結論與未來研究方向

7-1 結論

高功率的平面揚聲器懸掛系統須具備良好的穩定效果及回復效果，除 了傳統的懸邊及彈波外，增加額外的彈性支承可在不使Fo 上升過多的情況 下增加揚聲器的容許功率，且可改善懸掛系統回復性不足的問題。

彈性支承的研製過程中，材料的選擇為碳纖、玻纖等預浸複合材料，

配合 PC 薄膜壓製而成，複材的高強度改善了以往泡棉材料容易裂開的問 題，因為使用一層預浸材即可滿足需求，所以重量也在可接受範圍內。而 支承形狀採用波浪狀，在振動板的出入運動下，較可維持相同的線性彈性 支承力。

至於揚聲器聲壓落差改善方面，分析結果顯示整面使用碳纖作的加勁 的三明治板對振動板的增重過多，導致揚聲器的聲壓感度減低。本文以三 明治板為基本，觀察常造成長形揚聲器聲壓落差的模態，先減去較不必要 的加勁面積，提高感度後，再觀察此時影響高頻音谷的模態改變並作不同 位置的加勁，結果顯示加勁組號4-4有著最好的改良趨勢且感度也在三明治 板之上，實際製作出振動板並將揚聲器組裝後量測其聲壓曲線，相較於三 明治板的聲壓趨勢的確更趨平滑。

7-2 未來研究方向

本文是找出影響聲壓落差最多的模態，對其容易產生逆向變形的區域

作加勁，分散破壞性模態的影響，減少正負聲壓的抵消情況，而未來可以 研究當改變加勁方式時，各自然模態對板實際受到激振時的振形貢獻的程 度會如何改變，以期準確地控制這些對振動板聲射有不良影響的模態。

參考文獻

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表3-1 文獻[14]中三明治板材料常數

面層 心層

Yong’s modulus (E₁) 68.9 GPa 0.37 Gpa Yong’s modulus (E2) 68.9 GPa 0.15 Gpa

Poisson’s ratio (γ) 0.3 0.3

Shear modulus (G12) 26.5 GPa 0.134 GPa Shear modulus (G₂₃) 26.5 GPa 0.052 GPa Shear modulus (G13) 26.5 GPa 0.134 GPa

Density (ρ) 2770 Kg/m³ 122 Kg/m³

Thickness (t) 0.406 mm 6.4 mm

Boundary conditions simple support

表3-2 ANSYS分析之自然頻率(Hz)與文獻[14]比較 Mode ANSYS(shell91) ^文獻[14]

1 22.883 23.05 2 43.850 43.91 3 69.597 71.06 4 78.962 78.37 5 89.397 90.85 6 122.89 123.82

表3-3 ANSYS分析所需之各材料的材料常數

材料 巴沙木 碳纖預浸材 珍珠板

E1 3.7 GPa 147.503 GPa 11.33 MPa E₂ 0.055 GPa 9.223 GPa

E₃ 0.055 GPa 9.223 GPa G12 0.01 GPa 6.8355 GPa G23 0.00167 GPa 1.123 GPa G₁₃ 0.01 GPa 6.8355 GPa

γ₁₂ 0.02 0.306 0.33

γ23 0.5 0.25

γ13 0.02 0.306

ρ 140 Kg/m³ 1747 Kg/m³ 64.3 Kg/m³

厚度 2 mm 0.125 mm 2 mm

圖1-1 傳統振動板為錐盆型的揚聲器

圖1-2 振動板為一平板的揚聲器

圖2-1 複合材料積層板座標系統

Y

Z

N N

N1

N

6 6

X

2

平板所受應力的合力圖

V₁ V₂

Q

y

Q

x

M

yx

N

y

M

y

N

x

M

x

M

xy

N

xy

N

yx

圖2-2 複合材料積層板沿厚度方向之合力與合力矩

)

2^nd layer group (shell)

1^st layer group (core)

3^rd layer group (shell)

) Middle surface

Z_k-1 Z_k

圖2-6 振動板中心之頻率響應圖

圖 2-7 Rayleigh Damping

圖 3-1 平面揚聲系統之有限元素模型示意圖

Electrical／Mechanical Parameters

Revc (D-C-R) 7.600 Ohm Fo (Res Freq) 103.818 Hz Cms (Compliance) 639.322u M/N Mms (Total Mass) 3.676 Gram BL (Flux*Length) 3.883 TM

Qms (Mech Q) 4.019

Qts (Elec Q) 0.929

Sd (Piston Area) 3.358m sqM SPLo (SPL at 1W) 81.639 dB

圖 3-2 純巴沙木振動板揚聲器阻抗曲線及其相關參數

圖3-3 內磁式激振器剖面圖

(a) 低頻部份之響應

(b) 高頻部份之響應

圖 3-4 雷射測速儀量測之振動板中心之頻率響應

S

Δ

ⁱ

r

圖 3-5 聲壓距離示意圖(ｒ為1公尺)

