音频曲线的应用

1、ME6 祝文祥祝文祥2008.06.18 音頻曲綫的應用音頻曲綫的應用Innovating Customer Value 2IAC Confidentialq音質評價的方法音質評價的方法q音頻曲綫的介紹音頻曲綫的介紹q音腔的結構音腔的結構q音頻曲綫的變化規律音頻曲綫的變化規律 一一. .前腔高度對音頻曲綫的影響前腔高度對音頻曲綫的影響 二二. .出音孔面积對音頻曲綫的影響出音孔面积對音頻曲綫的影響 三三. .后腔對音頻曲綫的影響后腔對音頻曲綫的影響 四四. .前腔后腔密封性對音頻曲綫的影響前腔后腔密封性對音頻曲綫的影響q標準曲綫標準曲綫q一些機型的曲綫分析一些機型的曲綫分析q設計總結設計總結目

2、錄目錄Innovating Customer Value 3IAC Confidential 什么是音质？就是音乐的品质，包括音高、音調、音色。音高就是指聲音的大小；音調就是聲音的頻率高低；音色就是指聲音的純度。对声音的评价分兩种： 一種是通常的可以通过用耳朵听，但是这对人的要求很高，不同曲子聼起來也會有影響，不能够直观的评价出声音的品质； 另一種就是通过观察分析音频曲线的相关音频参数来作出评价，不受个人和场地因素影响，能客观的表现出音频播放的性能。聲音評價的方法聲音評價的方法Innovating Customer Value 4IAC Confidential音頻曲綫的介紹音頻曲綫的介紹一一

3、. .音頻曲綫的定義：音頻曲綫的定義： 音频曲线分两种： 一种是接在如手機耳机孔上，对输出的音源电信号分析，从曲线的频带宽和带内的均匀度来观察出音源质量的好坏，音源的信号品质好坏也直接影响播出的音响效果； 另一种是用收集器收集分析扬声器发出的声频信号，来评价声音的品质，这也就是我这次报告所要重点做的实验。在音源和speaker本体都确认的情况下，通过改变音腔等来实现音质的改善，同时能直观的从音频曲线上观察出来。Innovating Customer Value 5IAC Confidential 二二. 音頻曲綫的测试原理音頻曲綫的测试原理 测试Speaker在Handset中的发音频率响应

4、使用UPL的generator给安装在Sample中的speaker（电路部分与主板分开）两端直接提供信号，UPL产生2008000Hz的音頻信號，經過Speaker發出聲音，傳送給UPL的analyzer进行分析，产生频率响应曲线。音頻放大器音頻放大器UPL仿真耳仿真耳samplegeneratoranalyzer音頻曲綫的介紹音頻曲綫的介紹Innovating Customer Value 6IAC Confidential 三三.音頻曲綫圖：音頻曲綫圖：橫坐標X表示聲音的頻率，縱坐標Y表示聲音的能量。 低頻 500HZ 中頻 5KHZ 高頻音頻曲綫的介紹音頻曲綫的介紹限制綫所測得音頻曲綫

5、要在限制綫的上方Innovating Customer Value 7IAC Confidential 手機音乐聲音一般是由300Hz8000Hz的頻段組成，音頻曲綫所表示的就是在這頻率段中揚聲器（SPK）所能發出的各頻率點聲音的強度。 好的音頻曲綫： 20Hz150Hz低频使声音要有一定的厚度基础 ； 150Hz500Hz中低频使声音有一定力度。中低频过分加强时，声音浑浊，过分衰减时，声音乏力； 500Hz5kHz中高频使声音有一定明亮度。过分加强时，声音生硬，过分衰减时，声音发散、发飘； 5kHz1OkHz高频段使声音有一定层次、色彩。过分加强时，声音尖刺，过分衰减时，声音暗淡、发闷(在8

