受话器、喇叭特性简介及基础电声学

行动电话使用之Receiver(受话器)&Loudspeaker(喇叭)特性简介及基础电声学,简 报 章 节,第一章： Receiver (受话器)特性简介第一节： Receiver (受话器)之结构示意图及分类第二节： 一般型 （TYPE1）,低频增强型（TYPE3.2）之Receiver 优缼点第三节： 一般型 （TYPE1）,低频增强型（TYPE3.2）之Receiver 音响空间之图示说明第四节： ITUP.57 TYPE1及TYPE3.2仿真耳(B&K)介绍第五节： Receiver依不同仿真耳测试频响曲线之方式第六节： 低频增强型（防止声音泄漏）之Receiver发展由来第七节： 低频增强型Receiver如何防止声音泄漏第八节： 低频增强型Receiver 平坦频响曲线之修正方法第九节： Receiver 音响空间尺寸之建议,第二章： Loudspeaker(喇叭)特性简介,第一节： Loudspeaker(喇叭)之结构示意图第二节： Loudspeaker(喇叭)音响空间之图示说明第三节： Loudspeaker(喇叭)性能之测试方法第四节： 手机AMP 之输出功率如何与Loudspeaker(喇 叭)搭配第五节： 手机音响空间设计与Loudspeaker(喇叭)电 气特性对手机电气特性声音表现之影响 第六节： 手机音响空间尺寸设计之建议,第三章： 基础电声简介,第一节： 声音短路效应第二节： 声音三要素第三节： 声音频谱第四节： 音质评语第五节： 和弦音第六节： 音压位准 （Sound Fressure Level ）第七节： Receiver & Loudspeaker 之动作原理第八节： DB值之换算第九节： 最低共振频率FO第十节： 额定及最大功率 ( Rated/Max.Power )第十一节：失真率 （ Distortion ）,第一章： Receiver (受话器)特性简介,第一节： Receiver (受话器)之结构示意图及分类结构示意图：,部品名称：,分 类： 依型式（TYPE ）分类 一般型（Normal Type , Type 1 ） 低频增强型/防止声音泄漏型（Leakage Tolerant Type, Type3.2 ）依功能（Function）分类 一般受话器 （ Receiver Function Only ） 二合一多功能受话器 ( Receiver with Buzzer function , 2 in 1 ) 三合一多功能受话器 ( Receiver with Buzzer and Speaker function , 3 in 1 ) 四合一多功能受话器 ( Receiver with Buzzer , Speaker and Vibration function 4 in 1 ),功能说明：Receiver： 接收对方通话，贴耳边Speaker： 接收对方通话，免持听筒，扩音功能 对方来电时，响铃及和弦音播放功能Buzzer： 对方来电时，响铃及和弦音播放功能Vibration： 对方来电时，振动提醒功能第二节：一般型（TYPE1）,低频增强型（TYPE3.2） 之Receiver优缼点一般型：（ 使用于行动电话上）优点： GSM手机认证机构有关FTA（Full Type Approval） 项中 TYPE 1, 频响曲线 （Frequency Response）,之测试，较成熟，（因为单体Receiver之频响曲线 测试与FTA测试结果一致性较佳）容易通过。声音表现:失真（Distortion ）较小，（因为振膜 振幅较小 ） 缼点： 声音博现较尖锐（因为振动面较小，振动膜片较厚) 声音较小（因为声音在量泄漏，无补偿提升） TYPE 1 之频响曲线： 如下图所示：,低频增强型（使用行动电话上）优点： 声音表现较真实，饱满（因为有低频带补偿提升， 可防止声音泄漏）声音较大（因为振膜较薄，振幅较大，有防止声 音泄漏设计）,缼点：较不容易通过GSM FTA认证，因为设计者必须非常了解行动电话音响空间(Accoustic Volume）之设计，受话器（Receiver）特性及DSP调整技术之性 能测量方法。