手機(jī)電聲學(xué)課件

第四章手機(jī)電聲學(xué)4.1手機(jī)聲學(xué)器件4.1.1受話器/聽(tīng)筒4.1.2傳聲器(Transmitter)（麥克風(fēng)/咪頭）4.1.3揚(yáng)聲器4.2手機(jī)鈴聲的影響因素4.3揚(yáng)聲器的評(píng)價(jià)原則4.4手機(jī)聲腔設(shè)計(jì)4.4.1手機(jī)的聲腔設(shè)計(jì)的組成4.4.2音腔設(shè)計(jì)原則：4.4.3音腔設(shè)計(jì)對(duì)手機(jī)鈴聲的影響1）后聲腔對(duì)鈴聲的影響2）前聲腔對(duì)聲音的影響3）出聲孔對(duì)聲音的影響4）后聲腔密閉性對(duì)聲音的影響5）防塵網(wǎng)對(duì)聲音的影響4.4.4手機(jī)揚(yáng)聲器腔體設(shè)計(jì)的頻率響應(yīng)分析1）腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例12）腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例23）腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例34）3種腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)比和討論4.5手機(jī)音頻電路4.5.1PCM編解碼電路4.5.2數(shù)字語(yǔ)音處理器DSP4.1手機(jī)聲學(xué)器件4.1手機(jī)聲學(xué)器件同時(shí)手機(jī)上的電聲器件也隨著手機(jī)不斷更新，以便滿足手機(jī)音頻設(shè)計(jì)的需求。手機(jī)電聲器件在保證手機(jī)基本通信功能的條件下，其運(yùn)用的功能和實(shí)驗(yàn)方式也越來(lái)越多樣、越嚴(yán)格(相對(duì)于其他電聲類(lèi)產(chǎn)品)。同時(shí)手機(jī)揚(yáng)聲器的設(shè)計(jì)，也與其他微型揚(yáng)聲器的設(shè)計(jì)慢慢拉開(kāi)距離，雖然現(xiàn)行手機(jī)揚(yáng)聲器比其他微型揚(yáng)聲器出現(xiàn)得晚，其很多設(shè)計(jì)構(gòu)思來(lái)自在它前面出現(xiàn)的微型揚(yáng)聲器，但隨著手機(jī)行業(yè)的擴(kuò)大和設(shè)計(jì)要求的獨(dú)特性，其已在微型揚(yáng)聲器分類(lèi)中形成一個(gè)獨(dú)立的類(lèi)型。

手機(jī)中常見(jiàn)的聲學(xué)元件主要有:受話器/聽(tīng)筒（Receiver）揚(yáng)聲器/喇叭（Speaker）送話器(Transmitter)4.1.1受話器/聽(tīng)筒而現(xiàn)今手機(jī)上用的手機(jī)受話器都是動(dòng)圈式受話器。雖然受話器的發(fā)聲原理和外觀尺寸在變，但其基本使用目的沒(méi)有變，即用來(lái)重放通信設(shè)備中的語(yǔ)音信號(hào)，以達(dá)到發(fā)話人和受話人間交換思想的目的。手機(jī)受話器主要重放的是人的語(yǔ)音信號(hào)，所以其重放的頻率響應(yīng)范圍不需要太寬。手機(jī)受話器的電路信號(hào)傳輸頻寬一般選擇300-3400Hz(但也有部分用200-4000Hz,如一些藍(lán)牙耳機(jī)等)。4.1.1受話器/聽(tīng)筒圖4.1.3為男女平均聲功率頻譜圖，即人語(yǔ)音的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)頻寬窄。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比選擇300-3400Hz,通話的清晰度與最大值接近(即相對(duì)窄的頻段內(nèi)保持高質(zhì)量的通話質(zhì)量)。電動(dòng)式受話器發(fā)聲原理帶有電流的導(dǎo)線切割磁力線，會(huì)受到磁場(chǎng)的作用力。導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的受力方向符合左手定律作用力大小F=BLi其中B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，L為導(dǎo)線長(zhǎng)度，i為電流電動(dòng)式受話器發(fā)聲原理音圈在磁場(chǎng)中的受力情況如圖a所示。中間是圓柱形的N級(jí)，外環(huán)為S級(jí)，磁場(chǎng)B的方向由N級(jí)至S級(jí)，在磁縫隙中有音圈（導(dǎo)線環(huán)）。若電流由端流入，由端流出，則音圈所受力F的方向由弗來(lái)明左手定則決定（如圖b所示）：左手平伸使拇指和其余四指垂直。如磁場(chǎng)B的方向指向掌心，其余四指指向電流方向，則拇指所指方向?yàn)橐羧κ芰Φ姆较?，如圖中箭頭方向所示。如改變電流方向，則力F的方向便隨之改變。圖a圖b電動(dòng)式受話器發(fā)聲原理SPK.的磁路系統(tǒng)構(gòu)成環(huán)形磁間隙，其間布滿均勻磁場(chǎng)SPK.的振動(dòng)系統(tǒng)由導(dǎo)線繞成的環(huán)形音圈和與之相連的振膜音圈被饋入信號(hào)電壓后，產(chǎn)生電流，音圈切割磁力線，產(chǎn)生作用力。帶動(dòng)振膜一起運(yùn)動(dòng)，振膜策動(dòng)空氣發(fā)出相應(yīng)的聲音整個(gè)過(guò)程為：電-----力-----聲的轉(zhuǎn)換手機(jī)受話器跟手機(jī)揚(yáng)聲器的區(qū)別

SPK.通過(guò)一定距離被人耳接聽(tīng)，RCV.直接被人耳接聽(tīng)。SPK.的工作范圍寬，涉及音樂(lè)范疇，RCV.的工作范圍為人聲語(yǔ)音。SPK.的功率比較大，RCV.的功率比較小。SPK.的幾何尺寸較大，RCV.的幾何尺寸可以較小。SPK.在手機(jī)上的位置隨意性大，而RCV.只在一個(gè)位置。饋入信號(hào)與發(fā)出聲音的對(duì)應(yīng)磁場(chǎng)恒定，音圈受到的電動(dòng)力隨著電流強(qiáng)度和方向的變化而變化音圈在磁間隙中來(lái)回振動(dòng)，其振動(dòng)周期等于輸入電流的周期，振動(dòng)的幅度則正比于各瞬時(shí)作用的電流強(qiáng)弱音圈有規(guī)則的帶動(dòng)振膜一起振動(dòng)，策動(dòng)空氣發(fā)出與饋入信號(hào)相對(duì)應(yīng)的聲音手機(jī)受話器的設(shè)計(jì)一般在比較2個(gè)同樣外觀尺寸手機(jī)受話器的性能優(yōu)劣的時(shí)候，下面3個(gè)客觀量起主導(dǎo)作用，其電聲性能的設(shè)計(jì)就應(yīng)圍繞這3個(gè)量進(jìn)行。 一、低頻的量感 二、功率靈敏度級(jí) 三、失真一、低頻的量感低頻的量感多，對(duì)手機(jī)受話器安裝和使用時(shí)耦合不良帶來(lái)的低音損耗，起到一定的補(bǔ)償作用。在單體的測(cè)試上如對(duì)手機(jī)受話器施加的壓力不當(dāng)(一般是壓力太小)，此時(shí)手機(jī)受話器與測(cè)試耦合腔有聲泄漏，其低頻聲能能量大量損耗。同理，當(dāng)手機(jī)受話器安裝到手機(jī)殼里（主要是手機(jī)受話器的前部與手機(jī)殼的耦合)和手機(jī)受話部位與人耳耦合時(shí)，也會(huì)因不能完全耦合而造成低頻的損耗(人們?cè)谑褂檬謾C(jī)或固定電話時(shí)聽(tīng)不到對(duì)方講話，就會(huì)使手機(jī)或固定電話聽(tīng)筒更接近耳朵來(lái)達(dá)到能聽(tīng)到對(duì)方講話的目的，這樣其中一個(gè)益處就是減小耦合時(shí)的聲泄漏)。二、功率靈敏度級(jí)對(duì)功率靈敏度級(jí)的追求主要體現(xiàn)在一些小型的手機(jī)受話器上，當(dāng)手機(jī)受話器的體積變小時(shí)，其能給磁路系統(tǒng)留下的空間也變得更小了，這樣只有要求磁隙內(nèi)磁通密度足夠大，同時(shí)要使振動(dòng)質(zhì)量盡量小。減小振動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量最簡(jiǎn)單的方式就是減小音圈的質(zhì)量，在保證一定的音圈有效高度和一定阻抗的時(shí)候，設(shè)計(jì)就出現(xiàn)了小直徑(音圈的直徑)、小線徑(繞音圈的漆包線的線徑)。在揚(yáng)聲器的設(shè)計(jì)中音圈和磁路的設(shè)計(jì)是聯(lián)系得最緊密的，一個(gè)“好”的磁路需要一個(gè)“好”的音圈與其配合。三、失真手機(jī)受話器的失真主要以客觀參數(shù)總諧波失真(THD)來(lái)表述，其主要成因是振動(dòng)系統(tǒng)的非線性。失真問(wèn)題一直是困擾國(guó)內(nèi)微型揚(yáng)聲器界的一大問(wèn)題。同樣它也是衡量手機(jī)受話器好壞的一個(gè)量，雖然國(guó)內(nèi)很多手機(jī)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的公司不太注重手機(jī)受話器的失真，但其對(duì)手機(jī)受話器生產(chǎn)廠家的設(shè)計(jì)能力和生產(chǎn)工藝是個(gè)很大的考驗(yàn)。雖然受話器的功率也是一個(gè)客觀參數(shù)，也有一些公司把它看作受話器的一個(gè)“特色賣(mài)點(diǎn)”，那不應(yīng)是“特色”，只是“賣(mài)點(diǎn)”。以上對(duì)手機(jī)受話器的評(píng)述只是對(duì)手機(jī)受話器單體本身。具體手機(jī)受話器的3個(gè)重要參數(shù)的設(shè)計(jì)，應(yīng)考慮手機(jī)音頻測(cè)試的需求(因?yàn)楹芏鄷r(shí)候同一個(gè)手機(jī)受話器，用于不同的手機(jī)會(huì)有完全不同的客戶(hù)反饋)，即要考慮手機(jī)受話器裝到手機(jī)后的手機(jī)音頻測(cè)試，以求滿足測(cè)試要求。動(dòng)圈式受話器基本結(jié)構(gòu)（外磁式）磁體導(dǎo)磁材料后蓋阻尼材料膠墊助聽(tīng)線圈振膜前蓋音圈焊片（引出端子）動(dòng)圈式受話器基本結(jié)構(gòu)（雙功能）振膜（R）振膜（S）主體調(diào)音紙引線前蓋（R）前蓋（S）膠圈音圈(R)防塵網(wǎng)膠圈磁體前蓋（R）導(dǎo)磁材料音圈(S)手機(jī)受話器揚(yáng)聲器效果圖膠圈（S）阻尼材料導(dǎo)磁材料（金屬支架）磁體導(dǎo)磁材料音圈振膜支架輔助材料塑膠支架輸出端子（彈簧）動(dòng)圈式受話器主要參數(shù)二、靈敏度