6、KHz時對音頻略有提升可使高頻段的音色顯得生動活潑些)音頻曲綫的介紹音頻曲綫的介紹四四. . 什麽是好的音頻曲綫什麽是好的音頻曲綫Innovating Customer Value 8IAC Confidential后声腔SPEAKER前声腔防尘网出声孔图1 声腔结构示意图 手機的聲腔主要包括出聲孔、前聲腔、後聲腔、密閉性、防塵網五個方面，如下圖： 音腔的結構音腔的結構Innovating Customer Value 9IAC Confidential Speaker的大小基本上就決定了音頻曲綫在各頻率點所能達到的最大高度，我們機構所能做的就是在聲源、SPK都確定的情況下通過音腔把聲音如何發

7、揮到極致！ 下面分別介紹前腔高度、出音孔面積、后腔和密封性對聲音的影響，從音頻曲綫中如何直觀的看出來，並找到規律，去調整到我們想要的曲綫。 音頻曲綫的變化規律音頻曲綫的變化規律Innovating Customer Value 10IAC Confidential 一一. .前腔高度對音頻曲綫的影響：前腔高度對音頻曲綫的影響： 實驗：出音孔形狀選擇如右圖：縂面積是20mm2、單孔直徑為1.5mm。分別選擇前腔高度為0.3mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm做音頻曲綫分析，如下圖所示: Innovating Customer Value 11IAC Confidential前音腔高度變化

8、所對應的音頻曲綫圖：前音腔高度變化所對應的音頻曲綫圖：前腔高度0.3mm前腔高度0.5mm前腔高度1mm前腔高度1.5mmInnovating Customer Value 12IAC Confidential前腔高度2mm曲綫分析： 觀察測試的五條曲綫，曲綫基本上是一致的。惟一的變化就是紅圈所標的區域，直觀的看就是水平的曲綫加長了。這裡出現水平曲綫的原因是因爲在這段聲音的強度太高已經超出了上限-5dbr所能表示的範圍。由SPK性能的原因高頻段的尾端都會出現曲綫的下降：在前腔高到2mm時，可以看到在8K位置上曲綫略有下降。結論： 理論：高頻波峰盡量出現在6K-8K位置，最好靠近8K。 隨著前腔

9、的加高，高頻段水平綫的加長和最後在加到了2mm高度時曲綫出現的略有下降，可以看出高頻波峰在向左移。 按照要求在6K-8K出現高頻波峰，1mm的音腔高度應該是最好的。 下降高頻波峰位置Innovating Customer Value 13IAC Confidential 二.出音孔面積對音頻曲綫的影響：出音孔面積對音頻曲綫的影響： 實驗：測試的出音孔和之前一樣如右圖，前腔高度為測試所選較好的1mm高度，為實驗測試方便，通過橡皮泥賭住小孔來減小出音孔縂面積，來觀察其音頻曲綫的變化情況，如下圖所示： Innovating Customer Value 14IAC Confidential出音孔面積

10、變化對應的音頻曲綫出音孔面積變化對應的音頻曲綫（前腔高度為1mm）：）：曲綫分析：1. 略減小一部分出音孔的面積，能觀察高頻段的水平曲綫加長了；再看低，中頻段基本上沒什麽變化。2. 堵住一半孔的面積再觀察曲綫，發現在4K-8KHZ的高頻段曲綫的形狀有了較明顯的變化：在4K-5.5K段高頻的音強（聲音的強度）加大了約2dbr左右，而在6-8KHZ曲綫還出現了明顯的下降。出音孔面積減小一半原出音孔面積出音孔面積減小一半曲綫下降出音孔面積略有減小原出音孔出音孔面積略有減小Innovating Customer Value 15IAC Confidential出音孔面積加的過大3.黨把出音孔面積加的過

11、大時，觀察左邊的音頻曲綫，發現高頻段的曲綫比之前的小了有10dbr左右！出音孔面積加的過大所對應的音頻曲綫：出音孔面積加的過大所對應的音頻曲綫：Innovating Customer Value 16IAC Confidential縂結： 從上面通過出音孔面積變化后音頻曲綫的對比測試總結的規律: 1.出音孔面積主要的是影響高頻部分。黨出音孔面積比較合適時，略微的調整面積，高頻段的音強會跟著變化：面積減小，高頻段的聲音加強，從圖上看就是水平的曲綫加長（實質上就是高頻波峰向左移動）。 2. 当出声孔面积過小時，由於4K-5.5K的音強加大，會使得中頻段的有效頻段變窄，聲音就會變得沒之前的飽滿了；同

