聲學受話器學習

1、聲學受話器資料 SPK研發(fā)部 聲學的基本概念聲學的基本概念 聲學是物理學的一個分支，是研究聲音的產(chǎn)生、傳播、聲學是物理學的一個分支，是研究聲音的產(chǎn)生、傳播、 接收及對人或其他物體的作用的學科接收及對人或其他物體的作用的學科。 什么是聲音什么是聲音 通常把人耳能感覺到的聲振動叫做聲音。聲音是由物體通常把人耳能感覺到的聲振動叫做聲音。聲音是由物體 振動發(fā)生的，它的傳播需要介質(zhì)。真空中不能傳聲。振動發(fā)生的，它的傳播需要介質(zhì)。真空中不能傳聲。 音調(diào)、響度和音色稱為聲音的三要素。正是這三者的不音調(diào)、響度和音色稱為聲音的三要素。正是這三者的不 同配合，人耳才感覺到世界上千差萬別的聲音。同配合，人耳才感覺到

2、世界上千差萬別的聲音。 音調(diào)：聲音的音調(diào)是由振動的頻率決定的，頻率越高，音調(diào)音調(diào)：聲音的音調(diào)是由振動的頻率決定的，頻率越高，音調(diào) 也越高；也越高； 響度：聲音的強弱與振動的幅度大小有關(guān)，當發(fā)聲體（聲源）響度：聲音的強弱與振動的幅度大小有關(guān)，當發(fā)聲體（聲源） 振動的幅振動的幅 度大時，單位時間內(nèi)傳播出的能量也大。單位度大時，單位時間內(nèi)傳播出的能量也大。單位 時間內(nèi)，聲波通過垂直于傳播方向上的能量，叫做聲強。時間內(nèi)，聲波通過垂直于傳播方向上的能量，叫做聲強。 聲強是聲音的客觀強度。而人感受聲音強弱的程度叫做響聲強是聲音的客觀強度。而人感受聲音強弱的程度叫做響 度，也就是說，響度是人的主觀感覺。度，

3、也就是說，響度是人的主觀感覺。 音色：又稱音品或音質(zhì)。表明聲源的發(fā)聲特點。它決定于和音色：又稱音品或音質(zhì)。表明聲源的發(fā)聲特點。它決定于和 基音（基波）同時發(fā)聲的泛音（諧波）的數(shù)目、頻率、振基音（基波）同時發(fā)聲的泛音（諧波）的數(shù)目、頻率、振 幅。不同的樂器以同樣響度演奏同一首曲子，人耳感覺是幅。不同的樂器以同樣響度演奏同一首曲子，人耳感覺是 不一樣的，這主要是樂器的音色不同。不一樣的，這主要是樂器的音色不同。 音調(diào)、響度和音色音調(diào)、響度和音色 次聲波、超聲波次聲波、超聲波 頻率低于頻率低于2020赫茲的聲波，叫做次聲波，人耳無法感受，赫茲的聲波，叫做次聲波，人耳無法感受， 但鯨魚、海豚之類的海生

4、動物可以感受到；頻率超過但鯨魚、海豚之類的海生動物可以感受到；頻率超過2000020000 赫茲的波叫超聲波，超聲波人耳也感受不到，但蚊子、蝙赫茲的波叫超聲波，超聲波人耳也感受不到，但蚊子、蝙 蝠、貓、狗和家畜等能聽到。蝠、貓、狗和家畜等能聽到。 人聽覺的聲音頻率范圍是 人聽覺的聲音頻率范圍是20202000020000赫茲，赫茲， 這使人能欣賞各種樂器發(fā)出的優(yōu)美聲音。但人這使人能欣賞各種樂器發(fā)出的優(yōu)美聲音。但人 的聲帶發(fā)聲范圍卻很窄，男低音不低于的聲帶發(fā)聲范圍卻很窄，男低音不低于100100赫赫 茲，女高音不高于茲，女高音不高于1100011000赫茲。正弦波是最簡赫茲。正弦波是最簡 單的聲