標(biāo)志著電聲轉(zhuǎn)換能力的大小，一般以1KHz的頻率點(diǎn)來(lái)表示。Lp=20lg(P/Po)單位為dB

定義為當(dāng)施加于受話器一定電功率（或電壓）時(shí)，受話器所產(chǎn)生的耦合于仿真耳中的聲壓值。測(cè)試時(shí)受話器上應(yīng)施加4至5N的力，使受話器與仿真耳之間無(wú)聲泄露模擬人耳的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備來(lái)替代真實(shí)的人耳，常用的有IEC318仿真耳，NBS-PA仿真耳及布郎耳等。不同的仿真耳測(cè)得的受話器靈敏度是不一樣的。動(dòng)圈式受話器主要參數(shù)三、頻率響應(yīng)靈敏度對(duì)頻率的依賴(lài)關(guān)系，一般用曲線表示。原則：

◆要求曲線平坦，低頻、高頻均不可過(guò)高。

◆若低頻低，則聲音不發(fā)悶；

◆若高頻低，則可降低刺聲。動(dòng)圈式受話器主要參數(shù)額定阻抗是指阻抗曲線上緊跟在第一個(gè)極大值后面的極小值。在額定頻率范圍內(nèi)，阻抗模值的最低值一般不應(yīng)小于額定阻抗的80%（一般取±20%公差，例8±20%Ω）四、額定阻抗動(dòng)圈式受話器主要參數(shù)額定阻抗的測(cè)試方法：用替代法進(jìn)行，饋給揚(yáng)聲器的電流通常選用

50mA±10%，測(cè)量原理圖如右

聲頻信號(hào)發(fā)生器有效值電壓表RsSPRk動(dòng)圈式受話器主要參數(shù)共振頻率是在揚(yáng)聲器單元的阻抗模值隨頻率遞增變化的曲線上，出現(xiàn)第一個(gè)阻抗極大值時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率。額定共振頻率值的允許偏差一般取±15%，例如?0=50±15%Hz，但紙盆如果是全紙的一般允許偏差取±20%。結(jié)合上面的阻抗曲線測(cè)量，現(xiàn)在的數(shù)字式電聲測(cè)試系統(tǒng)都是采用恒壓法一次性測(cè)試同時(shí)得到阻抗曲線及共振頻率?0五、額定共振頻率動(dòng)圈式受話器主要參數(shù)六、頻率響應(yīng)與有效頻率范圍揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)就是用曲線來(lái)表示揚(yáng)聲器的輸出聲壓級(jí)與頻率之間的關(guān)系，這個(gè)曲線通常是在自由聲場(chǎng)條件或半空間自由聲場(chǎng)條件下測(cè)得的。信號(hào)源可用正弦信號(hào)或1/3oct的窄帶噪聲信號(hào)測(cè)試，測(cè)試頻率至少應(yīng)覆蓋揚(yáng)聲器的有效頻率范圍

。

何謂自由聲場(chǎng)：只有直達(dá)聲而沒(méi)有反射聲的聲場(chǎng)。用以形成自由聲場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)室稱(chēng)為消聲室（無(wú)響室）。動(dòng)圈式受話器主要參數(shù)測(cè)試方法：用正弦信號(hào)測(cè)的頻響曲線圖（如下）動(dòng)圈式受話器主要參數(shù)七、額定特性靈敏度級(jí)

指在規(guī)定頻率范圍內(nèi)，在自由場(chǎng)條件下，相當(dāng)于饋給揚(yáng)聲器1W粉紅噪聲信號(hào)電壓，在其參考軸上距參考點(diǎn)1m處所產(chǎn)生的聲壓級(jí)。測(cè)量電原理圖：粉紅噪聲發(fā)生器帶通濾波器測(cè)量功率放大器測(cè)量放大器有效值電壓表自由場(chǎng)空間動(dòng)圈式受話器主要參數(shù)八、失真諧波失真

揚(yáng)聲器輸出的聲信號(hào)中，除了原輸入的信號(hào)頻率（基波）外同時(shí)出現(xiàn)二次、三次諧波等。瞬態(tài)失真

當(dāng)饋給揚(yáng)聲器電信號(hào)快速變化時(shí)，其振動(dòng)系統(tǒng)不能及時(shí)變化而產(chǎn)生的失真。異常音

即純音不良，雜音等。

線性失真：揚(yáng)聲器重放某些頻率信號(hào)時(shí)，信號(hào)振幅不能再保持原信號(hào)中的比例關(guān)系?？捎深l響曲線查出。

非線形失真：揚(yáng)聲器重放聲信號(hào)中出現(xiàn)輸入電信號(hào)中所沒(méi)有的頻率成分。動(dòng)圈式受話器主要參數(shù)九、額定噪聲功率也可稱(chēng)為功率承受能力。是指在額定頻率范圍內(nèi)饋給揚(yáng)聲器規(guī)定的模擬節(jié)目信號(hào)，在一定時(shí)間內(nèi)不產(chǎn)生熱和機(jī)械損壞的噪聲功率。一般的試驗(yàn)條件為白噪聲信號(hào)經(jīng)帶通濾波器后通過(guò)功率放大器接到揚(yáng)聲器上，試驗(yàn)的時(shí)間要求為100小時(shí)。4.1.2傳聲器(Transmitter)①定義：將聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的換能器。②分類(lèi) 按換能原理分：動(dòng)圈式傳聲器，帶式傳聲器，電容式傳聲器，駐極體傳聲器。 按指向性分：全指向傳聲器，雙指向傳聲器，單指向傳聲器，強(qiáng)指向傳聲器。 按傳輸方式分：有線傳聲器，無(wú)線傳聲器。 按輸出阻抗分類(lèi)：高阻傳聲器（20-50K），低阻傳聲器（200-600）駐極體傳聲器重要參數(shù)1、靈敏度（Sensitivity):靈敏度表示傳聲器的聲——電轉(zhuǎn)換效率。定義：在自由聲場(chǎng)中，當(dāng)向傳聲器施加一個(gè)聲壓為1帕（Pa)或1微巴（unbar)的聲信號(hào)時(shí)，傳聲器的開(kāi)路輸出（以毫伏為單位），即為該傳聲器的靈敏度。

注：1微巴（unbar)約相當(dāng)于人們正常音量講話。駐極體傳聲器重要參數(shù)1微巴（ubar)約相當(dāng)于人們正常音量講話。并在離嘴1米遠(yuǎn)的地方測(cè)量所得到的聲壓。靈敏度的單位為：

毫伏/帕（mv／Pa)——國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)毫伏/微巴（mv／ubar)——日本標(biāo)準(zhǔn)。1帕（Pa)是指1牛頓(N)的力作用在1平方米面積上的壓強(qiáng).1Pa=20log(1/0.000020)=94dBSPLPa與ubar的換算關(guān)系為:1Pa=10ubar

所以：1mv/ubar=10mv／pa駐極體傳聲器重要參數(shù)ECM靈敏度參數(shù)一般用靈敏度級(jí)表示.