失真较大（因为振膜较薄，振幅较大)TYPE 3.2 之频响曲线：如下图所示：,第三节：一般型 （TYPE1）,低频增强型（TYPE3.2）之 Receiver音响空间之图示说明 图 示：,说明： 上图所示行动电话内部结构之前后容积，出音孔，泄漏孔等皆会 对Receiver 之性能产生影响，基于上述结构之影响提出下列几 点建议,仅供参考： 1.前后容积必须利用Rubber (硅胶)或Poron (缓冲材)完全隔 离（原因：防止前容积声音泄漏） 2.SIM卡，电池盖，卡筍，虽有泄漏孔，如在电池盖与后盖贴 合处加上Rubber（硅胶）或Poron (缓冲材)，使其贴合更 密闭（原因：防止后容积声音泄漏） 3.充电座（Connector）, 耳机座（Phone Jack）采用埋入射 出之产品，组装时如能与前盖紧密配合，后容积更密闭（原 因： 在机构设计上就不必担心泄漏孔太接近Receiver 而影 响其性能,第四节 ：ITU P.57 Type 1及Type3.2仿真耳（B&K）介绍,注1：ITU P.5.7 Type 1 即B&K公司Type 4185亦 即IEC-318 ITU P.5.7 Type3.2 即B&K 公司 Type 4195 人工耳，又分为低泄漏与高泄漏，目前大部 份用低泄漏，高泄漏适用于更小型之手机。 注2：ITU即International Telecommunication Union之缩写,第五节：Receiver依不同仿真耳测试频响曲线之方式一般型 仿真耳IEC-318 Type 1(B&K4185),低频增强型 仿真耳ITU Type 3.2(B&K4195),第六节 低频增强型(防止声音泄漏)之Receiver发展由来,早期行动电话之听筒设计，系延续家用有线电话之设计，其造型较大，听筒之设计也较大。使用者不觉得其音质有何差异。而今行动电话之造型趋于小型化，尤其在吵杂的环境下愈显声音变小，通话品质低落。因此，使用者习惯将听筒紧贴在耳朵上，让其密闭性更佳，达到较佳之通话品质，但却造成使用者耳朵疼痛，脸颊发热，满头大汗之不适感。基于上述听筒设计之缺失，主要系听筒与耳朵间密闭性不佳造成，为了弥补此项缺失，防止声音泄漏，就必须在声音泄漏之部份（低频带）补偿，此即防止声音泄漏（低频加强型受话器）之发展由来。,第七节：低频增强型Receiver如何防止声音泄漏,传统Receiver是以IEC 318仿真耳Type 1来实施测试，如改用泄漏型仿真耳（B&K 4195，Type 3.2）来进行测试即会造成低音频响曲线衰减。基于传统Receiver之测试方法，而又不影响Receiver之低音频响曲线，衰减唯一方法，就是提升Receiver之低音频响曲线，如此一来当实际使用时，行动电话与人耳之间声音泄漏损失即可借由低音频响曲线之增强而获得补偿，进而达到防止声音泄漏之目的。,第八节：低频增强型Receiver平坦频响曲线之修正方法,利用DSP（Digital Signal Processor）配合B&K 4195仿真耳修正曲线之建议： 低频增强型之Receiver低频峰点在400600Hz之间高于是1KHz的15dB，高频谷点在2.53.5KHz之间低于1KHz约9dB，如用B&K Type 4195 低泄漏型仿真耳测试，低频增强型Receiver会使低频响曲线（低频峰点400600Hz）衰减约10dB，因此当低频增强型Receiver频响曲线经由B&K Type4195仿真耳衰减，其低频峰点与高频谷点之频响差值约为14dB（15-10+9），此即DSP被建议修正之值。,图示：,利用行动电话音响空间修正频响曲线之建议：,前容积：基本上前容积对频响曲线之影响非常小。但要 注意的是受话器（Receiver）之出音孔，其位置、 大小与行动电话前盖之出音孔位置大小，因行 动电话外型设计美观上的考量，常无法对准音 孔；此时在受话器（Receiver）与行动电话前盖 之间加上0.2m/m1m/m厚度，内径截面积不小 于Receiver外径截面积7080%之缓冲材Poron或 Rubber将前后容积完全隔离即可防止频响曲线 的变化。