結論

對長形平面揚聲器而言，平面揚聲板聲壓曲線於中音域處，易形成了 一個深谷，稱之為中音谷，主要揚聲板變形為延長軸發生彎矩模態，因此 聲壓降低造成一的深谷的現象，也是中音谷的形成。對於中音谷落差的改 善方面，藉由傳統整面三明治結構的加勁方式對於中音谷落差的改善有 限，且造成對整體揚聲板系統所附加的質量太大，導致整體聲壓感度下降，

因此改以部份加勁方式，只加局部區域而不是加勁整面巴沙木板，如系統 一和系統二揚聲板，配合適當之附加重量與位置達到降低中音谷的落差。

針對系統一在某特定位置附加不同加重質量，中音谷落差會隨著加重 重量而逐漸減小，當加重超過臨界值時，便開始產生反相之中音谷形成，

並非加越重可使中音谷之落差越小，觀察其不同加重時中音谷之模態節線 變化，當給予加重時，其節線位置會隨著重量越重而向板外側移動，表示 發生彎矩模態時，加重之揚聲板模態發生正負相位相消情形減少，使得揚 聲板推動空氣的量增多，得到減少中音谷落差的效果。對系統一在加予特 定重量於不同位置時，當加重於距板中心0.13mm~0.23mm位置時，中音谷 落差隨著靠近音圈處而增大，並且落差程度大於未加重揚聲板的中音谷落 差，當加重位置大於距板中心28mm處音谷落差開始小於未加重之揚聲板

中音谷。綜合上述，當加重位置越遠離音圈時，其中音谷落差會趨於平緩，

且所需加重重量也越小。

利用最佳化方法，可以有效率的找到設定之目標函數，本文針對整體 的聲壓曲線之平滑找出適當的加重位置與加重質量，並與實驗做比較，以 得到較平滑之聲壓表現。

7-2 未來研究方向

在附加質量的最佳化設計方面，本文以固定加重面積和加重數量作為 加重設計變數的限制，將來可再將加重的面積大小、形狀及數量的變化考 慮進去，找出更輕量的加重方法，以得到平滑聲壓曲線中能更為提高聲壓 之感度。

本文實作是以質量較輕之玻纖彈性支承揚聲器作為懸吊系統，去找出 揚聲板附加重量最佳之位置配置與配重重量，用鐵片黏貼方式加重於揚聲 板上，而黏貼鐵片於內側要考慮是否會與玻纖彈性支承相互干擾，將來可 考慮一個具有較多質量之彈性支承取代加重的鐵片於特定位置上，配合最 佳化分析找出揚聲板所適合的加勁方式，以達到平滑聲壓之效果。

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表3-1 平面揚聲器量測參數

Revc 4.000 Ohm

Fo 195.809 Hz

Sd 1.924m M

Krm 3.698u Ohm

Erm 1.219

Kxm 928.940u H

Exm 0.753

Vas 246.478u M

Cms 468.899u M/N

Mmd 1.360m Kg

Mms 1.409 g

BL 1.899 T

Qms 6.55 Qes 1.924 Qts 1.487 No 0.09%

SPLo 81.704 dB

表3-2 ANSYS模擬之材料常數

E1(GPa) E2(GPa) G12(GPa) ν12 ρ(Kg/m3) Graphite/epoxy 146.5 9.223 6.8355 0.306 1525

Glass/epoxy 38.6 8.27 4.14 0.26 1700 Balsa wood 3.7 0.055 0.05 0.02 1300

表6-1 系統一最佳化之結果

結果值 調整值

d 36.7142 37 m 0.271385 0.27

表6-2 系統二最佳化之結果

結果值 調整值

d 39.1954 39 m 0.248005 0.25

表6-3 系統三之一最佳化之結果

結果值 調整值

d 40.3976 40 m 0.25346 0.25

表6-4 系統三之二最佳化之結果

結果值 調整值

d 35.0765 35 m 0.396495 0.4

表6-5 系統四最佳化之結果

結果值 調整值

d 37.1683 37

m 0.25112 0.25

圖 1-1 一般傳統錐盆型揚聲器

圖1-2 複合材料平板揚聲器

圖 1-3 揚聲器結構圖

圖 1-4 平面揚聲器之揚聲

圖 1-5 揚聲板之振形

) 3 (

φx

) 1 (

φx

) 2 (

φx

) 3 (

u0

) 1 (

u0

) 2 (

u0

) 1

z( ) 2

z(

) 3

z(

2^nd layer group (shell)

1^st layer group (core)

3^rd layer group (shell)