單位為分貝（dB).

公式:Lm=20㏒10

例：M=10mV／PaLm=20㏒10

=20×(-2)=-40(dB)靈敏度級(jí)MMr靈敏度參考靈敏度0dB=1V/Pa駐極體傳聲器重要參數(shù)2、靈敏度響應(yīng):

指?jìng)髀暺髟谝欢晧鹤饔孟?，傳聲器的輸出電平隨不同頻率的電壓變化，通常應(yīng)取平直的頻響曲線，但有時(shí)經(jīng)常考慮提高拾音的明亮度和清晰度，又些時(shí)候應(yīng)取中高頻提升約3dB的頻響曲線。駐極體傳聲器重要參數(shù)3、等效噪聲級(jí):

聲波作用在傳聲器上，它所產(chǎn)生輸出電壓的有效值和該傳聲器輸出端的固有噪聲電壓相等時(shí)，則該聲波的電壓級(jí)就等于傳聲器的等效噪聲級(jí)。固有噪聲引起的額定等效聲壓是開(kāi)路輸出電壓與額定自由場(chǎng)靈敏度之比，等效噪聲級(jí)是額定等效聲壓與基準(zhǔn)聲壓（20uPa)之比，用分貝表示。固有噪聲電壓就是在沒(méi)有聲波作用到傳聲器時(shí)，傳聲器本身輸出的微小噪聲電壓，它決定傳聲器所能接受的最低聲壓級(jí)。駐極體傳聲器重要參數(shù)即:

Ln=20

㏒()VnM×PoLn:傳聲器等效噪聲級(jí)Vn:噪聲電壓（A計(jì)權(quán)）（uV）M：自由場(chǎng)靈敏度（Mv/Pa）Po:（參考聲壓）2×pow(10,-5)Pa例：一電容傳聲器測(cè)量數(shù)據(jù)為：靈敏度：＝10mv／Pa固有噪聲電壓（A計(jì)權(quán)）：10uV則：等效噪聲級(jí)Ln為

Ln=20㏒=20㏒=20㏒=20㏒=20㏒50=20(1+㏒5)=20×1.7=34(dB)10uV10mV／Pa×2×10

Pa-51010×10×2×103-512×10-21002等效噪聲級(jí)與信噪比的關(guān)系：信噪比（S／N）：傳聲器靈敏度與固有噪聲（A計(jì)權(quán)）之比。一般用dB值表示。

S／N=20㏒例：一動(dòng)圈傳聲器的靈敏度為1mv／Pa固有噪聲電壓為0.8uV則信噪比為:S／N=20㏒=64(dB)MVn等效噪聲級(jí)與信噪比的關(guān)系：根據(jù)等效噪聲級(jí)公式推導(dǎo)：Ln=20

㏒()=20

㏒（×)=20

㏒+20

㏒=94-20

㏒=94-S／NLn=94-S/NVnM×PoVnM1Po1PoVnMMVn駐極體傳聲器重要參數(shù)等效噪聲級(jí)與靈敏度有關(guān)，在固有噪聲電壓相同的條件下，靈敏度越高，等效噪聲級(jí)就越小。專(zhuān)業(yè)傳聲器要求等效噪聲級(jí)小于26dB。電容傳聲器因使用場(chǎng)效應(yīng)管及放大電路，存在電路噪聲，所以其等效噪聲級(jí)較大。動(dòng)圈傳聲器內(nèi)阻很小，又是無(wú)源的，所以等效噪聲級(jí)較小。有些廠家采用信噪比作為此項(xiàng)指標(biāo)，是以1Pa（即94dB）的聲壓級(jí)為基準(zhǔn)與該傳聲器等效噪聲級(jí)之差，即為其信噪比指標(biāo)，一般專(zhuān)業(yè)電容傳聲器的信噪比約為68～72dB，專(zhuān)業(yè)動(dòng)圈傳聲器的信噪比可達(dá)到更高。駐極體傳聲器重要參數(shù)4、動(dòng)態(tài)范圍:傳聲器動(dòng)態(tài)范圍是指在規(guī)定的諧波失真條件下（一般規(guī)定0.5%），其所承受的最大聲壓級(jí)與絕對(duì)安靜條件下傳聲器的等效噪聲級(jí)之差。因此，傳聲器拾取的聲音大小，其上限受到非線性失真的限制，而下限受其固有噪聲的限制。動(dòng)態(tài)范圍太小會(huì)引起聲音失真，音質(zhì)變壞，所以要求傳聲器有足夠大的動(dòng)態(tài)范圍。高保真?zhèn)髀暺鞯淖畲舐晧杭?jí)在諧波失真0.5％時(shí)，要求達(dá)到114dB。若等效噪聲級(jí)為25dB，則動(dòng)態(tài)范圍約為90dB。專(zhuān)業(yè)傳聲器對(duì)噪聲問(wèn)題解決的很好，其下限可以做到20dB，上限可達(dá)到140～160dB。因此，專(zhuān)業(yè)傳聲器動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)120～140dB。駐極體傳聲器重要參數(shù)5、傳聲器阻抗傳聲器阻抗有兩種，即輸出阻抗與負(fù)載阻抗，輸出阻抗：通常是在1000HZ，聲壓約為1Pa時(shí)測(cè)得。我們所用的一般都是2.2K。負(fù)載阻抗：為了保證傳輸功率大同時(shí)信號(hào)不失真，通常輸出阻抗與輸入阻抗?jié)M足下面關(guān)系：輸出阻抗Zout*5=輸入阻抗駐極體傳聲器重要參數(shù)6、指向性傳聲器的指向性是指在某一指定頻率下，隨著聲波入射方向的不同其靈敏度的變化特性，以聲波沿一定角度入射時(shí)的傳聲器靈敏度與聲波軸向入射時(shí)的靈敏度的比值來(lái)表征其特性。駐極體傳聲器重要參數(shù)7、失真度諧波失真：是指輸出的音頻信號(hào)電壓的諧波數(shù)量和輸入的音頻信號(hào)的諧波數(shù)量發(fā)生了變化。頻率失真：是指輸出的音頻信號(hào)電壓的諧波數(shù)量和輸入的音頻信號(hào)的諧波數(shù)量相同，但在幅度上產(chǎn)生了變化。傳聲器原理1）電容式傳聲器的原理電容式傳聲器是靠電容量的變化而工作的。結(jié)構(gòu)如下圖4.1.17所示，主要由振動(dòng)膜片、剛性極板、電源和負(fù)載電阻等組成。它的工作原理是當(dāng)膜片受到聲波的壓力，并隨著壓力的大小和頻率的不同而振動(dòng)時(shí)，膜片極板之間的電容量就發(fā)生變化。與此同時(shí)，極板上的電荷隨之變化，從而使電路中的電流也相應(yīng)變化，負(fù)載電阻上也就有相應(yīng)的電壓輸出，從而完成了電聲轉(zhuǎn)化。傳聲器原理特點(diǎn)：頻率范圍寬、靈敏度高、失真小、音質(zhì)好，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，多用于高質(zhì)量的廣播、錄音、擴(kuò)音中。傳聲器原理2）駐極體電容傳聲器駐級(jí)體電容傳聲器這種傳聲器的工作原理和電容傳聲器相同，所不同的是它采用一種聚四氟乙稀材料作為振動(dòng)膜片。由于這種材料經(jīng)高溫高電壓處理后，表面被永久地駐有極化電荷，從而取代了電容傳聲器的極板，故名為駐極體電容傳聲器。特點(diǎn)：體積小、性能優(yōu)越、使用方便。傳聲器原理圖4.1.18駐極體傳聲器基本結(jié)構(gòu)示意圖圖4.1.19駐極體傳聲器實(shí)物示意傳聲器原理圖4.1.20中二極管起抗阻塞作用。聲信號(hào)較弱時(shí)，極頭輸出的電信號(hào)遠(yuǎn)小于二極管的正向?qū)妷?，二極管呈現(xiàn)很大的阻抗，使得G,S極之間的阻抗不致降低，因而不會(huì)影響傳輸系數(shù)。當(dāng)聲信號(hào)較大時(shí)，極頭輸出的電壓接近或超過(guò)二極管的正向?qū)妷?，二極管兩極間的阻抗值降低，也即場(chǎng)效應(yīng)管輸入阻抗下降，與信號(hào)源內(nèi)阻分壓所得的輸入電壓小于場(chǎng)效應(yīng)管的熔斷電壓，從而不致造成截止，起到了抗阻賽作用。駐極體傳聲器的原理圖：4.1.3揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器是一種將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲信號(hào)的換能器件，俗稱(chēng)喇叭。揚(yáng)聲器按換能機(jī)理和結(jié)構(gòu)分：電動(dòng)式、電容式、壓電式、電磁式、電離子式和氣動(dòng)式揚(yáng)聲器等．電動(dòng)式式揚(yáng)聲器在筆記本各類(lèi)揚(yáng)聲器中，應(yīng)用最多最廣泛。手機(jī)揚(yáng)聲器，其準(zhǔn)確的名稱(chēng)為“手機(jī)和弦揚(yáng)聲器”，其發(fā)聲的原理也是動(dòng)圈式。4.1.3揚(yáng)聲器1）揚(yáng)聲器的構(gòu)成：4.1.3揚(yáng)聲器1）揚(yáng)聲器的基本結(jié)構(gòu)：4.1.3揚(yáng)聲器3）電動(dòng)式揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)揚(yáng)聲器分解為：磁路系統(tǒng)，振動(dòng)系統(tǒng)和支撐系統(tǒng)4.1.3揚(yáng)聲器4）工作原理根據(jù)法拉第定律當(dāng)載流體通過(guò)磁場(chǎng)時(shí)，會(huì)受到一電動(dòng)力其方向符合弗來(lái)明左手法則，力與電流、磁場(chǎng)方向互相垂直，受力大小與電流、導(dǎo)線長(zhǎng)度、 磁通密度成正比。4.1.3揚(yáng)聲器手機(jī)揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)從外型尺寸上看手機(jī)揚(yáng)聲器比手機(jī)受話器大，厚度一般也比手機(jī)受話器厚(一般手機(jī)揚(yáng)聲器單體厚度為3.5mm左右)。行業(yè)內(nèi)常見(jiàn)的圓形尺寸規(guī)格為Ф15mm,Ф16mm,Ф17mm,Ф18mm,Ф20mm等，橢圓尺寸13mmXl5mm,13mmXl8mm,14mmX0mm，還有些跑道形和不規(guī)則形狀。同樣手機(jī)揚(yáng)聲器的外觀尺寸和設(shè)計(jì)也與手機(jī)的裝配和設(shè)計(jì)密切相關(guān)。一個(gè)好的手機(jī)揚(yáng)聲器在設(shè)計(jì)上主要以高聲壓級(jí)(高效率)、大頻寬(主要是拓寬低頻下限)、大功率、低失真、小體積為目標(biāo)，對(duì)其好與壞的客觀量化評(píng)價(jià)也以這些為參考基準(zhǔn)。4.1.3揚(yáng)聲器高聲壓級(jí)在高聲壓級(jí)的設(shè)計(jì)時(shí)必須先要區(qū)別聲壓級(jí)和功率的概念。通常人們所說(shuō)的手機(jī)揚(yáng)聲器“響”多是指其聲壓級(jí)高；而功率主要是來(lái)說(shuō)明：在一定條件下?lián)P聲器能承受的“負(fù)荷”（輸給揚(yáng)聲器的特定信號(hào))而不引起熱損壞、機(jī)械損壞；且電聲性能符合技術(shù)規(guī)格要求。雖然功率增加一倍理論上揚(yáng)聲器的聲壓級(jí)會(huì)增加近3dB，但是決不能單一地說(shuō)揚(yáng)聲器“響”就是功率大或功率大就是“響”。其設(shè)計(jì)思路和上面的手機(jī)受話器的設(shè)計(jì)一樣(不考慮手機(jī)受話器前面阻尼材料的影響)。以現(xiàn)有的材料和設(shè)計(jì)方式來(lái)看高聲壓級(jí)意味著成本的增加。4.1.3揚(yáng)聲器高聲壓級(jí)