,后容积：后容积之大小主要影响低频段频响曲线，后容 绩小低频段频响曲线衰减，反之后容绩大时， 低频段频响曲线提升，行动电话后容积之设计常 受制于客户外观大小的要求，如低频段频响曲线 必须做调整而后容积又无满足需求时，DSP可试 作修正或要求受话器（Receiver）供应商应做低 频段频响曲线衰减、提升的修正。 出音孔：行动电话上盖受话器（Receiver）之出音孔大小 主要影响高高频段频响曲线，出音孔小，高频 段之截止频响曲线低，反之出音孔大高频段之 截止频响曲线高。本公司经调查客户在行动电话 前容积及出音孔上之设计大体一致，差异不大， 就上述出音孔大小对高频及频响曲线之影响，可 经由受话器（Receiver）设计上解决达到理想之 高频响曲线、客户可自行选择音孔而不受影响。,第九节：Receiver音响空间尺寸设计之建议,一般型 Receiver 10 - 15前容积高度 0.21.0m/m 出音孔 1.0，13孔 后容积 35cm3 低频加强型 Receiver 10 - 15 前容积高度 0.21.0m/m 出音孔 1.0，24孔 后容积 35cm3 多功能型 Receiver 前容积高度 0.21.0m/m 出音孔 1.0，58孔 后容积 58cm3,第二章：Loudspeaker(喇叭)特性简介 第一节： Loudspeaker(喇叭)特性简介,第二节：Loudspeaker(喇叭)音响空间之图示说明,第三节：Loudspeaker(喇叭)性能之测试立法,参考标准：IEC: International Electronic Commission 国际电子委员会EIA: Electronic Industries Alliance 美国电子工业协会IEEE：Institute of Electronics Engineers 美国电子电机工 程师协会JIS: Japanese Standard Association 日本工业规格协会CNS: Chinese National Standard 中国国家标准,单位性能测试：,Sensitivity(Sound Pressure Level)音压灵敏度 将SPK置放在标准障板（IEC268-5，如附图）或1000c.c（10cmX10cm) 之音箱，输入正弦波，Input 0.1W 功率之电压或额定功率之电压.5cm10cm，求得1KHz单点或四点。 500Hz 600Hz 800Hz 1000Hz 800Hz 1000Hz 1200Hz 1500Hz 之平均音压值 600Hz 800Hz 1000Hz 1200Hz 1000Hz 1200Hz 1500Hz 2000Hz,附图：标准障板.Baffle(IEC 60268-5),2. Frequency Range:有效频带 从1.项S.P.L中得知音压位准值，下降10dB，由低限频率至高线频率之频带称之。（可参考JIS5531标准）3. Rated Power: 经White noise 2496 hr or Pink Noise 100 hr 测试SPEAKER需正常 （参考CNC4785 JIS 5531 OR IEC 60268-5）4. Max Power:请参阅第三章基础电声简介，第十节（参考CNC 4785 JIS 5531 IES60268-5）,手机成品测试：SOUND Level Meter(噪音计)之测试要求 In“A”Function 在自由音场（一般生产线上）即可 任何有声波反射效困之平面距离手机测试30cm以上为宜 测试前将用标准规格样品校正 测试物件离地面大约40cm 测试距离5cm/10cm,第四节：手机AMP之输出功率如何与Loudspeaker搭配,1. Loudspeaker之最大承受功率需相等或较大于手机AMP之最大输出功率（Full Power Output）(可以1.1倍于手机AMP之最大输出功率定之)2. 手机AMP持续稳定之最大输出功率为若干？ 以此来决定Loudspeaker之额定承受功率多少(可以1.1倍于手机最稳定之最大输出功率定之)3. 最理想做法是Loudspeaker之额定承受功率相同于手机AMP之最大输出功率（Full Power Output）,附注：承受功率之喇叭并不等同于效率好的喇叭。