5、波，但人類語音的波形，是一個很復雜單的聲波，但人類語音的波形，是一個很復雜 的非正弦波，是由基波和許多諧波組成的，而的非正弦波，是由基波和許多諧波組成的，而 基波頻率一般為基波頻率一般為801200801200赫茲，諧波可高達赫茲，諧波可高達1010 千赫茲以上，因此組成話音頻率的范圍為千赫茲以上，因此組成話音頻率的范圍為 80100008010000赫茲，該范圍稱為話音頻帶。赫茲，該范圍稱為話音頻帶。 頻響范圍頻響范圍 聲音的自然傳播有一定距離，距離聲源太遠， 聲音的自然傳播有一定距離，距離聲源太遠， 聲音會衰減得很小，人耳就無法聽到了。聲音會衰減得很小，人耳就無法聽到了。 但為但為 了信息

6、的交流，人們非常需要進行遠距離的語了信息的交流，人們非常需要進行遠距離的語 音傳送。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，這一要求得以音傳送。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，這一要求得以 實現(xiàn)。首先將聲音變?yōu)殡娦盘?，利用無線電波實現(xiàn)。首先將聲音變?yōu)殡娦盘?，利用無線電波 或電線遠距離傳送到對方，對方再將相應的電或電線遠距離傳送到對方，對方再將相應的電 信號轉(zhuǎn)變?yōu)槁曅盘?，從而達到目的。為了研究信號轉(zhuǎn)變?yōu)槁曅盘?，從而達到目的。為了研究 聲與電的相互轉(zhuǎn)換，將聲學與電子學相互結(jié)合聲與電的相互轉(zhuǎn)換，將聲學與電子學相互結(jié)合 便形成了電聲學。便形成了電聲學。 電聲學電聲學 將語音（聲波）信號變換成相應的電信號，這種裝置 將語音（聲波）信號

7、變換成相應的電信號，這種裝置 叫做傳聲器，也叫送話器、話筒、麥克風。傳聲器從發(fā)叫做傳聲器，也叫送話器、話筒、麥克風。傳聲器從發(fā) 明到現(xiàn)在已經(jīng)過了幾代產(chǎn)品，通常根據(jù)其結(jié)構(gòu)和變換原明到現(xiàn)在已經(jīng)過了幾代產(chǎn)品，通常根據(jù)其結(jié)構(gòu)和變換原 理的不同分為：變阻的碳粒式、電磁感應的動圈式、壓理的不同分為：變阻的碳粒式、電磁感應的動圈式、壓 電效應的晶體式、靜電感應的電容式或駐極體電容式以電效應的晶體式、靜電感應的電容式或駐極體電容式以 及最新出現(xiàn)的應變式硅半導體麥克風。及最新出現(xiàn)的應變式硅半導體麥克風。 聲聲電變換電變換 電電聲變換聲變換 語音經(jīng)聲 語音經(jīng)聲電變換傳遞到遠方后，需要再進行電電變換傳遞到遠方后，需

8、要再進行電聲聲 反變換，將語音恢復，才能被接收。這種將電信號變?yōu)榉醋儞Q，將語音恢復，才能被接收。這種將電信號變?yōu)?聲信號的裝置叫受話器。通常人們又按照使用場所的不聲信號的裝置叫受話器。通常人們又按照使用場所的不 同分別叫做受話器、耳機、揚聲器、喇叭等等。它們的同分別叫做受話器、耳機、揚聲器、喇叭等等。它們的 主要變換原理是利用電磁感應和壓電效應，另外也有利主要變換原理是利用電磁感應和壓電效應，另外也有利 用電容器原理的電容式耳機。不同的要求，其功率有的用電容器原理的電容式耳機。不同的要求，其功率有的 達幾千瓦，而有的僅幾毫瓦，相差幾百萬倍。達幾千瓦，而有的僅幾毫瓦，相差幾百萬倍。 受話器受話器