設(shè)計(jì)時(shí)主要的特色是雙磁路，以增加磁鐵的用量來(lái)提高磁路間隙的磁通密度。雖然還有其他的方法提高聲壓級(jí)(如減小振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)質(zhì)量，或通過(guò)其他部件的改動(dòng)來(lái)影響頻響曲線的某一頻段聲壓級(jí))，但提高磁路間隙的磁通密度仍然是最主要、最直接的提高聲壓級(jí)的方式。減小磁路的氣隙來(lái)提高磁通密度也是提高聲壓級(jí)的方式之一，但必須考慮工藝的可行性。另在聲壓級(jí)的標(biāo)稱(chēng)上行業(yè)內(nèi)有2種方式：定點(diǎn)(取某一頻點(diǎn)的聲壓級(jí)：通常取1000Hz點(diǎn))和均點(diǎn)(取某幾個(gè)頻點(diǎn)聲壓級(jí)的平均值)。所以在聲壓級(jí)的對(duì)比上應(yīng)加以注意：在一定條件下對(duì)2個(gè)手機(jī)揚(yáng)聲器的“響”（聽(tīng)感上)，還是應(yīng)考慮一個(gè)整體曲線的對(duì)比(不能忽略手機(jī)揚(yáng)聲器單體某些頻段對(duì)聲音聽(tīng)感的影響)和手機(jī)揚(yáng)聲器的安裝腔體對(duì)曲線和聲音聽(tīng)感的影響。4.1.3揚(yáng)聲器大頻寬

就手機(jī)揚(yáng)聲器而言，大頻寬(主要是拓寬低頻下限)主要是靠其諧振頻率來(lái)控制。諧振頻率設(shè)計(jì)從最基本的理論公式看，主要是由振動(dòng)質(zhì)量和順性來(lái)決定的。振動(dòng)質(zhì)量主要是由音圈、黏結(jié)的膠水(振動(dòng)部分)、振動(dòng)膜片和其他部件產(chǎn)生的聲質(zhì)量組成，因振動(dòng)質(zhì)量對(duì)聲壓級(jí)有影響，質(zhì)量的增加會(huì)降低聲壓級(jí)(效率)。所以不能靠單純地增重來(lái)降低諧振頻率。順性主要由膜片順性和膜片前,后氣腔的空氣的順性來(lái)決定(對(duì)其順性起決定性影響的是膜片的順性)。要合理地降低諧振頻率(增加手機(jī)揚(yáng)聲器的低頻響應(yīng)頻寬)，必須把每個(gè)細(xì)微的部件都考慮清楚。拓展低頻的最主要原因是手機(jī)音頻電路的信號(hào)輸出能達(dá)到比現(xiàn)有手機(jī)揚(yáng)聲器頻寬更低。4.1.3揚(yáng)聲器手機(jī)電路音頻信號(hào)輸出曲線4.1.3揚(yáng)聲器大頻寬另外，很多樂(lè)器和人聲的頻譜能量都包括1kHz頻段以下，如能使此頻段得以重放，對(duì)整個(gè)手機(jī)音樂(lè)的重放音質(zhì)的提高將起到顯著作用?，F(xiàn)在電路信號(hào)輸出頻寬不是問(wèn)題，主要是手機(jī)揚(yáng)聲器的有效重放頻寬的問(wèn)題。雖然現(xiàn)在有在手機(jī)上再加一個(gè)手機(jī)揚(yáng)聲器作為低音揚(yáng)聲器來(lái)豐富低頻量感，但是這樣會(huì)帶來(lái)手機(jī)的體積和部件成本的增加。從手機(jī)揚(yáng)聲器單體的曲線上看高頻部分并不是問(wèn)題，很多手機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)還常把10kHz以后部分的信號(hào)進(jìn)行濾波(即不要高頻部分)，但其實(shí)很多時(shí)候，此方式是不得以而為之。

