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SPEAKER选型

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目的
SPEAKER的品质特性对手机铃声优劣起着决定性作用。在同一个声腔、同样的音源情况下,不同性能的SPEAKER在音质、音量上会有较大的差异。因此选择一个合适的SPEAKER可较大程度的改善手机的音质。
为了便于设计工程师选择合适的SPEAKER,本章介绍了SPEAKER的评价原则、测试流程和根据实验结果提供的不同半径SPEAKER选型推荐。
2. SPEAKER的评价原则
SPEAKER的性能一般可以从频响曲线、失真度和寿命三个方面进行评价。频响曲线反映了SPEAKER在整个频域内的响应特性,是最重要的评价标准。失真度曲线反映了在某一功率下,SPEAKER在不同频率点输出信号的失真程度,它是次重要指标,一般情况下,当失真度小于10%时,都认为在可接受的范围内。寿命反映了SPEAKER的有效工作时间。
由于频响曲线是图形,包含信息很多,为了便于比较,主要从四个方面进行评价:SPL值、低频谐振点f0、平坦度和f0处响度值。SPL值一般是在1K~4KHz之间取多个频点的声压值进行平均,反映了在同等输入功率的情况下,SPEAKER输出声音强度的大小,它是频响曲线最重要的指标。低频谐振点f0反映了SPEAKER的低频特性,是频响曲线次重要的指标。平坦度反映了SPEAKER还原音乐的保真能力,作为参考指标。f0处响度值反映了低音的性能,作为参考指标。
3. SPEAKER选型推荐
根据2.2节的评价方法,对常用的SPEAKER进行评价。由于供应商提供的SPEAKER参数是在不同条件下测量得到,很难进行对比,因此我们对本公司常用的30多种SPEAKER在同等条件进行实测,根据实验结果,判定SPEAKER的优劣(测试数据见附录一)。
4. SPEAKER测试流程
本流程的目的是为了对SPEAKER性能进行评价,便于工程师选择合适的SPEAKER产品。
4.1实验内容
1.EA Frequency Response(频响曲线测定)
(频响:在一定条件下,器件或系统由激励所引起的运动或其他输出)
2.EA Total Distortion(失真率测定)
(失真为不希望的波形悲;引起原因有1.输入和输出之间的非线性关系;2.不同频率的传输的不一致;3.相移与频率不成比例)
3.听感评价
(SPEAKER音质主观评价,作参考)
4.2测试方法与步骤:
测试地点:中期试验部静音室
测试仪器:HEAD acoustics GmbH
测试夹具:12cc标准密闭盒或0.8m×1m障板,我司现用0.8m×1m障板。
步骤:
(1) 实验仪器按要求联接设备;(先连接设备再开PC)
(2) 确定SPEAKER与MICROPHONE的距离为10mm±5%,并固定。
(一)频响曲线测定:
点开文件夹选择EA Frequency Response, sweep 12th octave LS,在右栏设定中选择电平(level)使经过放大器输出分别为:
0.1w(1KHz,负载8欧姆时用示波器测有效值电压为0.894V,P-P值为1.264V);
0.2w(1KHz,负载8欧姆时用示波器测有效值电压为1.265V,P-P值为1.789V);
0.3w(1KHz,负载8欧姆时用示波器测有效值电压为1.549V,P-P值为2.190V);
0.4w(1KHz,负载8欧姆时用示波器测有效值电压为1.789V,P-P值为2.530V);
0.5w(1KHz,负载8欧姆时用示波器测有效值电压为2.000V,P-P值为2.828V),
频率范围为30010000Hz。单击右键选择开始测定,将测定结果创建报告并储存。
(二)失真率测定:
点开文件夹选择EA Total Distortion LS,在右栏设定中调整电平(level)使放大器输出如(一)中所规定的为0.1w,0.3w,0.5w时电压为标准输入电压,然后以6th octave row b选择频率范围为50010000Hz单击右键选择开始测定,将测定结果创建报告并储存。
(三)听感评价:
听感评价是一种主观行为,现只作为辅佐性评价,在客观数据评定难以取舍时,组织相关工程师或音频工程师评价。
4.3实验数据记录和处理(以下数据和图面仅作参考)
(1) 频响曲线测试结果
a. 频响曲线图

b. 频响曲线点测数据(SPL)

c. 根据失真测试度数据绘制失真度曲线
四. 手机声腔设计
1.目的
手机声腔对于铃声音质的优劣影响很大。同一个音源、同一个SPEAKER在不同声腔中播放效果的音色可能相差较大,有些比较悦耳,有些则比较单调。合理的声腔设计可以使铃声更加悦耳。
为了提高声腔设计水平,详细说明了声腔各个参数对声音的影响程度以及它们的设计推荐值,同时还介绍了声腔测试流程。
手机的声腔设计主要包括前声腔、后声腔、出声孔、密闭性、防尘网五个方面,如下图:

