Acoustic Radiation of Novel Sandwich Materials for Tweeter and Compression Driver Diaphragm

Abstract

[ES] El desarrollo de altavoces de alta calidad es crucial para lograr experiencias de audio superiores. En el centro de esta tecnología se encuentran los diafragmas, como los tweeters y las cúpulas de los controladores de compresión, que desempeñan un papel vital en la reproducción del sonido. Los materiales tradicionales, aunque eficaces, a menudo enfrentan limitaciones a la hora de equilibrar el rendimiento acústico y la durabilidad mecánica. Para abordar estos desafíos, esta tesis se centra en la exploración y optimización de materiales compuestos, específicamente polímeros reforzados con fibra de carbono y compuestos de aluminio, con el objetivo de mejorar tanto la calidad del sonido como la resistencia del material. Basándose en una combinación de investigación experimental, análisis de datos secundarios, observación directa y debates con expertos, esta tesis investiga el impacto de los materiales compuestos avanzados en el rendimiento de los altavoces. Se emplearon pruebas rigurosas, incluida la técnica de excitación por impulso para caracterizar las propiedades mecánicas como el módulo de Young y la rigidez a la flexión. Además, se realizaron pruebas acústicas para evaluar las frecuencias de ruptura y analizar el comportamiento de la radiación del sonido en todo el rango de frecuencias. El estudio también integra principios del procesamiento de señales y la ciencia de los materiales, profundizando la comprensión de la relación entre las propiedades del material y el comportamiento acústico. Los hallazgos clave de este estudio destacan que la fibra preimpregnada simplifica el proceso de preparación del material, lo que garantiza una calidad constante. La naturaleza anisotrópica de la fibra de carbono desempeña un papel importante en su rendimiento acústico. Sin embargo, es fundamental reconocer que múltiples propiedades del material y condiciones de configuración pueden influir en las mediciones. Para futuras investigaciones, aislar cada factor permitirá una comparación más detallada y una comprensión de sus impactos individuales.

[EN] The development of high-quality loudspeakers is crucial for achieving superior audio experiences. Central to this technology are the diaphragms, such as tweeter and compression driver domes, which play a vital role in sound reproduction. Traditional materials, while effective, often face limitations in balancing acoustic performance and mechanical durability. To address these challenges, this thesis focuses on the exploration and optimization of composite materials, specifically carbon fiber reinforced polymers and aluminum composites, aiming to enhance both sound quality and material resilience. Based on a combination of experimental research, analysis of secondary data, direct observation and discussion with experts, this thesis investigates the impact of advanced composite materials on loudspeaker performance. Rigorous tests were employed, including the Impulse Excitation Technique to characterize mechanical properties such as Young’s modulus and bending stiffness. Additionally, acoustical tests were conducted to assess breakup frequencies and analyze sound radiation behavior across the frequency range. The study also integrates principles from signal processing and materials science, deepen the understanding of the relationship between material properties and acoustic behavior. Key findings from this study highlight that pre-impregnated fiber simplifies the material preparation process, ensuring consistent quality. The anisotropic nature of carbon fiber plays a significant role in its acoustic performance. However, it’s crucial to acknowledge that multiple material properties and setup conditions can influence the measurements. For future research, isolating each factor will enable a more detailed comparison and understanding of their individual impacts.