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)聲器的評價原則4.4手機(jī)聲腔設(shè)計4.4.1手機(jī)的聲腔設(shè)計的組成4.4.2音腔設(shè)計原則：4.4.3音腔設(shè)計對手機(jī)鈴聲的影響1）后聲腔對鈴聲的影響2）前聲腔對聲音的影響3）出聲孔對聲音的影響4）后聲腔密閉性對聲音的影響5）防塵網(wǎng)對聲音的影響4.4.4手機(jī)揚(yáng)聲器腔體設(shè)計的頻率響應(yīng)分析1）腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計實(shí)例12）腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計實(shí)例23）腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計實(shí)例34）3種腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計對比和討論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)驗方式也越來越多樣、越嚴(yán)格(相對于其他電聲類產(chǎn)品)。同時手機(jī)揚(yáng)聲器的設(shè)計，也與其他微型揚(yáng)聲器的設(shè)計慢慢拉開距離，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)計構(gòu)思來自在它前面出現(xiàn)的微型揚(yáng)聲器，但隨著手機(jī)行業(yè)的擴(kuò)大和設(shè)計要求的獨(dú)特性，其已在微型揚(yáng)聲器分類中形成一個獨(dú)立的類型。

手機(jī)中常見的聲學(xué)元件主要有:受話器/聽筒（Receiver）揚(yáng)聲器/喇叭（Speaker）送話器(Transmitter)4.1.1受話器/聽筒而現(xiàn)今手機(jī)上用的手機(jī)受話器都是動圈式受話器。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有變，即用來重放通信設(shè)備中的語音信號，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音信號，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/聽筒圖4.1.3為男女平均聲功率頻譜圖，即人語音的動態(tài)范圍內(nèi)頻寬窄。經(jīng)過實(shí)驗對比選擇300-3400Hz,通話的清晰度與最大值接近(即相對窄的頻段內(nèi)保持高質(zhì)量的通話質(zhì)量)。電動式受話器發(fā)聲原理帶有電流的導(dǎo)線切割磁力線，會受到磁場的作用力。導(dǎo)線在磁場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)線長度，i為電流電動式受話器發(fā)聲原理音圈在磁場中的受力情況如圖a所示。中間是圓柱形的N級，外環(huán)為S級，磁場B的方向由N級至S級，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，則拇指所指方向為音圈受力的方向，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SPK.的振動系統(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電壓后，產(chǎn)生電流，音圈切割磁力線，產(chǎn)生作用力。帶動振膜一起運(yùn)動，振膜策動空氣發(fā)出相應(yīng)的聲音整個過程為：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.通過一定距離被人耳接聽，RCV.直接被人耳接聽。SPK.的工作范圍寬，涉及音樂范疇，RCV.的工作范圍為人聲語音。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.只在一個位置。饋入信號與發(fā)出聲音的對應(yīng)磁場恒定，音圈受到的電動力隨著電流強(qiáng)度和方向的變化而變化音圈在磁間隙中來回振動，其振動周期等于輸入電流的周期，振動的幅度則正比于各瞬時作用的電流強(qiáng)弱音圈有規(guī)則的帶動振膜一起振動，策動空氣發(fā)出與饋入信號相對應(yīng)的聲音手機(jī)受話器的設(shè)計一般在比較2個同樣外觀尺寸手機(jī)受話器的性能優(yōu)劣的時候，下面3個客觀量起主導(dǎo)作用，其電聲性能的設(shè)計就應(yīng)圍繞這3個量進(jìn)行。 一、低頻的量感 二、功率靈敏度級 三、失真一、低頻的量感低頻的量感多，對手機(jī)受話器安裝和使用時耦合不良帶來的低音損耗，起到一定的補(bǔ)償作用。在單體的測試上如對手機(jī)受話器施加的壓力不當(dāng)(一般是壓力太小)，此時手機(jī)受話器與測試耦合腔有聲泄漏，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，也會因不能完全耦合而造成低頻的損耗(人們在使用手機(jī)或固定電話時聽不到對方講話，就會使手機(jī)或固定電話聽筒更接近耳朵來達(dá)到能聽到對方講話的目的，這樣其中一個益處就是減小耦合時的聲泄漏)。二、功率靈敏度級對功率靈敏度級的追求主要體現(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，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，同時要使振動質(zhì)量盡量小。減小振動系統(tǒng)的質(zhì)量最簡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候，設(shè)計就出現(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)計中音圈和磁路的設(shè)計是聯(lián)系得最緊密的，一個“好”的磁路需要一個“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)來表述，其主要成因是振動系統(tǒng)的非線性。失真問題一直是困擾國內(nèi)微型揚(yáng)聲器界的一大問題。同樣它也是衡量手機(jī)受話器好壞的一個量，雖然國內(nèi)很多手機(jī)設(shè)計和生產(chǎn)的公司不太注重手機(jī)受話器的失真，但其對手機(jī)受話器生產(chǎn)廠家的設(shè)計能力和生產(chǎn)工藝是個很大的考驗。雖然受話器的功率也是一個客觀參數(shù)，也有一些公司把它看作受話器的一個“特色賣點(diǎn)”，那不應(yīng)是“特色”，只是“賣點(diǎn)”。以上對手機(jī)受話器的評述只是對手機(jī)受話器單體本身。具體手機(jī)受話器的3個重要參數(shù)的設(shè)計，應(yīng)考慮手機(jī)音頻測試的需求(因為很多時候同一個手機(jī)受話器，用于不同的手機(jī)會有完全不同的客戶反饋)，即要考慮手機(jī)受話器裝到手機(jī)后的手機(jī)音頻測試，以求滿足測試要求。動圈式受話器基本結(jié)構(gòu)（外磁式）磁體導(dǎo)磁材料后蓋阻尼材料膠墊助聽線圈振膜前蓋音圈焊片（引出端子）動圈式受話器基本結(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，受話器所產(chǎn)生的耦合于仿真耳中的聲壓值。測試時受話器上應(yīng)施加4至5N的力，使受話器與仿真耳之間無聲泄露模擬人耳的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備來替代真實(shí)的人耳，常用的有IEC318仿真耳，NBS-PA仿真耳及布郎耳等。不同的仿真耳測得的受話器靈敏度是不一樣的。動圈式受話器主要參數(shù)三、頻率響應(yīng)靈敏度對頻率的依賴關(guān)系，一般用曲線表示。原則：