例如：1只可承受1W的喇叭，当AMP输出功率1W时其音压（dB）为100(dB),较1只仅可承受0.5W的喇叭，当AMP输出功率0.5W时其音压（dB）为100(dB)效率差.同理：在音压100dB为基准要求下，测得AMP输出功率小者其效率高，反之效率低。,2. 以目前手机可以下载音乐的功能架构下依个人喜好，下栽音乐之频响曲线不一就单一喇叭要能完全达到完美的表现，不破音、失真，有其困难度毕竟它并非高中低三音路（3Way）三只喇叭之设计，而是单一全音域（模拟）的设计，更何况其体积小，困难度更高，建议以听起来柔和、舒服、清晰既可，当然其听觉之主观意识是关键的因素，很难定义。,第五节：手机音响空间设计与Loudspeaker电气特性对手机电气特性、声音表现之影响（一）音响空间对手机电气性能及声音之影响,附图一: 出音孔小,附图一：出音孔大,附图二：前容积小,附图二：前容积大,附图三：后容积小,附图四：后容积大,附图三：洩漏孔大、小,(二）Loudspeaker电气特性对手机电气性能及声音之影响,第六节：手机音响空间尺寸设计之建议,1. 13m/m Speaker 前容积高度:0.31.0m/m 出音孔高度: 1.0,48孔(3mm 6mm ) 后容积高度:35Cm 洩漏孔高度:46mm 2. 15m/m Speaker 前容积高度:0.31.0m/m 出音孔高度: 1.0,48孔(3mm 6mm ) 后容积高度:35Cm 洩漏孔高度:46mm 3. 1620m/m Speaker 前容积高度:0.31.0m/m 出音孔高度: 1.0,48孔(3mm 6mm ) 后容积高度:57Cm 洩漏孔高度:5mm,附注：1. 出音孔之设计样式在前容积内之何 位置对频响曲线及声音影响不大，只要确保前容积与后容积完全隔离，而出音孔总截面积与上述之建议值接近即可。 2. 前容积仅标注高度，而其内径所形成之截面积以不小于SPK外径截面积之75%为宜。 3. 上述所列之值仅供参考之用，并非绝对值，因为SPK之特性会直接影响上述所列之值的变化，但在上述所列之基础下作修正就容易多了。,第三章：基础电声简介第一节：声音短路效应(Acoustic Short Circuiting),1. 当喇叭振膜振动时，喇叭前后都会有声波产生，且声波相位刚好相反，由于低频之指向性超过180度，接近无指向性，因此当声波向外成环状扩散时，喇叭前后逆相低频声相交，声音短路，因声波相位同相相增，逆相相减之故，造成低频之输出音压衰减，为了阻止声波之回响，平面挡板(Baffle)可抑压指向性超过180度之声波（低频）防止声波之回响而增加低频的功效，但对本身指向性不好的中、高频、平面挡板完全没有效果。 图示：,声波方向:,频响曲线:,2. 目前实用性之平面挡板的面积是有限度的，如行电话之音响空间（前容积与后容积之隔离）即平面挡板应用之模式，但是因外观设计趋于小型化，于是不能防止前后声音的回响及共振，结果会发现很锐利的尖峰以及仰角(dip)，要如何修正其频响曲线平坦，我想在行动电话机构，软硬替及喇叭厂相互配合下，较容易完成。图示：小型挡板之频响,图示：小型挡板之频响,第二节：声音之要素,音调（Pitch）：声音频率（Frequency)高低，单位 CPPS（Cycle Per Second)。 音量（Volume): 声音振幅（Amplitude)大小,通常表示的单位dB（Decibel的缩写）它是以正常人听1000Hz频率之纯音，所能听到的最弱声音，其音压为0.0002微巴（u bar)当作0dB。 音色（Tone): 在声波而言，仅知道它是由谐波（Harmonic Wave)造成，但究竟那些谐波怎样组成声波，会造成人所受感受的特色，以及特色如何？即不能作实质存在的说明，也无法去衡量，完全由人心里感受，凭经验去体会，是个人相当主观的见解。,附注： 声音三要素中的音调与音量，是声波的频率与振幅，由人感受后的结果，由其实质的存在，也有确实的衡量标准，而人也可由人身的组织，作较为客观的认识，像这种由人的生理，予以客观认识的声音，称为“生理之音”，而音色在声波而言如上述（音色）内容，是心里感受所引发的想象，这种感觉往往会左右人的情绪，心里感受越深，音色越清晰，感受越浅，音色越模糊，这种感受的声音称之为“生理之音”.虽然那些谐波怎样组成声波，会造成人所感受的特色，以及特色如何？