平衡模式輻射器是揚聲器設計的一個新方法，具有獨特的視覺和聲音特點。膜的特性的嚴格控制是必須的，為了給設備提供合適的精準的聲學性能。Polytec公司的掃描式激光測振儀可在工作的設備上提供非接觸，無附加載荷的振動測試，這加速了新的揚聲器的開發(fā)與生產(chǎn)。
介紹
平衡模式輻射器代表了一個新的揚聲器等級，與傳統(tǒng)揚聲器相比有明顯區(qū)分的設計特點和聲學特性，眾所周知，傳統(tǒng)的揚聲器是電動揚聲器，基于錐形振膜設計。傳統(tǒng)的錐形揚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)動單元簡潔的外觀與平坦的前面使得創(chuàng)新的工業(yè)設計具有獨特的聲學特性。聲學上，平衡模式輻射器被設計成全范圍驅(qū)動器，幾乎可支持整個聽覺譜。對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備，其聲學行為主要由板的質(zhì)量密度，彎曲剛度，阻尼，剪切模量決定。這些參數(shù)對于平衡模式輻射器的聲學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計在德國完成。但是由于消費市場的成本限制，絕大多數(shù)驅(qū)動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，然后在德國進行裝配和測試。在滿足性能之前，每一部分的尺寸和材料都會更改。我們編寫了結構手冊并與最終的驅(qū)動單元一起發(fā)送到了中國。這個黃金標準稱為“標準樣品”作為建設生產(chǎn)線時的參考。
最初的一套驅(qū)動單元樣品作為發(fā)布樣品被發(fā)送回德國驗證。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性能。一個發(fā)布樣品被發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了不如標準樣品的明亮的聲音，雖然兩個單元都是按照同樣的標稱規(guī)格制造的。因此，該任務可確認材料來源不同。
同軸頻響
為了評估驅(qū)動單元，需要測試聲學同軸頻響（如圖1）。發(fā)布樣品在18kHz以上比標準樣品稍微響一點兒，意味著聲音更加明亮一點兒。這個測試結果與對這兩個樣品主觀聽覺評價時的感受相反。接下來，下一步要嘗試解決這個明顯的矛盾，使用掃描式激光測振儀對這個兩單元的平衡模式輻射器的平板振膜進行動態(tài)響應測試
圖1 兩個樣品的同軸聲壓級譜
驅(qū)動單元振動分析
使用 Polytec 公司的PSV-400掃描式激光測振儀進行振動分析。激勵信號是由測振系統(tǒng)產(chǎn)生的一個正弦掃頻信號，從150Hz 到 50kHz，采集1781個測試點的振動頻率響應信號，這些測試點圓形對稱平均分布在振膜的表面上。測試系統(tǒng)的軟件計算信號的平均譜，可快速得到平均速度和平均加速度數(shù)據(jù)。在圖2中，兩個單元的加速度譜繪制在曲線圖的上半部分，其縱坐標在右側；速度譜繪制在曲線圖的下半部分，相應的縱坐標在左側。最明顯的偏差發(fā)生在7–12kHz 而不是發(fā)生在聲壓級測試確定的 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”的評判。標準樣品更明亮的聲音在兩個平均譜上都比發(fā)布樣品的聲音更活躍，這驗證了日常的主觀評價結果。
圖2 兩個樣品的速度和加速度平均譜
模態(tài)分析
圖2中的結果表明兩個驅(qū)動單元的振膜板的材料不同。在圖3中，比對了兩個樣品在10kHz處的工作變形(ODS)，顯然，發(fā)布樣品的振膜板出現(xiàn)了圓對稱彎曲模態(tài)（左側），而標準樣品以旋轉對稱結構為主，打破了圓對稱（右側）。這個結果確認了前面的發(fā)現(xiàn)，標準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） 標準樣品（右）
結論
通過使用 Polytec公司的掃描式激光測振儀采集的結構響應數(shù)據(jù)可現(xiàn)場識別與參數(shù)化揚聲器內(nèi)的動態(tài)材料特性并且澄清了初始聲壓級測試與聽力測試的不一致問題。振動分析的最終結果提升了對平衡模式輻射器的理解，并通過消除試錯過程節(jié)約了開發(fā)時間。