) 2

t(

) 1

t(

z

x

) 3

t(

圖2-1多層一階剪變形位移場示意圖

圖2-2 複合材料板座標系統

圖2-3 複合材料板沿厚度方向之合力與合力矩

N

k

Z_N Z_N-1

Z₀ Z₁ Z₂ Z₃

z

Middle surface

Z_k-1 Z_k

圖2-4 積層板之幾何與層數系統

a

b

K_L1 K_L2 K_L3

K_L4

K_R1 K_R3

K_R4

K_R4 X Y

h

圖2-5複合材料板之邊界條件

圖2-6 振動板中心之頻率響應圖

圖 2-7 Rayleigh Damping

圖3-1 ANSYS 模擬建立之model

圖 3-2 平面揚聲器阻抗圖

圖3-3 內磁式激振器剖面圖

圖 4-1 能量守恆觀點最小值示意圖

圖4-2最佳化設計變數model

圖5-1 揚聲板尺寸

圖 5-2 複合材料揚聲板製作及輔助材料疊層順序

圖5-3 熱壓機

圖5-4 複合材料揚聲板之加熱加壓硬化成型製程圖

圖 5-5 熱壓完成之複合材料揚聲板

圖 5-6 音圈

圖5-7 激震器尺寸圖(mm)

圖5-8 揚聲器製作定位所需治具

圖5-9 經熱壓後之懸邊

圖5-10 玻纖彈性支承

圖5-11 組裝完成之平面揚聲器

圖5-12 阻尼比量測實驗架設示意圖

圖 5-13 揚聲器距麥克風1m處量測聲壓

圖5-14 平面揚聲器阻抗圖

圖5-15 揚聲器參數計算

圖 6-1 揚聲板尺寸圖

圖6-2 系統一揚聲板示意圖(mm)

圖6-3 系統一揚聲板未加附加重量之實驗聲壓曲線

圖6-4 三明治揚聲板未加附加重量之實驗聲壓曲線

圖6-5 系統一揚聲板未加附加重量模擬與實驗對照

圖6-6 中音谷發生所造成之振形模態

圖6-7距中心 35mm加重示意圖

圖6-8 系統一不同加重質量模擬聲壓曲線比較

無加重 -.877778-.755556

-.633333-.511111 -.388889-.266667

-.144444-.022222 .1 JUL 1 2008

11:27:23 NODAL SOLUTION

STEP=1 SUB =4 FREQ=1083 UZ (AVG) RSYS=0 DMX =54.48 SMN =-54.432 SMX =20.696

加重 0.2g -.877778-.755556

-.633333-.511111 -.388889-.266667

-.144444-.022222 .1 JUL 1 2008

11:35:17 NODAL SOLUTION

STEP=1 SUB =4 FREQ=971.389 UZ (AVG) RSYS=0 DMX =45.195 SMN =-45.15 SMX =23.12

加重 0.25g NODAL SOLUTION

STEP=1 SUB =4 FREQ=952.68 UZ (AVG) RSYS=0 DMX =43.517 SMN =-43.471 SMX =23.562

加重 0.3g -.877778-.755556

-.633333-.511111 -.388889-.266667

-.144444-.022222 .1 JUL 1 2008

11:36:55 NODAL SOLUTION

STEP=1 SUB =4 FREQ=936.298 UZ (AVG) RSYS=0 DMX =42.023 SMN =-41.978 SMX =23.959

加重 0.35g -.877778-.755556

-.633333-.511111 -.388889-.266667

-.144444-.022222 .1 JUL 1 2008

11:22:10 NODAL SOLUTION

STEP=1 SUB =4 FREQ=921.839 UZ (AVG) RSYS=0 DMX =40.686 SMN =-40.641 SMX =24.316

圖6-9 不同加重於距中心35mm處之揚聲板彎矩模態節線位置

圖 6-10 不同加重與板中心距離位置示意圖(mm)

圖6-11 系統一不同加重位置模擬聲壓曲線比較

圖6-12 系統一不同加重位置中音谷落差

系統一

0 0.05 0.1 0.15 0.2

目標函數

F(x) 0.178827056 2.33E-02 1.29E-04 1.11E-09

1 2 3 4

4.27627 / 0.357712

4.42627 / 0.325714

3.84270 / 0.48197

3.67142 / 0.54277 starting point

4.04553 / 0.47114

圖6-13 系統一最佳化收斂過程及各搜尋軌跡最小值對應之設計變數

圖 6-14 系統一未加重與最佳化結果模擬聲壓曲線比較

圖6-15 依結果加重組裝之系統一揚聲器

圖 6-16 系統一未加重與最佳化結果實驗聲壓曲線比較

圖 6-17 系統二揚聲板示意圖(mm)

