本章將根據第三章探討結果所建立之磁通資料庫，將跑道型激振 器實際運用於狹長型揚聲板上，以三種常用長寬比 5、10、15 之狹長 板為例，探討激振器尺寸（包含磁通強弱、音圈之重量因素）與狹長 板聲壓曲線之關係，觀察其聲壓感度的變化與中音谷落差情形。最後，
實作出跑道型揚聲器，討論其聲壓曲線之改善情形。
5-1 分析與實作驗證
本節根據第四章之實驗步驟實作出一個跑道型激振器應用於狹長 形揚聲器上，量測其聲壓後，聲壓曲線如圖 5-1，由圖可知實作揚聲 器之聲壓曲線與分析曲線，其兩者的 Fo、中音谷與整體聲壓感度皆有 符合的趨勢。因此，藉由有限元素建立的揚聲器系統模型，進行聲壓 分析時，可有效合理地模擬出實際揚聲器的聲壓曲線情形。
5-2 尺寸設計流程簡介
本文使用的音圈與揚聲板尺寸，如下圖 5-2。由激振器之激振力 探討結果，得知激振器之寬度影響磁通曲線甚大，因此，在配合狹長 板設計激振器時，通常會先固定其音圈寬度且越接近板寬（b 約等於 d）
為主要目的，不宜過小，以達到最高磁通輸出，只留少許音圈外圍間 隙供以黏膠用。其次，以音圈直邊長度ａ為設計變數，由小到大，逐 一增加ａ值，分析觀察聲壓曲線之聲壓感度及中音谷落差情形。最後 根據結果，討論決定出聲壓感度最大曲線之ａ值及消除中音谷之帄緩 曲線ａ值，以供未來設計之參考。
5-3 長寬比 5 狹長板之聲壓探討
本節探討激振器在長寬比 5 狹長板（b=6.8mm , c=40mm , d=8mm）
之運用，以ａ為設計變數（從 a=5mm~30mm，每 5mm 為一分析），
其分析結果如圖 5-3、表 5-1，由分析結果可知，：
(1) 當ａ< 15 時，聲壓感度最低，中音谷落差最大約 21.43dB，中音 谷頻率起始於 2.9kHz。當 a 每 5mm 增加，聲壓感度約有 2.4dB 增 加，中音谷頻率約以 900Hz 增加。
(2) 當 a=20 時，中音谷已帄緩（落差<3dB）。
(3) 當 a=30 時，聲壓感度最高，中音谷落差為 0.43dB。
5-4 長寬比 10 狹長板之聲壓探討
本節探討激振器在長寬比 10 狹長板（b=6.8mm , c=80mm , d=8mm）
之運用，以ａ為設計變數（從 a=10mm~70mm，每 10mm 為一分析）， 其分析結果如圖 5-4、表 5-2，由結果可知：
(1) 當ａ< 30 時，聲壓感度最低，中音谷落差最大約 19.61dB，中音 谷發生頻率起始於 1050Hz。當 a 每 10mm 增加，聲壓感度約有 2.1dB 增加，中音谷約以 300Hz 增加。
(2) 當 a=40 時，聲壓感度最高，中音谷落差為 7.32dB。
(3) 當 a=60 時，中音谷已帄緩（落差<3dB）。
5-5 長寬比 15 狹長板之聲壓探討
本節探討激振器在長寬比 15 狹長板（b=6.8mm , c=120mm , d=8mm）
之運用，以ａ為設計變數（從 a=10mm~110mm，每 10mm 為一分析），其 分析結果如圖 5-5、表 5-3，由結果可知：
(1) 當ａ< 30 時，聲壓感度最低，中音谷落差最大約 14.65dB，中音
谷發生頻率起始於 500Hz。當 a 每 10mm 增加，聲壓感度約有 2dB 增加，中音谷以 50Hz 增加。
(2) 當 a=40 時，聲壓感度最高，中音谷落差為 12.83dB。
(3) 當 a=100 時，中音谷已帄緩（落差<3dB）。
5-6 聲壓分析總結 (1)聲壓感度探討：