4.1.3揚(yáng)聲器大頻寬高頻部分的處理要將3部分分開(kāi)來(lái)看：一是手機(jī)電路部分、二是手機(jī)腔體的設(shè)計(jì)部分、三是手機(jī)揚(yáng)聲器單體的設(shè)計(jì)部分。但不管怎樣其高頻對(duì)手機(jī)揚(yáng)聲器的聽(tīng)感上的影響是不可忽略的。在手機(jī)揚(yáng)聲器單體高頻部分設(shè)計(jì)上，既可以通過(guò)對(duì)膜片的中心部分的設(shè)計(jì)也可以通過(guò)對(duì)手機(jī)揚(yáng)聲器的面蓋設(shè)計(jì)來(lái)對(duì)高頻部分進(jìn)行必要的修改。在對(duì)低頻擴(kuò)展時(shí)也需考慮工藝對(duì)它的影響。圖4.1.28-9為生輝公司2不中不同生產(chǎn)工藝于機(jī)揚(yáng)聲器的頻響曲線。4.1.3揚(yáng)聲器從上面的對(duì)比曲線可以看到生產(chǎn)工藝對(duì)曲線的影響，雖然實(shí)際生產(chǎn)時(shí)可能影響沒(méi)有這么大，但一般對(duì)諧振頻率產(chǎn)生的影響在5%左右還是確實(shí)存在的并且是可以接受的，此時(shí)要考慮到各個(gè)生產(chǎn)因素對(duì)產(chǎn)品性能和電聲參數(shù)的影響。圖4.1.28生產(chǎn)工藝對(duì)頻響曲線的影響圖4.1.29生產(chǎn)工藝對(duì)阻抗曲線的影響

4.1.3揚(yáng)聲器大功率手機(jī)揚(yáng)聲器大功率設(shè)計(jì)，首先要明白大功率設(shè)計(jì)的內(nèi)在意義。在聲學(xué)樓論壇設(shè)計(jì)室耳機(jī)、受話器設(shè)計(jì)區(qū)()上很多人參加了討論，有人反對(duì)，有人贊同。但不可否認(rèn)很多公司都在做大功率手機(jī)揚(yáng)聲器的開(kāi)發(fā)?，F(xiàn)在一般的手機(jī)電聲器件制造公司都有額定功率為0.8W的手機(jī)揚(yáng)聲器產(chǎn)品。大功率的設(shè)計(jì)主要是針對(duì)機(jī)械損壞和熱損壞來(lái)設(shè)計(jì)的，這就要求設(shè)計(jì)人員對(duì)微型揚(yáng)聲器的部件材料特性非常熟悉，再結(jié)合力學(xué)、聲學(xué)、材料學(xué)等原理進(jìn)行設(shè)計(jì)?，F(xiàn)行的大功率所面對(duì)的難題主要還是材料的問(wèn)題。4.1.3揚(yáng)聲器大功率

大功率的設(shè)計(jì)可用“水桶原理”來(lái)概述，即設(shè)計(jì)成不成功取決于某一部件的最低性能。大功率的設(shè)計(jì)也不可盲目追求，要跟手機(jī)的音頻設(shè)計(jì)相配套，否則就會(huì)造成不必要的成本增加。不能說(shuō)大功率的設(shè)計(jì)一定是好或壞(這要配合手機(jī)的音頻設(shè)計(jì)來(lái)定)，但在其他參數(shù)不變的條件下，加大手機(jī)揚(yáng)聲器的承受功率肯定會(huì)增加該款手機(jī)揚(yáng)聲器的可靠性.同時(shí)大功率的設(shè)計(jì)也能考驗(yàn)一個(gè)公司的設(shè)計(jì)能力和工藝水平。在大功率的標(biāo)注上，必須注意其標(biāo)注條件，在行業(yè)內(nèi)如某一公司某一產(chǎn)品規(guī)格書(shū)上單獨(dú)地標(biāo)有一種白噪聲信號(hào)的0.8W(2.53V)與標(biāo)注2種信號(hào)（白噪聲和正弦波)的0.8W(2.53V)是不一樣的，通常情況下做的信號(hào)種類(lèi)和試驗(yàn)類(lèi)型越多，試驗(yàn)本身的可參考性越大，一般情況下各個(gè)手機(jī)揚(yáng)聲器生產(chǎn)廠家都只標(biāo)注一種信號(hào)（白噪聲96h)實(shí)驗(yàn)功率。

4.1.3揚(yáng)聲器失真

對(duì)于手機(jī)揚(yáng)聲器的失真，其成因和設(shè)計(jì)上的控制跟手機(jī)受話器基本一樣。在其他參數(shù)一樣的條件下，一個(gè)失真控制優(yōu)秀的手機(jī)揚(yáng)聲器能比普通的手機(jī)揚(yáng)聲器同等測(cè)試條件下總諧波失真(THD)減少30%左右。圖4.1.30為生輝公司一款Ф15mm手機(jī)揚(yáng)聲器與其他公司Ф15mm手機(jī)揚(yáng)聲器的靈敏度和失真度對(duì)比(測(cè)試條件0.5W/5cm樟板測(cè)試)。4.1.3揚(yáng)聲器小體積

對(duì)手機(jī)揚(yáng)聲器的小體積的追求主要體現(xiàn)在其厚度的控制上，雖然也有很多人想把其平面尺寸做小(想讓小口徑出大口徑的低頻量感)，但是跟大揚(yáng)聲器一樣口徑大低頻易做好(增大揚(yáng)聲器口徑能最直接地增加有效振動(dòng)面積)。通常意義上的小體積主要指的是其厚度薄，行業(yè)內(nèi)常把這類(lèi)的手機(jī)揚(yáng)聲器稱(chēng)為“超薄手機(jī)揚(yáng)聲器”，其單體高度一般不超過(guò)3.0mm(一般手機(jī)揚(yáng)聲器單體高度在3.0mm以上)。在設(shè)計(jì)上，其特色是雙磁路設(shè)計(jì)，這樣對(duì)磁鐵的尺寸公差和磁鐵的性能標(biāo)號(hào)要求就顯得比較特別，且有時(shí)在磁路的安裝上也對(duì)生產(chǎn)工藝提出了更高的要求。同時(shí)其音圈和振動(dòng)膜片設(shè)計(jì)也結(jié)合磁路做了相應(yīng)的設(shè)計(jì)，這樣才能保證在厚度減小的情況下電聲性能不降低(主要是頻響曲線上表現(xiàn)的靈敏度和低頻量感)。4.1.3揚(yáng)聲器手機(jī)揚(yáng)聲器測(cè)試在手機(jī)揚(yáng)聲器的測(cè)試上有兩種測(cè)試安裝方式：障板測(cè)試、箱體測(cè)試(分別將手機(jī)揚(yáng)聲器安裝在測(cè)試板和測(cè)試箱上)。圖4.1.31為業(yè)內(nèi)兩家手機(jī)揚(yáng)聲器廠家兩種測(cè)試方式示意圖；按圖4.1.31障板尺寸可以測(cè)量350Hz以上的頻率。使用障板或箱體來(lái)測(cè)試主要是避免聲短路對(duì)低頻測(cè)量的影響，真實(shí)地體現(xiàn)揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)。4.1.3揚(yáng)聲器聲音短路效應(yīng)

當(dāng)SPK&RCV振膜振動(dòng)時(shí)，其前后都會(huì)有聲波產(chǎn)生，且聲波相位剛好相反，由于低頻之指向性超過(guò)180度，接近無(wú)指向性，因此當(dāng)聲波向外成環(huán)狀擴(kuò)散時(shí)，SPK&RCV前后逆相低頻聲相交，聲音短路，因聲波相位同相相增，逆相相減之故，造成低頻之輸出音壓衰減，為了阻止聲波之回響，平面擋板(Baffle)可抑壓指向性超過(guò)180度之聲波（低頻）防止聲波之回響而增加低頻的功效。

