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1、 南京大学声学研究所南京大学声学研究所机壳声结构对手机电声性能的影响 n n电声基础n n手机中的电声器件n n机壳对手机电声性能的影响n n结束语内容电声基础电声基础l声波、声压级、频率、声速、波长l声强级、声功率l人耳响应l声波方程l电-力-声类比声波声波 声场量及其单位声场量及其单位n n声压n n质点速度n n温度n n密度声场量及其单位（续）声场量及其单位（续）n n声强声强n n声功率声功率n n声速声速声压级声压级声压级范围声压级范围n n140dB 火箭发射 100米外（耳聋）n n120dB 柴油机，泵房，摇滚乐n n100dB 纺织车间，鼓风机房n n80dB 高声喊叫n
2、n60dB 办公室，教室，（1米讲话）n n40dB 轻声耳语n n20dB 郊区静夜声压级范围图（上）声压级范围图（上）声压级范围图（下）声压级范围图（下）声波的频率声波的频率n n声源/质点每秒振动的次数称为声波的频率。用字母表示，单位为赫兹（H）n n人耳能听得见的声波的频率范围为2020000H。n n音频声学：研究音频声的拾取、重放、传播及传播过程中的各种物理现象和处理方法的科学。n n低于20H的声波，称为次声；高于20000H的声波称为超声声速声速n n声波传播速度的物理量（不是质点速度）n n与传播介质特性有关（温度、气压和密度等）声波的波长和波数声波的波长和波数n n声波在传
3、播过程中相邻的同相位的两点之间（如相邻的两稠密或两稀疏之间）的距离称为波长。波数为单位长度内波的个数测量机器噪声频谱（频谱密度）测量机器噪声频谱（1/3倍频程）噪声频域描述n n频谱密度（1Hz带宽）n n倍频程 31.5,63,125,250,5001000,2000,4000,8000,16000Hz带宽：31.5=(22,44)n n1/3倍频程 25,31.5,40,50,63,80,100,125,160,，12500,16000,20000带宽：25=(22,28),31.5=(28,35),白噪声和粉红噪声n n白噪声各个频率的频谱密度相等n n粉红噪声各个倍频程或1/3倍频程的
4、能量相同密度密度质点速度和位移质点速度和位移声强级声强级声功率级声功率级声功率级范围声功率级范围n n160dB 喷气飞机（10kw）n n120dB 小飞机（1w）n n80dB 乐器（0.1mw）n n60dB 正常讲话的人(0.001mw)n n30dB 轻声耳语的人(0.000001mw)声压级运算练习练习答案相关声压级运算练习练习答案人耳结构等响曲线声场描述和声波方程单极子声源单极子声源的声压n n单极子声源产生的声压正比于该源体积速度的变化率（点源强度）n n与距离成反比n n相位是 的函数简谐单极子声源的声压单极子的辐射(机械)阻抗低频辐射阻抗讨论偶极子声源+S-Sd简谐偶极子声
5、源的声压简谐偶极子源的声压级分布图偶极子和单极子对比活塞的辐射活塞的辐射指向性障板上圆形活塞的轴线声压障板上圆形活塞的轴线声压障板上圆形活塞的辐射阻抗障板上圆形活塞的辐射阻抗长管一端的辐射阻抗长管一端的辐射阻抗la闭空间模态与模态声压n n低频时，闭空间内声场不均匀，有节点和反节点。闭空间模态举例闭空间模态举例（续）HelmhotzHelmhotz共鸣器共鸣器Vl0dn 结构结构u 共振器的线度远远小于波长共振器的线度远远小于波长u 短管体积远小于腔体积短管体积远小于腔体积u 腔壁是刚性的腔壁是刚性的电力声类比Vl0dn 由于物理系统的共性，电力声可以类比由于物理系统的共性，电力声可以类比u
6、电流力声流（空气流）电流力声流（空气流）u 电压速度声压电压速度声压u 在分支点在分支点 电流总和电流总和0 力总和力总和0 体积速度体积速度0 l 接地接地 电压电压0 速度速度0 声压刚性壁声压刚性壁p力声阻抗关系电力声类比例1电力声类比例2电力声类比例3电力声类比例4电力声类比例5电力声类比应用范围u 低频时，若器件的线度远远低频时，若器件的线度远远 小于声波波长，则此时分布小于声波波长，则此时分布 系统参数可用集总系统参数系统参数可用集总系统参数 来近似描述。来近似描述。手机中的电声器件手机中的电声器件l振铃扬声器（喇叭）l受话器（喇叭、听筒）l送话器（话筒、麦克风、传声器）康佳A08
7、 和Motorola A890受话器受话器扬声器扬声器送话器送话器送话器n n驻极体麦克风驻极体麦克风 按电容式原理工作的按电容式原理工作的 频带宽、音质好、失真小、瞬态响应好频带宽、音质好、失真小、瞬态响应好 机械振动不敏感等特点机械振动不敏感等特点n n驻极体麦克风结构驻极体麦克风结构驻极体麦克风结构驻极体麦克风结构 由振膜与驻极体背极形成的电容式极头由振膜与驻极体背极形成的电容式极头由振膜与驻极体背极形成的电容式极头由振膜与驻极体背极形成的电容式极头 后接的阻抗变换器（后接的阻抗变换器（后接的阻抗变换器（后接的阻抗变换器（PCBPCB组）组）组）组）电容传声器电容传声器等效图驻极体麦克风
8、驻极体麦克风特性n n影响驻极体麦克风灵敏度因素 驻极体表面电荷密度的大小 振膜的张力 振膜与背极间的距离 阻抗变换器或放大器的性能n n输出阻抗、频响、自噪声、稳定性、指向性、动态范围驻极体麦克风测试信号源仿真嘴放大器分析仪送话器扬声器DMS1808B-05DMSP1420B-01扬声器指标(GB939688)DMSP1625A-01n n尺寸：尺寸：4.7H/16W/25L4.7H/16W/25Ln n额定功率：额定功率：0.5W(0.5W(最大功率最大功率1W)1W)n n阻抗：阻抗：8 ohm8 ohmn n共振频率：共振频率：730Hz730Hzn n灵敏度：灵敏度：103dB/0.
