《手机电声讲痤》PPT课件.ppt

,徐柏龄南京大学瑞声音频声学实验室近代声学国家重点实验室南京大学声学研究所,电声讲座,徐柏龄 教授、博士生导师,南京大学 声学研究所 电子科学与工程系 中国声学学会 常务理事、会士 中国声频工程学会 副主任 中国电子学会 理事 江苏省声学学会 副理事长Email:,AAC,电声基础(音频声学简介）手机中的电声器件机壳对手机电声性能的影响硅微传声器简介结束语,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,声强声功率声速,声压级,声压级范围,140dB 火箭发射 100米外（痛阈）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,声功率级,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20 H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,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。,噪声频域描述,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),铃声时域波形,铃声频谱,铃声频谱瀑布图,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,等响曲线,响度级,响度级 1000Hz的声压级（分贝数），单位为方（Phon）反映不同频率声音的等响感觉,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,p,力声阻抗关系,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）,通讯中的电声器件,受话器,扬声器,送话器,麦克风,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阻抗变换器,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,指向性传声器产品测试,送话器测试,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：8 ohm 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：32 ohm 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：32 ohm 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,CAf CA1 CAB值较小，频率低时，抗值大，视为开路；MAf MA1 MAB 值较小，频率低时，抗值小，视作短路；CA 抗值甚小，可视为短路。,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MA2 CA2 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MA2 CA2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 宜大不宜小。至少不小于现有的值，大则不限。（2）MA2 CA2 值的大小，直接决定着高频响应的值，不同频率特性的受话器，应配以不同的MA2 CA2 的值，且一经调定，则不宜改动。建议用户，按 AAC 提供的数据（V2 的大小、出声孔的直径、长度和个数）制作，以达最佳配合。,硅微传声器简介,一.MEMS简介,MEMS微机电系统,Micro Electro Mechanical System,微机电系统是在硅片上加工可移动的机械零件，配合集成电路，形成单芯片系统SOP（System On a Chip），具有广阔的应用前景。,声学微机电系统是微机电系统的重要组成部分，和普通声学系统一样，它也包括微声传感器和微声驱动器。科研人员目前主要着眼于硅微传声器Silicon Microphone的研发。,二.硅微传声器优势,微型化：传声器的微型化和信息化的产品的发展趋势一致，在通信、电脑、助听器、机器人及安全监听等方面一定能得到越来越广泛的应用。包括封装的Silicon Microphone的尺寸15mm3。,可以使用贴片工艺相比传统的ECM封装，通过平面工艺制作的硅微传声器具有高温工作及和CMOS工艺兼容的优点。传统的ECM若使用贴片，在贴片的高温过程中会丧失其驻极体电荷，因此必须在其他元器件安装完毕后使用手工焊接，而硅微传声器不存在这个问题，可以使用贴片工艺自动焊接。这将大大降低传声器的使用成本。,可集成性：硅微传声器与集成电路（IC）工艺兼容，可望把微传声器作为单芯片系统（SOC）的前端接口，逐步实现传声器、跟随电路、模数转换与数字电路的集成。,批量一致性：由半导体工艺技术制造的微传声器易于批量生产，可望降低单个器件的成本，控制好封装的工艺，可以得到性能稳定、一致性良好的传声器，可以用于微声传感器或微超声换能器（MUT）阵列。,SM0102-424,Sensitivity:-424dBOutput impedance:max100 Current Consumption:max250A Signal to Noise Ratio:Min58dBSupply Voltage:1.5v to 5.5vMaximum Input Sound Level:SPL=100dB THD1%SPL=115dB THD10%,AAC microphone was developed as a cost effective alternative to traditional electric condenser microphone.Provided on tape-and-reel,AAC is ideally suited for high volume applications,It can be processed directly to customers PCB using standard automatic pick-and-place equipment,and surface mounted via standard solder reflow equipment.,Acoustic Components for the Mobile IndustryProduct Roadmap,AAC,三.进一步走向实用（批生产）：,昂贵的MEMS加工设备；高效率的仿真工具；提高器件的工艺性；一系列标准化的封装技术；提高MEMS器件的成品率。,总结束语,电声基础（电力声等效图）手机中的电声器件（注意应用条件）机壳对手机电声性能的影响（电声器件应和具体声环境结合起来考虑）硅微传声器走向批生产。,谢谢大家！,