◆要求曲線平坦，低頻、高頻均不可過高。

◆若低頻低，則聲音不發(fā)悶；

◆若高頻低，則可降低刺聲。動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、額定阻抗動圈式受話器主要參數(shù)額定阻抗的測試方法：用替代法進(jìn)行，饋給揚(yáng)聲器的電流通常選用

50mA±10%，測量原理圖如右

聲頻信號發(fā)生器有效值電壓表RsSPRk動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)第一個阻抗極大值時所對應(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量，現(xiàn)在的數(shù)字式電聲測試系統(tǒng)都是采用恒壓法一次性測試同時得到阻抗曲線及共振頻率?0五、額定共振頻率動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)就是用曲線來表示揚(yáng)聲器的輸出聲壓級與頻率之間的關(guān)系，這個曲線通常是在自由聲場條件或半空間自由聲場條件下測得的。信號源可用正弦信號或1/3oct的窄帶噪聲信號測試，測試頻率至少應(yīng)覆蓋揚(yáng)聲器的有效頻率范圍

。

何謂自由聲場：只有直達(dá)聲而沒有反射聲的聲場。用以形成自由聲場的實(shí)驗室稱為消聲室（無響室）。動圈式受話器主要參數(shù)測試方法：用正弦信號測的頻響曲線圖（如下）動圈式受話器主要參數(shù)七、額定特性靈敏度級

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

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

當(dāng)饋給揚(yáng)聲器電信號快速變化時，其振動系統(tǒng)不能及時變化而產(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時，信號振幅不能再保持原信號中的比例關(guān)系?？捎深l響曲線查出。

