平衡模式輻射器是揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)的一個(gè)新方法，具有獨(dú)特的視覺和聲音特點(diǎn)。膜的特性的嚴(yán)格控制是必須的，為了給設(shè)備提供合適的精準(zhǔn)的聲學(xué)性能。Polytec公司的掃描式激光測(cè)振儀可在工作的設(shè)備上提供非接觸，無附加載荷的振動(dòng)測(cè)試，這加速了新的揚(yáng)聲器的開發(fā)與生產(chǎn)。
介紹
平衡模式輻射器代表了一個(gè)新的揚(yáng)聲器等級(jí)，與傳統(tǒng)揚(yáng)聲器相比有明顯區(qū)分的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和聲學(xué)特性，眾所周知，傳統(tǒng)的揚(yáng)聲器是電動(dòng)揚(yáng)聲器，基于錐形振膜設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的錐形揚(yáng)聲器和平衡模式輻射器最顯著的區(qū)別是使用了懸掛的平板圓形片作為輻射板振膜。驅(qū)動(dòng)單元簡潔的外觀與平坦的前面使得創(chuàng)新的工業(yè)設(shè)計(jì)具有獨(dú)特的聲學(xué)特性。聲學(xué)上，平衡模式輻射器被設(shè)計(jì)成全范圍驅(qū)動(dòng)器，幾乎可支持整個(gè)聽覺譜。對(duì)于平板振膜一階特征頻率以上的頻率，平衡模式輻射器作為彎曲波設(shè)備，其聲學(xué)行為主要由板的質(zhì)量密度，彎曲剛度，阻尼，剪切模量決定。這些參數(shù)對(duì)于平衡模式輻射器的聲學(xué)行為來說是極其重要的。
從原型到批量生產(chǎn)
平衡模式輻射器的設(shè)計(jì)在德國完成。但是由于消費(fèi)市場(chǎng)的成本限制，絕大多數(shù)驅(qū)動(dòng)單元需要在中國生產(chǎn)。產(chǎn)品開發(fā)階段，所有需要的部件都在中國加工和制作，然后在德國進(jìn)行裝配和測(cè)試。在滿足性能之前，每一部分的尺寸和材料都會(huì)更改。我們編寫了結(jié)構(gòu)手冊(cè)并與最終的驅(qū)動(dòng)單元一起發(fā)送到了中國。這個(gè)黃金標(biāo)準(zhǔn)稱為“標(biāo)準(zhǔn)樣品”作為建設(shè)生產(chǎn)線時(shí)的參考。
最初的一套驅(qū)動(dòng)單元樣品作為發(fā)布樣品被發(fā)送回德國驗(yàn)證。在這篇案例研究中，平板振膜材料成分的意外改變降低了聲學(xué)性能。一個(gè)發(fā)布樣品被發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了不如標(biāo)準(zhǔn)樣品的明亮的聲音，雖然兩個(gè)單元都是按照同樣的標(biāo)稱規(guī)格制造的。因此，該任務(wù)可確認(rèn)材料來源不同。
同軸頻響
為了評(píng)估驅(qū)動(dòng)單元，需要測(cè)試聲學(xué)同軸頻響（如圖1）。發(fā)布樣品在18kHz以上比標(biāo)準(zhǔn)樣品稍微響一點(diǎn)兒，意味著聲音更加明亮一點(diǎn)兒。這個(gè)測(cè)試結(jié)果與對(duì)這兩個(gè)樣品主觀聽覺評(píng)價(jià)時(shí)的感受相反。接下來，下一步要嘗試解決這個(gè)明顯的矛盾，使用掃描式激光測(cè)振儀對(duì)這個(gè)兩單元的平衡模式輻射器的平板振膜進(jìn)行動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)試
圖1 兩個(gè)樣品的同軸聲壓級(jí)譜
驅(qū)動(dòng)單元振動(dòng)分析
使用 Polytec 公司的PSV-400掃描式激光測(cè)振儀進(jìn)行振動(dòng)分析。激勵(lì)信號(hào)是由測(cè)振系統(tǒng)產(chǎn)生的一個(gè)正弦掃頻信號(hào)，從150Hz 到 50kHz，采集1781個(gè)測(cè)試點(diǎn)的振動(dòng)頻率響應(yīng)信號(hào)，這些測(cè)試點(diǎn)圓形對(duì)稱平均分布在振膜的表面上。測(cè)試系統(tǒng)的軟件計(jì)算信號(hào)的平均譜，可快速得到平均速度和平均加速度數(shù)據(jù)。在圖2中，兩個(gè)單元的加速度譜繪制在曲線圖的上半部分，其縱坐標(biāo)在右側(cè)；速度譜繪制在曲線圖的下半部分，相應(yīng)的縱坐標(biāo)在左側(cè)。最明顯的偏差發(fā)生在7–12kHz 而不是發(fā)生在聲壓級(jí)測(cè)試確定的 12–18kHz 范圍內(nèi)。7–12kHz頻率范圍內(nèi)的差別更像是聲音“明亮”或 “暗淡”的評(píng)判。標(biāo)準(zhǔn)樣品更明亮的聲音在兩個(gè)平均譜上都比發(fā)布樣品的聲音更活躍，這驗(yàn)證了日常的主觀評(píng)價(jià)結(jié)果。
圖2 兩個(gè)樣品的速度和加速度平均譜
模態(tài)分析
圖2中的結(jié)果表明兩個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的振膜板的材料不同。在圖3中，比對(duì)了兩個(gè)樣品在10kHz處的工作變形(ODS)，顯然，發(fā)布樣品的振膜板出現(xiàn)了圓對(duì)稱彎曲模態(tài)（左側(cè)），而標(biāo)準(zhǔn)樣品以旋轉(zhuǎn)對(duì)稱結(jié)構(gòu)為主，打破了圓對(duì)稱（右側(cè)）。這個(gè)結(jié)果確認(rèn)了前面的發(fā)現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)樣品的平衡模式輻射器振膜的各向同性彎曲剛度小于樣品。很明顯，振膜板的生產(chǎn)商努力使其各向同性更好來提升板的質(zhì)量。
圖3 10kHz處，振膜板的工作變形 發(fā)布樣品（左） 標(biāo)準(zhǔn)樣品（右）
結(jié)論
通過使用 Polytec公司的掃描式激光測(cè)振儀采集的結(jié)構(gòu)響應(yīng)數(shù)據(jù)可現(xiàn)場(chǎng)識(shí)別與參數(shù)化揚(yáng)聲器內(nèi)的動(dòng)態(tài)材料特性并且澄清了初始聲壓級(jí)測(cè)試與聽力測(cè)試的不一致問題。振動(dòng)分析的最終結(jié)果提升了對(duì)平衡模式輻射器的理解，并通過消除試錯(cuò)過程節(jié)約了開發(fā)時(shí)間。