9、 揚聲器揚聲器 受話器：是語言通信中把電信號轉(zhuǎn)換成相應的聲信號受話器：是語言通信中把電信號轉(zhuǎn)換成相應的聲信號 而緊密耦合于耳朵的一種電聲換能器，它的頻率范而緊密耦合于耳朵的一種電聲換能器，它的頻率范 圍一般為圍一般為300-3400Hz300-3400Hz。 揚聲器：是將電能轉(zhuǎn)換成聲能并將它輻射到空氣中去揚聲器：是將電能轉(zhuǎn)換成聲能并將它輻射到空氣中去 的一種電聲換能器件，各種需要擴聲的場合都使用的一種電聲換能器件，各種需要擴聲的場合都使用 揚聲器。揚聲器。 外殼外殼 前蓋前蓋 磁鐵磁鐵 華司華司 音圈音圈 振膜振膜 線路板線路板 磁路系統(tǒng)由磁路系統(tǒng)由Magnet, Plate和和York構(gòu)成。

10、構(gòu)成。 內(nèi)磁式內(nèi)磁式 外磁式外磁式 雙磁路雙磁路 通電線圈在磁場中受力的作用通電線圈在磁場中受力的作用, , 帶動振膜振動發(fā)聲，該作用力的大帶動振膜振動發(fā)聲，該作用力的大 小為：小為： F=BILF=BIL 動圈受話器發(fā)聲原理：動圈受話器發(fā)聲原理： 當音頻信號輸入受 話器線圈時，根據(jù)左手 定則，音圈必定受到磁 場的作用力，并隨著音 頻信號大小正負方向的 交替變化而作不同幅度 和方向的運動，從而帶 動振膜振動發(fā)出聲音。 阻尼 前蓋振膜磁鐵華司音圈外殼 PCB I B F=IB 動圈受話器的本質(zhì)：動圈受話器的本質(zhì)： 通過振動將電能轉(zhuǎn)化為聲能的一種換能器。 電能電能 機械能機械能 聲能聲能 動圈受話

11、器的振動系統(tǒng)：動圈受話器的振動系統(tǒng)： 由音圈和振膜組成，它們的質(zhì)量和勁度對動圈受話器的靈敏 度和頻率響應影響很大。 質(zhì)量 彈簧 固定部分 活塞振動 折邊 質(zhì)量 彈簧 fo 鋁線圈 厚線圈 硬振膜 軟振膜 Speaker通常功率較大,在手機中通常用于來電鈴聲的播放及免提通話; Receiver通常功率較小,在手機中通常用做聽筒，也用于耳機喇叭; 有些手機內(nèi)置一顆受話器,根據(jù)輸入信號的不同,既做Speaker又做 Receiver,稱為雙功能受話器. * VI = virtual instrument SoundWare Modules Microphone Speaker Device Unde

12、r Test Display VI* D/ A Sine Generator VI* Microphone Power Supply A/D HarmonicTrak VI* PASSED 1.1.靈敏度：靈敏度：用來表示受話器的電聲換能能力的指標，常用聲壓級表示。 聲壓級聲壓級：待測聲壓P與參考聲壓Pr的比值取常用對數(shù)再乘以20，以分貝 表示： SPL=20lgP/Pr Pr=2x10 Pa -5 根據(jù)受話器的使用環(huán)境不同，Speaker和Receiver采用不同的測 試方法。 Speaker在自由場中測試，而Receiver在封閉場中測試。 Receiver一般取其單點靈敏度來表示，即在輸

13、入電壓為179mV時，在其 頻率響應曲線上讀出1kHz頻率點的聲壓值。 Receiver測試測試示意測試測試示意 Speaker測試示意圖測試示意圖 Speaker一般用其平均特性靈敏度來表示，即在輸入功率為0.1W時， 在其頻率響應曲線上讀出各規(guī)定頻率點的聲壓值，然后求其算術(shù)平均 值。 2. .頻率響應頻率響應：在恒定電壓作用下，是指受話器所輻射的聲壓隨頻率變化的 特性，一般是記錄在以對數(shù)頻率刻度為橫座標的圖上，這就 是頻率響應曲線。 4 4.諧振頻率諧振頻率：在揚聲器阻抗曲線中出現(xiàn)第一個阻抗最大值時的頻率（FO） 就是諧振頻率。 3.3.阻抗阻抗：阻抗是RCV/SPK輸入的電壓與輸出電流的

