《手機(jī)電聲學(xué)》課件

手機(jī)電聲學(xué)手機(jī)電聲學(xué)是研究聲音在手機(jī)內(nèi)部傳播和轉(zhuǎn)換的學(xué)科，涉及聲音的產(chǎn)生、傳輸、接收和感知等方面的知識(shí)。了解手機(jī)電聲學(xué)可以幫助我們更好地理解手機(jī)的音頻性能。課程背景和目標(biāo)移動(dòng)設(shè)備的普及智能手機(jī)已成為人們生活中不可或缺的一部分，各種應(yīng)用和功能都需要手機(jī)提供高質(zhì)量的音頻體驗(yàn)。電聲學(xué)的重要性了解手機(jī)電聲學(xué)原理，可以幫助我們更好地理解手機(jī)音頻系統(tǒng)的構(gòu)成和工作機(jī)制，設(shè)計(jì)出更加出色的音頻產(chǎn)品。聲音基礎(chǔ)知識(shí)回顧11.聲音的產(chǎn)生物體振動(dòng)產(chǎn)生聲波，聲波是機(jī)械波，需要介質(zhì)傳播。22.聲音的特性聲音的特性包括音調(diào)、響度和音色，分別與振動(dòng)頻率、振幅和波形有關(guān)。33.聲音的傳播聲波在空氣中以聲速傳播，聲速受溫度影響。44.聲音的反射聲波遇到障礙物會(huì)發(fā)生反射，產(chǎn)生回聲，這是手機(jī)音效設(shè)計(jì)的重要原理之一。人耳的聽覺系統(tǒng)人耳是聽覺的重要器官，主要由外耳、中耳和內(nèi)耳組成。外耳負(fù)責(zé)收集聲波，中耳負(fù)責(zé)將聲波傳導(dǎo)至內(nèi)耳，內(nèi)耳負(fù)責(zé)將聲波轉(zhuǎn)化為神經(jīng)信號(hào)。聲波的傳播機(jī)理聲波的產(chǎn)生聲波是由物體振動(dòng)產(chǎn)生的，振動(dòng)會(huì)引起周圍介質(zhì)的壓力變化，形成疏密相間的波。聲波的傳播聲波通過介質(zhì)（如空氣、水或固體）傳播，介質(zhì)的分子振動(dòng)并傳遞能量。聲波的特征聲波具有頻率、振幅和波速等特征，決定了聲音的音調(diào)、響度和傳播速度。聲波的反射和折射聲波在傳播過程中遇到障礙物會(huì)發(fā)生反射和折射，造成聲音的回聲和聲音方向的改變。揚(yáng)聲器的工作原理1電信號(hào)輸入音頻信號(hào)通過音頻放大器放大后，進(jìn)入揚(yáng)聲器的音圈。2音圈運(yùn)動(dòng)音圈中的電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，與揚(yáng)聲器磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互作用，推動(dòng)音圈振動(dòng)。3振動(dòng)膜共振音圈的振動(dòng)帶動(dòng)振動(dòng)膜振動(dòng)，振動(dòng)膜推動(dòng)空氣產(chǎn)生聲波，從而發(fā)出聲音。揚(yáng)聲器的設(shè)計(jì)參數(shù)頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)是指揚(yáng)聲器在不同頻率下的輸出聲壓水平，通常以圖形表示。靈敏度靈敏度是指揚(yáng)聲器在1瓦特功率輸入下，1米距離處的聲壓級(jí)，單位為分貝。阻抗阻抗是指揚(yáng)聲器對(duì)音頻信號(hào)的阻力，通常以歐姆為單位。功率容量功率容量是指揚(yáng)聲器所能承受的最大功率，單位為瓦特。揚(yáng)聲器常見類型動(dòng)圈式揚(yáng)聲器動(dòng)圈式揚(yáng)聲器是最常見的類型，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，聲音清晰，適合用于各種應(yīng)用場(chǎng)景。電容式揚(yáng)聲器電容式揚(yáng)聲器通常應(yīng)用于手機(jī)和耳機(jī)中，它可以產(chǎn)生更加清晰的高音，但功率較低。壓電式揚(yáng)聲器壓電式揚(yáng)聲器利用壓電效應(yīng)產(chǎn)生聲音，體積小巧，但音質(zhì)不如動(dòng)圈式揚(yáng)聲器。