本文研究以設計跑道型激振器作為新激振系統，取代傳統圓形激 振系統，並探討跑道型激振器各項尺寸參數與氣隙磁通之關係，如作 用線長、導磁片厚度、激振器長寬高等，以達到最大激振力輸出之目 的，並建立磁通之資料庫與磁通快速推估方法，以供往後設計之使用，
減少大量電腦分析時間。
其次，利用建立之磁通資料庫，以激振器長度為變數，激振狹長 型帄板時，藉由激振器激振面積變大、激振力均勻分布於揚聲板的方 式，以改善狹長型揚聲器其普遍的聲壓感度不足與中音谷落差大等缺 點。最後根據分析與實驗結果，進行討論後可得出以下結論：
激振
1. 將實體音圈簡化為薄殼來模擬帄面揚聲系統，進行聲壓分析時，可 有效預測出實際帄面揚聲器之中音谷頻率及音谷落差情形。
2. 未來設計跑道型激振器之新尺寸時，可參考磁通資料庫裡的各尺寸 磁通收斂值，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，減少材料浪費。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，再搭配 2mm 碳纖加勁方式改善 中音谷；若以改善中音谷為目的，則激振器長度可參考公式：y = -0.0033x2 + 0.0996x + 0.0846(適用 5<x<15)，其中 x 為揚聲板長 寬比，y 為對應的 a/c 值。
3. 新尺寸激振器之氣隙磁通密度，可經由快速推估方法，減少大量的 電腦磁場分析時間，其關係公式為：
磁通密度=(寬度基準值)*(長寬比成長倍率)*(高度成長倍率)。
4. 激振器以外加磁體之方式，可再次提升氣隙磁通密度，其外加厚度
若為 6~8mm 範圍內，能有最高效率輸出，最高可達到 47%的磁通增 強效果，實際應用於揚聲器時，可大幅提升其聲壓感度。
5. 狹長型帄面揚聲器藉由選用適當尺寸的跑道型激振器，相較於傳統 圓形激振器而言，可有效達到提升聲壓感度約 5dB 與改善其中音谷 (落差小於 3dB)的效果。
6-2 未來研究方向
本文主要目的是使用跑道型揚聲系統來改善狹長型揚聲器之聲壓 曲線，揚聲板是採用單層無加勁之狹長型巴沙木，根據揚聲板尺寸，
探討出最合適的激振器參數設計，但難免有些未考慮到的因素，因此 在未來研究方面，可往以下幾個方向作深入探討：
(1) 加入考慮其他揚聲器參數，如懸邊材質、接腳位置、彈波形狀、
揚聲板加勁等等，配合本文建立的磁通資料庫，使跑道型揚聲器之 揚聲行為有更完善的研究。
(2) 增加更多不同尺寸的揚聲器實作，使設計準則能在更多樣本情形 下得到驗證，或改善更為周到。
(3) 由於目前製作的揚聲器僅考慮小瓦數為需求，因此未來可研製以 大瓦數為需求的揚聲器，在跑道型音圈採用的材料或製程上進行改 良，以減少音圈因振動變形磨耗所產生的雜音。
(4) 最後探討研究在不同型式的激振系統下，是否對音色造成影響抑 或產生失真行為。
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表 2-1 聲壓分析選用之模擬元素
揚聲器各結構 ANSYS 選用元素
揚聲板 Shell 91 (Nodes at midsurf) 懸邊 Spring-damper 14、Mass 21 音圈骨架、漆包線 Shell 91 (Nodes at bot face)
表 2-2 ANSYS 模擬之材料常數
E(GPa) ν ρ(Kg/m3)
鋁片 (音圈骨架) 73.1 0.35 2790
銅線 (漆包線) 101 0.35 8740
E1(GPa) E2(GPa) G12(GPa) ν12 ρ(Kg/m3)
巴莎木 (揚聲板) 3.7 0.055 0.05 0.02 1300
碳纖 (加勁條) 146.5 9.22 6.836 0.306 1747
表 2-3 靜態磁場分析之相關常數
導磁係數 磁場強度(Oersted)
空氣 1 0
釹鐵棚 (磁鐵) 1.05 7.4e5
U 型鐵,導磁片 6000 0
表 2-4 靜態磁場分析之模擬元素
激振器種類 ANSYS 選用元素
圓形激振器 Plane 53
跑道型激振器 Solid 97
表 2-5 激振器磁通密度驗證
表 3-3 激振器高度與磁通成長倍率
總寬 W 總長 L 長寬比 (R=L/W)
總高 H B1_直線 B2_弧線 磁通密度 總帄均
成長倍率 B/B(H=4) 10.5 52.5 5 2 0.000 0.000 0.000 0.000