圖3-6 聲壓曲線的平滑處理

圖3-7 文獻中三明治板示意圖

圖 3-8 以珍珠板作為振動板的揚聲器(驗證用)

─── 模擬 - - - - 實測

圖 3-9 珍珠板揚聲器模擬與實測之聲壓曲線比較

─── 模擬 - - - - 實測

圖 3-10 純巴沙木板揚聲器模擬與實測之聲壓曲線比較

巴沙木纖維方向(0⁰)

(a) 振動板規格圖(單位：mm)

8 歐姆

(b) 音圈規格圖(單位：mm)

圖4-1本文揚聲器主要零件規格圖(part 1)

(c) 彈波規格圖(單位：mm)

(d) 激振器規格圖(單位：mm)

圖4-1 本文揚聲器主要零件規格圖(part 2)

圖 4-2 揚聲器結構圖

圖 4-3 本文揚聲器爆炸圖

圖4-4 熱壓機

一大氣壓

350 psi

30 60 時間(min)

溫度(℃)

150

80

圖 4-5 複材加勁振動板及彈性支承之加熱加壓硬化成型製程圖

圖4-6 具複材加勁振動板完成圖

圖4-7 彈性支承完成圖

圖 4-8 懸邊製作

圖 4-9 懸邊製作模具

圖4-10 懸邊完成圖

圖 4-11 揚聲器組裝流程(step 1)

圖4-12 揚聲器組裝流程(step 2)

圖4-13 揚聲器組裝流程(step 3)

圖4-14 揚聲器組裝流程(step 4)

圖4-15 揚聲器組裝流程(step 5)

圖4-16 揚聲器組裝流程(step 6)

圖4-17 揚聲器組裝流程(step 7)

圖4-18 揚聲器組裝流程(step 8)

圖4-19 揚聲器組裝流程(step 9)

圖4-20 揚聲器組裝流程(step 10)

圖4-21 揚聲器組裝流程(step 11)

圖4-22 阻尼比量測實驗架設圖

圖4-23 聲壓量測實驗架設圖

圖 5-1 泡棉支承結構

圖 5-2 ㄇ形支承結構

圖 5-3 ㄇ形碳纖支承的力量-位移關係

0 0.5 1 1.5

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00

displacement (mm) force (kgf)

推入 推出

圖5-4 波浪形碳纖支承的力量-位移關係

0 0.5 1 1.5

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00

displacement (mm) force (kgf)

推入 推出

圖5-5 波浪形玻纖支承的力量-位移關係

─── 無複材支承

- - - - 波浪形碳纖支承

... 波浪形玻纖支承

圖5-6 彈性支承對聲壓的影響(皆為純巴沙木振動板)

─── 無複材支承

- - - - 波浪形碳纖支承

... 波浪形玻纖支承

圖 5-7 各組揚聲器的阻抗曲線

圖 6-1 振動板作活塞運動產生的波

圖 6-2 振動板作活塞運動伴隨發生彎曲運動

─── 純巴沙木板

圖6-3 ANSYS分析所得純巴沙木振動板揚聲器之聲壓曲線

107 Hz 583 Hz 1357 Hz

134 Hz 637 Hz 1449 Hz

146 Hz 816 Hz 1710 Hz

423 Hz 873 Hz 1727 Hz

526 Hz 1244 Hz 2057 Hz

圖 6-4 聲壓落差範圍前後純巴沙木振動板模態圖(part 1)

2296 Hz 3593 Hz 4205 Hz

2598 Hz 3771 Hz 4527 Hz

2765 Hz 4105 Hz 4533 Hz

3108 Hz 4140 Hz 4580 Hz

3257 Hz 4199 Hz 4684 Hz

圖 6-4 聲壓落差範圍前後純巴沙木振動板模態圖(part 2)

5069 Hz 5792 Hz 8053 Hz

5084 Hz 5887 Hz 8792 Hz

5466 Hz 5987 Hz

5545 Hz 6722 Hz

5789 Hz 7416 Hz

圖 6-4 聲壓落差範圍前後純巴沙木振動板模態圖(part 3)

200 Hz 1200 Hz 2200 Hz

400 Hz 1400 Hz 2400 Hz

600 Hz 1600 Hz 2600 Hz

800 Hz 1800 Hz 2800 Hz

1000 Hz 2000 Hz 3000 Hz

圖6-5 6000 Hz內純巴沙木振動板受激振之變形圖(part 1)

