《散布式扬声器音板的组成和结构与声学特性关系的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《散布式扬声器音板的组成和结构与声学特性关系的研究（175页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、四川大学博1 一学位论文散布式扬声器音板的组成和结构与声学特性关系的研究高分子材料学专业博士研究生：关键指导教师：顾宜教授散布式扬声器( D i s t r i b u t i o nM o d eL o u d s p e a k e r 简称D M L ) 是1 9 9 6 年英国N X T 公司发明的一种新型的、实用化的扬声器。它由激振器和音板两部分构成。当音板受到激振器的激励时，激振器产生的驱动力首先使与激振器接触处的音板单元开始振动，随着激振器振动能量的不断输出，接触处的振动迅速通过音板向音板四周传递，使音板内的每一个面积元作相对独立的振动，而独立辐射声音。由于散布式扬声器独特的结构
2、和特有的工作原理使其具有：频响范围宽，声波传播呈扩散型，无指向性，声压随距离的变化慢，音板的振幅小，非线性失真小，产品呈薄板形状，体积小，重量轻，不需要音箱，可做成精美的装饰图画等优点。因此它广泛用于汽车、飞机座舱、手机、笔记本电脑、家庭影院系统和等离子彩电等领域。激振器在音板接触点的振动通过音板向四周传递，因此，音板内各质点的相互关系对振动产生重要的影响，换句话说，音板的组成和结构会直接影响音板的随机振动，对扬声器声学性能产生举足轻重的影响。声学专家们大都在理论上从材料的宏观性能来预测音板的振动性能和声学性能。然而关于音板的振动和声学性能与材料组成和结构之间的依赖关系却鲜有报道。为此，本论文
3、围绕音板的组成和结构与声学关系这一研究主题，制备了以聚氨酯泡沫、纸蜂窝和钻孔聚氯乙烯板为芯层，铜版纸和环氧层压板为皮层的三明治夹心板，通过对散布式扬声器的频率响应曲线、音板的振幅一频率曲线和加速度一频率曲线、音板的固有频率、散布式扬声器失真的测定，研究音板芯层的组成、结构与声四川大学博士学位论文学性能之间的内在关系，为散布式扬声器音板的材料设计和结构设计提供理论依据。通过对散布式扬声器声学性能测试方法的研究表明：无限大障板法和多孔吸音材料围栏法可以改善散布式扬声器系统的声学测试环境，一定程度上避免了测试环境带来的声学测试结果的复杂化，简化了扬声器系统的声学测试结果，有利于实验数据的分析。首次采
4、用无限大障板法、音板紧贴障板的声学测试，可以减少反射声波的干涉，避免“声短路”，使测试效果更理想。消音室中测试的频率响应曲线可以排除环境噪声的干扰和周围物体的反射，便于实验数据的分析。通过对散布式扬声器频率响应性能的研究表明：散布式扬声器的灵敏度、频率范围以及频响曲线的平稳性受音板的重量、密度、模量、刚性以及阻尼的影响，但造成上述影响的内在原因是音板芯层的组成和孔径、孔隙率、开闭孔率、厚度以及皮层材料性质。聚合物的分子链柔性越大，阻尼大，能量损耗大，扬声器输出的声能低，频响曲线灵敏度低，频响曲线峰谷明显；聚合物的分子链柔性使夹心板模量减小，频率上限降低，频率范围变窄：聚合物的阻尼对灵敏度的影响
5、比音板的密度对灵敏度的影响大。聚氨酯泡沫夹心板在2 0 0 - 1 0 0 0 H Z 频段的阻尼对声能输出影响大，1 0 0 0 H Z 以后夹心板的刚性影响频率范围。蜂窝夹心板在2 0 0 0 H Z 以后夹心板的刚性影响频率范围。当音板芯层P u 泡沫孔隙率达9 8 5 7 时，音板的阻尼较小，扬声器的灵敏度可达8 3 5 d B ，对应的频率范围为6 0 6 7 0 0 H Z 。当音板蜂窝孔径为2 5 m m 时，气体与孔壁的流阻较小，扬声器的灵敏度可达8 4 6 d B ，对应的频率范围为1 4 0 - 7 5 0 0 H Z 。音板芯层孔径越大，音板的模态密度低，基元扬声器数目少
