表 3-1 文獻[13]中的材料性質

表 3-1 文獻[13]中的材料性質

面層 心層

E1(GPa) 68.9 0.37

E2(GPa) 68.9 0.15

E3(GPa) 68.9 0.15

Poisson＇s ratio 0.3 0.3

G12(GPa) 26.5 0.134

G23(GPa) 26.5 0.052

G13(GPa) 26.5 0.134

Density(ρ^)(Kg/m³) 2770 122

表 3-2 文獻[13]與 ANSYS 各元素自然頻率分析比較

文獻[13]

Shell91 (開啟三明治

選項)

Shell91 (不開啟三明

治選項)

Shell99

Mode 1(Hz) 23.05 23.275 23.464 23.464 Mode 2(Hz) 43.91 44.649 45.167 45.167

Mode 3(Hz) 71.06 70.092 72.1 72.1

Mode 4(Hz) 78.37 79.926 81.311 81.311 Mode 5(Hz) 90.85 90.887 93.795 93.795

Mode 6(Hz) 123.82 125.22 129.92 129.92

表 5-1 不同加勁寬度對中音谷落差的趨勢(由內而外遞增加勁面積)

振動板加勁區域 未受模態影響前聲壓

(dB)

中音谷最低處聲壓 (dB)

中音谷聲壓落差 (△dB)

(純巴桑木) 79.89 66.61 13.28

(11~12) 77.8 64.86 12.94

(10~13) 77.1 65.08 12.02

(8~15) 76.11 70.26 5.85

(6~17) 75.28 70.06 5.22

(4~19) 74.54 68.12 6.42

(2~21) 73.87 67.28 6.59

(1~22) 73.54 68.22 5.32

表 5-2 不同加勁寬度對中音谷落差的趨勢(由外而內遞增加勁面積)

振動板加勁區域 未受模態影響前聲壓

(dB)

中音谷最低處聲壓 (dB)

中音谷聲壓落差 (△dB)

(純巴桑木) 79.89 66.61 13.28

(1~2)(21~22) 77.08 71.36 5.72

(1~3)(20~22) 76.60 71.56 5.04

(1~4)(19~22) 76.08 71.92 4.16

(1~6)(17~22) 75.2 72.0 3.2

(1~8)(15~22) 74.48 70.56 3.92

(1~10)(13~22) 73.85 68.83 5.02

(1~11)(12~22) 73.54 68.22 5.32

圖1-1 傳統振動板為錐盆型的揚聲器

圖 1-2 振動板為平面的揚聲器

圖2-1 複合材料積層板座標系統

Y

Z

N N

N

N

6 6

X

2

平板所受應力的合力圖

V

V

Q

Q

M

N

M

N

M

M

N

N

圖2-2 複合材料積層板沿厚度方向之合力與合力矩

) 3 (

φ

) 1 (

φ

) 2 (

φ

) 3 (

u

) 1 (

u

) 2 (

u

) 1

z

z

) 3

z

2

layer group (shell)

1

layer group (core)

3

layer group (shell)

) 2

t

) 1

t

z

x

) 3

t

圖2-3 多層一階剪變形位移場示意圖(三層)

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

K

K

K

K

K

K

K

X Y

h

圖2-5 複合材料三明治板之邊界條件

1000 1200 1400 1600 1800 2000

0.00E+000 5.00E-010 1.00E-009 1.50E-009 2.00E-009 2.50E-009 3.00E-009 3.50E-009

Response amplitude, m

Exciting frequency f, Hz

amplitude peak / sqr(2)

f₁ f₂

peak response

圖 2-6 頻率-位移圖

圖 2-7 Rayleigh Damping

純巴桑木振動板揚聲器阻抗曲線

0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4

1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0

圖3-1 純巴桑木振動板揚聲器阻抗曲線

Mass Added to Cone= 0.74 Gram

--- Electrical/Mechanical Parameters ---

Revc(DC VC Res ) = 3.9646 Ohm Qms (Mech Q) = 2.9832 Fo (Res Freq ) = 163.5751 Hz Qes (Elec Q) = 1.3776 Zo (Zmax at Fo) = 12.5498 Ohm Qts (Total Q) = 0.9424 Sd (Piston Area)= 0.0011 sqM Vas(Acous Vol) = 0.2412 Litr BL (Flux*Length)= 1.3982 TM Cms(Compliance)=1432.3970 uM/N no (Ref Effncy) = 0.0741 % Mms(Total Mass)= 0.6609 Gram SPLo(SPL at 1W ) = 80.7168 dB Mmd(DiaphmMass)= 0.6402 Gram

