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手机受话器之扬声器

来源:网上转载手机受话器  发布时间:2014-07-30 17:39:33

手机受话器上还有另一个电声器件即手机扬声器,其准确的名称为“手机和弦扬声器”,其发声的原理也是动圈式。图5为生辉公司一款手机扬声器结构部件示意图,其功能以前主要为播放手机铃声,在早期的手机上用来播放简单铃声为蜂鸣器(Buzzer)。图6为NOKIA3310手机铃声扬声器的频响测试曲线(测试条件为2V/5cm)。现在随着手机附加功能的增加(免提、和弦铃声、MP3和MP4功能),对手机扬声器的要求也不像最初的移动电话出现时那么简单。

 

手机受话器

 

手机受话器从外型尺寸上看手机扬声器比手机受话器大,厚度一般也比手机受话器厚(一般手机扬声器单体厚度为3.5mm左右)。行业内常见的圆形尺寸规格为15mm,16mm,17mm,18mm,20mm等,椭圆尺寸13mm×15mm,13mm×18mm,14mm×20mm,还有些跑道形和不规则形状。同样手机扬声器的外观尺寸和设计也与手机的装配和设计密切相关。一个好的手机扬声器在设计上主要以高声压级(高效率)、大频宽(主要是拓宽低频下限)、大功率、低失真、小体积为目标,对其好与坏的客观量化评价也以这些为参考基准。在高声压级的设计时必须先要区别声压级和功率的概念。通常人们所说的手机扬声器“响”多是指其声压级高;而功率主要是来说明:在一定条件下扬声器能承受的“负荷”(输给扬声器的特定信号)而不引起热损坏、机械损坏;且电声性能符合技术规格要求。虽然功率增加一倍理论上扬声器的声压级会增加近3dB,但是决不能单一地说扬声器“响”就是功率大或功率大就是“响”。其设计思路和上面的手机受话器的设计一样(不考虑手机受话器前面阻尼材料的影响)。以现有的材料和设计方式来看高声压级意味着成本的增加。设计时主要的特色是双磁路,以增加磁铁的用量来提高磁路间隙的磁通密度。虽然还有其他的方法提高声压级(如减小振动系统的振动质量,或通过其他部件的改动来影响频响曲线的某一频段声压级),但提高磁路间隙的磁通密度仍然是最主要、手机受话器最直接的提高声压级的方式。减小磁路的气隙来提高磁通密度也是提高声压级的方式之一,但必须考虑工艺的可行性。另在声压级的标称上行业内有2种方式:定点(取某一频点的声压级:通常取1000Hz点)和均点(取某几个频点声压级的平均值)。所以在声压级的对比上应加以注意:在一定条件下对2个手机扬声器的“响”(听感上),还是应考虑一个整体曲线的对比(不能忽略手机扬声器单体某些频段对声音听感的影响)和手机扬声器的安装腔体对曲线和声音听感的影响。就手机扬声器而言,大频宽(主要是拓宽低频下限)主要是靠其谐振频率来控制。谐振频率设计从最基本的理论公式看,主要是由振动质量和顺性来决定的[7]。振动质量主要是由音圈、黏结的胶水(振动部分)、振动膜片和其他部件产生的声质量组成,因振动质量对声压级有影响,质量的增加会降低声压级(效率)。所以不能靠单纯地增重来降低谐振频率。顺性主要由膜片顺性和膜片前、后气腔的空气的顺性来决定(对其顺性起决定性影响的是膜片的顺性)。要合理地降低谐振频率(增加手机扬声器的低频响应频宽),必须把每个细微的部件都考虑清楚。拓展低频的最主要原因是手机音频电路的信号输出能达到比现有手机扬声器频宽更低(图7为一手机电路音频信号输出曲线)手机受话器。

 

手机受话器

 

