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研究生: 許竤智
論文名稱: 考慮聲壓特性之結構設計-以揚聲器為例-
指導教授: 王志宏
口試委員: 潘敏俊
呂宗熙
王志宏
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 動力機械工程學系
Department of Power Mechanical Engineering
論文出版年: 2011
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 177
中文關鍵詞: 線圈式揚聲器中音谷低音反射式揚聲器被動式揚聲器
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  • 由於平板電腦、電視及手機厚度越來越薄,因此要求安裝揚聲器系統之厚度也需要變薄,加上電視使用之揚聲器只用四周邊框,因此揚聲器單體變成接近平面狀,且非常細長,使得振膜的第一個彎曲模態之自然頻率變低,頻率響應高低差異變大,此部分為中音谷。且由於空間變小,揚聲器系統之背腔變小,使得系統之第一個自然頻率變高,低音效率變差。
    為了解決此兩大問題,對於中音域的部分,分析揚聲器單體之彎曲模態方法,使用有限單元法進行模態分析,並利用邊界元素法求得遠場聲壓曲線變化,討論單激振揚聲器改變振膜質量與勁度分佈,以及改變懸邊的勁度與阻尼分佈,可有效的解決第一個中音谷的落差;而搭配雙激振圓形音圈並改變振膜與懸邊結構參數,則能同時改善第一個與第二個中音的落差。對於增加低音效率的部分,採用集中參數法,分析低音反射式與被動式揚聲器系統之音箱設計方法。
    結果顯示,改善第二個中音谷的落差部分,雙激振揚聲器單體的最佳激振位置在單激振揚聲器單體的第二個彎曲模態的節線位置外側,搭配改變振膜與懸邊結構參數時,需要依照彎曲模態的變化來做修正,即可解決第一個中音谷的落差。
    增加低頻效率部分,使用低音反射式與被動式揚聲器的理論,分析在音箱體積受限制下,揚聲器單體的阻尼比為30~70%,建立一套音箱體積的設計步驟。對於音箱體積受限制之下,選擇低音反射式揚聲器來設計較佳。而音箱體積小很多時,被動式揚聲器可改善低音反射式揚聲器在小音箱的空間內的缺點,包含放入反射孔空間不足,以及增加反射孔的聲學聲阻。並可選擇較小的面積來設計揚聲器能得到比低音反射式揚聲器的效率相當的設計。


    第一章 前 言 1 1-1 研究動機 1 1-2 文獻回顧 1 1-3 研究目標 3 第二章 理論分析與方法 4 2-1 揚聲器單體的結構 4 2-2 結構振動的基本理論 6 2-3 邊界元素法之理論介紹 6 2-4 結構與空氣耦合之聲場分析 9 2-5 揚聲器系統的音箱設計理論 10 2-5-1 電-機-聲阻抗關係 12 2-5-2 電-機-聲之轉換 20 2-5-3 低音反射式揚聲器系統 25 2-5-4 被動式揚聲器系統 41 第三章 模擬結果與討論 52 3-1 中音谷產生原因之分析 52 3-1-1 揚聲器單體之物理模型建立 52 3-1-2 第一個中音谷產生之原因分析 55 3-1-3 第二個中音谷產生之原因分析 66 3-2 降低中音谷之方法與討論 73 3-2-1 單激振之揚聲器單體 74 3-2-2 雙激振之揚聲器單體 78 3-2-3 加肋(Rib)之揚聲器單體 84 3-3-4 增加模態阻尼比之效應 88 3-3 低音反射式揚聲器系統以及被動式揚聲器系統的音箱設計與模擬驗證 90 3-3-1 低音反射式揚聲器系統 90 3-3-2 被動式揚聲器系統 122 3-3-3 低音反射式揚聲器系統與被動式揚聲器系統對於音箱受限制時的比較及限制 153 第四章 結 論 158 參考文獻…… 160 附錄A 低音反射式揚聲器的無阻尼自然頻率的求法 A-1 附錄B 被動式揚聲器系統的無阻尼自然頻率之設計曲線 B-1 附錄C 被動式揚聲器的的無阻尼自然頻率的求法 C-1 附錄D 觀察揚聲器單體之中音谷的實驗結果 D-1 D-1 聲壓頻率響應函數量測實驗 D-1 D-1-1 聲壓頻率響應函數量測儀器與設備 D-1 D-1-2 聲壓頻率響應函數量測的實驗步驟 D-4 D-2 速度頻率響應量測實驗 D-5 D-2-1 速度頻率響應量測量測儀器與設備 D-5 D-2-2 速度頻率響應量測實驗步驟 D-6 D-3 實驗之結果與討論 D-7 D-3-1 聲壓頻率響應函數實驗之結果與討論 D-7 D-3-2 速度頻率響應實驗之結果與討論 D-9 附錄E 振膜四周自由邊界與振膜加懸邊之自然頻率 E-1 附錄F 第二中音谷原因分析 F-1

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