4 0.421 0.280 0.392 1.000 6 0.508 0.336 0.472 1.204 8 0.521 0.348 0.485 1.237 10 0.526 0.349 0.489 1.247
10.5 63 6 2 0.000 0.000 0.000 0.000 4 0.437 0.274 0.409 1.000 6 0.522 0.337 0.490 1.198 8 0.534 0.352 0.503 1.230 10 0.541 0.352 0.508 1.242
10.5 73.5 7 2 0.000 0.000 0.000 0.000 4 0.442 0.280 0.418 1.000 6 0.531 0.342 0.503 1.203 8 0.544 0.354 0.516 1.234 10 0.553 0.357 0.524 1.254
表 3-4 同規格傳統圓形激振器之磁通密度 同規格圓形激振器之直徑 磁通密度(T)
10.5 0.278 20 0.670 40 1.173
表 3-5 激振器長寬比與磁通成長倍率
表 5-1 揚聲板長寬比 5 之聲壓分析
圖 1-1 傳統錐盆式揚聲器
圖 1-2 帄面揚聲器結構圖
圖 1-3 狹長型帄面揚聲器
圖 1-4 跑道型激振器
圖 2-1 單層板位移場示意圖
圖 2-2 揚聲器之剖面圖
圖 2-3 揚聲器構造與數學模型圖
圖 2-4 揚聲板與音圈模型建構剖面圖
圖 2-5 揚聲系統之 ANSYS 模型
圖 2-6 阻抗量測圖
圖 2-7 圓形激振器之二維模型
圖 2-8 跑道型激振器外型
圖 2-9 激振器之剖面圖 MAR 17 2010
20:42:02 VOLUMES
TYPE NUM
圖 3-1 漆包線線徑與作用線長
圖 3-2 靜態磁場分析之分析路徑圖
0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 1.200 1.400 1.600 1.800 2.000
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35
作用線長(m)
漆包線線徑(mm)
圖 3-3 路徑 A-B 之磁通密度分佈
圖 3-4 路徑 B-C 之磁通密度分佈
圖 3-5 導磁片厚度與氣隙磁通
圖 3-7 激振器長寬比與磁通成長倍率
圖 3-9 激振器之外加相斥磁體剖面圖
圖 3-10 原激振器之磁力線分佈
圖 3-11 激振器外加磁體之磁力線分佈
圖 3-12 外加磁體厚度與磁通成長倍率
1.00 1.06 1.14
1.24
1.38 1.44 1.47
0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 1.10 1.20 1.30 1.40 1.50 1.60
0 2 4 6 8 10
成長倍率
外加磁體厚度(mm)
圖 3-13 原激振器與外加磁體之聲壓圖
圖 4-1 單層巴沙木揚聲板
圖 4-2 激振器之外加磁體
圖 4-3 音圈之骨架
圖 4-4 跑道型音圈
圖 4-5 剪裁完成之懸邊
圖 4-6 量測磁通之高斯計主機
圖 5-1 實驗與分析之聲壓驗證
圖 5-2 音圈與揚聲板之長寬尺寸
圖 5-3 揚聲板長寬比 5 之聲壓分析
圖 5-4 揚聲板長寬比 10 之聲壓分析
圖 5-5 揚聲板長寬比 15 之聲壓分析
圖 5-6 a=10mm 之揚聲板 z 方向位移圖(中音谷 1050Hz)
圖 5-7 a=60mm 之揚聲板 z 方向位移圖(中音谷 3800Hz)
圖 5-8 中音谷改善之揚聲板長寬比與激振器(a/c)值關係
圖 5-9 跑道型揚聲系統之所有尺寸
0.5
0.75
0.833
y = -0.0033x2+ 0.0996x + 0.0846
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
0 5 10 15 20
直邊與板長比值(a/c)
揚聲板長寬比 (c/d)
圖 5-10 狹長型揚聲系統之設計流程圖
圖 5-11 碳纖加勁示意圖
圖 5-12 純巴沙木與碳纖加勁聲壓圖
圖 5-13 狹長型揚聲器之實作(1)
圖 5-14 狹長型揚聲器之實作(2)
圖 5-15 改善之聲壓曲線(1)
圖 5-16 狹長型揚聲器之實作(3)
圖 5-17 改善之聲壓曲線(2)