電磁式揚(yáng)聲器電磁式揚(yáng)聲器利用電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生聲音，聲音還原度高，但體積較大，成本高。電聲換能器的工作原理1輸入信號(hào)音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)2電磁轉(zhuǎn)換電信號(hào)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)膜3聲波產(chǎn)生振動(dòng)膜振動(dòng)產(chǎn)生聲波電聲換能器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲波。例如，手機(jī)揚(yáng)聲器將音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲波，讓用戶聽到聲音。電容式揚(yáng)聲器電容式揚(yáng)聲器是一種利用電場(chǎng)力驅(qū)動(dòng)薄膜振動(dòng)產(chǎn)生聲音的揚(yáng)聲器。電容式揚(yáng)聲器的工作原理是利用兩個(gè)電極板之間產(chǎn)生的電場(chǎng)力來驅(qū)動(dòng)薄膜振動(dòng)。當(dāng)電信號(hào)通過揚(yáng)聲器時(shí)，電極板之間的電場(chǎng)力會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致薄膜振動(dòng)并產(chǎn)生聲音。電容式揚(yáng)聲器通常用于小型電子設(shè)備中，例如手機(jī)、平板電腦和耳機(jī)。由于其尺寸小、重量輕、效率高，因此非常適合這類應(yīng)用。動(dòng)圈式揚(yáng)聲器動(dòng)圈式揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)由振膜、音圈、磁體、磁路組成。音圈放置在磁場(chǎng)中，通電后產(chǎn)生磁力，推動(dòng)振膜振動(dòng)。工作原理音頻信號(hào)經(jīng)過放大后，驅(qū)動(dòng)音圈產(chǎn)生電流。音圈在磁場(chǎng)中受到力的作用，推動(dòng)振膜振動(dòng)，發(fā)出聲音。壓電式揚(yáng)聲器壓電式揚(yáng)聲器利用壓電效應(yīng)工作。當(dāng)電信號(hào)施加到壓電材料上時(shí)，材料會(huì)發(fā)生形變，從而驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器振膜發(fā)出聲音。壓電式揚(yáng)聲器體積小、重量輕，適合應(yīng)用在手機(jī)等小型電子設(shè)備中。電磁式揚(yáng)聲器電磁式揚(yáng)聲器是一種古老的揚(yáng)聲器類型，其工作原理是利用磁場(chǎng)和電流的相互作用來推動(dòng)振膜發(fā)出聲音。電磁式揚(yáng)聲器通常體積較大，效率較低，但音質(zhì)清晰，適合用于高保真音響系統(tǒng)。揚(yáng)聲器箱體設(shè)計(jì)揚(yáng)聲器箱體是手機(jī)音質(zhì)的重要組成部分，影響著聲音的音色和音效。1箱體材質(zhì)影響聲音的傳播和音色2箱體形狀影響聲音的反射和音場(chǎng)3箱體體積影響低音的音效和響應(yīng)4箱體內(nèi)部結(jié)構(gòu)影響聲音的音質(zhì)和清晰度箱體設(shè)計(jì)需要綜合考慮聲音的傳播、反射、音場(chǎng)、低音表現(xiàn)等因素，確保揚(yáng)聲器能夠發(fā)揮最佳性能。閉箱揚(yáng)聲器密封箱體封閉的箱體設(shè)計(jì)，沒有開口或通風(fēng)孔?？梢蕴岣叩鸵粜Чp少聲音的失真。低音增強(qiáng)箱體內(nèi)部的空氣被壓縮，形成一個(gè)封閉的空間，可以增強(qiáng)低音頻率的聲音。聲音清晰封閉的箱體可以減少聲音的散射，使聲音更加集中和清晰。體積小巧封閉的箱體可以減少揚(yáng)聲器所需的體積，適合于小型手機(jī)使用。反射式揚(yáng)聲器原理反射式揚(yáng)聲器使用一個(gè)封閉的音箱，利用箱體內(nèi)部的反射來增強(qiáng)低音。