14、比值。 RCV/SPK不是純電阻器件，其等效電阻抗也不是常數(shù)，是隨著頻率變化的， 其隨頻率變化的規(guī)律，稱為阻抗曲線。 阻抗值的選定要與其使用器件相匹配。阻抗值具有行業(yè)規(guī)范，如用于手機 的RCV阻抗一般為32ohm,SPK一般為8ohm，耳機喇叭的阻抗多為32ohm或16ohm. 諧振頻率是揚聲器低頻重放的起點，在諧振頻率以下，頻率響應 曲線下降很快. 通常情況下,Fo越低,低頻性能越好. 5.諧波失真諧波失真：是由振幅非線性引起的一種失真，當輸入某一頻率的信號時， 在輸出信號中除了原輸入信號外，還出現(xiàn)有二倍于，三倍于 基波頻率的信號，稱為諧波，這種現(xiàn)象就是諧波失真。 RCV/SPK的THD越小

15、，其對原信號的再現(xiàn)性越好。 6.6.額定、最大輸入功率（額定、最大輸入功率（Rated/Max input powerRated/Max input power） 額定功率額定功率：是指受話器能長期正常工作的電功率。 試驗條件試驗條件：White Noise(EIA Filter) for 96h; Sine Wave for 96h (sweep from 100Hz to 10kHz,sweep time : 5 seconds) 最大功率最大功率：揚聲器在短時間內(nèi)不會被破壞的功率，揚聲器雖然不會 被損壞，但音質(zhì)無法保證。 試驗條件試驗條件：Short term-White Noise/1

16、 second on then 1 minute off for 60 cycles Long term-White Noise /1minute on then 2 minutes off for 10 cycles 對于受話器的功率實驗信號，各個廠家標準不同，主要以以下 幾種為主： 普通白噪聲普通白噪聲 普通白噪聲.wav 信號振幅變化小，受話器振膜振幅小，能量主要變?yōu)闊崮埽?主要考察受話器的耐熱性，對音圈、粘音圈膠水的有較強的破壞力。 一般來說，功率較小的Receiver較容易通過此實驗，而 Speaker由于功率較大，發(fā)熱較多，不太容易通過此實驗。 正弦波正弦波 正弦波.wav 信號振

17、幅大，能使受話器振膜做大幅度的振動，能量轉(zhuǎn)化為動 能較多，相對白噪聲信號發(fā)熱量小，著重考察受話器本身的機械強度。 一般來說，Speaker由于音圈線粗，機械強度大，容易通過，而 Receiver音圈線徑細，容易出現(xiàn)引線斷等不良。 EIAEIA白噪聲白噪聲 EIA白噪聲.wav 集中了普通正弦波和白噪聲的特點，能量較均勻分布，且有較大 振幅波動。能綜合考察受話器的機械性能和抗熱性能，一些國外同行， 將此信號作為受話器功率實驗的標準信號。 粉紅噪聲粉紅噪聲 粉紅噪聲.wav 噪聲信號的一種，與普通白噪聲信號相比，能量主要集中在低頻， 能突出考察受話器的低頻機械強度及抗熱性。 1、從吸塑包裝中取用時小心，盡量不要用鑷子等尖銳器具夾取，易 對產(chǎn)品造成損傷，建議用磁棒吸取； 振膜容易損傷 2、產(chǎn)品取出后，不要吸附在一起。否則容易導致焊線或者彈片戳傷 振膜，也容易造成泡棉受傷破損，導致彈性下降，造成產(chǎn)品整體 抗振性能減弱。 3、裝配時，稍微用力壓產(chǎn)品，使雙面膠與機殼面粘合。不要過于用 力，否則容易導致前蓋變形，產(chǎn)品出現(xiàn)嚴重雜音。 盡量一次裝配到位，重復多次裝配容易導致泡棉撕裂或者雙面膠 粘性變差，影響整機音頻效果。 4、不要損傷受話器引線保護膠，否則容易導致受話器斷線不良； 5、焊線式受話器錫頭不宜過長，以1.5毫米為宜，錫頭過長容易折 斷