圖3-2 純巴桑木振動板揚聲器參數值

Autospectrum(Signal 2) - Input (Magnitude) Working : Input : Input : FFT Analyzer

3 10 30 100 300 1k 3k 10k

0 1u 2u 3u 4u 5u 6u 7u 8u

[Hz]

[m^-1s]

OVERLOAD

Autospectrum(Signal 2) - Input (Magnitude) Working : Input : Input : FFT Analyzer

3 10 30 100 300 1k 3k 10k

0 1u 2u 3u 4u 5u 6u 7u 8u

[Hz]

[m^-1s]

174Hz 122Hz

148Hz

(a) 低頻部份之位移響應

Autospectrum(Signal 2) - Input (Magnitude) Working : Input : Input : FFT Analyzer

10k 20k

0 4n 8n 12n 16n 20n 24n 28n 32n 36n 40n

[Hz]

[m^-1s]

OVERLOAD

Autospectrum(Signal 2) - Input (Magnitude) Working : Input : Input : FFT Analyzer

10k 20k

0 4n 8n 12n 16n 20n 24n 28n 32n 36n 40n

[Hz]

[m^-1s]

10270Hz

9050Hz 10700Hz

12290Hz

14720Hz

(b)高頻部份之位移響應

ri

r

S

Δ ⁱ

r

P

圖3-4 聲壓距離示意圖

圖 3-5 1mm 碳纖維疊層振動板揚聲器

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0

1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0

碳 纖 振 動 板 模 擬 分 析 碳 纖 振 動 板 實 驗

圖3-6 驗證用碳纖維疊層振動板揚聲器實驗與模擬之聲壓比較

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0

1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0

純巴桑木振動板實驗 純巴桑木振動板模擬分析

中音谷聲壓落差

圖3-7 純巴桑木振動板揚聲器實驗與模擬之聲壓比較

圖 4-1 振動板之振形

u

u d

圖4-2 激震器組成剖面圖

圖 4-3 傳統截面為半圓形或波浪型的彈性支承

圖 4-4 疊層順序 熱壓機

熱壓機

Breather

lar

1040

eather

Steel Tool Steel Tool

A4000

Peel Ply Bleeder My

T

Br

真空袋

圖 4-5 熱壓機

圖4-6 複合材料積層板之加熱加壓硬化成型製程圖

溫度(C)

分鐘(min)