揚(yáng)聲器發(fā)出的聲音在箱體內(nèi)部反射，形成聲波疊加，增強(qiáng)低頻效果。優(yōu)點(diǎn)反射式揚(yáng)聲器可以有效提升低音效果，使聲音更加渾厚、飽滿。與閉箱相比，反射式揚(yáng)聲器更能展現(xiàn)音樂的低頻細(xì)節(jié)，讓聲音更加生動(dòng)。低音炮設(shè)計(jì)低音增強(qiáng)低音炮通常用于增強(qiáng)低頻聲音，提供更強(qiáng)烈的低音效果。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)低音炮通常采用封閉箱體結(jié)構(gòu)，提高低音音效，增強(qiáng)低頻響應(yīng)。揚(yáng)聲器選擇低音炮通常使用較大尺寸的低音揚(yáng)聲器，以產(chǎn)生更大的低音振幅。功放電路低音炮需要專門的功放電路，提供足夠的功率驅(qū)動(dòng)低音揚(yáng)聲器。手機(jī)揚(yáng)聲器的噪音問題11.噪聲來源手機(jī)揚(yáng)聲器噪音來源多樣，包括電源噪聲、振動(dòng)噪聲和電磁干擾等。22.噪聲影響揚(yáng)聲器噪音會(huì)降低音質(zhì)，影響用戶體驗(yàn)，降低通話清晰度。33.噪聲控制可以通過使用高質(zhì)量元器件、優(yōu)化電路設(shè)計(jì)以及增加屏蔽層等方法來降低噪聲。手機(jī)振動(dòng)馬達(dá)振動(dòng)馬達(dá)手機(jī)振動(dòng)馬達(dá)是一種小型電動(dòng)機(jī)，用于產(chǎn)生振動(dòng)，作為手機(jī)鈴聲和通知的提醒。內(nèi)部結(jié)構(gòu)振動(dòng)馬達(dá)通常由一個(gè)偏心轉(zhuǎn)子、一個(gè)彈簧和一個(gè)外殼組成，當(dāng)電流通過線圈時(shí)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生振動(dòng)。種類振動(dòng)馬達(dá)可分為線性馬達(dá)和旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，線性馬達(dá)的振動(dòng)幅度更大，而旋轉(zhuǎn)馬達(dá)則更適合于小型手機(jī)。振動(dòng)馬達(dá)的工作原理1驅(qū)動(dòng)電路控制電流方向2電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)3磁鐵產(chǎn)生磁場(chǎng)4振動(dòng)盤產(chǎn)生振動(dòng)手機(jī)振動(dòng)馬達(dá)通過電磁感應(yīng)原理工作，當(dāng)電流通過線圈時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，與永久磁鐵的磁場(chǎng)相互作用，從而驅(qū)動(dòng)振動(dòng)盤振動(dòng)。振動(dòng)盤的振動(dòng)頻率取決于驅(qū)動(dòng)電路的控制和線圈的特性，而振動(dòng)強(qiáng)度則取決于電流的大小。振動(dòng)馬達(dá)的性能指標(biāo)振動(dòng)馬達(dá)性能指標(biāo)主要包括振動(dòng)頻率、振動(dòng)強(qiáng)度、振動(dòng)持續(xù)時(shí)間、噪音水平、功耗等。20Hz-1000Hz頻率范圍振動(dòng)頻率決定了振動(dòng)馬達(dá)產(chǎn)生的振動(dòng)頻率，不同的頻率會(huì)帶來不同的觸感體驗(yàn)。0.5g-2g振動(dòng)強(qiáng)度振動(dòng)強(qiáng)度是指振動(dòng)馬達(dá)產(chǎn)生的振動(dòng)加速度，決定了振動(dòng)強(qiáng)度的等級(jí)。10mA-50mA功耗振動(dòng)馬達(dá)的功耗與其工作模式和性能相關(guān)，低功耗可以延長(zhǎng)手機(jī)電池續(xù)航時(shí)間。手機(jī)接受器/話筒設(shè)計(jì)靈敏度話筒靈敏度越高，越能清晰地拾取聲音。頻率響應(yīng)影響聲音的清晰度和音質(zhì)。降噪性能抑制背景噪音，提升通話質(zhì)量。