1-1 前言
由於顯示器、電視、筆記型電腦等產品逐漸平面化、薄型化的影響下，
許多揚聲器為因應需求而發展出有別於一般傳統錐盆型振動板的揚聲器(如 圖 1-1)，改而搭載振動板為平面型的揚聲器(如圖 1-2)，其中又以長形的平 面揚聲器空間利用的彈性較大，如裝置於LCD TV 的兩側。一般較常見的 電磁動圈式平面揚聲器，其結構大致可分為振動板、懸邊、彈波、音圈及 場磁鐵(如圖 4-2)。
在空間受限的情況下，如何設計出更具效率的揚聲器，改善其頻率響 應(或稱聲壓，Sound Pressure Level，SPL)，成為最主要的研究目標，而複 合材料在質輕、高強度上即符合平面揚聲器振動板的設計需求，本文即是 探討具複材彈性支承、複材加勁振動板之長形高功率平面揚聲器振動特性 及發聲行為，設計並實際製作出適合高功率揚聲器的複材彈性支承，增加 系統的回復性並不致使Fo 上升過多，另外也針對影響揚聲器聲壓曲線的振 動板部分，在既定的規格及尺寸下(如圖 4-1)，尋求較佳的加勁方式，以提 高揚聲器的聲壓位準及其平滑程度。
1-2 文獻回顧
以基於古典板理論(Classical Plate Theory，簡稱 CPT)[1]的古典積層板理 論(Classical Lamination Theory)對複合材料薄板來進行分析已能得到不錯的 結果，但對於厚板而言，由於複合材料積層板之側向剪力模數(Shear modulus) 比沿纖維方向的楊氏係數(Young’s modulus)低很多，且在厚度上較薄板高出
許多，因此容易產生側向剪變形，所以古典板理論不適合分析較厚之複合 材 料 板 。 為 此 ，Mindlin 提 出 了 一 階 剪 變 形 理 論 (The First-order Shear Deformation Theory，簡稱 FSDT)[2]，首先將側向剪力的影響加以考慮，但 是因為假設側向剪力分布為常數，並不符合實際的情況，於是Whitney[3、
4]便提出了剪力修正因子來加以修正，此種理論比較適合用在長厚比大於 15 的結構上；之後，學者又提出了各種高階剪變形的理論，雖有提高理論 值與實際狀況相比之準確性，但往往較適用於厚板結構(長厚比大於 15)之 情況，且其計算上比較複雜許多，而本文中使用之複合材料結構板並不在 厚板結構的範圍內，所以仍以一階剪變形理論為主，來分析振動板之變形 行為。
在研究三明治板的文獻方面，Reissner[5]推導控制方程式研究應用小變 形、等向性三明治板的力學行為，文獻將面層假設為薄膜，並忽略中心層 平行面層的應力。O’Connor[8]提出用有限元素法來分析三明治結構，他以 平面彈性元素來構建中心層，樑元素來構建面層。Kanematsu[9]用 Ritz method 來分析矩型板的彎曲和振動。
對於聲學與聲壓計算方面，Morse[10]中推導出了聲源在空氣中傳遞之 聲壓方程式，在Takeo[11]中引用出有限元素之聲壓方程式，而 Tan[12]中討 論了藉由促動器(actuator)主動控制對平板之聲場的影響。文獻[13]中陳述了 關於揚聲器量測的各參數的討論。
1-3 研究方法
本文先設計並實際製作出適用於高功率平面揚聲器的彈性支承，配合 彈波和懸邊支撐住振動板，增加系統的回復性及穩定性，在低音的大振幅
運動時仍能避免不穩定的現象發生，排除雜音的產生，提高揚聲器的最大 容許功率。
確定了懸掛系統後，即開始研究改善聲壓曲線。而其影響最劇者屬揚 聲器的振動板。在第一自然頻率Fo 之後，板開始伴隨發生彎曲變形，這些 相對於活塞運動的逆相位彎曲使聲音輸出相互抵消的現象產生，且較常發 生在中音區域，在此頻域聲壓曲線會出現一個明顯的落差，常稱之為中音 谷。
若想要使聲音聽起來更悅耳，必須使聲壓曲線更加平滑，改善的方法 通常是加強振動板的剛度，例如使用複合材料三明治板，但若是整塊振動 板都採用三明治式加勁，比起單純只用心層材料的振動板，雖然強度增加 了很多，板的質量也會隨之增加，使得整體的感度下降，導致在相同的輸 出功率下發出的音量變小，所以我們首先針對純巴沙木板及複合材料三明 治板作探討，找出聲壓位準產生落差的頻率區段，並對該區段下板的模態 作討論，在減少加勁面積的同時仍能抑制板不當的變形，以提高聲壓感度，
並同時可維持聲壓曲線的平滑。
實驗部份，以一既定尺寸之振動板及音圈(詳細規格如圖 4-1a)以及碳纖 支承系統，完整組裝起來後再由LMS 聲壓測試系統量測聲壓、阻抗及其它 參數，再利用PULSE 訊號分析儀及 Polytec OFV350 雷射測速儀量測揚聲器 系統自然頻率。
本文使用 ANSYS 軟體進行分析，其為一泛用型有限元素分析軟體 (general-purpose finite element software)，利用有限元素法(finite element method, FEM)求解，它已被廣泛應用於學術界與工業界，領域包括了結構應
力、振動、動態、熱傳、流體、電磁場、聲場、耦合場等分析。首先在軟 體中建立相應的有限元素模型，進行系統之模態及簡諧激振響應分析，計 算不同激振頻率下振動板各點之振幅及相位角，將其輸入以聲壓公式寫成 的Fortran 程式計算出聲壓，進而繪製出聲壓曲線。比對分析與實驗所得的 兩條曲線，以求模型能適當地模擬出實際狀況。當整個模型驗證無誤之後，
再嘗試改變振動板加勁區域，配合觀察模態與簡諧激振分析所得之變形 圖，找出適當的加勁區域，最後也以實驗再次驗證分析結果，以獲得更平 滑且更高感度的聲壓曲線。