振動分析

能清楚的辨識主人的聲音並執行命令,是目前市場上的智能家電產品相當重要的功能,尤其是對正在撥放音樂的智能揚聲器來說更是必須具備的能力,另外,當使用此設備透過網路與家人朋友聊天通話時,迴音消除的能力對通話品質影響甚鉅,上述兩項功能仰賴高品質的麥克風收音通道,如果正在工作的喇叭會將振動透過裝置的殼和/或其他零件傳導到收音的麥克風,其收音品質將會後到嚴重的影響。我們可以在設計初期利用建立模擬模型來預測可能的共振,並針對問題下對策來避免它在後續實際的產品中發生。圖一是一支擁有四顆麥克風陣列的智能揚聲器。

圖一  有四顆麥克風陣列的智能揚聲器

首版設計的模擬結果顯示,當喇叭工作在頻率71Hz,會有嚴重的共振傳導到放置陣列麥克風的區域,嚴重影響麥克風的收音品質。圖二顯示首版設計的模擬結果(紅色表示共振最大,藍色則相反表示共振最小)。

圖二  首版設計的模擬結果,紅色代表共振最大,藍色則相反表示共振最小

這裡有兩種建議的對策來解決共振問題,首先是將外殼修改為更硬的材質,此範例是將ABS塑膠殼改為更硬的ABSPC。圖三顯示模擬結果,結構共振已經明顯被抑制住。

圖三 模擬結果: 結構共振已經明顯被抑制住

另一個對策是增加加強肋來強化結構剛性。圖四為增加加強肋的位置。

圖四 增加加強肋的位置

增加肋後再次執行模擬計算,圖五的模擬結果顯示,揚聲器引起的結構共振已被有效的抑制而無法傳導到麥克風。使用適當的工具在專案初期預測可能的設計問題,並事先下對策解決問題,能有效的節省開發時間與成本,提升與強化公司在該產業的競爭力。

圖五  增加加強肋後模擬結果