非線形失真：揚(yáng)聲器重放聲信號中出現(xiàn)輸入電信號中所沒有的頻率成分。動圈式受話器主要參數(shù)九、額定噪聲功率也可稱為功率承受能力。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，在一定時間內(nèi)不產(chǎn)生熱和機(jī)械損壞的噪聲功率。一般的試驗條件為白噪聲信號經(jīng)帶通濾波器后通過功率放大器接到揚(yáng)聲器上，試驗的時間要求為100小時。4.1.2傳聲器(Transmitter)①定義：將聲信號轉(zhuǎn)換為電信號的換能器。②分類 按換能原理分：動圈式傳聲器，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，無線傳聲器。 按輸出阻抗分類：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：在自由聲場中，當(dāng)向傳聲器施加一個聲壓為1帕（Pa)或1微巴（unbar)的聲信號時，傳聲器的開路輸出（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)的地方測量所得到的聲壓。靈敏度的單位為：

毫伏/帕（mv／Pa)——國際標(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):

指傳聲器在一定聲壓作用下，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，但有時經(jīng)?？紤]提高拾音的明亮度和清晰度，又些時候應(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:

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，則該聲波的電壓級就等于傳聲器的等效噪聲級。固有噪聲引起的額定等效聲壓是開路輸出電壓與額定自由場靈敏度之比，等效噪聲級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有聲波作用到傳聲器時，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。駐極體傳聲器重要參數(shù)即:

Ln=20

㏒()VnM×PoLn:傳聲器等效噪聲級Vn:噪聲電壓（A計權(quán)）（uV）M：自由場靈敏度（Mv/Pa）Po:（參考聲壓）2×pow(10,-5)Pa例：一電容傳聲器測量數(shù)據(jù)為：靈敏度：＝10mv／Pa固有噪聲電壓（A計權(quán)）：10uV則：等效噪聲級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計權(quán)）之比。一般用dB值表示。

S／N=20㏒例：一動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等效噪聲級與信噪比的關(guān)系：根據(jù)等效噪聲級公式推導(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，等效噪聲級就越小。專業(yè)傳聲器要求等效噪聲級小于26dB。電容傳聲器因使用場效應(yīng)管及放大電路，存在電路噪聲，所以其等效噪聲級較大。動圈傳聲器內(nèi)阻很小，又是無源的，所以等效噪聲級較小。有些廠家采用信噪比作為此項指標(biāo)，是以1Pa（即94dB）的聲壓級為基準(zhǔn)與該傳聲器等效噪聲級之差，即為其信噪比指標(biāo)，一般專業(yè)電容傳聲器的信噪比約為68～72dB，專業(yè)動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、動態(tài)范圍:傳聲器動態(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與絕對安靜條件下傳聲器的等效噪聲級之差。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。動態(tài)范圍太小會引起聲音失真，音質(zhì)變壞，所以要求傳聲器有足夠大的動態(tài)范圍。高保真?zhèn)髀暺鞯淖畲舐晧杭壴谥C波失真0.5％時，要求達(dá)到114dB。若等效噪聲級為25dB，則動態(tài)范圍約為90dB。專業(yè)傳聲器對噪聲問題解決的很好，其下限可以做到20dB，上限可達(dá)到140～160dB。因此，專業(yè)傳聲器動態(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時測得。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信號不失真，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的傳聲器靈敏度與聲波軸向入射時的靈敏度的比值來表征其特性。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電壓的諧波數(shù)量和輸入的音頻信號的諧波數(shù)量發(fā)生了變化。頻率失真：是指輸出的音頻信號電壓的諧波數(shù)量和輸入的音頻信號的諧波數(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時，膜片極板之間的電容量就發(fā)生變化。與此同時，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。聲信號較弱時，極頭輸出的電信號遠(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，因而不會影響傳輸系數(shù)。當(dāng)聲信號較大時，極頭輸出的電壓接近或超過二極管的正向?qū)妷?，二極管兩極間的阻抗值降低，也即場效應(yīng)管輸入阻抗下降，與信號源內(nèi)阻分壓所得的輸入電壓小于場效應(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轉(zhuǎn)換成聲信號的換能器件，俗稱喇叭。揚(yáng)聲器按換能機(jī)理和結(jié)構(gòu)分：電動式、電容式、壓電式、電磁式、電離子式和氣動式揚(yáng)聲器等．電動式式揚(yáng)聲器在筆記本各類揚(yáng)聲器中，應(yīng)用最多最廣泛。手機(jī)揚(yáng)聲器，其準(zhǔn)確的名稱為“手機(jī)和弦揚(yáng)聲器”，其發(fā)聲的原理也是動圈式。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）電動式揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)揚(yáng)聲器分解為：磁路系統(tǒng)，振動系統(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)載流體通過磁場時，會受到一電動力其方向符合弗來明左手法則，力與電流、磁場方向互相垂直，受力大小與電流、導(dǎo)線長度、 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)計也與手機(jī)的裝配和設(shè)計密切相關(guān)。一個好的手機(jī)揚(yáng)聲器在設(shè)計上主要以高聲壓級(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)，對其好與壞的客觀量化評價也以這些為參考基準(zhǔn)。4.1.3揚(yáng)聲器高聲壓級在高聲壓級的設(shè)計時必須先要區(qū)別聲壓級和功率的概念。通常人們所說的手機(jī)揚(yáng)聲器“響”多是指其聲壓級高；而功率主要是來說明：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)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)聲器的聲壓級會增加近3dB，但是決不能單一地說揚(yáng)聲器“響”就是功率大或功率大就是“響”。其設(shè)計思路和上面的手機(jī)受話器的設(shè)計一樣(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)計方式來看高聲壓級意味著成本的增加。4.1.3揚(yáng)聲器高聲壓級

