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蓝牙耳机声学专题讲座 声学基础知识蓝牙耳机声学指标及测量方法声学设计Mic的选择及声腔设计Receiver的选型及声腔设计LessonLearn 主要内容 目录 声学基础知识 声音速度 常温常压下 一般空气速度为340米 秒温度越高 声速会越大液体 固体的传播速度比空气快 声音传播方式 声音的传播需要介质 在真空中不能传播声波属于纵波 声学基础知识 人耳可接受到的频域范围 通常范围 20Hz 20KHz20岁之后可能下降到16kHz 并且随着年龄的增大 上限频率会继续降低20Hz以下称为次声波 20KHz以上称为超声波语音范围 300 3400Hz 人耳可接受的声压级 正常人能听到的最小声压级2E 5Pa0dB 听阈 普通谈话声2E 2Pa60dB交响乐 高声讲话0 2Pa80dB纺织厂2Pa100dB鼓风机20Pa120dB 痛阀 飞机起飞200Pa140dB导弹发射2000Pa160dB 有用的单位 dBSPL 20 log P P0 a 声压增大一倍 dBb 60dB加70dB等于多少dBm 10 log W 1mW 功率大一倍 dBdBV 20 log V 1V dBFs 声学基础知识 SPEAKER发声原理 磁路系统构成环形磁间隙 其间布满均匀磁场SPEAKER的振动系统由导线绕成的环形音圈和与之相连的振膜音圈被馈入信号电压后 产生电流 音圈切割磁力线 产生作用力 带动振膜一起运动 振膜策动空气发出相应的声音整个过程为 电 力 声的转换 馈入信号与发出声音的对应 磁场恒定 音圈受到的电动力随着电流强度和方向的变化而变化音圈在磁间隙中来回振动 其振动周期等于输入电流的周期 振动的幅度则正比于各瞬时作用的电流强弱音圈有规则的带动振膜一起振动 策动空气发出与馈入信号相对应的声音 工作原理3 声学基础知识 SPEAKER与RECEIVER的区别 SPEAKER通过一定距离被人耳接听 RECEIVER直接被人耳接听 SPEAKER的工作范围宽 涉及音乐范畴 RECEIVER的工作范围为人声语音 SPEAKER的功率比较大 RECEIVER的功率比较小 SPEAKER的几何尺寸较大 RECEIVER的几何尺寸可以较小 SPEAKER在手机上的位置随意性大 而RECEIVER只在一个位置 声学基础知识 频率响应曲线FrequencyResponseCurve 0 1W 0 1m 有效频率范围EffectiveFrequencyRange 600 20KHz 特性灵敏度SPL 98 3dB1KHz0 5W 5cm 谐波失真TotalHarmonicDistortion THD 15 0 5W 谐振频率F0800 20 Hz额定阻抗RatedImpedance8 15 ohms额定功率 最大功率Ratedpower Max power0 5W 1W 描述SPEAKER性能的参数 典型参数 频率响应曲线FrequencyResponseCurve 179mV 有效频率范围EffectiveFrequencyRange 300 3400Hz 特性灵敏度SPL 110 3dB1KHz179mV 谐波失真THD 5 300 3400Hz179mV 谐振频率F0300 20 Hz额定阻抗RatedImpedance32 15 ohms额定功率 最大功率Ratedpower Max power10mW 30mW 描述RECEIVER性能的参数 典型参数 声学基础知识 SPEAKER的测试方法 声学基础知识 RECEIVER的测试方法 声学基础知识 RECEIVER的测试工装与对应的曲线 不泄漏高低式 声学基础知识 RECEIVER的测试工装与对应的曲线 不泄漏平曲线 声学基础知识 RECEIVER的测试工装与对应的曲线 泄漏平曲线 声学基础知识 蓝牙耳机声学指标及测量方法 蓝牙耳机的三种音频模式 Narrowband HFP HSP SCO窄带语音通话模式支持8K 16bit采样率 频宽要求不高 一般为300Hz 3 14kHzWidebandspeech HFP HSP SCO CSR BC05 8670宽频语音通话模式语音更清晰支持16KHz 16bit采样率 频宽要求较高 一般为200Hz 6 8kHzFullbandusecase ViaA2DPprofile CSR BC05 8670全频音乐模式支持44 1KHz 16bit采样率 CD音质 对频响曲线要求较高 一般20Hz 20KHz不支持Uplink 蓝牙耳机声学指标及测量方法 蓝牙耳机的声学指标 声学测量参考点介绍 MouthReferencePoint