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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:許哲瑋
研究生(外文):Che-Wei Hsu
論文名稱:具條狀支撐方型平面揚聲器之研製
論文名稱(外文):The Study of Rib-stiffened Flexibly Supported Square Flat-panel Loudspeaker
指導教授:金大仁金大仁引用關係
指導教授(外文):Tai-Yan Kam
學位類別:碩士
校院名稱:國立交通大學
系所名稱:機械工程系所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2006
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:105
中文關鍵詞:平面揚聲器彈性支撐聲壓曲線中音谷
外文關鍵詞:Flat-panel Loudspeakerelastic supportsSPL curvemid-frequency dip
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本文重點分兩部份,第一部份為揚聲器彈性支承的研製,其中包括支承材料的選擇、支承材料的幾何形狀、支撐結構的製作及其噪音的克服。使揚聲器振動系統的第一個自然頻率 降低,以降低揚聲器聲壓的起始頻率、提昇整體振動板在較大的振幅下也能穩定的往復運動,以提昇揚聲器在低頻的發聲效率,並避免因為不穩定而產生的噪音、降低在研製過程中所增加的重量,使整體揚聲器的發聲更有效率。符合如此條件的彈性支承,便能讓小面積平面振動板的揚聲器在低頻也能有好的表現。第二部份針對使用複合材料結構來加勁振動板,因為振動模態的變形導致中音谷的產生,本文先以實驗驗證有限元素分析軟體ANSYS分析的模型,模擬比較純巴桑木振動板和不同區域不同加勁寬度碳纖維三明治結構振動板揚聲器的聲壓曲線,最後討論找出中音谷落差最小、加勁寬度最小的加勁方式,並以實驗驗證之。
Two parts are discussed in the thesis. First part is the fabrication of beam-type elastic suspensions of loudspeakers, including the choices of supporting materials and the geometrical shapes of the elastic supports. The purpose of the use of the beam-type elastic supports in the design and fabrication of the speakers is that the speakers can have low first resonant frequency, the radiating plate can vibrate in a steady way, and the radiating efficiency in low frequency range is improved. Furthermore, the elastic supports are designed in such a way that the noise due to instability can be reduced, and the weight of the radiating plate can also be reduced. The purpose of elastic suspensions can make the flat- panel speaker with small area have good performance in low frequency. Second part is focused on the use of composite materials to stiffen the radiating plate so as to suppress the mid-frequency dip. In the design of the stiffened plate, the finite element software ANSYS is used to study the vibration of the plate. Different stiffened radiating plates are designed for simulating the SPL curves of the speakers. The speakers fabricated using the proposed method are tested to measured the SPL curves of the speakers. The experimental results are used to verify the feasibility of the proposed design of the speakers.
目錄