另外,很多乐器和人声的频谱能量都包括1kHz频段以下,如能使此频段得以重放,对整个手机音乐的重放音质的提高将起到显著作用。现在电路信号输出频宽不是问题,主要是手机扬声器的有效重放频宽的问题。虽然现在有在手机上再加一个手机扬声器作为低音扬声器来丰富低频量感,但是这样会带来手机的体积和部件成本的增加。从手机扬声器单体的曲线上看高频部分并不是问题,很多手机在设计时还常把10kHz以后部分的信号进行滤波(即不要高频部分),但其实很多时候,此方式是不得以而为之。高频部分的处理要将3部分分开来看:一是手机电路部分、二是手机腔体的设计部分、三是手机扬声器单体的设计部分。但不管怎样其高频对手机扬声器的听感上的影响是不可忽略的。在手机扬声器单体高频部分设计上,既可以通过对膜片的中心部分的设计也可以通过对手机扬声器的面盖设计来对高频部分进行必要的修改。手机受话器在对低频扩展时也需考虑工艺对它的影响。图8~9为生辉公司2种不同生产工艺手机扬声器的频响曲线。从上面的对比曲线可以看到生产工艺对曲线的影响,虽然实际生产时可能影响没有这么大,但一般对谐振频率产生的影响在5%左右还是确实存在的并且是可以接受的,此时要考虑到各个生产因素对产品性能和电声参数的影响。手机扬声器大功率设计,首先要明白大功率设计的内在意义。在声学楼论坛设计室耳机、受话器设计区(www.nju520.com)上很多人参加了讨论,有人反对,有人赞同。但不可否认很多公司都在做大功率手机扬声器的开发。现在一般的手机电声器件制造公司都有额定功率为0.8W的手机扬声器产品。大功率的设计主要是针对机械损坏和热损坏来设计的,这就要求设计人员对微型扬声器的部件材料特性非常熟悉,再结合力学、声学、材料学等原理进行设计。现行的大功率所面对的难题主要还是材料的问题。大功率的设计可用“水桶原理”来概述,即设计成不成功取决于某一部件的最低性能。大功率的设计也不可盲目追求,要跟手机的音频设计相配套,否则就会造成不必要的成本增加。不能说大功率的设计一定是好或坏(这要配合手机的音频设计来定),但在其他参数不变的条件下,加大手机扬声器的承受功率肯定会增加该款手机扬声器的可靠性,同时大功率的设计也能考验一个公司的设计能力和工艺水平。在大功率的标注上,必须注意其标注条件,在行业内如某一公司某一产品规格书上单独地标有一种白噪声信号的0.8W(2.53V)与标注2种信号(白噪声和正弦波)的0.8W(2.53V)是不一样的,通常情况下做的信号种类和试验类型越多,试验本身的可参考性越大,一般情况下各个手机扬声器生产厂家都只标注一种信号(白噪声96h)实验功率。对于手机扬声器的失真,其成因和设计上的控制跟手机受话器基本一样。手机受话器在其他参数一样的条件下,一个失真控制优秀的手机扬声器能比普通的手机扬声器同等测试条件下总谐波失真(THD)减少30%左右。图10为生辉公司一款15mm手机扬声器与其他公司15mm手机扬声器的灵敏度和失真度对比(测试条件0.5W/5cm樟板测试)。

对手机扬声器的小体积的追求主要体现在其厚度的控制上,虽然也有很多人想把其平面尺寸做小(想让小口径出大口径的低频量感),但是跟大扬声器一样口径大低频易做好(增大扬声器口径能最直接地增加有效振动面积)。通常意义上的小体积主要指的是其厚度薄,行业内常把这类的手机扬声器称为“超薄手机扬声器”,其单体高度一般不超过3.0mm(一般手机扬声器单体高度在3.0mm以上)。在设计上,其特色是双磁路设计,这样对磁铁的尺寸公差和磁铁的性能标号要求就显得比较特别,且有时在磁路的安装上也对生产工艺提出了更高的要求。同时其音圈和振动膜片设计也结合磁路做了相应的设计,这样才能保证在厚度减小的情况下电声性能不降低(主要是频响曲线上表现的灵敏度和低频量感)。以上的一些设计论述,只是考虑通常情况下最简单、直接的设计方式,很多时候在实际设计上并没有如此简单,常常需要做多方面的修改和考虑。

手机受话器在手机扬声器的测试上有两种测试安装方式:障板测试、箱体测试(分别将手机扬声器安装在测试板和测试箱上)。图11为业内两家手机扬声器厂家两种测试方式示意图;图8,10,12的频响曲线都为安装在图11障板上的测试,按图11障板尺寸可以测量350Hz以上的频率。现在行业内两种测试方式仍在使用(锥形扬声器也是两种测试方式都在使用),使用障板或箱体来测试主要是避免声短路对低频测量的影响,真实地体现扬声器的频率响应。具体哪种方式更好,可能在微型扬声器的参数测量时才能体现。手机受话器行业内在用箱体测试的时候,也有手机扬声器厂家用小腔体(如3mL)来替代箱体测试,这样主要是模拟手机扬声器在实际运用时的状态,此时腔体体积尽量与实际安装的手机扬声器的腔体接近。行业内同时也有厂家在手机扬声器的纯音检听时,将手机扬声器安装在小腔体内进行纯音检听。

 

手机受话器

 

手机受话器测试时应注意手机扬声器测试樟板或箱体的安装方式。不能对频响曲线产生不良影响,主要是看手机扬声器安装在障板或箱体的安装表面是否平整(具体要求是测试障板或箱体距离扬声器30~50cm内不能有对声场有影响的物体;此时还应考虑测试的咪距、测试功率和测试环境噪声的影响),手机扬声器的出音面与障板或箱体安装应尽量耦合紧密,防止因声短路或声泄漏对频响曲线的测试带来不利影响。在测试上当测试条件不能做到很规范时,特别是测试环境不能满足测试要求时,可以利用一些电声仪器的一些功能来弥补测试条件的不足。由图12可见弥补测试后能减少测试环境带来的不利影响。

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