設(shè)計時主要的特色是雙磁路，以增加磁鐵的用量來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(如減小振動系統(tǒng)的振動質(zhì)量，或通過其他部件的改動來影響頻響曲線的某一頻段聲壓級)，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的方式。減小磁路的氣隙來提高磁通密度也是提高聲壓級的方式之一，但必須考慮工藝的可行性。另在聲壓級的標(biāo)稱上行業(yè)內(nèi)有2種方式：定點(diǎn)(取某一頻點(diǎn)的聲壓級：通常取1000Hz點(diǎn))和均點(diǎn)(取某幾個頻點(diǎn)聲壓級的平均值)。所以在聲壓級的對比上應(yīng)加以注意：在一定條件下對2個手機(jī)揚(yáng)聲器的“響”（聽感上)，還是應(yīng)考慮一個整體曲線的對比(不能忽略手機(jī)揚(yáng)聲器單體某些頻段對聲音聽感的影響)和手機(jī)揚(yáng)聲器的安裝腔體對曲線和聲音聽感的影響。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控制。諧振頻率設(shè)計從最基本的理論公式看，主要是由振動質(zhì)量和順性來決定的。振動質(zhì)量主要是由音圈、黏結(jié)的膠水(振動部分)、振動膜片和其他部件產(chǎn)生的聲質(zhì)量組成，因振動質(zhì)量對聲壓級有影響，質(zhì)量的增加會降低聲壓級(效率)。所以不能靠單純地增重來降低諧振頻率。順性主要由膜片順性和膜片前,后氣腔的空氣的順性來決定(對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)電路音頻信號輸出曲線4.1.3揚(yáng)聲器大頻寬另外，很多樂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，對整個手機(jī)音樂的重放音質(zhì)的提高將起到顯著作用?，F(xiàn)在電路信號輸出頻寬不是問題，主要是手機(jī)揚(yáng)聲器的有效重放頻寬的問題。雖然現(xiàn)在有在手機(jī)上再加一個手機(jī)揚(yáng)聲器作為低音揚(yáng)聲器來豐富低頻量感，但是這樣會帶來手機(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題，很多手機(jī)在設(shè)計時還常把10kHz以后部分的信號進(jìn)行濾波(即不要高頻部分)，但其實(shí)很多時候，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部分分開來看：一是手機(jī)電路部分、二是手機(jī)腔體的設(shè)計部分、三是手機(jī)揚(yáng)聲器單體的設(shè)計部分。但不管怎樣其高頻對手機(jī)揚(yáng)聲器的聽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)計上，既可以通過對膜片的中心部分的設(shè)計也可以通過對手機(jī)揚(yáng)聲器的面蓋設(shè)計來對高頻部分進(jìn)行必要的修改。在對低頻擴(kuò)展時也需考慮工藝對它的影響。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)聲器從上面的對比曲線可以看到生產(chǎn)工藝對曲線的影響，雖然實(shí)際生產(chǎn)時可能影響沒有這么大，但一般對諧振頻率產(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，此時要考慮到各個生產(chǎn)因素對產(chǎn)品性能和電聲參數(shù)的影響。圖4.1.28生產(chǎn)工藝對頻響曲線的影響圖4.1.29生產(chǎn)工藝對阻抗曲線的影響