6、，声辐射的非相关性差，频率响应曲线平稳性差，频率范围窄。音板芯层泡沫开孔率增加，声波的反射减少，灵敏度提高。P U 泡沫增厚到9 9 2 m m 时，泡沫中孔与孔之间连通类似于迷宫的孔道长，声波在孔道中的反射多，能量损耗大，声能在低频处的吸收增加，灵敏度仅6 0 4 d B ，对应的频率范围为1 1 0 1 0 0 0 0 H Z ，频率响应曲线平稳性差。芯层蜂窝增厚，夹心板中的气体含量增加，音板的密度减小，频响曲线的灵敏度提高。芯层增厚，夹心板固有频率增加，声能输出的频率提高。皮层与芯层声学阻抗的匹配性，是造成环氧层压板皮层的夹心板与铜版纸皮层的夹心板的扬声器频响曲线在6 0 一1 0 0
7、H Z 和2 0 0 4 0 0 H Z 平稳性差异的主要原因。I I四川大学博士学位论文频率响应曲线在1 0 0 H Z 以前，模态密度小，声能输出低。频率响应曲线在5 0 H Z处的峰是激振器驱动力的增加形成。蜂窝夹心板作音板灵敏度高，频率范围宽。通过对散布式扬声器音板振动特性的研究表明：音板在5 0 H Z 处的最大振幅与频响曲线上第一峰的位置和扬声器在该处较大的失真相对应，是激振器磁路系统磁通分布不均匀，引起驱动力增加产生，与夹心板的组成、结构和性能无关。音板受激振动时，振幅和加速度受音板刚性和阻尼的影响，造成上述影响的内在原因是音板芯层的厚度、孑L 径以及皮层材料性质。音板芯层3 m
8、 m 时，音板的刚性和阻尼小，激励后产生的应变大，振幅峰值达1 2 0 um 。聚氨酯泡沫夹心板在2 0 0 H Z 1 0 0 0 H Z 频段和蜂窝夹心板在1 3 0 0 H z 一2 0 0 0 H z 频段的加速度大，表明聚氨酯泡沫在2 0 0 H Z 一1 0 0 0 H Z 阻尼和蜂窝音板在1 3 0 0 H Z 2 0 0 0 H Z 阻力大。音板芯层孔径增大，其刚性和阻尼减小，振幅峰值大，加速度峰值小。环氧树脂层压板的模量大于铜版纸，环氧树脂层压板皮层音板的刚性大于铜版纸皮层音板，环氧树脂层压板皮层的音板振幅峰值小。环氧树脂层压板与聚氨酯泡沫的模量差异比铜版纸与聚氨酯泡沫模量差
9、异大，这种差异表现为皮层和芯层在受力后产生不同的位移，这种相对位移产生摩擦，相对位移越大，模量差异越大，产生的摩擦也越大，阻尼作用越明显，加速度越大。通过对散布式扬声器音板固有频率的研究表明：3 m m 到5 m m 聚氨酯泡沫夹心板的一阶固有频率主要集中在5 0 6 0 H Z ，在固有频率的两倍处，即1 0 0H Z以上，音板的弯曲振动才有足够的模态密度来满足声辐射的要求，因而频响曲线1 0 0 H Z 以下输出的声能较低。聚氨酯泡沫夹心板的固有频率主要受夹心板芯层厚度、皮层和芯层杨氏模量以及重量的影响，影响芯层杨氏模量的内在原因是音板芯层的聚合物分子链柔性、孔隙率、孔径和开孔率。芯层增厚
10、或皮层材料的模量高，音板的刚度增大，则固有频率增大。芯层的聚合物分子链柔性、孔径和孔隙率增大，芯层杨氏模量减小，音板的刚性降低，其固有频率随之减小。散布式扬声器音板做弯曲振动时，振型复杂，这种复杂的振动形成了扩散型的声辐射，使散布式扬声器形成无指向性的声场。通过对散布式扬声器失真的研究表明：散布式扬声器2 5 0 H Z 以下的失真度在2 0 以上，失真的主要原因是激振器的非线性以及音板在固有频率下产生的共振。2 5 0 H Z 以上的失真在1 0 以内，它是音板的非线性所致。音板的非线性由其刚性和阻尼决定，影响二性能的内因是音板芯层的组成和孔径、孔隙率、I I I四川大学博士学位论文开闭孔率
11、、厚度以及皮层材料性质。聚合物的力学松弛和粘性内摩擦使聚合物制作的音板在振动时产生非线性，引起失真。聚合物链段的力学松弛行为和粘性内摩擦与聚合物组成有关。当聚台物链柔性增加时，扬声器的失真度增大。芯层的孔径、孔隙率和开孔率增加，导致芯层的模量降低，音板的非线性增加，扬声器的失真度增大。聚氨酯泡沫夹心板芯层增厚，音板阻尼增大，音板的非线性增加，扬声器的失真度增大；蜂窝夹心板芯层增厚，音板的刚性增大，扬声器的失真度减小。环氧层压板皮层音板的刚性大于铜版纸皮层音板，环氧层压板皮层音板构成的扬声器失真较小。聚氨酯泡沫夹心板在2 0 0 1 0 0 0 H Z 、聚氯乙烯夹心板小于5 0 0H Z ，失