2.后声腔对铃声的影响及推荐值
后声腔主要影响铃声的低频部分,对高频部分影响则较小。铃声的低频部分对音质影响很大,低频波峰越靠左,低音就越突出,主观上会觉得铃声比较悦耳。
一般情况下,随着后声腔容积不断增大,其频响曲线的低频波峰会不断向左移动,使低频特性能够得到改善。但是两者之间关系是非线性的,当后声腔容积大于一定阈值时,它对低频的改善程度会急剧下降,如图2示。
图2横坐标是后声腔的容积(cm3),纵坐标是SPEAKER单体的低频谐振点与从声腔中发出声音的低频谐振点之差,单位Hz。从上图可知,当后声腔容积小于一定的阈值时,其悲对低频性能影响很大。
需要强调的是,SPEAKER单体品质对铃声低频性能的影响很大。在一般情况下,装配在声腔中的SPEAKER,即便能在理想状况下改善声腔的设计,其低频性能也只能接近,而无法超过单体的低频性能。
一般情况下,后声腔的形状悲对频响曲线影响不大。但是如果后声腔中某一部分又扁、又细、又长,那么该部分可能会在某个频率段产生驻波,使音质急剧变差,因此,在声腔设计中,必须避免出现这种情况。
对于不同直径的SPEAKER,声腔设计要求不太一样,同一直径则差异不太大。具体推荐值如下:
φ13mm SPEAKER:它的低频谐振点f0一般在800Hz~1200Hz之间。
当后声腔为0.5cm3时,其低频谐振点f0大约衰减600Hz~650Hz。当后声腔为0.8cm3时,f0大约衰减400Hz~450Hz。当后声腔为1cm3时,f0大约衰减300Hz~350Hz。当后声腔为1.5cm3时,f0大约衰减250Hz~300Hz。当后声腔为3.5cm3时,f0大约衰减100Hz~150Hz。因此对于φ13mm SPEAKER,当它低频性能较好(如f0在800Hz左右)时,后声腔要求可适当放宽,但有效容积也应大于0.8cm3。当低频性能较差时(f0>1000Hz),其后声腔有效容积应大于1cm3。后声腔推荐值为1.5cm3,当后声腔大于3.5cm3时,其容积悲对低频性能影响会比较小。
φ15mm SPEAKER:它的低频谐振点f0一般在750~1000Hz之间。
当后声腔为0.5cm3时,低频谐振点f0大约衰减850Hz~1000Hz。当后声腔为1cm3时,f0大约衰减600Hz~750Hz。当后声腔为1.5cm3时,f0大约衰减400Hz~550Hz。当后声腔为3.5cm3时,f0大约衰减200Hz~250Hz。因此对于φ15mm SPEAKER,后声腔有效容积应大于1.5cm3。当后声腔大于3.5cm3时,其容积悲对低频性能影响会比较小。
13×18mm SPEAKER:它的低频谐振点f0一般在780~1000Hz之间。
当后声腔为0.5cm3时,低频谐振点f0大约衰减850Hz~1000Hz。当后声腔为1cm3时,f0大约衰减600Hz~750Hz。当后声腔为1.5cm3时,f0大约衰减400Hz~550Hz。当后声腔为3.5cm3时,f0大约衰减200Hz~250Hz。因此对于13X18mm SPEAKER,后声腔有效容积应大于1.5cm3。当后声腔大于3.5cm3时,其容积悲对低频性能影响会比较小。
φ16mm SPEAKER:它的低频谐振点f0一般在750~1100Hz之间。
当后声腔为0.5cm3时,低频谐振点f0大约衰减850Hz~1000Hz。当后声腔为0.9cm3时,f0大约衰减600Hz~700Hz。当后声腔为1.5cm3时,f0大约衰减400Hz~550Hz。当后声腔为2cm3时,f0大约衰减300Hz~350Hz。当后声腔为4cm3时,f0大约衰减150Hz~200Hz。因此对于φ16mm SPEAKER,后声腔有效容积应大于1.5cm3。后声腔推荐值为2cm3,当后声腔大于4cm3时,其容积悲对低频性能影响会比较小。
φ18mm SPEAKER:它的低频谐振点f0一般在700~900Hz之间。
当后声腔为0.5cm3时,低频谐振点f0大约衰减700Hz~950Hz。当后声腔为0.9cm3时,f0大约衰减500Hz~700Hz。当后声腔为0.9cm3时,f0大约衰减500Hz~700Hz。当后声腔为1.5cm3时,f0大约衰减400Hz~550Hz。当后声腔为2.1cm3时,f0大约衰减250Hz~400Hz。当后声腔为4.3cm3时,f0大约衰减120Hz~160Hz。因此对于φ18mm SPEAKER,后声腔有效容积应大于2cm3。当后声腔大于4cm3时,其容积悲对低频性能影响会比较小。
综上所述,可得下表:
注:后声腔设计时,必须保证后出声孔出气畅通,即后出声孔距离最近的挡板距离应大于后出声孔径的0.8倍。
3.前声腔对声音的影响
前声腔对低频段影响不大,主要影响手机铃声的高频部分。随着前声腔容积的增大,高频波峰会往不断左移动,高频谐振点会越来越低。高频谐振点悲的对数值与前声腔容积的增量几乎成线性关系,如图3。