4.1.3揚(yáng)聲器大功率手機(jī)揚(yáng)聲器大功率設(shè)計，首先要明白大功率設(shè)計的內(nèi)在意義。在聲學(xué)樓論壇設(shè)計室耳機(jī)、受話器設(shè)計區(qū)()上很多人參加了討論，有人反對，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)計主要是針對機(jī)械損壞和熱損壞來設(shè)計的，這就要求設(shè)計人員對微型揚(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?，F(xiàn)行的大功率所面對的難題主要還是材料的問題。4.1.3揚(yáng)聲器大功率

大功率的設(shè)計可用“水桶原理”來概述，即設(shè)計成不成功取決于某一部件的最低性能。大功率的設(shè)計也不可盲目追求，要跟手機(jī)的音頻設(shè)計相配套，否則就會造成不必要的成本增加。不能說大功率的設(shè)計一定是好或壞(這要配合手機(jī)的音頻設(shè)計來定)，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增加該款手機(jī)揚(yáng)聲器的可靠性.同時大功率的設(shè)計也能考驗一個公司的設(shè)計能力和工藝水平。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)格書上單獨(dú)地標(biāo)有一種白噪聲信號的0.8W(2.53V)與標(biāo)注2種信號（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種類和試驗類型越多，試驗本身的可參考性越大，一般情況下各個手機(jī)揚(yáng)聲器生產(chǎn)廠家都只標(biāo)注一種信號（白噪聲96h)實(shí)驗功率。

4.1.3揚(yáng)聲器失真

對于手機(jī)揚(yáng)聲器的失真，其成因和設(shè)計上的控制跟手機(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比(測試條件0.5W/5cm樟板測試)。4.1.3揚(yáng)聲器小體積

對手機(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)常把這類的手機(jī)揚(yáng)聲器稱為“超薄手機(jī)揚(yáng)聲器”，其單體高度一般不超過3.0mm(一般手機(jī)揚(yáng)聲器單體高度在3.0mm以上)。在設(shè)計上，其特色是雙磁路設(shè)計，這樣對磁鐵的尺寸公差和磁鐵的性能標(biāo)號要求就顯得比較特別，且有時在磁路的安裝上也對生產(chǎn)工藝提出了更高的要求。同時其音圈和振動膜片設(shè)計也結(jié)合磁路做了相應(yīng)的設(shè)計，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)聲器測試在手機(jī)揚(yáng)聲器的測試上有兩種測試安裝方式：障板測試、箱體測試(分別將手機(jī)揚(yáng)聲器安裝在測試板和測試箱上)。圖4.1.31為業(yè)內(nèi)兩家手機(jī)揚(yáng)聲器廠家兩種測試方式示意圖；按圖4.1.31障板尺寸可以測量350Hz以上的頻率。使用障板或箱體來測試主要是避免聲短路對低頻測量的影響，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振膜振動時，其前后都會有聲波產(chǎn)生，且聲波相位剛好相反，由于低頻之指向性超過180度，接近無指向性，因此當(dāng)聲波向外成環(huán)狀擴(kuò)散時，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SPK&RCV的意義1、腔體和gasket的目的是為了隔開前后聲波，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)對于鈴聲的各個方面影響都很大。其靈敏度對于鈴聲的大小，其低頻性能對于鈴聲的低音效果，其失真度大小對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的失真度和電壓對于鈴聲的影響主要在于是否會出現(xiàn)雜音。例如，當(dāng)輸出信號的失真度超過10％時，鈴聲就會出現(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，輸出電壓過大，導(dǎo)致?lián)P聲器在某一頻段出現(xiàn)較大失真，同樣會產(chǎn)生雜音。MIDI選曲對鈴聲的音質(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，會導(dǎo)致MIDI音樂出現(xiàn)較大的變音，影響聽感?？傊徛曇糍|(zhì)的改善需要以上四個方面共同配合與提高，才能取得比較好的效果。4.3揚(yáng)聲器的評價原則揚(yáng)聲器的品質(zhì)特性對手機(jī)鈴聲優(yōu)劣起著決定性作用。在同一個聲腔、同樣的音源情況下，不同性能的揚(yáng)聲器在音質(zhì)、音量上會有較大的差異。因此選擇一個合適的揚(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、失真度和壽命三個方面進(jìn)行評價。