手機(jī)腔體和gasket對(duì)SPK&RCV的意義1、腔體和gasket的目的是為了隔開(kāi)前后聲波，避免聲音短路效應(yīng)2、而腔體的大小左右著PK&RCV的低頻重放4.1.4手機(jī)聲學(xué)器件的工作原理4.2手機(jī)鈴聲的影響因素鈴聲的優(yōu)劣主要取決于鈴聲的大小、所表現(xiàn)出的頻帶寬度（特別是低頻效果）和其失真度大小。對(duì)手機(jī)而言，揚(yáng)聲器、手機(jī)聲腔、音頻電路和MIDI選曲是四個(gè)關(guān)鍵因素，它們本身的特性和相互間的配合決定了鈴聲的音質(zhì)。揚(yáng)聲器單體的品質(zhì)對(duì)于鈴聲的各個(gè)方面影響都很大。其靈敏度對(duì)于鈴聲的大小，其低頻性能對(duì)于鈴聲的低音效果，其失真度大小對(duì)于鈴聲是否有雜音都是極為關(guān)鍵的。手機(jī)聲腔則可以在一定程度上調(diào)整揚(yáng)聲器的輸出頻響曲線，通過(guò)聲腔參數(shù)的調(diào)整改變鈴聲的高、低音效果，其中后聲腔容積大小主要影響低音效果，前聲腔和出聲孔面積主要影響高音效果。4.2手機(jī)鈴聲的影響因素音頻電路輸出信號(hào)的失真度和電壓對(duì)于鈴聲的影響主要在于是否會(huì)出現(xiàn)雜音。例如，當(dāng)輸出信號(hào)的失真度超過(guò)10％時(shí)，鈴聲就會(huì)出現(xiàn)比較明顯的雜音。此外，輸出電壓則必須與揚(yáng)聲器相匹配，否則，輸出電壓過(guò)大，導(dǎo)致?lián)P聲器在某一頻段出現(xiàn)較大失真，同樣會(huì)產(chǎn)生雜音。MIDI選曲對(duì)鈴聲的音質(zhì)也有一定的影響，表現(xiàn)在當(dāng)鈴聲的主要頻譜與聲腔和揚(yáng)聲器的不相匹配時(shí)，會(huì)導(dǎo)致MIDI音樂(lè)出現(xiàn)較大的變音，影響聽(tīng)感?？傊?，鈴聲音質(zhì)的改善需要以上四個(gè)方面共同配合與提高，才能取得比較好的效果。4.3揚(yáng)聲器的評(píng)價(jià)原則揚(yáng)聲器的品質(zhì)特性對(duì)手機(jī)鈴聲優(yōu)劣起著決定性作用。在同一個(gè)聲腔、同樣的音源情況下，不同性能的揚(yáng)聲器在音質(zhì)、音量上會(huì)有較大的差異。因此選擇一個(gè)合適的揚(yáng)聲器可較大程度的改善手機(jī)的音質(zhì)。揚(yáng)聲器的性能一般可以從頻響曲線、失真度和壽命三個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。

頻響曲線反映了揚(yáng)聲器在整個(gè)頻域內(nèi)的響應(yīng)特性，是最重要的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

失真度曲線反映了在某一功率下，揚(yáng)聲器在不同頻率點(diǎn)輸出信號(hào)的失真程度，它是次重要指標(biāo)，一般情況下，當(dāng)失真度小于10％時(shí)，都認(rèn)為在可接受的范圍內(nèi)。

壽命反映了揚(yáng)聲器的有效工作時(shí)間。4.3揚(yáng)聲器的評(píng)價(jià)原則由于頻響曲線是圖形，包含信息很多，為了便于比較，主要從四個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)：SPL值、低頻諧振點(diǎn)f0、平坦度和f0處響度值。SPL值一般是在1K～4KHz之間取多個(gè)頻點(diǎn)的聲壓值進(jìn)行平均，反映了在同等輸入功率的情況下，揚(yáng)聲器輸出聲音強(qiáng)度的大小，它是頻響曲線最重要的指標(biāo)。低頻諧振點(diǎn)f0反映了揚(yáng)聲器的低頻特性，是頻響曲線次重要的指標(biāo)。平坦度反映了揚(yáng)聲器還原音樂(lè)的保真能力，作為參考指標(biāo)。f0處響度值反映了低音的性能，作為參考指標(biāo)。4.4手機(jī)聲腔設(shè)計(jì)4.4.1手機(jī)的聲腔設(shè)計(jì)的組成4.4.2音腔設(shè)計(jì)原則4.4.3音腔設(shè)計(jì)對(duì)手機(jī)鈴聲的影響4.4.4手機(jī)揚(yáng)聲器腔體設(shè)計(jì)的頻率響應(yīng)分析4.4.1手機(jī)的聲腔設(shè)計(jì)的組成

手機(jī)的聲腔設(shè)計(jì)主要包括前聲腔、后聲腔、出聲孔、密閉性、防塵網(wǎng)五個(gè)方面，如下圖4.4.1所示：4.4.2音腔設(shè)計(jì)原則1、前腔臺(tái)階+EVA墊圈后，總高度H不超過(guò)1-1.5mm2、手柄前側(cè)孔徑宜大而少，不要小而多3、前腔內(nèi)徑φK，應(yīng)小于受話器前蓋直徑加防塵網(wǎng)以后，可以消除低頻諧振點(diǎn)4、把開(kāi)孔改成小孔以后，高頻部分有所提升，孔徑越小，聲阻值越大。5、加開(kāi)側(cè)孔后，可以降低低頻的頻響6、開(kāi)孔的大小不變，改變腔體的厚度頻響曲線會(huì)發(fā)生平移，由厚改薄頻響向右移動(dòng)。4.4.3音腔設(shè)計(jì)對(duì)手機(jī)鈴聲的影響1）后聲腔對(duì)鈴聲的影響后聲腔主要影響鈴聲的低頻部分，對(duì)高頻部分影響則較小。鈴聲的低頻部分對(duì)音質(zhì)影響很大，低頻波峰越靠左，低音就越突出，主觀上會(huì)覺(jué)得鈴聲比較悅耳。一般情況下，隨著后聲腔容積不斷增大，其頻響曲線的低頻波峰會(huì)不斷向左移動(dòng)，使低頻特性能夠得到改善。但是兩者之間關(guān)系是非線性的，當(dāng)后聲腔容積大于一定閾值時(shí)，它對(duì)低頻的改善程度會(huì)急劇下降，如圖4.4.2示。

需要強(qiáng)調(diào)的是，揚(yáng)聲器單體品質(zhì)對(duì)鈴聲低頻性能的影響很大。在一般情況下，裝配在聲腔中的揚(yáng)聲器，即便能在理想狀況下改善聲腔的設(shè)計(jì)，其低頻性能也只能接近，而無(wú)法超過(guò)單體的低頻性能。4.4.3音腔設(shè)計(jì)對(duì)手機(jī)鈴聲的影響1）后聲腔對(duì)鈴聲的影響

圖4.4.2橫坐標(biāo)是后聲腔的容積（cm3），縱坐標(biāo)是揚(yáng)聲器單體的低頻諧振點(diǎn)與從聲腔中發(fā)出聲音的低頻諧振點(diǎn)之差，單位Hz。從上圖可知，當(dāng)后聲腔容積小于一定的閾值時(shí)，其變化對(duì)低頻性能影響很大。4.4.3音腔設(shè)計(jì)對(duì)手機(jī)鈴聲的影響1）后聲腔對(duì)鈴聲的影響

4.4.3音腔設(shè)計(jì)對(duì)手機(jī)鈴聲的影響2）前聲腔對(duì)聲音的影響前聲腔對(duì)低頻段影響不大，主要影響手機(jī)鈴聲的高頻部分。隨著前聲腔容積的增大，高頻波峰會(huì)往不斷左移動(dòng)，高頻諧振點(diǎn)會(huì)越來(lái)越低。高頻諧振點(diǎn)變化的對(duì)數(shù)值與前聲腔容積的增量幾乎成線性關(guān)系，如圖4.4.3。圖中橫坐標(biāo)為前聲腔容積，單位cm3。縱坐標(biāo)為高頻諧振點(diǎn)變化的對(duì)數(shù)值。4.4.3音腔設(shè)計(jì)對(duì)手機(jī)鈴聲的影響2）前聲腔對(duì)聲音的影響

前聲腔太大或太小對(duì)聲音都會(huì)產(chǎn)生不利的影響。同時(shí)，由于出聲孔面積對(duì)高頻也有較大的影響，因此設(shè)計(jì)前聲腔時(shí)，需考慮出聲孔的面積，一般情況下，前聲腔越大，則出聲孔面積也應(yīng)該越大。

當(dāng)前聲腔過(guò)小時(shí)，還會(huì)造成一個(gè)問(wèn)題，即出聲孔的位置對(duì)高頻的影響程度急劇增加，可能會(huì)給外觀設(shè)計(jì)造成一定的困難。

綜上所述，結(jié)合手機(jī)設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，前聲腔設(shè)計(jì)時(shí)，一般希望前聲腔的墊片壓縮后的厚度在0.3~1mm之間

