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换能器机械振动
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使用無接觸感應器對換能器機械振動的直接測試, 對於設計, 評價或為最終應用選擇最佳的揚聲器來說, 是非常重要的. 與測試速度或加速度相比, 使用三角反射原理的激光感應器對位移量的測試能提供更多喇叭相關的信息. 換能器的主要非線性特性限制了音圈的最大振動位移量, 這是喇叭的其中一個非常重要的單值結果, 因為它可以描述喇叭的大信號表現以及低頻處的最大聲輸出. 喇叭不對稱的非線性特性將產生音圈的類直流成分, 這種信號成分在速度, 加速度, 聲壓信號裡面是檢測不出來的.
上圖顯示的是音圈位移量幅度對頻率的關係曲線. 在諧振頻率以下, 喇叭的非線性特性, 如磁力耦合因子Bl(x)和剛性Kms(x), 減小了基波成分, 低於線性模型預測的數値. 這種非線性壓縮可以使用激光感應器測試出來, 或使用一個大信號模型以及識別到的非線性參數預測出來(SIM).
上圖顯示的音圈位移量的正向和負向峰値隨喇叭端電壓變化的曲線圖. 對於諧振頻率(fs= 50 Hz)以下10 V的信號, 基波成分出現壓縮, 位移量比線性預測值低8 dB, 諧振頻率以上, 喇叭裡面的不對稱性產生一個類直流成分, 迫使音圈向負向偏移2mm.
在輻射器表面上的具有足夠空間分辨率分布的多個點r測得的電輸入與機械振動之間的複傳遞函數, 可認作為描述換能器在小信號域機械振動表現的分布式參數. 數據可以表示成特定點的幅度和相位響應, 或整個表面上幅度和相位的分布, 或疊加了輻射器幾何結構的二維或三維動畫.
上圖顯示的是描述掃描表面機械振動的傳遞函數的不同查看方式
振动分析
在辐射器表面上具有足够空间分辨率的点激光扫描得到的传递函数 Hc(jω, φ, rc)和几何结构数据, 是机械振动分析的基础. 下图显示的是对喇叭锥盆进行模态的分析的基本方法, 使用表征辐射器表面所有机械振动的累积加速度级AAL来实现. 在低频处, 辐射器振动表现为刚性活塞体, 因此, AAL与SPL相同. 自然频率, 损耗因子以及模态形状等, 是诊断分析(如: 寻找摇摆模式)和喇叭改善(如: 施加额外的阻尼, 改变材料和几何结构等)的基础.
样例
模态分析是寻找和评价圆周振动模式(摇摆模式)的一个工具, 该振动模式是音圈擦圈的主要原因. 该振动模式的累积加速度级(AAL)应该远小于总体振动的累积加速度级(AAL).
累积加速度级AAL的在模态谐振处的3dB带宽反映了材料的模态损耗因子(f). 较小的(f)要求材料有更高的阻尼或对更大振动的材料进行涂层处理.喇叭材料的参数
进行有效元素分析(FEA), 需要喇叭材料的特性参数. 如纸盆, 橡胶, 塑料, 纤维, 金属以及复合材料等. 原始材料的杨氏模量E和损耗因子η可以使用修改的振动梁技术(ASTM E 756-93)测试出来, 可以应用到软材料, 如塑料薄膜, 橡胶, 以及纸类和编织纤维等. 从球面锥盆或折环上裁剪下来的材料样本是不能用来测试的, 因为切片的曲度让其变得更硬, 导致更大的模量. 另外, 材料参数的识别, 也可以通过拟合FEA预测的喇叭振动与激光扫描技术得到的结果来实现.样例
MPM模块使用气动激励材料样本并确定在第一弯曲模式下的自然频率以及模态损耗因子.