中文摘要 …………………………………………………………………. i
英文摘要 …………………………………………………………………. ii
誌謝 …………………………………………………………………. iii
目錄 …………………………………………………………………. iv
表目錄 …………………………………………………………………. vi
圖目錄 …………………………………………………………………. vii
一、 緒論……………………………………………………………. 1
1-1 前言……………………………………………………………. 1
1-2 文獻回顧………………………………………………………. 2
1-3 研究方法………………………………………………………. 3
二、 複合材料疊層板的振動分析…………………………………. 5
2-1 一階剪變形平板理論…………………………………………. 5
2-1.1 基本假設………………………………………………………. 5
2-1.2 應力應變關係…………………………………………………. 6
2-1.3 構成方程式(governing equation)……….……………………... 8
2-2 多層一階剪變形平板理論……………………………………. 9
2-2.1 位移與應變……………………………………………………. 9
2-2.2 應力與應變關係………………………………………………. 12
2-3 三明治板的彈性支承…………………………………………. 15
2-4 應變能與動能…………………………………………………. 16
2-5 特徵值與特徵向量..…………………………………………… 17
2-6 受外力的振動系統……………………………………………. 18
三、 有限元素分析模擬……………………………………………. 20
3-1 ANSYS有限元素模型之建立………………………………… 20
3-1.1 模擬元素的選擇………………………………………………. 20
3-1.2 ANSYS模型建立步驟………………………………………… 20
3-2 ANSYS模擬分析中各參數的取得…………………………… 23
3-2.1 質點元素的參數………………………………………………. 23
3-2.2 彈簧元素的參數………………………………………………. 24
3-2.3 激振力的給定…………………………………………………. 24
3-2.4 阻尼比的給定…………………………………………………. 24
3-3 聲壓的計算及應用……………………………………………. 25
3-3.1 聲壓波動方程式………………………………………………. 25
3-4 ANSYS模型之驗證…………………………………………… 29
3-4.1 模擬元素的選擇………………………………………………. 29
3-4.2 聲壓模擬的驗證………………………………………………. 29
四、 平面揚聲器之研製及實驗……………………………………. 31
4-1 彈性支承之功能………………………………………………. 32
4-2 揚聲器之製作…………………………………………………. 33
4-2.1 複合材料疊層板之製作………………………………………. 33
4-2.2 振動板之製作…………………………………………………. 33
4-2.3 條狀支撐之製作………………………………………………. 34
4-3 支承研製之問題討論…………………………………………. 34
4-3.1 支承的材料選擇………………………………………………. 35
4-3.2 支承材料形狀的設計………..................................................... 36
4-3.3 條狀支撐結構設計……………………………………………. 36
4-4 揚聲器各種實驗程序…………………………………………. 37
4-4.1 阻尼量測實驗…………………………………………………. 37
4-4.2 聲壓實驗………………………………………………………. 38
4-4.3 阻抗量測實驗…………………………………………………. 39
4-4.4 參數量測實驗…………………………………………………. 39
五、 振動板加勁結果與討論………………………………………. 40
5-1 加勁前的聲壓曲線……………………………………………. 40
5-1.1 外力激振下產生之模態............................................................. 41
5-1.2 造成聲壓落差之模態…………………………………………. 42
5-1.3 三明治板聲壓表現……………………………………………. 43
5-2 局部加勁對聲壓的影響………………………………………. 44
5-2.1 由內而外遞增加勁面積………………………………………. 44
5-2.2 由外而內遞增加勁面積………………………………………. 46
5-2.3 等面積下加勁位置改變………………………………………. 47
5-2.4 最佳的加勁方式………………………………………………. 48
5-3 模擬結果討論與驗證…………………………………………. 48
六、 結論與未來研究方向…………………………………………. 50
6-1 結論……………………………………………………………. 50
6-2 未來研究方向…………………………………………………. 51
參考文獻 …………………………………………………………………. 52



表 目 錄

表3-1 文獻[13]中的材料性質……………………………………….. 54
表3-2 文獻[13]與ANSYS各元素自然頻率分析比較……............... 54
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)………………………………………………………………
55
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)………………………………………………………………
55






