根據前三節之聲壓分析，可知激振器的尺寸增長可使激振力大幅 提升，但也伴隨音圈增長，重量增加造成聲壓感度下降，因此在考量 激振力增幅程度與音圈重量之因素後，從分析結果可歸納出三點：
(1) 在激振器長寬比< 4 時，因激振器長寬比過小，磁通尚未達到收斂 飽和，故產生的激振力過低，造成揚聲器聲壓感度過低。
(2) 在激振器長寬比≒5 時，在激振力提升與音圈重量因素互相帄衡下，
此時可達到最大聲壓感度。
(3) 在激振器長寬比> 6 時，激振器磁通已趨近收斂，增幅程度有限，
而聲壓感度隨著音圈重量增加，當音圈長度每增加 10mm 其聲壓感 度下降幅度約 0.6dB。
因此可知，未來若以呈現最大聲壓感度為目的，設計跑道型激振 器時，其激振器最適宜的長寬比略等於 5，便可呈現最大的聲壓感度。
(2)中音谷探討：
中音谷發生的原因主要是由於揚聲板受激振而產生大量變形，使 部分揚聲板產生正相位的振動，其它部分亦有反相位的振動，而正相 位推動空氣產生聲壓時，負相位則等同於吸取空氣抑制空氣的推動，
由於板上正負相位的相反振動，造成產生的聲波因相反相位而互相抵
消，因此造成聽者在其特定頻率下有明顯的聲壓驟降，產生音谷落差 情形。而狹長型揚聲器所產生的中音谷，可藉由分析結果，觀察其中 音谷頻率的揚聲板位移場，得知造成中音谷的主要原因為彎矩模態的 影響，如圖 5-6。
以長寬比 10 狹長板為例，當音圈 a=10 時(中音谷模態如圖 5-6)，
因音圈尺寸過小，導致對揚聲板的施力過於集中，板變形量大，最高 達到 0.0427mm，且節線位置為 55.72mm，造成同相位的面積(藍色區) 只佔總揚聲板面積的 63.3%，與揚聲板相反相位的變形面積相近，造 成推動空氣時過多的聲波因相反相位而抵消，使中音谷落差(19.61dB) 為最大且音谷發生頻率偏低(1050Hz)；而音圈增長至 a=60mm 時(中音 谷模態如圖 5-7)，使激振力較均勻分布於揚聲板上，且因音圈變長使 揚聲板之剛性增強，抑制板彎矩模態的發生，使中音谷發生頻率延後 至 3800Hz，節線位置增為 69.96mm，而同相位面積(藍色區)佔總揚聲 板面積的 79.5%，明顯有大幅提升，使反相位變形的面積降低至 20.5%，
且最大變形量降低至 0.00313mm，大量改善板變形及相反相位的聲壓 抵消情形，故中音谷落差(0.14dB)可明顯改善；因此，可得知藉由音 圈增長是可以有效改善中音谷的聲壓落差及延後其頻率的效用。
而由以上述討論結果，若要改善中音谷，理論上音圈長度為越長 越好，便可增強揚聲板抗彎曲的強度，改善其音谷落差，但過長的音 圈也會造成聲壓感度下降。故根據前幾節聲壓分析結果，當揚聲板長 寬比為 5 、10 、15，激振器長 a 值分別為 20、60、100 時，便可有 效改善中音谷使落差< 3dB，其揚聲板長寬比與對應的 a/c 值關係，
如圖 5-8。
圖中的趨勢線，其方程式如下：
y = -0.0033x2 + 0.0996x + 0.0846 (適用 5<x<15) (5.1)
其中 x 為揚聲板長寬比，y 為對應的 a/c 值。
因此，未來若以改善中音谷為目的，設計跑道型激振器時，便可 根據揚聲板尺寸，已知板之長寬比，再由方程式求出對應的 a/c 值，
進而設計出合適的激振器長度 a 值，達到改善中音谷的目的。
(3)設計流程圖：
最後整合激振力探討結果與聲壓分析結果，歸納出跑道型激振器 設計之流程圖(如圖 5-10，揚聲器對應尺寸如圖 5-9)，作為未來設計 之參考，步驟如下：
