論文題目：微型揚聲器之高頻性能分析
論文題目(外文)：The Performance Analysis of Microspeakers in High-frequency Range
指導教授：楊瑞彬
研究生：賴珈琪
論文摘要：
揚聲器的品質優劣評比中，聲壓頻率響應曲線的表現為重要指標之一。在運用電、機、聲等效電路模擬時，需先用儀器量測單體的集中參數值，本論文使用LMS及Klippel兩套儀器，分別對五顆同類型微型揚聲器單體進行集中參數量測，再將此參數代入電、機、聲等效電路模擬，求出其對應阻抗及聲壓頻率響應曲線，藉以探討不同量測儀器之集中參數對聲壓頻率響應曲線的影響。
為模擬振膜在高頻時所可能產生的模態分裂，在機械阻抗部分，本文使用有限元素分析軟體進行音圈與振膜的振動分析，求出機械阻抗(Zms)值後，再代入電、機、聲等效電路計算其聲壓頻率響應曲線。研究結果顯示，此聲壓頻率響應曲線與傳統機械阻抗(Zm)值代入求得聲壓頻率響應曲線相當貼近實際量測曲線。
此外，本論文針對電、機、聲三部分的等效電路做研究，找出最佳模型組合，探討不同模型對微型揚聲器頻率響應曲線之影響。最後本文提出電磁方面以LR-2 model，結合機械阻抗Zm以及將出聲孔洞等效為一個大孔後的聲學阻抗，此三者為最佳之電、機、聲等效電路組合，目的為縮短研發微型揚聲器的時程與成本。
The quality of a speaker is determined by its frequency response. To perform the electro-mechanical-acoustical (EMA) simulation of a microspeaker, it is required to measure lumped parameters by the acoustic instruments. In this study we use both LMS and Klippel measuring systems to measure the lumped parameters of 5 microspeakers of the same type. The lumped parameters are used in the EMA equivalent circuit to calculate the sound pressure level of the microspeakers.
To account for the higher modal shapes of the diaphragm in the high frequency range, we use the finite element analysis to calculate the mechanical impedance of the diaphragm-voice coil assembly. The simulation of sound pressure level agrees very well with the experimental results. For a better performance analysis of microspeakers, this study proposes an EMA simulation model which combines the LR-2 model for the electromagnetic part, the traditional mechanical impedance, and an equivalent hole for the acoustic impedance.
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 2
1.3 文獻回顧 3
1.4 內容簡介 4
1.5 微型揚聲器結構簡介 6
第二章 實驗設備與量測原理 9
2.1 量測系統及環境介紹 9
2.1.1 無響室 9
2.1.2 量測設備 10
2.2 阻抗量測原理 15
2.3 聲壓頻率響應曲線量測原理 19
2.4 集中參數量測 20
2.4.1 集中參數計算 20
2.4.2 LMS系統量測集中參數 25
2.4.3 Klippel系統量測集中參數 28
2.5 微型揚聲器實驗量測 33
第三章 微型揚聲器有限元素分析 42
3.1 有限元素法 (Finite Element Method) 42
3.2 COMSOL Multiphysics有限元素分析軟體 43
3.3 COMSOL模擬微型揚聲器 45
3.3.1 機械阻抗(Zms) 45
3.3.2 機械系統模擬分析 46
3.3.3 建立模型 46
3.3.4 COMSOL模擬分析 48
第四章 揚聲器之等效電路模擬 50
4.1 類比等效電路概述 50
4.2 類比電路的應用 51
4.2.1 電磁部分 52
4.2.2 機械部分 55
4.2.3 聲學部分 58
4.2.4 管端修正 60
4.2.5 聲學輻射阻抗(Radiation impedance) 62
4.3 轉能器介紹 66
4.3.1 回旋器(gyrator) 67
4.3.2 變壓器(transformer) 69
4.4 微型揚聲器之等效電路分析 70
4.4.1 等效電路之迴路分析 71
4.5 微型揚聲器之等效電路模擬 74
4.5.1 集中參數代入等效電路模擬 74
4.5.2 電、機、聲等效電路模擬 80
第五章 結論與未來展望 91
5.1 結論 91
5.2 未來展望 93
參考文獻 94
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