12、真受阻尼影响大。聚氨酯泡沫夹心板大于1 0 0 0 H Z 、蜂窝夹心板大于2 0 0 0 H Z ，失真受刚性影响大，散布式扬声器音板设计的部分要素：音板应薄；音板芯层和皮层刚性大、阻尼小、模量和密度决定的声学阻抗要匹配：芯层的孑L 径和密度小；蜂窝夹心板更适合作散布式扬声器音板。关键词：散布式扬声器、音板、组成、结构、声学特性I V四川大学博士学位论文T h eR e l a t i o n s h i pb e t w e e nC o m p o s i t i o na n d S t r u c t u r eo fS o u n dP a n e la n dA c o u s
13、t i cP e r f o r m a n c e o f D i s t r i b u t i o nM o d eL o u d s p e a k e rM a j o r ：P o l y m e rM a t e r i a l sP h DC a n d i d a t e ：G u a nJ i a nS u p e r v i s o r ：P r o f G uY iAl a t em o d e la n da p p l i e dd i s t r i b u t i o nm o d el o u d s p e a k e r ( D M L ) w a si
14、n v e n t e db yt h eV e r i t yG r o u p ( N X T ) o ft h eU Ki n1 9 9 6 T h ed i s t r i b u t e d m o d el o u d s p e a k e re s s e n t i a l l yc o n s i s t so fav i b r a t i n gp a n e lt h a ti ss e ti n t ov i b r a t i o nb ym e a n so fas p e c i a le l e c t r o - a c o u s t i ce x c
15、i t e r T h ef o r c eo fe x c i t e re x c i t e st h ev i b r a t i n gp a n e lo fe x c i t e rs e t t i n gp l a c e ，t h ev i b r a t i n gp a n e lo fe x c i t e rs e t t i n gp l a c et r a n s f e r sv i b r a t i n gt Ot h ew h o l ev i b r a t i n gp a n e l E a c hs m a l la r e ao ft h e
16、p a n e lv i b r a t e si n d e p e n d e n t l yo fi t sn e i g h b o r s T h ep a n e lC a nb et h o u I g h to fa saw h o l es e r i e so fi n d i v i d u a lr a d i a t o r s ，e a c hr a d i a t i n gs o u n de f f e c t i v e l yi n d e p e n d e n t l yo fi t sn e i g h b o rb u ts u m m i n gi nt h ef a rf i e l dt og i v et h ed e s i r e dr e s p o n s e B e c a u s eo fp a r t i c u l a rs t r u c t u r ea n ds p e c i a ld i s t r i b u t e d m o d e 嘶n c i p