頻響曲線反映了揚(yáng)聲器在整個頻域內(nèi)的響應(yīng)特性，是最重要的評價標(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，都認(rèn)為在可接受的范圍內(nèi)。

壽命反映了揚(yáng)聲器的有效工作時間。4.3揚(yáng)聲器的評價原則由于頻響曲線是圖形，包含信息很多，為了便于比較，主要從四個方面進(jìn)行評價：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4.4.1手機(jī)的聲腔設(shè)計的組成4.4.2音腔設(shè)計原則4.4.3音腔設(shè)計對手機(jī)鈴聲的影響4.4.4手機(jī)揚(yáng)聲器腔體設(shè)計的頻率響應(yīng)分析4.4.1手機(jī)的聲腔設(shè)計的組成

手機(jī)的聲腔設(shè)計主要包括前聲腔、后聲腔、出聲孔、密閉性、防塵網(wǎng)五個方面，如下圖4.4.1所示：4.4.2音腔設(shè)計原則1、前腔臺階+EVA墊圈后，總高度H不超過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、加開側(cè)孔后，可以降低低頻的頻響6、開孔的大小不變，改變腔體的厚度頻響曲線會發(fā)生平移，由厚改薄頻響向右移動。4.4.3音腔設(shè)計對手機(jī)鈴聲的影響1）后聲腔對鈴聲的影響后聲腔主要影響鈴聲的低頻部分，對高頻部分影響則較小。鈴聲的低頻部分對音質(zhì)影響很大，低頻波峰越靠左，低音就越突出，主觀上會覺得鈴聲比較悅耳。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不斷向左移動，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，它對低頻的改善程度會急劇下降，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，其低頻性能也只能接近，而無法超過單體的低頻性能。4.4.3音腔設(shè)計對手機(jī)鈴聲的影響1）后聲腔對鈴聲的影響

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，其變化對低頻性能影響很大。4.4.3音腔設(shè)計對手機(jī)鈴聲的影響1）后聲腔對鈴聲的影響

4.4.3音腔設(shè)計對手機(jī)鈴聲的影響2）前聲腔對聲音的影響前聲腔對低頻段影響不大，主要影響手機(jī)鈴聲的高頻部分。隨著前聲腔容積的增大，高頻波峰會往不斷左移動，高頻諧振點(diǎn)會越來越低。高頻諧振點(diǎn)變化的對數(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)變化的對數(shù)值。4.4.3音腔設(shè)計對手機(jī)鈴聲的影響2）前聲腔對聲音的影響

前聲腔太大或太小對聲音都會產(chǎn)生不利的影響。同時，由于出聲孔面積對高頻也有較大的影響，因此設(shè)計前聲腔時，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)前聲腔過小時，還會造成一個問題，即出聲孔的位置對高頻的影響程度急劇增加，可能會給外觀設(shè)計造成一定的困難。

