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研究生: 劉柏谷
Liu, Po-Ku
論文名稱: 積層式壓電陶瓷揚聲器設計與研製
Design and Fabrication of Multilayer Piezoelectrical Speaker
指導教授: 李文熙
Lee, Wen-Hsi
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 電機工程學系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2011
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 85
中文關鍵詞: 壓電揚聲器模態積層
外文關鍵詞: piezoelectrical speaker, mode shape, multilayer
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  • 本文將提出一種以積層設計的方式來改變壓電式揚聲器進而優化其音頻響應,以積層式的方式可以降低驅動電壓,提高壓電揚聲器的位移及聲壓,由於數位電視的薄型化以及行動電話的進步迅速,薄型揚聲器應運而生,但壓電揚聲器的音頻響應起伏太大,所以本文的目標為改善其音頻響應。
    首先利用有限元素法對壓電揚聲器的不同厚度作模態、共振頻率及位移分析,並與自製燒結之壓電揚聲器得到一致性的結果。接著製作積層式壓電揚聲器及比較碳纖維振動板厚度對聲壓的影響,然後結合碳纖維振動板組裝成壓電式平板揚聲器。利用有限元素法對振動板作模態分析,將模態中的節點位置找出,設計陣列擺放位置,透過陣列的方式改善壓電揚聲器的音頻響應。
    最後本文達到第一共振頻率降低191Hz,平均聲壓提高17.7dB,且改善中音谷現象,未來將能使此種具體積輕薄與高效率之積層式壓電揚聲器廣泛應用在各類視聽產品上。

    An effective structural multilayer for a piezoelectrical speaker with improved frequency response is proposed in this thesis. The piezoelectrical speaker can improve the displacement and sound pressure level, and reduce the driving voltage by using multilayer. For supporting the development of thinner digital TVs and faster progress of cell phones, thinner speakers were produced. Because piezoelectrical speakers are characterized by sharp peaks on the frequency response, the aim of this thesis is to improve frequency response.
    First, we analyzed mode shapes, resonant frequency and displacement for piezoelectric speakers sintered by ourselves with different thickness using Finite Element Method. We made multilayer piezoelectrical speakers, and analyzed the thickness of carbon fiber plate which influence the sound pressure level. Then a combination of carbon fiber plate assembled piezoelectrical panel speaker. The Finite Element Method analysis of the plate was conducted to find out mode shapes and their corresponding node positions, and frequency response of the piezoelectrical speaker can be improved throught array design.
    Finally, the first resonant frequency was reduced 191Hz, the average sound pressure level increased 17.7dB, and improved the mid-frequency dip. The applications of this high potential and miniaturizable multilayer piezoelectrical speaker can be extended through this improvement.

    目次 摘要 I Abstract II 誌謝 IV 目次 V 表目錄 VII 圖目錄 VIII 第一章 緒論 1 1-1 研究背景與動機 1 1-2 研究目的 4 1-3 論文架構 5 第二章 壓電揚聲器原理 6 2-1 壓電原理 6 2-1-1 壓電效應 6 2-1-2 壓電方程式 10 2-1-3 壓電材料參數與定義 16 2-1-4 壓電材料和應用 18 2-1-5 積層式壓電致動器原理 19 2-2 揚聲器相關原理 21 2-2-1 聲音基本原理 21 2-2-2 中音谷 22 2-2-3 壓電揚聲器原理 24 第三章 實驗方法與步驟 25 3-1 實驗流程 25 3-2 有限元素分析(Finite Element Method;FEM) 26 3-3 壓電式平板揚聲器製作流程 27 3-3-1 壓電揚聲器元件 27 3-3-2 振動板材料 32 3-4 實驗分析儀器 34 3-4-1 阻抗分析儀(Impendence Analyzer) 34 3-4-2 雷射干涉儀(Laser Vibrometer) 35 3-4-3 聲壓量測設備(Sound Pressure Level Analyzer) 36 第四章 實驗結果與討論 40 4-1 壓電式平板揚聲器模擬 40 4-1-1 壓電揚聲器尺寸對共振頻率的影響 40 4-1-2 複合材料振動板模態分析 47 4-2 壓電式平板揚聲器製作 52 4-2-1 壓電揚聲器材料對聲壓的影響 52 4-2-2 壓電揚聲器單層與積層電性及位移分析比較 56 4-2-3 振動板厚度對聲壓的影響 63 4-2-4 壓電揚聲器單層與積層對聲壓分析比較 64 4-3 雙壓電揚聲器之激振位置比較 69 4-3-1 振動板面積84×42mm2激振位置對聲壓的影響 69 4-3-2 振動板面積168×42mm2激振位置對聲壓的影響 73 4-4討論 79 第五章 結論 81 5-1 結論 81 5-2 未來展望 82 第六章 參考文獻 83

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    下載圖示 校內:2016-09-02公開
    校外:2016-09-02公開
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