3200 Hz 4200 Hz 5200 Hz

3400 Hz 4400 Hz 5400 Hz

3600 Hz 4600 Hz 5600 Hz

3800 Hz 4800 Hz 5800 Hz

4000 Hz 5000 Hz

圖6-5 6000 Hz內純巴沙木振動板受激振之變形圖(part 2)

(1) 107 Hz (4) 1449 Hz

(2) 583 Hz (5) 2296 Hz

(3) 816 Hz (6) 3108 Hz

圖6-6 6000Hz內純巴沙木振動板所有對稱的模態圖(part 1)

(7) 4105 Hz (9) 5069 Hz

(8) 4199 Hz (10) 5987 Hz

圖6-6 6000Hz內純巴沙木振動板所有對稱的模態圖(part 2)

- - - - 純巴沙木板

─── 碳纖三明治板

圖6-7 純巴沙木與碳纖三明治振動板揚聲器之聲壓模擬比較

(1) 96 Hz (4) 7530 Hz

(2) 2074 Hz (5) 12344 Hz

(3) 4489 Hz (6) 15515 Hz

圖 6-8 碳纖三明治振動板對稱的模態圖

2340 Hz 13880 Hz 圖6-9 碳纖三明治振動板在幾個聲壓落差低點的變形圖

(90⁰)

巴沙木纖維方向(0⁰)

圖6-10 振動板面積分割示意圖

[加勁組號1]

長軸減少加勁2格寬(6mm) (長軸加勁寬度為板寬的5/6)

1931 Hz 11579 Hz

─── 加勁組號 1 - - - - 碳纖三明治板

圖6-11 加勁組號1的圖示、主要造成聲壓落差的模態及聲壓曲線分析比較

[加勁組號2]

長軸減少加勁4格寬(12mm) (長軸加勁寬度為板寬的2/3)

2069 Hz 14853 Hz

─── 加勁組號 2 - - - - 碳纖三明治板

圖6-12 加勁組號2的圖示、主要造成聲壓落差的模態及聲壓曲線分析比較

[加勁組號3]

長軸減少加勁6格寬(18mm) (長軸加勁寬度為板寬的1/2)

1803 Hz 9640 Hz

─── 加勁組號 3 - - - - 碳纖三明治板

圖6-13 加勁組號3的圖示、主要造成聲壓落差的模態及聲壓曲線分析比較

[加勁組號4]

長軸減少加勁8格寬(24mm) (長軸加勁寬度為板寬的1/3)

1644 Hz 7956 Hz

─── 加勁組號 4 - - - - 碳纖三明治板

圖6-14 加勁組號4的圖示、主要造成聲壓落差的模態及聲壓曲線分析比較

[加勁組號5]

長軸減少加勁10格寬(30mm) (長軸加勁寬度為板寬的1/6)

1453 Hz 6827 Hz

─── 加勁組號 5 - - - - 碳纖三明治板

圖6-15 加勁組號5的圖示、主要造成聲壓落差的模態及聲壓曲線分析比較

[加勁組號4-1]

兩側90度疊層分別距短軸中心線20.5mm

- - - - 加勁組號 4

─── 加勁組號 4-1

圖6-16 加勁組號4-1 的圖示及聲壓曲線分析比較

[加勁組號4-2]

兩側90度疊層分別距短軸中心線23.5mm

- - - - 加勁組號 4

─── 加勁組號 4-2

圖6-17 加勁組號4-2 的圖示及聲壓曲線分析比較

[加勁組號4-3]

兩側90度疊層分別距短軸中心線26.5mm

- - - - 加勁組號 4

─── 加勁組號 4-3

圖6-18 加勁組號4-3 的圖示及聲壓曲線分析比較

[加勁組號4-4]

兩側90度疊層分別距短軸中心線29.5mm

- - - - 加勁組號 4

─── 加勁組號 4-4

圖6-19 加勁組號4-4 的圖示及聲壓曲線分析比較

[加勁組號4-5]

兩側90度疊層分別距短軸中心線32.5mm

- - - - 加勁組號 4

─── 加勁組號 4-5

圖6-20 加勁組號4-5 的圖示及聲壓曲線分析比較

[加勁組號4-6]

兩側90度疊層分別距短軸中心線35.5mm

- - - - 加勁組號 4

─── 加勁組號 4-6

圖6-21 加勁組號4-6 的圖示及聲壓曲線分析比較

- - - - 加勁組號 4-4 實測

─── 碳纖三明治板實測

圖 6-22 加勁組號4-4與碳纖三明治板揚聲器之聲壓實測比較

在文檔中 長形高功率平面揚聲器之研製 (頁 62-121)