30 60 140 180

80

一大氣壓

300psi 0.5hour

2hour

140

圖4-7 揚聲器研製過程（1）

圖4-8 揚聲器研製過程（2）

圖4-9 揚聲器研製過程（3）

圖 4-10 揚聲器研製過程（4）

圖4-11 揚聲器研製過程（5）

圖 4-12 揚聲器研製過程（6）

圖 4-13 揚聲器研製過程（7）

圖 4-14 揚聲器研製過程（8）

圖 4-15 揚聲器研製過程（9）

圖4-16 揚聲器研製過程（10）

圖4-17 揚聲器研製過程（11）

圖4-18 揚聲器研製過程（12）

圖4-19 揚聲器研製過程（13）

圖4-20 阻尼比量測實驗架設圖

圖4-21 聲壓量測實驗架設圖

133.773 Hz 825.575 Hz 2686 Hz

153.121Hz 1074 Hz 2916Hz

215.587 Hz 1494 Hz 3321 Hz

371.13 Hz 1911 Hz 3505 Hz

458.438 Hz 2363 Hz 3714 Hz

圖 5-1(1) 純巴桑木揚聲器振動板前 30 個自然振動模態

3995 Hz 5259 Hz 6158Hz

4033 Hz 5302Hz 6442 Hz

4819 Hz 5944 Hz 6570 Hz

4825 Hz 6005 Hz 6835 Hz

4861 Hz 6009 Hz 7154Hz

圖 5-1(2) 純巴桑木揚聲器振動板前 30 個自然振動模態

90Hz~250Hz 500Hz~2750Hz

90 Hz 500 Hz 1750Hz

130Hz 750Hz 2000Hz

170 Hz 1000 Hz 2250 Hz

210 Hz 1250 Hz 2500 Hz

250 Hz 1500 Hz 2750 Hz

圖5-2(1) 純巴桑木揚聲器振動板受不同頻率激振力變形圖

3000Hz~5000Hz

3000 Hz 4250 Hz

3250 Hz 4500 Hz

3500 Hz 4750 Hz

3750 Hz 5000 Hz

4000 Hz

圖5-2(2) 純巴桑木揚聲器振動板受不同頻率激振力變形圖

圖 5-3a 0Hz~5000Hz 間所有影響聲壓起伏的自然振動模態

圖5-3b 0Hz~5000Hz 間所有影響聲壓起伏的自然振動模態

圖 5-3c 0Hz~5000Hz 間所有影響聲壓起伏的自然振動模態

圖5-3d 0Hz~5000Hz 間所有影響聲壓起伏的自然振動模態

圖 5-3e 0Hz~5000Hz 間所有影響聲壓起伏的自然振動模態

圖5-3g 0Hz~5000Hz 間所有影響聲壓起伏的自然振動模態

(11~12)

3049 Hz 3981 Hz 4288 Hz

(a) 加勁區域為（11~12）的圖示和影響中音谷聲壓落差的自然振動模態

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0

1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 純 巴 桑 木 振 動 板 聲 壓

加 勁 區 域 （ 1 1 ~ 1 2 ) 聲 壓

(b)加勁前後聲壓曲線

(10~13)

3182 Hz 4155 Hz 4494 Hz

（a） 加勁區域為 (10~13) 的圖示和影響中音谷聲壓落差的自然振動模態

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0

1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 純 巴 桑 木 振 動 板 聲 壓

加 勁 區 域 （ 1 0 ~ 1 3 ) 聲 壓

(b) 加勁前後聲壓曲線

(8~15)

3470 Hz 4516 Hz 4884 Hz

（a）加勁區域為 (8~15) 的圖示和影響中音谷聲壓落差的自然振動模態

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0

1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 純 巴 桑 木 振 動 板 聲 壓

加 勁 區 域 （ 8 ~ 1 5 ) 聲 壓

（b）加勁前後聲壓曲線

(6~17) 3419 Hz

3727 Hz 4885 Hz 5282 Hz

（a）加勁區域為(6~17)的圖示和影響中音谷聲壓落差的自然振動模態

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0

1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 純 巴 桑 木 振 動 板 聲 壓

加 勁 區 域 （ 6 ~ 1 7 ) 聲 壓

（b） 加勁前後聲壓曲線

(4~19) 3713 Hz

3828 Hz 5217 Hz 5556 Hz

（a）加勁區域為(4~19)的圖示和影響中音谷聲壓落差的自然振動模態

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0

1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 純 巴 桑 木 振 動 板 聲 壓

加 勁 區 域 （ 4 ~ 1 9 ) 聲 壓

（b）加勁前後聲壓曲線

(2~21) 3543 Hz

3951 Hz 5262 Hz 5699 Hz

（a）加勁區域為(2~21)的圖示和影響中音谷聲壓落差的自然振動模態

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0

1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 純 巴 桑 木 振 動 板 聲 壓

加 勁 區 域 （ 2 ~ 2 1 ) 聲 壓

（b）加勁前後聲壓曲線

(1~22) 3360 Hz

3962 Hz 5125 Hz 5665 Hz

（a）加勁區域為(1~22)的圖示和影響中音谷聲壓落差的自然振動模態

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0

1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 純 巴 桑 木 振 動 板 聲 壓

加 勁 區 域 （ 1 ~ 2 2 ) 聲 壓

（b）加勁前後聲壓曲線

(1~10)(13~22) 3159 Hz

3894 Hz 5115 Hz 5593 Hz

(a)加勁區域為(1~10)(13~22)的圖示和影響中音谷聲壓落差的自然振動模態

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0

1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 純 巴 桑 木 振 動 板 聲 壓

（ 1 ~ 1 0 ) ( 1 3 ~ 2 2 )