12、時高頻部分尾部的曲线会急剧下降，降低音高也使的聲音聼起來會感覺發悶。 3. 当出声孔面积過大時，高頻段聲音的強度也會损失很大。Innovating Customer Value 17IAC Confidential三三. .后音腔對聲音的影響：后音腔對聲音的影響： 低頻部分對聲音影響很大,而低頻主要是受后腔的影響，好的低音主觀上會讓人覺得悅耳。 下面分別從后腔以下幾個方面來分析其對應的音頻曲綫的影響： 1）容積； 2）后腔的形狀； 3) 后腔的高度和SPK擺放位置； 4）材料及壁厚不同.Innovating Customer Value 18IAC Confidential1)后腔容積對曲綫的

13、影響： 實驗：如圖面所示，測試的SPEAKER 和前腔高度，出音孔都是一樣的。只對后腔容積做改變觀察音頻曲綫的變化。泡棉這些缺口用橡皮泥封住容積4cm3容積0.4cm3容積2cm3Innovating Customer Value 19IAC Confidential體積為0.4cm3體積為2cm3體積加大為4cm3后腔容積為4cm3的高頻波峰位置曲綫分析：1.觀察三條曲綫，在低頻段音強的差異還是很大的。基本隨著容積的加大，低頻段的音強在加大。2.1K位置聲音的強度是SPEAKER廠家衡量其性能的一個重要的參數。觀察三條曲綫，發現容積最小的（0.4）音強只有-25dbr,而其他的兩條高度差不多

14、，都在-15dbr左右。再看容積為0.4cm3曲綫在1K-5k段都是一個明顯的爬坡，而不像其他的兩條基本上是水平的，這種爬坡會使中頻的有些聲音段偏小影響了音色。4.觀察容積為4cm3的曲綫，在中頻段基本上和2cm3差不多，但它的高頻波峰與其它兩條曲綫相比較很明顯的向左移動了很大部分，這樣會影響到中頻部分的有效頻段寬度。 容積的變化對應的音頻曲綫圖容積的變化對應的音頻曲綫圖：Innovating Customer Value 20IAC Confidential總結： 1. 低頻性能是隨著后腔容積加大而變好。 2. 后腔不僅影響低頻，也對中頻有影響。往往黨后腔容積過小時，曲綫在中頻段就會出現爬坡

15、而不是水平的曲綫。而儅后腔容積有一定容量時，后腔容積的再增大對中頻的影響就變小了（如容積2cm3和4cm3在1K-3K中頻率段基本上就差不多） 3. 並不是說后腔的容積越大越好，儅容積過大時會因爲高頻波峰的左移，而使有效中頻變窄影響音質。 4.通過觀察以上三條曲綫，覺得可以通過觀察低頻波峰是否在1KHZ的位置來評定后腔的容積是否為最佳值。不過要注意：這是在保證前後腔密封的前提下。Innovating Customer Value 21IAC ConfidentialSPEAKER直徑直徑(mm)后腔最小容積（后腔最小容積（cm3）后腔推薦容積（后腔推薦容積（cm3）130.811.5151.2

16、1.51.5161.21.52181.52213x181.21.51.5下表是廠家提供的些后腔容積的推薦值： Innovating Customer Value 22IAC Confidential2)后腔形狀對曲綫的影響： 實驗：下圖是測試的后腔形狀，一共做了六個，由於天綫焊錫的高度要求，本試驗支架的外形高度都設計為7mm（内腔高度為5.8mm），出音孔，前后腔容積都是一樣的，就是后腔的形狀不一樣。 圖1 圖2Innovating Customer Value 23IAC Confidential圖1圖2測試的曲綫圖：曲綫1 曲綫2 Innovating Customer Value 24I