建议可在喇叭之总谐音失真（Total Hanmonic Distortion)中得到失真愈小其音色表现愈真实。,第三节：声音频谱（Acoustic Spectrum),人声：男低音60Hz女高音2500Hz 打击乐器：鼓. 60Hz200Hz 弦乐器：钢琴、大小提琴、吉他.27.5Hz4086Hz 管乐器：小喇叭、伸缩喇叭、竖笛80Hz1800Hz附注： 几乎所有的传统乐器的发挥频率都在此之间，当然电子合成器则另单别论了，上列之频率为基础频率，为了表现乐音何弦之协和性，喇叭之有效截止频率必须大于上列之声音基础之高频频率3倍较佳。,第四节:音质评语,.,第五节：和弦音,所谓和弦1.在音乐上讲，两个以上的音同时发声就有了和弦的效果，由此出发，发展了和弦学，和弦学中最基础的理论是和弦理论，即三个或三个以上的音按三度叠置就构成“和弦”。2.构成“和弦协和性要素： 音程：两个“半音”构成一个“全音”即“大二度” 一个“全音”加上一个“半音”叫做“小三度” 两个“全音”加上一个“半音”构成“大三度” 这些度全音半音都表示音调间不同的距离，就是“音程”。,频率：八度音程时两个音的频率比是1 2，五度音程时是3 4，大三度音程是4 5，小三度音程时是5 6.频率比越来越大，协合程度就越来越差。 三个音的频率比，如“大三和弦”是一个“大三度”再叠置一个“小三度”共三个音的频率比是45 6， “小三和弦”是一个“小三度”再叠置一个“大三度”，其三个音的频率比是10 12 15，在听感上“大三和弦”比“小三和弦”更和谐的原因，是频率比越小就越谐和，也就是谐波有更多重合的地方。如附图,附图：,第六节:音压位准（Sound Pressure Level),在1870年，贝尔（Bell)先生研究发现人耳对声音大小感觉呈数学之对数关系，而音压的单位，如同气压的单位，但较小，故多以【微巴】（u Bar)表示，它是以正常人听1000Hz频率的纯音，所能听到的最弱声音（其音压为0.0002 u Bar)当作0dB。dB(分贝）（Decibel,写成dB）为目前惯用之音压单位。,附注:Pa.u Bar.SPL皆可用来表示音压大小的单位单位换算:例(一):1Pa=0dBSPL=10u Bar (二):1u Bar=0dBuPar=74dBSPL=20dBPa (三): 10u Bar= 20dBu Bar= 94dBSPL=1Pa换算方法:例(一):4.7dB+94dBSPL=89.3dBSPL (二):+2dBPa=+2dB+ 94dBSPL= 96dBSPL (三):+99.3dBSPL=5.3dB+94dBSPL=+5.3dBPa (四):2Pa=6dBPa=6dB+ 94dBSPL=100dBSPL,第七节：Receiver&Speaker之动作原理,磁场中的导线，在流有电流时，依佛来明（Flening)左手（图一）定则，导线依一定方向作运动。如（图二)电池一接好电流即由+流过导线到-而回到电池，所以电流的方向是由左而右，磁场中的磁力线是由N到S，即由由左而右，则导线会上、下地跳动，如导线上粘接振动膜片，振动膜片随着导线上、下不停地跳动，发出声音。（如图三）被间接带动空气。,.,第八节：dB值之换算,距离加倍（例:1M2M)-6dB 距离减半（例:1M0.5M)+6dB瓦特数加倍（例:0.5W1W)+ 3dB 瓦特数减半（例:1W0.5W)- 3dB距离变动时之计算公式：？dB=20log(1M/ nM)其中n=实际之测试距离瓦特数变动时之计算公式：？dB=10log(PW/ 1W)其中P=实际所用之瓦特数 若实际测试之瓦特数 为0.5W，距离为0.5m时，若要算成1W,1M的答案时： +3-6=-3 即实测值再减3dB就对了,第九节：最低共挣频率（FO,Lower Resonance Frequency),共振频率指一弹性体受到外力时，本身产生之振动频率，喇叭是弹性体之一种，故具有上述特性，而喇叭之最低共振频率约在频响曲线之低频处第一个峰点。FO越低表示喇叭之低频特性越佳。附注：FO之量测：早期用Sweep对喇叭单体施加不同频率振波，当低频频响之某一点振幅最大时既为喇叭之FO，而目前一般使用阻抗分析仪，于低频频响段量测阻抗最高一点之频率既为该喇