MRP 嘴巴参考点 仿真嘴唇前25mm 4 7dBPaattheMRP Uplink 0dBPacalibrationatMRPEarReferencePoint ERP 耳朵参考点SCO模式响度计算DRP ERP安全测试计算DRP ERPDrumReferencePoint ERP 鼓膜参考点通常测试FullBand用DRP 蓝牙耳机声学指标及测量方法 蓝牙耳机声学指标及测量方法 蓝牙耳机的声学测量方法 把耳机佩戴在HATS上打开耳机 与AG建立链接调整耳机至合适音量运行测试系统记录及整理数据 消声室 无响室 消声室净空尺寸本底噪声自由场半径截止频率 蓝牙耳机声学指标及测量方法 WindNoisetest 蓝牙耳机声学指标及测量方法 Testsurroundings SNRiTest SNRitestresult 蓝牙耳机声学指标及测量方法 声学设计 Mic部分 单体的选择 Omni directional Uni directional Bi directionalElectretCondenserMicrophone ECM MEMSMicrophone digital Mic方案及声学要求单Mic方案 时间函数 越靠近嘴 信噪比越高多Mic方案 降噪 轴线指向嘴Mic单体间距离由算法需求决定 通常12 39mm垂直和水平放置对声学的影响Mic之间频响曲线的要求远离Receiver 避免Doubletalk 声学设计 Mic声腔设计 避免开放式的设计 即裸Mic设计 EchoissueMicBoot作用 消除回声密封Mic单体 防止来自Receiver信号通过结构腔传到Mic把导声孔引到壳体外面 提高信噪比Mic前腔容积要适当 过大容易形成回声 过小可能高频会截止MicBoot孔径 1 1 2mm 不要小于 0 7避免细长声孔导声孔位置1 底部下侧 2 底部背侧 3 底部旁侧 降风噪效果依次是3 2 1 风噪更容易产生于尖角处 因此平滑圆弧设计 有利于降低风噪 LessonLearn1 Blackbird Risk Opendesignformicrophonemayleadtoechoissue Cause 1 MicunitislocatedonPCBAwithoutmicboot 2 Micholesonbottomcovercanbeblockedwhenheadsetisbeingworn Solution 1 Addtwoslotsontheedgeofbottomcoverwhichwillnotbeblockedbyface2 Addanacousticfabricinthebackcavityofspeakerhousing itwillkilltheresonancefromspeakerbackcavity Twoslotsareadded Micholes Lesson Becautiousofacousticperformanceifthere sariskforthemicholesbeingblocked AvoidtouseopendesignformicrophoneDomoreverificationsusingmockupsamples RCV部分 Receiving声腔的作用Receiver前后声波的振幅相同 相位相反隔离前后声波 避免声干涉 短路腔体左右着Receiver的低频重放 Receiving声腔的设计声学仿真 用mockup样品验证后腔体积 60 200mm3 一般情况receiver泻声孔至后盖至少3mm 总之 较大的后腔可以获得较好的低频重放后腔泻声孔 0 8 2 0mm 注意泻声孔带来THD升高 Mesh的选择前腔容积要适当 一般10 20mm3 过大对低频和高频都有衰减前腔出声孔 声孔变小意味着前腔变大 3KHz附近有一个频响峰 出声孔变大 意味着前腔变小 频响曲线较为平坦 建议不小于 0 8 超过 2频响变化不大 Receiving单体的选择按用途选择 NarrowbandorFullband 功率满足要求 具体结合芯片的最大输出阻抗 客户要求 直径大的单体 调音余地较多 声学设计 RECEIVER声腔 出音孔对频响曲线的影响 声学设计 LessonLearn2 Bunny Bunny后腔泄声不确定问题 现象描述B4 0阶段 产线测试音频不良率达到70 ReceiverResponse RLR SensitivityFailed 原因分析声学 结构设计不够严谨 盖子和导光柱连体设计 后腔密封性能以保证一致外采receiver 前后腔漏声 掩盖问题B3 0时 打后盖密封胶比较均匀 再加上产线测试工装及系统不稳定 没