注:图3中横坐标为前声腔容积,单位cm3。纵坐标为高频谐振点悲的对数值。
由于手机MIDI音乐的频带一般为300Hz~8000Hz,即在该频段内的频响曲线才是有效值,因此我们一般希望频响曲线的高频谐振点在6000Hz~8000Hz之间。因为如果高频波峰太高(高频谐振点大于10000Hz),那么在中频段可能会出现较深的波谷,导致声音偏小。如果高频波峰太低(高频谐振点小于6000Hz),那么声腔的有效频带可能会比较窄,导致音色比较单调,音质较差。所以前声腔太大或太小对声音都会产生不利的影响。同时,由于出声孔面积对高频也有较大的影响,因此设计前声腔时,需考虑出声孔的面积,一般情况下,前声腔越大,则出声孔面积也应该越大。
当前声腔过小时,还会造成一个问题,即出声孔的位置对高频的影响程度急剧增加,可能会给外观设计造成一定的困难。
综上所述,结合手机设计的实际情况,前声腔设计时,一般希望前声腔的垫片压缩后的厚度在0.31mm之间。由于它与出声孔面积有一定的相关性,因此具体推荐值在下一节给出。
4.出声孔对声音的影响及推荐值
出声孔的面积(即在SPEAKER正面上总的投影有效面积)对声音影响很大,而且开孔的位置、分布是否均匀对声音也有一定的影响,其程度与前声腔容积有很大关系。一般情况下,前声腔越大,开孔的位置、分布对声音的影响程度就越小。
出声孔的面积对频响曲线的各个频段都有影响,在不同条件下,对不同频段的影响程度各不相同。当出声孔面积小于一定的阈值时,整个频响曲线的SPL值会急剧下降,即铃声的声强损失很大,这在手机设计中是必须禁止的。当出声孔面积大于一定阈值时,随着面积增大,高频波峰、低频波峰都会向右移动,但高频悲的程度远比低频大,低频悲很小,即出声孔面积的悲主要影响频响曲线的高频性能,对低频性能影响不大。
出声孔面积与高频谐振点的悲呈非线性关系,且与前声腔大小有一定的联系,如图4示。
图4中,横坐标表示出声孔的面积,单位mm2。纵坐标表示高频谐振点悲的对数值。
综上所述,前声腔、出声孔面积设计推荐值如下表:
注:13X18mm椭圆形SPEAKER前声腔和出声孔面积可以参考φ15mmSPEAKER的参数。
上表中最小值表示当出声孔面积小于该值时,整个频响曲线会受到较大影响,音量会极大衰减。有效范围表示出声孔面积在此范围之内,一般能满足基本要求。需要强调是:如果出声孔在前声腔投影范围内,分布比较均匀,且过中心,那么可以取较小值,否则应取偏大一些的值。建议在一般情况下,不要取有效范围的极限值。
在实际设计中,如果高频声音出现问题,可以通过实际测量结果,修正出声孔面积进行改善。注意:出声孔面积减小并不意味着声强降低,相反在很多情况下,反而可以提高声强。
5.后声腔密闭性对声音的影响
后声腔是否有效的密闭对声音的低频部分影响很大,当后声腔出现泄漏时,低频会出现衰减,对音质造成损害,它的影响程度与泄漏面积、位置都有一定的关系。
一般情况下,泄漏面积越大,低频衰减越厉害。泄漏面积与低频谐振点的衰减成近似线性的关系,如图5。