圖6-18 系統二揚聲板未加附加重量之實驗聲壓曲線

圖6-19 系統二揚聲板未加附加重量模擬與實驗對照

系統二

0 0.05 0.1 0.15 0.2

目標函數

F(x) 0.181326833 8.10E-03 1.32E-03 1.46E-09

1 2 3 4

3.57625 / 0.76571

3.91954 / 0.49601 3.87622 / 0.64371

3.41672 / 0.85175 starting point

3.33820 / 0.62754

圖6-20系統二最佳化收斂過程及各搜尋軌跡最小值對應之設計變數

圖 6-21 系統二未加重與最佳化結果模擬聲壓曲線比較

圖6-22 依結果加重組裝之系統二揚聲器

圖 6-23 系統二未加重與最佳化結果實驗聲壓曲線比較

圖6-24 系統三揚聲板未加附加重量之實驗聲壓曲線

圖 6-25系統三揚聲板未加附加重量模擬與實驗對照

系統三之一

0 0.1 0.2 0.3

目標函數

F(x) 0.279265905 1.28E-02 2.07E-09

1 2 3

3.47625 / 0.79571

3.91562 / 0.58571

4.03976 / 0.50692 starting point

3.11916 / 0.59514

圖6-26系統三之一最佳化收斂過程及各搜尋軌跡最小值對應之設計變數

圖6-27 系統三之一未加重與最佳化結果模擬聲壓曲線比較

圖6-28 依結果加重組裝之系統三揚聲器

圖6-29 系統三之一未加重與最佳化結果實驗聲壓曲線比較

系統三之二

0 0.05 0.1 0.15

目標函數

F(x) 0.125150096 5.02E-05 3.27E-06 1.42E-09

1 2 3 4

4.17632 / 0.46462

3.50765 / 0.79599 3.66431 / 0.65752

3.81851 / 0.60380 starting point

4.04553 / 0.47114

圖6-30系統三之二最佳化收斂過程及各搜尋軌跡最小值對應之設計變數

圖6-31 系統三之二未加重與最佳化結果模擬聲壓曲線比較

圖6-32 系統三之二未加重與最佳化結果實驗聲壓曲線比較

圖6-33 系統三兩組最佳化結果實驗聲壓曲線比較

圖6-34 系統四揚聲板未加附加重量模擬與實驗對照

系統四

0 0.05 0.1 0.15

目標函數

目標函數 0.11604919 5.92E-03 1.03E-05 5.73E-09

1 2 3 4

starting point 4.24441 / 0.70516

3.93920 / 0.42185

4.30358 / 0.32962

3.39102 / 0.65967 3.71683 / 0.50224

圖6-35 系統四最佳化收斂過程及各搜尋軌跡最小值對應之設計變數

圖 6-36 系統四未加重與最佳化結果實驗聲壓曲線比較

未加重節線位置 加重後節線位置 -.877778-.755556

-.633333-.511111 -.388889-.266667

-.144444-.022222 .1 JUL 1 2008

11:27:23 NODAL SOLUTION

STEP=1 SUB =4 FREQ=1083 UZ (AVG) RSYS=0 DMX =54.48 SMN =-54.432 SMX =20.696

1 NODAL SOLUTION

STEP=1 SUB =4 FREQ=907.444 UZ (AVG) RSYS=0 DMX =40.478 SMN =-40.433 SMX =23.639

系統二 -.877778-.755556

-.633333-.511111 -.388889-.266667

-.144444-.022222 .1 JUL 1 2008

17:56:13 NODAL SOLUTION

STEP=1 SUB =4 FREQ=922.945 UZ (AVG) RSYS=0 DMX =64.641 SMN =-17.441 SMX =64.58

1 NODAL SOLUTION

STEP=1 SUB =4 FREQ=708.229 UZ (AVG) RSYS=0 DMX =43.818 SMN =-21.117 SMX =43.764

系統三之一 NODAL SOLUTION

STEP=1 SUB =4 FREQ=791.002 UZ (AVG) RSYS=0 DMX =66.696 SMN =-22.173 SMX =66.645

1

MX 1122MNX

Y Z

-1 -.877778-.755556

-.633333-.511111 -.388889-.266667

-.144444-.022222 .1 JUL 1 2008

11:50:06 NODAL SOLUTION

STEP=1 SUB =4 FREQ=580.245 UZ (AVG) RSYS=0 DMX =44.472 SMN =-24.632 SMX =44.429

系統三之二 NODAL SOLUTION

STEP=1 SUB =4 FREQ=791.002 UZ (AVG) RSYS=0 DMX =66.696 SMN =-22.173 SMX =66.645

1 -.877778-.755556

-.633333-.511111 -.388889-.266667

-.144444-.022222 .1 JUL 2 2008

10:49:47 NODAL SOLUTION

STEP=1 SUB =4 FREQ=625.29 UZ (AVG) RSYS=0 DMX =45.857 SMN =-45.816 SMX =27 -.877778-.755556

-.633333-.511111 -.388889-.266667

-.144444-.022222 .1 JUL 10 2008

15:38:30 NODAL SOLUTION

STEP=1 SUB =4 FREQ=2122 UZ (AVG) RSYS=0 DMX =48.935 SMN =-20.379 SMX =48.881

1 JUL 10 2008

15:40:16 NODAL SOLUTION

STEP=1 SUB =4 FREQ=1875 UZ (AVG) RSYS=0 DMX =38.869 SMN =-22.22 SMX =38.818

圖6-37 系統一~系統四未加重與最佳化結果節線位置比較

在文檔中 具附加質量長形平面揚聲器之最佳化設計 (頁 58-0)