音頻處理通過數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，增強(qiáng)聲音質(zhì)量。接受器的工作原理1聲波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)接收器將聲波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)聲音的輸入。2聲波振動(dòng)膜片聲波到達(dá)接收器后，振動(dòng)膜片會(huì)隨之振動(dòng)。3電信號(hào)輸出振動(dòng)膜片的運(yùn)動(dòng)改變了電磁感應(yīng)強(qiáng)度，從而產(chǎn)生電信號(hào)。話筒的工作原理聲波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)話筒將聲波的振動(dòng)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，傳遞到手機(jī)的音頻處理電路。電容式話筒電容式話筒使用固定電極和可移動(dòng)電極，聲波振動(dòng)改變電極間距，進(jìn)而改變電容值。動(dòng)圈式話筒動(dòng)圈式話筒利用聲波振動(dòng)線圈，線圈在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而將聲波轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。數(shù)字話筒數(shù)字話筒直接將聲波轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，減少信號(hào)傳輸過程中的失真，提高音質(zhì)。手機(jī)音頻信號(hào)處理1數(shù)字信號(hào)處理模擬信號(hào)數(shù)字化2均衡提升音頻質(zhì)量3降噪消除背景噪聲4混響增強(qiáng)立體感音頻信號(hào)處理步驟包括數(shù)字信號(hào)處理、均衡、降噪和混響。數(shù)字信號(hào)處理將模擬音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，方便后續(xù)處理。均衡可以提升聲音質(zhì)量，例如提升低音或高音。降噪可以消除背景噪聲，提升聲音清晰度。混響可以增強(qiáng)立體感，讓聲音更具空間感。手機(jī)音頻codec11.音頻數(shù)據(jù)壓縮codec負(fù)責(zé)壓縮和解壓縮音頻數(shù)據(jù)，降低數(shù)據(jù)量，減少存儲(chǔ)空間和傳輸帶寬。22.音頻格式轉(zhuǎn)換不同的音頻格式具有不同的編碼方式，codec可以進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，確保音頻信號(hào)在不同設(shè)備之間兼容。33.音頻質(zhì)量控制codec通過調(diào)整壓縮參數(shù)，控制音頻質(zhì)量和文件大小之間的平衡。44.音頻信號(hào)處理codec可以進(jìn)行噪聲抑制、回聲消除等音頻信號(hào)處理，改善音頻質(zhì)量。手機(jī)音頻放大電路音頻放大電路音頻放大電路用于增強(qiáng)手機(jī)揚(yáng)聲器輸出的音頻信號(hào)強(qiáng)度。音頻放大電路通常包含多個(gè)級(jí)聯(lián)放大器，用于放大不同的頻率范圍。常見放大器類型音頻放大電路通常采用多種類型的放大器，例如運(yùn)算放大器、場(chǎng)效應(yīng)管放大器等。放大器的選擇取決于手機(jī)音頻電路的整體設(shè)計(jì)和性能要求。手機(jī)錄音功能1錄音硬件麥克風(fēng)2信號(hào)處理音頻放大3數(shù)字編碼壓縮算法4存儲(chǔ)文件格式手機(jī)錄音功能利用麥克風(fēng)收集聲音，經(jīng)過放大、數(shù)字編碼和壓縮，最后存儲(chǔ)為音頻文件。常見的錄音功能包括錄音、語音備忘錄、語音識(shí)別、語音搜索等。手機(jī)音頻功能性能測(cè)試手機(jī)音頻性能測(cè)試很重要。測(cè)試項(xiàng)目包括：