圖 目 錄

圖1-1 傳統振動板為錐盆型的揚聲器………………………………. 56
圖1-2 振動板為平面的揚聲器………………………………………. 56
圖2-1 複合材料積層板座標系統……………………………………. 57
圖2-2 複合材料積層板沿厚度方向之合力與合力矩………………. 58
圖2-3 多層一階剪變形位移場示意圖(三層)……………………….. 59
圖2-4 積層板之幾何與層數系統……………………………………. 59
圖2-5 複合材料三明治板之邊界條件………………………………. 60
圖2-6 頻率-位移圖…………………………………………………... 60
圖2-7 Rayleigh Damping……………………………………………. 61
圖3-1 純巴桑木振動板揚聲器阻抗曲線……………………………. 62
圖3-2 純巴桑木振動板揚聲器參數值………………………………. 62
圖3-3 以雷射測速儀量測振動板中心點的位移響應………………. 63
圖3-4 聲壓距離示意圖………………………………………………. 64
圖3-5 1mm碳纖維疊層振動板揚聲器……………………………… 64
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…. 65
圖3-7 純巴桑木振動板揚聲器實驗與模擬之聲壓比較……………. 65
圖4-1 振動板之振形…………………………………………………. 66
圖4-2 激震器組成剖面圖……………………………………………. 66
圖4-3 傳統截面為半圓形或波浪型的彈性支承……………………. 67
圖4-4 疊層順序………………………………………………………. 67
圖4-5 熱壓機…………………………………………………………. 68
圖4-6 複合材料積層板之加熱加壓硬化成型製程圖………………. 68
圖4-7 揚聲器研製過程(1)………………………………………… 69
圖4-8 揚聲器研製過程(2)………………………………………… 69
圖4-9 揚聲器研製過程(3)………………………………………… 70
圖4-10 揚聲器研製過程(4)………………………………………… 70
圖4-11 揚聲器研製過程(5)………………………………………… 71
圖4-12 揚聲器研製過程(6)………………………………………… 71
圖4-13 揚聲器研製過程(7)………………………………………… 72
圖4-14 揚聲器研製過程(8)………………………………………… 72
圖4-15 揚聲器研製過程(9)………………………………………… 73
圖4-16 揚聲器研製過程(10)………………………………………. 73
圖4-17 揚聲器研製過程(11)………………………………………. 74
圖4-18 揚聲器研製過程(12)..……………………………………… 74
圖4-19 揚聲器研製過程(13)………………………………………. 75
圖4-20 阻尼比量測實驗架設圖………………………………………. 75
圖4-21 聲壓量測實驗架設圖…………………………………………. 76
圖5-1(1) 純巴桑木揚聲器振動板前30個自然振動模態……………… 77
圖5-1(2) 純巴桑木揚聲器振動板前30個自然振動模態..……………. 78
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…………. 79
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….…........ 80
圖5-3a 0Hz~5000Hz間所有影響聲壓起伏的自然振動模態………… 81
圖5-3b 0Hz~5000Hz間所有影響聲壓起伏的自然振動模態............... 81
圖5-3c 0Hz~5000Hz間所有影響聲壓起伏的自然振動模態………… 82
圖5-3d 0Hz~5000Hz間所有影響聲壓起伏的自然振動模態………… 82
圖5-3e 0Hz~5000Hz間所有影響聲壓起伏的自然振動模態…........... 83
圖5-3f 0Hz~5000Hz間所有影響聲壓起伏的自然振動模態………… 83
圖5-3g 0Hz~5000Hz間所有影響聲壓起伏的自然振動模態………... 84
圖5-4 ANSYS模型將振動板分成22個面積,各面積編號示意圖… 84
圖5-5 加勁區域為(11~12)的聲壓………………………………… 85
圖5-6 加勁區域為(10~13)的聲壓………………………………… 86
圖5-7 加勁區域為(8~15)的聲壓…………………………………. 87
圖5-8 加勁區域為(6~17)的聲壓…………………………………. 88
圖5-9 加勁區域為(4~19)的聲壓…………………………………. 89
圖5-10 加勁區域為(2~21)的聲壓…………………………………. 90
圖5-11 加勁區域為(1~22)的聲壓…………………………………. 91
圖5-12 加勁區域為(1~10)(13~22)的聲壓……………………… 92
圖5-13 加勁區域為(1~8)(15~22)的聲壓………………………. 93
圖5-14 加勁區域為(1~6)(17~22)的聲壓………………………. 94
圖5-15 加勁區域為(1~4)(9~22)的聲壓………………………… 95
圖5-16 加勁區域為(1~3)(20~22)的聲壓………………………. 96
圖5-17 加勁區域為(1~2)(21~22)的聲壓……………………… 97
圖5-18 加勁區域為(2~3)(20~21)的聲壓………………………. 98
圖5-19 加勁區域為(4~5)(18~19)的聲壓………………………. 99
圖5-20 加勁區域為(6~7)(16~17)的聲壓………………………. 100
圖5-21 加勁區域為(8~9)(14~15)的聲壓………………………. 101
圖5-22 不同加勁寬度對中音谷落差之趨勢………………………..... 102
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…… 103
圖5-24a 影響加勁區域為(1∼2)(21~22)聲壓起伏落差的自然模態…. 103
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..... 104
圖5-24c 影響加勁區域為(1∼2)(21~22)聲壓起伏落差的自然模態…. 104
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..... 105
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