綜上所述，結(jié)合手機(jī)設(shè)計的實(shí)際情況，前聲腔設(shè)計時，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)計對手機(jī)鈴聲的影響3）出聲孔對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）對聲音影響很大，而且開孔的位置、分布是否均勻?qū)β曇粢灿幸欢ǖ挠绊?，其程度與前聲腔容積有很大關(guān)系。一般情況下，前聲腔越大，開孔的位置、分布對聲音的影響程度就越小。出聲孔的面積對頻響曲線的各個頻段都有影響，在不同條件下，對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，整個頻響曲線的SPL值會急劇下降，即鈴聲的聲強(qiáng)損失很大，這在手機(jī)設(shè)計中是必須禁止的。當(dāng)出聲孔面積大于一定閾值時，隨著面積增大，高頻波峰、低頻波峰都會向右移動，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，對低頻性能影響不大。4.4.3音腔設(shè)計對手機(jī)鈴聲的影響3）出聲孔對聲音的影響

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，隨著面積增大，高頻波峰、低頻波峰都會向右移動，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，對低頻性能影響不大。4.4.3音腔設(shè)計對手機(jī)鈴聲的影響4）后聲腔密閉性對聲音的影響后聲腔是否有效的密閉對聲音的低頻部分影響很大，當(dāng)后聲腔出現(xiàn)泄漏時，低頻會出現(xiàn)衰減，對音質(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)計對手機(jī)鈴聲的影響4）后聲腔密閉性對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)計時，應(yīng)盡可能保證后聲腔的密閉，否則可能會嚴(yán)重影響音質(zhì)。。4.4.3音腔設(shè)計對手機(jī)鈴聲的影響5）防塵網(wǎng)對聲音的影響

相比于其他幾個因素，防塵網(wǎng)對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，其中對低頻峰值影響較大。防塵網(wǎng)對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＃～350＃之間，它們的聲阻值都比較小，基本上在10Ω以下，對聲音的影響很小，所以一般采用揚(yáng)聲器廠家提供的防塵網(wǎng)差異不會非常大。因此從防塵和聲阻兩個方面綜合考慮，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，一些文獻(xiàn)中針對腔體結(jié)構(gòu)對手機(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)對手機(jī)揚(yáng)聲器的頻響特性的影響，并加以實(shí)驗驗證。通過與相同容積的簡單結(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)計建議。4.4.4手機(jī)揚(yáng)聲器腔體設(shè)計的頻率響應(yīng)分析4.4.4手機(jī)揚(yáng)聲器腔體設(shè)計的頻率響應(yīng)分析1）腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計實(shí)例12）腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計實(shí)例23）腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計實(shí)例34）3種腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計對比和討論4.4.3音腔設(shè)計對手機(jī)鈴聲的影響1）腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計實(shí)例1通過在揚(yáng)聲器后腔壁上開孔的方法相當(dāng)于安裝1個倒相管，來增強(qiáng)低頻段的響應(yīng)。對于實(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。圖是一個簡化的實(shí)物模型示意圖。揚(yáng)聲器安裝在1個規(guī)則長方體內(nèi)尺寸為2.4cmx3.5cmx6.4cm，側(cè)辟開孔半徑為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給出了在低頻段時該系統(tǒng)的聲學(xué)等效線路圖。4.4.3音腔設(shè)計對手機(jī)鈴聲的影響1）腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計實(shí)例1在圖4.4.8中，左邊部分為電系統(tǒng)(低頻時忽略音圈電感部分的影響)，為信號源電動勢,是音圈直流阻(信號源內(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)線長度;中間部分為機(jī)械系統(tǒng)，主要由揚(yáng)聲器振動系統(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)辟開孔的等效聲阻和等效聲質(zhì)量。

4.4.3音腔設(shè)計對手機(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)辟開孔有效半徑;為孔厚度，為空氣的粘滯率；在20℃及76mmHg時，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)的聲壓級為：4.4.3音腔設(shè)計對手機(jī)鈴聲的影響1）腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計實(shí)例1將1個具有相同后腔容積的簡單結(jié)構(gòu)(側(cè)壁不開孔)，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，距離揚(yáng)聲器30cm處的頻響曲線比較，其中不開孔(模擬值)為簡單結(jié)構(gòu)。

