导语

平衡模式辐射器是扬声器设计的一个新方法，具有独特的视觉和声音特点。膜的特性的严格控制是必须的，为了给设备提供合适的精准的声学性能。Polytec公司的扫描式激光测振仪可在工作的设备上提供现场非接触，对平板膜无外加载荷的振动测试，这加速了新的扬声器的开发与生产。

01简介

平衡模式辐射器代表了一个新的扬声器等级，与传统扬声器相比有明显区分的设计特点和声学特性，众所周知，传统的扬声器是电动扬声器，基于锥形振膜设计。传统的锥形扬声器和平衡模式辐射器最显著的区别是使用了悬挂的平板圆形片作为辐射板振膜。驱动单元简洁的外观与平坦的前面使得创新的工业设计具有独特的声学特性。声学上，平衡模式辐射器被设计成全范围驱动器，几乎可支持整个听觉谱。对于平板振膜特征频率以上的频率，平衡模式辐射器作为弯曲波设备，其声学行为主要由板的质量密度，弯曲刚度，阻尼，剪切模量决定。这些参数对于平衡模式辐射器的声学行为来说是极其重要的。

02从原型到批量生产 

平衡模式辐射器的设计在德国完成。但是由于消费市场的成本限制，绝大多数驱动单元需要在中国生产。产品开发阶段，所有需要的部件都在中国加工和制作，然后在德国进行装配和测试。在满足性能之前，每一部分的尺寸和材料都会更改。我们编写了结构手册并与最终的驱动单元一起发送到了中国。这个黄金标准称为“标准样品”作为建设生产线时的参考。

最初的一套驱动单元样品作为释放样品被发送回德国验证。在这篇案例研究中，平板振膜材料成分的意外改变降低了声学性能。一个释放样品被发现产生了不如标准样品的明亮的声音，虽然两个单元都是按照同样的标称规格制造的。因此，该任务可确认材料来源不同。

03同轴频响 

为了评估驱动单元，需要测试声学同轴频响（如图1）。释放样品在18kHz以上比标准样品稍微响一点儿，意味着声音更加明亮一点儿。这个测试结果与对这两个样品主观听觉评价时的感受相反。接下来，下一步要尝试解决这个明显的矛盾，使用扫描式激光测振仪对这个两单元的平衡模式辐射器的平板振膜进行动态响应测试。

图1 两个样品的同轴声压级谱

04驱动单元振动分析 

使用 Polytec 公司的PSV-300扫描式激光测振仪进行振动分析。激励信号是由测振系统产生的一个正弦扫频信号，从150 Hz 到 50 kHz，采集1781个测试点的振动频率响应信号，这些测试点圆形对称平均分布在振膜的表面上。测试系统的软件计算信号的平均谱，可快速得到平均速度和平均加速度数据。

在图2中，两个单元的加速度谱绘制在曲线图的上半部分，其纵坐标在右侧；速度谱绘制在曲线图的下半部分，相应的纵坐标在左侧。最明显的偏差发生在7–12 kHz 而不是发生在声压级测试确定的 12–18 kHz 范围内。7–12 kHz频率范围内的差别更像是声音“明亮”或 “暗淡”的评判。标准样品更明亮的声音在两个平均谱上都比释放样品的声音更活跃，这支持了日常的主观评价结果。

图2 两个样品的速度和加速度平均谱

05模态分析  

图2中的结果表明两个驱动单元的振膜板的材料不同。在图3中，比对了两个样品在10 kHz处的工作变形(ODS)，显然，释放样品的振膜板出现了圆对称弯曲模态（左侧），而标准样品以旋转对称结构为主，打破了圆对称（右侧）。这个结果确认了前面的发现，标准样品的平衡模式辐射器振膜的各向同性弯曲刚度小于释放样品。很明显，振膜板的生产商努力使其各向同性更好来提升板的质量。

图3 10kHz处，振膜板的工作变形 释放样品（左） 标准样品（右）

总结与展望 

通过使用 Polytec公司的扫描式激光测振仪采集的结构响应数据可现场识别与参数化扬声器内的动态材料特性并且澄清了初始声压级测试与听力测试的不一致问题。振动分析的最终结果提升了对平衡模式辐射器的理解，并通过消除试错过程节约了开发时间。