9、5W/5cm/3KHz103dB/0.5W/5cm/3KHzn n失真：15(700Hz-3KHz)n n指向性n n频率响应、电阻抗曲线、频率响应、电阻抗曲线、TSTS参数参数扬声器等效电路n辐射阻抗 ZMR扬声器电阻抗曲线和频响曲线扬声器TS参数 n nTSTS参数（参数（DMS1508H-02DMS1508H-02）受话器SDR1532H-05n n 尺寸：尺寸：15.1D/2.6H15.1D/2.6Hn n 额定功率：额定功率：0.01W(Max0.03W)0.01W(Max0.03W)n n 阻抗：阻抗：32 ohm32 ohmn n 灵敏度：灵敏度：95dB/0.18Vrms1KH
10、z95dB/0.18Vrms1KHzn n 失真：失真：55(300Hz-4KHz)(300Hz-4KHz)n n 尺寸：尺寸：8D/2.35H 8D/2.35H （650Hz650Hz）n n 额定功率：额定功率：0.01W(Max0.03W)0.01W(Max0.03W)n n 阻抗：阻抗：32 ohm32 ohmn n 灵敏度：灵敏度：109dB/0.18Vrm1KHz109dB/0.18Vrm1KHzn n 失真：失真：55(300Hz-3.4KHz)(300Hz-3.4KHz)SDR0832EJ01-F受话器测试信号驱动仿真耳放大器分析仪受话器机壳结构对手机电声机壳结构对手机电声性能
11、的影响性能的影响l机壳结构对振铃扬声器性能的影响l机壳结构对受话器频率特性的影响振铃扬声器的结构机壳中的振铃扬声器M2V2M1V1VfMfVbMbRbVa机壳声结构的描述机壳声结构的描述 CAf(Vf)CA1(V1)CA2(V2)P 振膜 MAfRAf MA1 MA2机壳中扬声器的等效声学线路等效声学线路参数等效声学线路简化 CAf CA1 CAB值较小，频率低时，抗值大，视为开路；MAf MA1 MAB 值较小，频率低时，抗值小，视作短路；CA 抗值甚小，可视为短路。当kaka时ZARj M MAR AR。M MAR AR 0.1952 /a 其中；=1.20Kg/M3 为空气密度;a 为出
12、声孔半径；改变耦合腔V2的影响改变出声孔面积S2的影响分析和讨论机壳声结构的作用，一般为声学滤波器（低通），如前图虚线框内所示。可据扬声器的频响特性，适当设计MA2 CA2 之值，使扬声器所发之声通过声结构后，高频有所衰减，从而低频相对丰满，可使听感柔和。若为了提高振铃的输出声级，也可刻意设计腔体（即CA2）及出声孔的几何尺寸（即MA2），使其在某个频率附近发生谐振，以期提高声输出，但失真可能增大。结论机壳声结构（腔和孔）的设计（主要是MA2、CA2 的设计），应与扬声器的频响特性相配合，以期达到最佳效果。不同的扬声器，声结构的几何尺寸是不同的。受话器的结构受话器在手机中的结构受话器在手机中的
13、等效声学线路振膜背面声学线路分析n 振膜背面声学线路包括CA2、MA3、RA3、CA4四个声学元件。其中；n RA3通常用加阻尼材料（绢、无纺布等）来获得。所以，振膜背面的声学线路主要起阻尼作用。因阻尼力与振速（或容积速度）成正比，即 当有谐振出现时，v（或U）达极大，响应出现峰值。此时fR 亦大，故可将峰“压平”。受话器前面声学线路分析n 受话器装入机壳后，受话器前面与机壳形成一个声学结构，其等效声学线路受话器安装至机壳后的等效声学线路虚线框内所示。此声学结构，实际上是一个声学滤波器（低通）；n MA2、CA2 的值越大，则对高频的衰减也越大，开始衰减的频率（截止频率）也越低。所以MA2 C
14、A2值的决定，必须与受话器的频响特性相配合。受话器前和机壳配合实测例子一个发音孔受话器和机壳配合实测例（续）两个发音孔结论 （1）因CA4=V4 /c2；所以，V4（后腔）（后腔）宜大不宜小。至少不小于现有的值，大则不限。（2）MA2 CA2 值的大小，直接决定着高频响应的值，不同频率特性的受话器，应配以不同的MA2 CA2 的值，且一经调定，则不宜改动。建议用户，按 AAC 提供的数据（V2 的大小、出声孔的直径、长度和个数）制作，以达最佳配合。总结束语n n电声基础（电力声等效图）n n手机中的电声器件（注意应用条件）n n机壳对手机电声性能的影响（电声器件应和具体声环境结合起来考虑）n n将来工作方向：开发合适的软件，完成设计。谢谢大家！