(1) 已知有一揚聲板尺寸 (c、d)，可得知其長寬比(c/d)
(2) 根據揚聲板長寬比，若小於 3 則建議直接採用傳統圓形激振器，
便有不錯的聲壓效果；若長寬比大於 3 則建議使用本文的跑道型激 振器，使聲壓有所提升改善。
(3) 選用跑道型激振器後，首先決定其激振器寬度和高度，其最佳寬 度為 b≒d，最佳高度為 6~8mm，以提供高效率之激振輸出。
(4) 若設計目的為追求最大聲壓感度，則最佳激振器長寬比 L/W 建議 為 5；若設計目的為有效改善中音谷，則可根據板長寬比與 a/c 關 係之方程式，得出合適之激振器長度ａ值，進而得知激振器長 L 值。
而此時激振器之長寬比合適尺寸皆可得知。
(5) 最後，建議激振器搭配外加磁體之方式，使聲壓感度再次提升。
其中若以追求最大聲壓感度為目的，其存在的中音谷問題，可搭配 揚聲板加勁、安裝彈波等方式來改善其中音谷。
(4)應用實例搭配碳纖加勁：
本節以一應用實例，說明設計流程圖的使用。已知有一純巴沙木 揚聲板，其尺寸為 c=75mm、d=8mm、厚度為 1mm，由流程圖得知，第一 步，因採用揚聲板長寬比為 9.375 大於 3，故採用跑道型激振器較圓 形激振器有較高的磁通強度；第二步，決定激振器的寬=6.8mm、高=7mm，
合乎設計要求，以達到高效率激振輸出；第三步，若以期待最大聲壓 為設計目的，則激振器長度選用 a=40mm(長寬比約等於 5)，此時激振 器所有尺寸都已決定；第四步，搭配 2mm 碳纖加勁揚聲板的方式(如圖 5-11)，加強揚聲板 x 方向的剛性，抑制其彎矩模態，改善原有的中音 谷落差。而改善前後的聲壓分析曲線(如圖 5-12)，從圖得知中音谷落 差從原有的 10dB 大幅改善至 4.8dB，發生頻率也從 2kHz 延後至 3kHz。
因此，採用聲壓感度最大為設計目的，若採用跑道型激振器搭配碳纖 加勁揚聲板方式改善中音谷，也不失為兩全其美的方法，能有高聲壓、
低中音谷落差的表現。
5-7 狹長型揚聲器之實作改善(1)
根據分析結果，實作出兩個跑道型激振系統，如圖 5-11、5-12，
其激振器長 a 值分別為 45mm、70mm，將其應用於狹長板上(長寬比 15.75 寬 8mm 長 126mm 厚度 1mm)，觀察聲壓曲線變化，如圖 5-13，可知當 a=45(激振器長寬比 5.28)，此時有較大的聲壓感度，與使用傳統圓形 激振器(分析曲線)相比，可提升整體的聲壓感度約 5dB；而觀察比較 a=45 與 a=70 兩聲壓曲線，可知其中音谷發生頻率分別為 856 Hz、1221 Hz，中音谷落差分別為 14.6 dB、8.8 dB。因此，從實驗與分析結果 驗證得知，藉由增加激振器長度，是可以有效提升整體聲壓感度，並 使中音谷發生頻率延後及落差改善的效果。
5-8 狹長型揚聲器之實作改善(2)
當有一個已知的揚聲板尺寸(長寬比 6.32 寬 11.4mm 長 72mm 厚 1mm)，並以改善中音谷作為設計目的時，實作出合適的跑道型激振系 統如圖 5-14，其激振器長度為 a=45 (其 a/c 值符合中音谷改善之方程 式)，其聲壓曲線如圖 5-15，將傳統圓形激振器(分析曲線)與實作曲 線 a=45 比較時，可知聲壓感度約有 6 dB 的提升，且中音谷落差從 20 dB 減少至 4dB，大幅提升其聲壓感度與大量改善中音谷之落差情形。
因此，參考設計準則，採用適當尺寸激振器可有效改善狹長板聲壓曲 線。