手机壳体结构对手机电声性能的影响

,南京大学声学研究所,机壳声结构对手机电声性能的影响,电声基础手机中的电声器件机壳对手机电声性能的影响结束语,内容,电声基础,声波、声压级、频率、声速、波长声强级、声功率人耳响应声波方程电-力-声类比,声波,声场量及其单位,声压质点速度温度密度,声场量及其单位（续）,声强声功率声速,声压级,声压级范围,140dB火箭发射100米外（耳聋）120dB柴油机，泵房，摇滚乐100dB纺织车间，鼓风机房80dB高声喊叫60dB办公室，教室，（1米讲话）40dB轻声耳语20dB郊区静夜,声压级范围图（上）,声压级范围图（下）,声波的频率,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）人耳能听得见的声波的频率范围为2020000H。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。低于20H的声波，称为次声；高于20000H的声波称为超声,声速,声波传播速度的物理量（不是质点速度）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,声波在传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,频谱密度（1Hz带宽）倍频程31.5,63,125,250,5001000,2000,4000,8000,16000Hz带宽：31.5=(22,44)1/3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,白噪声各个频率的频谱密度相等粉红噪声各个倍频程或1/3倍频程的能量相同,密度,质点速度和位移,声强级,声功率级,声功率级范围,160dB喷气飞机（10kw）120dB小飞机（1w）80dB乐器（0.1mw）60dB正常讲话的人(0.001mw)30dB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,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）与距离成反比相位是的函数,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,-S,d,简谐偶极子声源的声压,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,障板上圆形活塞的辐射阻抗,长管一端的辐射阻抗,l,a,闭空间模态与模态声压,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）,Helmhotz共鸣器,V,l0,d,结构,共振器的线度远远小于波长短管体积远小于腔体积腔壁是刚性的,电力声类比,V,l0,d,由于物理系统的共性，电力声可以类比,电流力声流（空气流）电压速度声压在分支点电流总和0力总和0体积速度0接地电压0速度0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,低频时，若器件的线度远远小于声波波长，则此时分布系统参数可用集总系统参数来近似描述。,手机中的电声器件,振铃扬声器（喇叭）受话器（喇叭、听筒）送话器（话筒、麦克风、传声器）,康佳A08和MotorolaA890,受话器,扬声器,送话器,送话器,驻极体麦克风按电容式原理工作的频带宽、音质好、失真小、瞬态响应好机械振动不敏感等特点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后接的阻抗变换器（PCB组）,电容传声器,电容传声器等效图,驻极体麦克风,驻极体麦克风特性,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-05,DMSP1420B-01,扬声器指标(GB939688),DMSP1625A-01,尺寸：4.7H/16W/25L额定功率：0.5W(最大功率1W)阻抗：8ohm共振频率：730Hz灵敏度：103dB/0.5W/5cm/3KHz失真：15(700Hz-3KHz)指向性频率响应、电阻抗曲线、TS参数,扬声器等效电路,辐射阻抗ZMR,扬声器电阻抗曲线和频响曲线,扬声器TS参数,TS参数（DMS1508H-02）,受话器,SDR1532H-05,尺寸：15.1D/2.6H额定功率：0.01W(Max0.03W)阻抗：32ohm灵敏度：95dB/0.18Vrms1KHz失真：5(300Hz-4KHz),尺寸：8D/2.35H（650Hz）额定功率：0.01W(Max0.03W)阻抗：32ohm灵敏度：109dB/0.18Vrm1KHz失真：5(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性能的影响,机壳结构对振铃扬声器性能的影响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,M2,V2,M1,V1,Vf,Mf,Vb,Mb,Rb,Va,机壳声结构的描述,CAf(Vf)CA1(V1)CA2(V2)P振膜MAfRAfMA1MA2,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,CAfCA1CAB值较小，频率低时，抗值大，视为开路；MAfMA1MAB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ka时ZARjMAR。MAR0.1952/a其中；=1.20Kg/M3为空气密度;a为出声孔半径；,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MA2CA2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,受话器在手机中的等效声学线路,振膜背面声学线路分析,振膜背面声学线路包括CA2、MA3、RA3、CA4四个声学元件。其中；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,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）；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MA2CA2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）宜大不宜小。至少不小于现有的值，大则不限。（2）MA2CA2值的大小，直接决定着高频响应的值，不同频率特性的受话