图5中,横坐标表示泄漏面积,单位mm2。纵坐标表示无泄漏与有泄漏情况下低频谐振点之差。
在同等泄漏面积情况下,后声腔越小,低频衰减越厉害,即泄漏造成的危害越大,如图6。
综上所述,建议结构设计时,应尽可能保证后声腔的密闭,否则可能会严重影响音质。
6.防尘网对声音的影响
相比于其他几个因素,防尘网对声音的影响程度较小,它主要是影响频响曲线的低频峰值和高频峰值,其中对低频峰值影响较大。
防尘网对声音的影响程度主要取决于防尘网的声阻值和低频、高频峰值的大小。一般情况下,峰值越大,受到防尘网衰减的程度也越大。
防尘网主要有两个作用,防止灰尘和削弱低频峰值,以保护SPEAKER。目前,我们常用的防尘网一般在250#~350#之间,它们的声阻值都比较小,基本上在10Ω以下,对声音的影响很小,所以一般采用SPEAKER厂家提供的防尘网差异不会非常大。因此从防尘和声阻两个方面综合考虑,建议采用300#左右的防尘网。
我们以往采用的不织布防尘网存在一个问题,由于不织布的不同区域密度不一样,因此不同区域声阻也不一样,可能会造成同一批防尘网的声阻一致性较差。但不织布的成本比防尘网低很多,因此建议设计中综合考虑性能和成本,在高档机型中,尽可能不要采用不织布作为防尘网。

以上声腔设计的规律和各个推荐值都是通过大量实验总结出来,供设计人员在前期设计时参考。但是由于声音具有一定的特殊性,因此,建议设计人员在结构手板完成后,通过实际测试(声腔测试流程见下节),以对一些细节进行调整。
7. 声腔检测流程
本流程是为了制定声腔音频特性的检测方法,便于工程师根据测试结果分析问题、调整声腔参数等。
7.1 实验内容
(1) EA Frequency Response(频响曲线测定)
(2) EA Total Distortion(失真率测定)
7.2测试方法与步骤
(1) 测试地点:中期试验部静音室
(2) 测试仪器:HEAD acoustics GmbH
步骤:
1.实验仪器按要求联接设备;(先连接设备再开PC)
2.确定SPEAKER与MICROPHONE的距离为10mm(±5%),并固定;
(一) 频响曲线测定:
选择EA Frequency Response, sweep 12th octave LS,设定频率范围为30010000Hz。将电平(level)分别设定为:
0.3w(输出电平修正参数为13.8dB);
0.5w(输出电平修正参数为16dB);
SPEAKER的最大功率;
单击右键选择开始测定,将测试结果创建报告并储存。
(二) 失真度测定:
选择EA Total Distortion LS,在右栏设定中调整电平(level)使放大器输出如(一)中所规定的为0.3w,0.5w和SPEAKER最大功率时的电压,作为标准输入电压,然后以6th octave row b选择频率范围为50010000Hz单击右键选择开始测定,将测试结果创建报告并储存。

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希望楼主上传文件

不错的资料,希望楼主能上传文件。

楼主能不能把文件帮我发一份呢,dengzhenli@163.com,谢谢!

上面的文章的确很强悍,我们公司现在才比较重视喇叭/受话器防尘/防砸物问题。

多谢楼主

看不到图片啊,能不能给我一份啊,mhzjustin@gmail.com

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申明:网友回复良莠不齐,仅供参考。

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