4.4.3音腔設(shè)計(jì)對(duì)手機(jī)鈴聲的影響3）出聲孔對(duì)聲音的影響出聲孔的面積（即在揚(yáng)聲器正面上總的投影有效面積）對(duì)聲音影響很大，而且開(kāi)孔的位置、分布是否均勻?qū)β曇粢灿幸欢ǖ挠绊懀涑潭扰c前聲腔容積有很大關(guān)系。一般情況下，前聲腔越大，開(kāi)孔的位置、分布對(duì)聲音的影響程度就越小。出聲孔的面積對(duì)頻響曲線的各個(gè)頻段都有影響，在不同條件下，對(duì)不同頻段的影響程度各不相同。當(dāng)出聲孔面積小于一定的閾值時(shí)，整個(gè)頻響曲線的SPL值會(huì)急劇下降，即鈴聲的聲強(qiáng)損失很大，這在手機(jī)設(shè)計(jì)中是必須禁止的。當(dāng)出聲孔面積大于一定閾值時(shí)，隨著面積增大，高頻波峰、低頻波峰都會(huì)向右移動(dòng)，但高頻變化的程度遠(yuǎn)比低頻大，低頻變化很小，即出聲孔面積的變化主要影響頻響曲線的高頻性能，對(duì)低頻性能影響不大。4.4.3音腔設(shè)計(jì)對(duì)手機(jī)鈴聲的影響3）出聲孔對(duì)聲音的影響

出聲孔面積與高頻諧振點(diǎn)的變化呈非線性關(guān)系，且與前聲腔大小有一定的聯(lián)系，如圖4.4.4示。當(dāng)出聲孔面積大于一定閾值時(shí)，隨著面積增大，高頻波峰、低頻波峰都會(huì)向右移動(dòng)，但高頻變化的程度遠(yuǎn)比低頻大，低頻變化很小，即出聲孔面積的變化主要影響頻響曲線的高頻性能，對(duì)低頻性能影響不大。4.4.3音腔設(shè)計(jì)對(duì)手機(jī)鈴聲的影響4）后聲腔密閉性對(duì)聲音的影響后聲腔是否有效的密閉對(duì)聲音的低頻部分影響很大，當(dāng)后聲腔出現(xiàn)泄漏時(shí)，低頻會(huì)出現(xiàn)衰減，對(duì)音質(zhì)造成損害，它的影響程度與泄漏面積、位置都有一定的關(guān)系。一般情況下，泄漏面積越大，低頻衰減越厲害。泄漏面積與低頻諧振點(diǎn)的衰減成近似線性的關(guān)系，如圖4.4.5。圖中，橫坐標(biāo)表示泄漏面積，單位mm2?？v坐標(biāo)表示無(wú)泄漏與有泄漏情況下低頻諧振點(diǎn)之差4.4.3音腔設(shè)計(jì)對(duì)手機(jī)鈴聲的影響4）后聲腔密閉性對(duì)聲音的影響在同等泄漏面積情況下，后聲腔越小，低頻衰減越厲害，即泄漏造成的危害越大，如圖4.4.6。。綜上所述，建議結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能保證后聲腔的密閉，否則可能會(huì)嚴(yán)重影響音質(zhì)。。4.4.3音腔設(shè)計(jì)對(duì)手機(jī)鈴聲的影響5）防塵網(wǎng)對(duì)聲音的影響

相比于其他幾個(gè)因素，防塵網(wǎng)對(duì)聲音的影響程度較小，它主要是影響頻響曲線的低頻峰值和高頻峰值，其中對(duì)低頻峰值影響較大。防塵網(wǎng)對(duì)聲音的影響程度主要取決于防塵網(wǎng)的聲阻值和低頻、高頻峰值的大小。一般情況下，峰值越大，受到防塵網(wǎng)衰減的程度也越大。防塵網(wǎng)主要有兩個(gè)作用，防止灰塵和削弱低頻峰值，以保護(hù)揚(yáng)聲器。目前，我們常用的防塵網(wǎng)一般在250?！?50＃之間，它們的聲阻值都比較小，基本上在10Ω以下，對(duì)聲音的影響很小，所以一般采用揚(yáng)聲器廠家提供的防塵網(wǎng)差異不會(huì)非常大。因此從防塵和聲阻兩個(gè)方面綜合考慮，建議采用300＃左右的防塵網(wǎng)。影響手機(jī)音質(zhì)的一個(gè)重要因素是其揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)特性，該頻響特性主要跟揚(yáng)聲器單元、腔體結(jié)構(gòu)以及電路有關(guān)。近年來(lái)，一些文獻(xiàn)中針對(duì)腔體結(jié)構(gòu)對(duì)手機(jī)揚(yáng)聲器的頻響特性的影響進(jìn)行了研究。下面運(yùn)用等效線路圖法研究了3種典型的聲學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)手機(jī)揚(yáng)聲器的頻響特性的影響，并加以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。通過(guò)與相同容積的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的頻響特性比較.分析了這三種結(jié)構(gòu)各自的優(yōu)缺點(diǎn).并提出了設(shè)計(jì)建議。4.4.4手機(jī)揚(yáng)聲器腔體設(shè)計(jì)的頻率響應(yīng)分析4.4.4手機(jī)揚(yáng)聲器腔體設(shè)計(jì)的頻率響應(yīng)分析1）腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例12）腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例23）腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例34）3種腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)比和討論4.4.3音腔設(shè)計(jì)對(duì)手機(jī)鈴聲的影響1）腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例1通過(guò)在揚(yáng)聲器后腔壁上開(kāi)孔的方法相當(dāng)于安裝1個(gè)倒相管，來(lái)增強(qiáng)低頻段的響應(yīng)。對(duì)于實(shí)際的手機(jī)，只需在揚(yáng)聲器后腔的側(cè)壁上打孔即可實(shí)現(xiàn)，較方便。圖是一個(gè)簡(jiǎn)化的實(shí)物模型示意圖。揚(yáng)聲器安裝在1個(gè)規(guī)則長(zhǎng)方體內(nèi)尺寸為2.4cmx3.5cmx6.4cm，側(cè)辟開(kāi)孔半徑為3mm，孔厚度為5mm。

圖4.4.7實(shí)物模型圖圖4.4.8低頻段的聲學(xué)等效電路圖運(yùn)用等效線路圖法對(duì)圖4.4.7所示的實(shí)物模型建模，圖4.4.8給出了在低頻段時(shí)該系統(tǒng)的聲學(xué)等效線路圖。4.4.3音腔設(shè)計(jì)對(duì)手機(jī)鈴聲的影響1）腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例1在圖4.4.8中，左邊部分為電系統(tǒng)(低頻時(shí)忽略音圈電感部分的影響)，為信號(hào)源電動(dòng)勢(shì),是音圈直流阻(信號(hào)源內(nèi)阻很小，一般可忽略),為振膜等效面積，B為音圈磁隙中的磁感應(yīng)密度，l為音圈導(dǎo)線長(zhǎng)度;中間部分為機(jī)械系統(tǒng)，主要由揚(yáng)聲器振動(dòng)系統(tǒng)的等效聲質(zhì)量支撐系統(tǒng)的等效聲順和支撐系統(tǒng)的等效聲阻構(gòu)成；右邊部分為聲系統(tǒng)，和,分別為振膜前的輻射聲阻和輻射聲質(zhì)量，為后腔的等效聲容，和分別為側(cè)辟開(kāi)孔的等效聲阻和等效聲質(zhì)量。

4.4.3音腔設(shè)計(jì)對(duì)手機(jī)鈴聲的影響聲系統(tǒng)部分的元件值分別為：

其中，為空氣密度;c為空氣中聲速;為角頻率;a為振膜的有效半徑;為后腔內(nèi)空氣的凈容積;為側(cè)辟開(kāi)孔有效半徑;為孔厚度，為空氣的粘滯率；在20℃及76mmHg時(shí)，其值為。根據(jù)圖4.4.8給出的等效線路圖，可求出體積速度和，再由倒相箱的一般理論可求出距離揚(yáng)聲器r處的的聲壓幅值為：相應(yīng)的聲壓級(jí)為：4.4.3音腔設(shè)計(jì)對(duì)手機(jī)鈴聲的影響1）腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例1將1個(gè)具有相同后腔容積的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)(側(cè)壁不開(kāi)孔)，與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的頻響特性進(jìn)行比較，圖4.4.9給出了當(dāng)饋給揚(yáng)聲器1V(rms)的掃頻信號(hào)，距離揚(yáng)聲器30cm處的頻響曲線比較，其中不開(kāi)孔(模擬值)為簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)。

