如圖4-7)，碳纖支承實驗的結果如圖
5-4，推入與推出的力量-位移線的斜率相近了許多，也就是推入與推出 有著相近的彈性係數，可知此種形狀的彈性支承設計較佳，圖 5-5 則為 玻纖支承的實驗結果，推入與推出的力量-位移線也一樣有著相近的斜 率，所以採用此種設計會有較佳的低音表現，並且也增加了長形振動板 兩端的穩定性。
5-2 彈性支承對揚聲器的影響
首先將無複材支承、波浪形碳纖彈性支承、波浪形玻纖彈性支承等三 組揚聲器作聲壓量測(皆為純巴沙木振動板，支承皆為 2.5mm 寬)，得到的 結果如圖5-6，可知彈性支承對聲壓曲線的趨勢並不影響。接著將上述這三 組揚聲器作阻抗曲線量測(如圖 5-7)，觀察阻抗曲線，第一個峰值即為揚聲 器的Fo，可知碳纖支承將揚聲器的Fo 升高較玻纖支承多。
實際聆聽的結果，在振動板相同的條件下，碳纖支承因回復性較強，
低音的表現較玻纖支承強，但玻纖支承的音色整體表現較柔合，且Fo 較低，
兩種材料各有其優點，所以實際應用時可依需求選擇碳纖或玻纖材料來搭 配使用，在振動板兩端增加了彈性支承後，可順利將揚聲器的最大容許功
率提高，並在 20W 的工作頻率下順利通過 72 小時的耐久測試。而下一章 則是討論在固定使用波浪形碳纖支承的情況下對振動板的設計作討論。
第六章 振動板之分析與實驗結果
在第三章中先使用了相同尺寸的珍珠板作為振動板進行了有限元素模 型的驗證(如圖 3-8)，接著再比較純巴沙木振動板的分析與實驗結果(如圖 3-9)，對照結果顯示此模型用來分析揚聲器振動板是可行的。
因此，本章利用已驗證的有限元素模型作有效率的分析，先找出純巴 沙木振動板聲壓發生落差的頻率附近是何模態，依其彎曲的型態，判斷較 適合的加勁方式，使整體聲壓曲線趨勢更平滑且具效率。
6-1 造成聲壓落差的原因
空氣受振動板的來回振動產生縱波(疏密波)，如果振動板僅作活塞運動 (如圖 6-1)，產生的波動也是很整齊的縱波，振動板在平衡位置之間往復振 動，由空氣密度的不同，傳遞到接收器如人耳或麥克風，即可聽到聲音。
如果產生的縱波強度很強，也就是說空氣的疏密程度相差的愈大，聲音就 會愈大聲，即聲壓值較大，反之如果空氣的疏密程度相差很小，聲壓值就 較小，如果空氣密度沒有任何變化，麥克風就接收不到沒有任何訊號。然 而實際上的振動板受激振時通常會伴隨產生彎曲運動(如圖 6-2)，振動板同 樣在平衡位置附近作往復振動，但對聲壓量測點而言，中心產生的空氣疏 密狀況則和兩邊產生的疏密狀況相反，相互抵消下，使量測點的疏密程度 變小，聲壓值就會降低。
如前所述，實際上揚聲器振動板受激振時的運動大致可分為板的活塞 運動及板的彎曲運動。當激振頻率小於第一個自然頻率時，振動板大致上
作活塞運動，而激振頻率等於或大於第一個自然頻率時，板則同時出現活 塞運動與彎曲運動，板的活塞運動所佔比例會隨著激振頻率升高而降低，
彎曲運動的比例則相對提高。將激振頻率持續增高後，在第二個自然頻率 前，彎曲運動大致與活塞運動相位相同，再接近第二個自然頻率時，彎曲 運動達到高峰，此時聲壓明顯升高，在激振頻率達到第二個自然頻率之後，
彎曲運動的相位突然改變 1800，使得彎曲區域貢獻的聲壓與活塞運動貢獻 的聲壓相互抵銷，造成當時總和的聲壓明顯降低，在之後的幾個自然頻率 前後，一樣有著類似的情況發生，若聲壓相互抵銷的情況嚴重，使聲壓曲 線出現一個深谷現象，常稱之為中音谷，這對揚聲器的聲射有著非常不良 的影響。
要減少聲壓曲線的落差，可以調整振動板的長寬比或激振區域，但是 這些作法在實際的應用上較無可變的彈性，易受空間限制其設計，所以用 複合材料對振動板加勁，修正破壞性模態的影響是一個有較高自由度的優 化法。
6-2 未加勁之純巴沙木振動板揚聲器的聲壓表現
巴沙木(Balsa)是一種相對輕質、強度佳的材料。經處理後的巴沙木耐撞 擊，不易扯裂，可以經受超量的動態負載，耐疲勞。是良好的複合材料三 明治結構之心層材料，所以一般常用其配合碳纖維加勁，製作如桌球拍、
平面揚聲器振動板等，因此本文也選用巴沙木作為振動板的心層材料。
首先探討僅使用巴沙木材而無任何加勁來作為振動板的揚聲器，其聲
壓表現如圖3-9所示，可以明顯看到純巴沙木振動板揚聲器的聲壓曲線分別
在800Hz及5000Hz 前後，有著非常嚴重的聲壓落差，此處的聲音將無法良
好地表現出來，這樣的揚聲器則非上品。
6-2.1 純巴沙木振動板的自然模態與受外力激振之振形
為了判斷是哪些自然模態造成聲壓落差，先對純巴沙木振動板揚聲
系統之有限元素模型作板的模態分析，由於在分析的聲壓結果中(圖 6-3)，兩個主要的中音谷分別發生在 6000Hz內，所以先找出此頻率範圍 前後振動板的自然振動模態(如圖6-4)，再於同樣的頻段下於音圈底部施 加外力作簡諧激振分析，也得到純巴沙木板在音圈施力下的變形圖(如圖 6-5)。
6-2.2 造成聲壓落差的模態
觀察受激振的變形圖(如圖6-5)，可明顯發現實際上振動板受激振的 變形並非所有模態皆會出現，由於給予對稱激振，出現皆為上下左右相 互對稱的振形，而不同頻率下的振形則是由不同頻率下的模態彼此混合 而成，如圖6-6為純巴沙木板在6000Hz 內所有對稱的自然振動模態。
經由對照上述的對稱自然振動模態(如圖 6-6)和受不同頻率激振下 的變形圖(如圖6-5)，觀察振動板在受各個頻率激振下的變形情形，判斷 振動板在受激振下會產生什麼形式的變形，即可辨別出是由哪些自然頻 率的振動模態在影響整個聲壓曲線的起伏落差。可以知道圖 6-6 中的 1
號模態為揚聲器聲壓起始頻率 Fo 下的模態，為一活塞運動，Fo 之後的 聲壓趨於平緩。圖6-6 中的 2號模態為影響800Hz 附近之中音谷最甚的
號模態為揚聲器聲壓起始頻率 Fo 下的模態，為一活塞運動，Fo 之後的 聲壓趨於平緩。圖6-6 中的 2號模態為影響800Hz 附近之中音谷最甚的