（b）加勁前後聲壓曲線

(1~8)(15~22) 2679 Hz

3870 Hz 3953 Hz 4949 Hz

（a）加勁區域為(1~8)(15~22)的圖示和影響中音谷聲壓落差的自然振動模態

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0

1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 純 巴 桑 木 振 動 板 聲 壓

( 1 ~ 8 ) ( 1 5 ~ 2 2 )

（b）加勁前後聲壓曲線

(1~6)(17~22) 2546 Hz

3749 Hz 3852 Hz 4872 Hz

（a）加勁區域為(1~6)(17~22)的圖示和影響中音谷聲壓落差的自然振動模態

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0

1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 純 巴 桑 木 振 動 板 聲 壓

( 1 ~ 6 ) ( 1 7 ~ 2 2 )

（b）加勁前後聲壓曲線

(1~4)(19~22)

3894 Hz 3547 Hz 3692 Hz

（a）加勁區域為(1~4)(19~22)的圖示和影響中音谷聲壓落差的自然振動模態

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0

1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 純 巴 桑 木 振 動 板 聲 壓

( 1 ~ 4 ) ( 1 9 ~ 2 2 )

（b）加勁前後聲壓曲線

(1~3)(20~22)

2441 Hz 2829 Hz 4112 Hz

（a）加勁區域為(1~3)(20~22)的圖示和影響中音谷聲壓落差的自然振動模態

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0

1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 純 巴 桑 木 振 動 板 聲 壓

( 1 ~ 3 ) ( 2 0 ~ 2 2 )

（b）加勁前後聲壓曲線

(1~2)(21~22)

2337 Hz 2796 Hz 3915 Hz

（a）加勁區域為(1~2)(21~22)的圖示和影響中音谷聲壓落差的自然振動模態

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0

1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 純 巴 桑 木 振 動 板 聲 壓

( 1 ~ 2 ) ( 2 1 ~ 2 2 )

（b）加勁前後聲壓曲線

(2~3)(20~21)

2432Hz 2946 Hz 4123 Hz

（a）加勁區域為(2~3)(20~21)的圖示和影響中音谷聲壓落差的自然振動模態

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0

1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 純 巴 桑 木 振 動 板 聲 壓

( 2 ~ 3 ) ( 2 0 ~ 2 1 )

（b）加勁前後聲壓曲線

(4~5)(18~19)

3132 Hz 4186 Hz 4682 Hz

（a）加勁區域為(4~5)(18~19)的圖示和影響中音谷聲壓落差的自然振動模態

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0

1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 純 巴 桑 木 振 動 板 聲 壓

( 4 ~ 5 ) ( 1 8 ~ 1 9 )

（b）加勁前後聲壓曲線

(6~7)(16~17)

3166 Hz 4154 Hz 4562 Hz

（a）加勁區域為(6~7)(16~17)的圖示和影響中音谷聲壓落差的自然振動模態

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0

1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 純 巴 桑 木 振 動 板 聲 壓

( 6 ~ 7 ) ( 1 6 ~ 1 7 )

（b）加勁前後聲壓曲線

(8~9)(14~15)

3176 Hz 4161 Hz 4507 Hz

（a）加勁區域為(8~9)(14~15)的圖示和影響中音谷聲壓落差的自然振動模態

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0

1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 純 巴 桑 木 振 動 板 聲 壓

( 8 ~ 9 ) ( 1 4 ~ 1 5 )

（b）加勁前後聲壓曲線

0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 3 0 3 1 3 2 3 3

加勁區域寬度（mm)

中音谷落差(dB)

(a)由內而外逐漸的增加勁寬度

0 2 4 6 8 10 12 14

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33

加勁區域寬度（mm)

中音谷落差（dB)

(b)由外而內逐漸的增加勁寬度

圖5-22 不同加勁寬度對中音谷落差之趨勢

0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0

1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0

純 巴 桑 木 振 動 板 實 驗 聲 壓

加 勁 區 域 （ 1 ~ 2 ) ( 2 1 ~ 2 2 ) 實 驗 聲 壓

圖5-23 實驗上振動板為(1~2)(21~22)加勁前後聲壓曲線的比較

圖5-24b 影響加勁區域為（1～2）(21~22) 聲壓起伏落差的自然模態

圖5-24d 影響加勁區域為（1～2）(21~22) 聲壓起伏落差的自然模態