17、AC Confidential 圖3 圖4Innovating Customer Value 25IAC Confidential圖3圖4的測試曲綫： 曲綫3 曲綫4Innovating Customer Value 26IAC Confidential 圖5 圖6Innovating Customer Value 27IAC Confidential圖5圖6測試曲綫： 曲綫5 曲綫6Innovating Customer Value 28IAC Confidential曲綫分析： 從以上6個不同形狀，后腔容積相同的曲綫對比分析，發現曲綫的形狀和低頻段基本上是保持一致，變化不大.總結： 如下圖

18、所示，觀察SPK支架的結構后發現，基本上六個支架的SPK與PCB高度和SPK與側壁的寬度都有3mm以上（廠家給出的要求是至少要保證后出声孔离最近的挡板距离应大于后出声孔径的0.8倍），這樣就保證了SPK本体的后出音孔的出氣順暢，更容易的充滿腔体。所以六個支架的結構雖然形狀各不一樣，在體積一樣的情況下，低音的性能還是不受影響的. 在能保證SPK后出音孔出氣順暢的前提下，较规则的形狀對聲音基本沒有影響！Innovating Customer Value 29IAC ConfidentialSPK支架的結構：speaker3mm3.5mmSpk本體后出音孔PCB泡棉Innovating Custom

19、er Value 30IAC Confidential3)后腔的高度和SPK擺放位置對曲綫的影響: 把SPK直接放在PCB板上，H減小為0.8mmSPK半邊直接和天綫支架接觸側壁配合，而不是holder，減小SPK和側壁的寬度PCBSPKInnovating Customer Value 31IAC Confidential曲綫分析： 從左圖面上看，700-1.5K段后腔高度和位置變化的曲綫有個很明顯的凹陷，同時后段的曲綫波動的幅度明顯比原后腔的大。總結： 黨SPK后出音孔的出氣空閒比較的窄時，聲音跑出來可能會比較的急促，使中頻段的曲綫波動很大，聲音聼起來就會沒有出氣順暢的后腔飽滿圓潤。 后腔

20、的高度和后腔的高度和SPK擺放位置變化對應的音頻曲綫：擺放位置變化對應的音頻曲綫：高度和位置變化原支架Innovating Customer Value 32IAC Confidential实际产品分析实际产品分析: GW606支架 1.上圖是GW606的天綫支架，CAMERA所擺放的位置放在中間，靠者SPK，這種設計不好，會影響SPK的后出音孔出氣，因該像右圖把CAMERA空間去掉或是放在黃圈所示的區域，這樣能使SPK后出音孔出氣順暢。設計的時候盡量使后腔出氣順暢。SPK所放位置Camera位置左Innovating Customer Value 33IAC ConfidentialPCBS

21、peaker后出音孔為改善后腔增加的通氣孔SPEAKER 2.再觀察左圖MG7的SPK結構，看到它的后腔是被SPK本体直接的包住的，這樣結構后腔容積就很小，影響音質。 為改善后腔，在PCB板上開孔，但是MG7的最初的改善方案如左圖所示，孔完全被SPK底座給封住了，完全起不到擴大后腔容積的作用。 孔應該開在SPK的后出音孔処，才能起到擴大后腔的作用。下面是兩曲綫的對比圖：Innovating Customer Value 34IAC Confidential 從兩曲綫1K位置的音強來看，孔開在SPK底座的測試曲綫音強為-25dbr ;孔開在后出音孔位置的其IK音強為-20dbr，加大了5dbr。

22、可見孔開在SPK后出音孔位置上，對后腔還是有改善的。 再觀察兩曲綫，中間都有一個很明顯的凹坑！這和上面測試的黨后出音孔出氣不暢時曲綫出現的凹陷一至。 所以在設計的時候盡量的增加音腔的高度和后出音孔與側壁的距離，來保證出音的順暢，改善音質。孔開在SPK底座位置孔開在后出音孔位置Innovating Customer Value 35IAC Confidential4)材料和臂厚對音頻曲綫的影響： 1.材質：之前在改善GW606音腔時有做過測試，把PC材料更換為GF料，觀察音頻曲綫的變化如下圖所示：曲綫分析：觀察發現200-500HZ段的聲音強度有了明顯的提高。Innovating Custome