4.4.3音腔設(shè)計對手機(jī)鈴聲的影響1）腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計實(shí)例1從圖4.4.9中可看到，實(shí)例1中開孔的頻響曲線模擬值和實(shí)驗值符合得較好。通過側(cè)辟開孔與不開孔的模擬值對比可看出，當(dāng)在側(cè)辟開孔以后，開孔與后腔實(shí)際上形成了1個Helmholtz共鳴器，其共振頻率為根據(jù)上式計算出的頻率為484Hz。當(dāng)在側(cè)壁開孔后，提升了500Hz附近頻段的響應(yīng)；同時系統(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孔衍射出來，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，適當(dāng)調(diào)整開孔口徑和厚度，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)計對手機(jī)鈴聲的影響2）腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計實(shí)例2通過在揚(yáng)聲器振膜前面設(shè)置1個共振腔結(jié)構(gòu)來改善中頻段的響應(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，只能通過一些腔體和管道連接到機(jī)殼上的開口再向外輻射，該設(shè)計即考慮了上述問題。同樣按其設(shè)計思路，做出1個簡化的實(shí)物模型，其示意圖如圖4.4.10所示。揚(yáng)聲器安裝在1個容積為20cm3的規(guī)則長方體內(nèi)，振膜前有1個容積為1.72cm3的圓柱形空腔，其側(cè)面連接1個長為1.9cm、截面積為20mm2的細(xì)管道。4.4.3音腔設(shè)計對手機(jī)鈴聲的影響2）腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計實(shí)例2圖4.4.11給出了在低頻段時該系統(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)計對手機(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。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，可求出開口處的體積速度Uo，則距離開口r處的聲壓幅值為相應(yīng)的聲壓級為：4.4.3音腔設(shè)計對手機(jī)鈴聲的影響2）腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計實(shí)例2將1個具有相同后腔容積的簡單結(jié)構(gòu)（無前腔，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，距離開口30cm處的頻響曲線比較。

4.4.3音腔設(shè)計對手機(jī)鈴聲的影響2）腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計實(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)驗值的趨勢符合得較好。在1.7kHz附近的峰值處，模擬值比實(shí)驗值偏大，這可能是由于細(xì)管的阻尼模擬不準(zhǔn)造成的。通過有前腔和無前腔系統(tǒng)的模擬值對比可以看出，裝有前腔以后，低頻共振頻率降低了。此時系統(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)在低頻時的總聲質(zhì)量大于無前腔系統(tǒng)的總聲質(zhì)量，因而共振頻率降低。根據(jù)式（4-15）計算出的頻率為437Hz。

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

根據(jù)（4-16）式計算出的頻率為1.25kHz，此時系統(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。通過調(diào)整前腔的容積、側(cè)面短管的長度以及截面積，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CAf元件可看成短路，導(dǎo)致開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)計對手機(jī)鈴聲的影響3）腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計實(shí)例3通過在揚(yáng)聲器后腔的分隔來同時改善低頻和中頻段的響應(yīng)。該設(shè)計對揚(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)起來有一定難度。同樣按其設(shè)計思路，做出1個簡化的實(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)計對手機(jī)鈴聲的影響3）腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計實(shí)例3圖4.4.14給出了在低頻段時該系統(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)計對手機(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。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)的聲壓級為：4.4.3音腔設(shè)計對手機(jī)鈴聲的影響3）腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計實(shí)例3將1個具有相同后腔容積的簡單結(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，距離揚(yáng)聲器30cm處的頻響曲線比較。

4.4.3音腔設(shè)計對手機(jī)鈴聲的影響3）腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計實(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)驗值的趨勢符合得較好，但在共振峰谷的幅值有一些差異，這同樣可能是實(shí)際情況中的阻尼無法準(zhǔn)確模擬造成的。通過單腔和雙腔系統(tǒng)的模擬值對比可看出，2種結(jié)構(gòu)在低頻時的響應(yīng)比較接近；采用這種設(shè)計的目的之一是為了在2個小腔體之間插入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，系統(tǒng)的