4.4.3音腔設(shè)計(jì)對(duì)手機(jī)鈴聲的影響1）腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例1從圖4.4.9中可看到，實(shí)例1中開(kāi)孔的頻響曲線模擬值和實(shí)驗(yàn)值符合得較好。通過(guò)側(cè)辟開(kāi)孔與不開(kāi)孔的模擬值對(duì)比可看出，當(dāng)在側(cè)辟開(kāi)孔以后，開(kāi)孔與后腔實(shí)際上形成了1個(gè)Helmholtz共鳴器，其共振頻率為根據(jù)上式計(jì)算出的頻率為484Hz。當(dāng)在側(cè)壁開(kāi)孔后，提升了500Hz附近頻段的響應(yīng)；同時(shí)系統(tǒng)在350Hz以下的響應(yīng)也降低了，這是由于在共振頻率以下的較低頻段，振膜背面的聲波從開(kāi)孔衍射出來(lái)，其相位與振膜前聲波的相位相反，疊加以后造成系統(tǒng)響應(yīng)的降低，當(dāng)后腔容積固定時(shí)，適當(dāng)調(diào)整開(kāi)孔口徑和厚度，可以改變共振頻率的位置，從而增強(qiáng)相應(yīng)頻段的響應(yīng)。

4.4.3音腔設(shè)計(jì)對(duì)手機(jī)鈴聲的影響2）腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例2通過(guò)在揚(yáng)聲器振膜前面設(shè)置1個(gè)共振腔結(jié)構(gòu)來(lái)改善中頻段的響應(yīng)?，F(xiàn)在的手機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，在某些情況下?lián)P聲器不能直接向外輻射，只能通過(guò)一些腔體和管道連接到機(jī)殼上的開(kāi)口再向外輻射，該設(shè)計(jì)即考慮了上述問(wèn)題。同樣按其設(shè)計(jì)思路，做出1個(gè)簡(jiǎn)化的實(shí)物模型，其示意圖如圖4.4.10所示。揚(yáng)聲器安裝在1個(gè)容積為20cm3的規(guī)則長(zhǎng)方體內(nèi)，振膜前有1個(gè)容積為1.72cm3的圓柱形空腔，其側(cè)面連接1個(gè)長(zhǎng)為1.9cm、截面積為20mm2的細(xì)管道。4.4.3音腔設(shè)計(jì)對(duì)手機(jī)鈴聲的影響2）腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例2圖4.4.11給出了在低頻段時(shí)該系統(tǒng)的聲學(xué)等效線路圖。圖4.4.11中的電系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)部分與實(shí)例1中的情況相同，不再贅述。聲系統(tǒng)中，CAB為后腔的等效聲容，CAf為圓柱形前腔的等效聲容，RAt和MAt分別為側(cè)面細(xì)管的等效聲阻和等效聲質(zhì)量。4.4.3音腔設(shè)計(jì)對(duì)手機(jī)鈴聲的影響聲系統(tǒng)部分的元件值分別為：

其中，VAf為圓柱形前腔的凈容積，at為側(cè)面細(xì)管的有效半徑，lt為管長(zhǎng)。由于細(xì)管向外輻射引起的末端修正的不同，式（4-12）與式（4-5）之間存在1個(gè)系數(shù)的差別。根據(jù)圖4.4.11給出的等效線路圖，可求出開(kāi)口處的體積速度Uo，則距離開(kāi)口r處的聲壓幅值為相應(yīng)的聲壓級(jí)為：4.4.3音腔設(shè)計(jì)對(duì)手機(jī)鈴聲的影響2）腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例2將1個(gè)具有相同后腔容積的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)（無(wú)前腔，揚(yáng)聲器直接向外輻射），與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的頻響特性進(jìn)行比較，圖4.4.12給出了當(dāng)饋給揚(yáng)聲器1V（rms）的掃頻信號(hào)，距離開(kāi)口30cm處的頻響曲線比較。

4.4.3音腔設(shè)計(jì)對(duì)手機(jī)鈴聲的影響2）腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例2從圖4.4.12中可看出，實(shí)例2（有前腔）的頻響曲線模擬值和實(shí)驗(yàn)值的趨勢(shì)符合得較好。在1.7kHz附近的峰值處，模擬值比實(shí)驗(yàn)值偏大，這可能是由于細(xì)管的阻尼模擬不準(zhǔn)造成的。通過(guò)有前腔和無(wú)前腔系統(tǒng)的模擬值對(duì)比可以看出，裝有前腔以后，低頻共振頻率降低了。此時(shí)系統(tǒng)的低頻共振頻率為由于側(cè)面短管的等效聲質(zhì)量MAt的引入，使得該系統(tǒng)在低頻時(shí)的總聲質(zhì)量大于無(wú)前腔系統(tǒng)的總聲質(zhì)量，因而共振頻率降低。根據(jù)式（4-15）計(jì)算出的頻率為437Hz。

（4-15）4.4.3音腔設(shè)計(jì)對(duì)手機(jī)鈴聲的影響2）腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例2引入前腔的另一個(gè)結(jié)果就是在中高頻段形成二次共振，此時(shí)的共振頻率為

根據(jù)（4-16）式計(jì)算出的頻率為1.25kHz，此時(shí)系統(tǒng)的阻抗達(dá)到極大值。在此之后的1.7kHz附近，系統(tǒng)阻抗達(dá)到極小值，開(kāi)口處的體積速度達(dá)到極大值，響應(yīng)也達(dá)到極大值。通過(guò)調(diào)整前腔的容積、側(cè)面短管的長(zhǎng)度以及截面積，可根據(jù)需要控制高頻共振的頻率，從而增強(qiáng)相應(yīng)頻段的響應(yīng)。但同時(shí)也看到，在二次共振以后，系統(tǒng)的響應(yīng)迅速降低，這是由于此時(shí)CAf元件可看成短路，導(dǎo)致開(kāi)口處的體積速度很小，所以系統(tǒng)的響應(yīng)也很小。

（4-16）4.4.3音腔設(shè)計(jì)對(duì)手機(jī)鈴聲的影響3）腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例3通過(guò)在揚(yáng)聲器后腔的分隔來(lái)同時(shí)改善低頻和中頻段的響應(yīng)。該設(shè)計(jì)對(duì)揚(yáng)聲器后腔的容積要求較高，目前手機(jī)越做越薄，實(shí)現(xiàn)起來(lái)有一定難度。同樣按其設(shè)計(jì)思路，做出1個(gè)簡(jiǎn)化的實(shí)物模型，其示意圖如圖4.4.13所示。揚(yáng)聲器后腔被1根半徑為2.5mm，長(zhǎng)為5mm短管分隔為V1和V2兩部分，其中V1尺寸為6.3cm×2.4cm×1cm，V2的尺寸為6.3cm×2.4cm×2.3cm。4.4.3音腔設(shè)計(jì)對(duì)手機(jī)鈴聲的影響3）腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例3圖4.4.14給出了在低頻段時(shí)該系統(tǒng)的聲學(xué)等效線路圖。圖4.4.14中的電系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)部分與前面情況相同，不再重復(fù)。聲系統(tǒng)部分，RAr和MAr分別為振膜前的輻射聲阻和輻射聲質(zhì)量，CAB1和CAB2分別為V1和V2腔體的等效聲容，RAn和MAn分別為中間短管的等效聲阻和等效聲質(zhì)量。4.4.3音腔設(shè)計(jì)對(duì)手機(jī)鈴聲的影響聲系統(tǒng)部分的元件值分別為：

其中，an為中間短管的有效半徑，ln為管長(zhǎng)。根據(jù)圖4.4.14給出的等效線路圖，可求出振膜處的體積速度Ur，則距離揚(yáng)聲器r處的的聲壓幅值為相應(yīng)的聲壓級(jí)為：4.4.3音腔設(shè)計(jì)對(duì)手機(jī)鈴聲的影響3）腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例3將1個(gè)具有相同后腔容積的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)（單腔），與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的頻響特性進(jìn)行比較，圖4.4.15給出了當(dāng)饋給揚(yáng)聲器1V（rms）的掃頻信號(hào)，距離揚(yáng)聲器30cm處的頻響曲線比較。

4.4.3音腔設(shè)計(jì)對(duì)手機(jī)鈴聲的影響3）腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例3從圖4.4.15中可以看出，實(shí)例3（雙腔）的頻響曲線模擬值和實(shí)驗(yàn)值的趨勢(shì)符合得較好，但在共振峰谷的幅值有一些差異，這同樣可能是實(shí)際情況中的阻尼無(wú)法準(zhǔn)確模擬造成的。通過(guò)單腔和雙腔系統(tǒng)的模擬值對(duì)比可看出，2種結(jié)構(gòu)在低頻時(shí)的響應(yīng)比較接近；采用這種設(shè)計(jì)的目的之一是為了在2個(gè)小腔體之間插入1塊電路板，在保證較大的后腔總?cè)莘e從而改善低頻響應(yīng)的前提下，增大電路板的面積。此時(shí)，系統(tǒng)的