23、r Value 36IAC Confidential2.壁厚：之前的GW606 也作了相關測試，音腔的側壁加厚到1.2 mm，低頻部分聲音了有些改善。分析原因：如果側壁比較的薄，就可能因爲震動吸收掉部分后腔所發 出的聲音（聲音也是一種能量），這樣就影響了低頻的性能。總結：GF材料的低頻性能比PC的要好！ 音腔壁厚盡量選則較厚，推薦1.2mm。Innovating Customer Value 37IAC Confidential密閉性包含兩部分，前音腔和后音腔。1)前腔的密封對音頻曲綫的影響 前腔的密封就是要讓前後腔能很好的隔離。密封不好時，speaker发聲有部分從側邊洩露並與后出音產生短路

24、，聲波在內部疊加致使聲音變小且音質變差。下頁是前後腔串音后的音頻曲綫。声腔SPEAKER前声腔防尘网出声孔声腔结构示意图四四. .密封性對音頻曲綫的影響密封性對音頻曲綫的影響Innovating Customer Value 38IAC Confidential曲綫分析： 曲綫基本上變形，中頻段的聲強明顯下降，聲音變低。總結： 1.一定要使前腔的密封，保證前後腔不會串音。 2. 可以通過堵住前出音孔,能感覺到響聲降低明顯，這表明前後腔密閉良好。前後腔串音后的音頻曲綫前後腔串音后的音頻曲綫: : Innovating Customer Value 39IAC Confidential2)后音腔密

25、封對音頻曲綫的影響： 后腔密封5mm2洩漏孔20mm2洩漏孔.曲綫分析： 1.觀察3條曲綫，從200-700HZ這個頻段，有洩漏孔的兩條曲綫反而比后腔封閉的曲綫音強要高！ 2.但是比較三條曲綫在1K附近，后腔密封的音強最大，其次就是留5mm2 洩露孔，和密封的音強相比差的不多，但是留20mm2 洩露孔曲綫在1K位置可以看到個明顯的凹坑，這樣會使中頻的有效頻帶縮小，聼起來聲音會感覺聲音會沒有力，像中間空了一樣。有洩露孔的低頻性能要好凹坑Innovating Customer Value 40IAC Confidential總結：總結： 現在手機都是向著小，薄的方向發展，由於一些電子器件等等的擺放

26、，對於可以做為后腔容積的空間是比較有限的。從上圖分析知道有洩漏孔的在200-700HZ低頻性能要比完全封閉的要好。所以在設計上，在holder側壁上做個引線孔（不要太大，基本上能穿過引線即可）,盡量的远离spk位置，這樣既能方便錫焊又能起者洩露孔提高低頻性能的作用。Innovating Customer Value 41IAC Confidential 標準曲綫標準曲綫有效中頻段的音強：-15DB低頻段有一定的音強IKHZ的響應基本要在低頻的波峰位置有效中頻段：直接的影響聲音的大小。高頻波峰可能的位置（要求在6-8K）Innovating Customer Value 42IAC Confid

27、ential對一些機型的曲綫分析對一些機型的曲綫分析Innovating Customer Value 43IAC Confidential图图2 Sony Ericsson W550C(MP3,雙雙Speaker其中大的其中大的)图图1 GMP209(MP3)幾種較好的幾種較好的speaker頻響曲綫頻響曲綫 左圖是我司音質較好GMP209的曲綫，右圖是sony W550C。看這兩條較好的曲綫： 低頻段：200-300HZ有一定厚度基础，300-500HZ段有一定的力度上升。1K的位置基本在低頻波峰的位置。説明后腔的容積都很不錯！ 中頻段：曲綫都比較的平，音強也比較的大都在-15dbr，表示

28、聲音都挺大的，也比較的圓潤，只是GMP209在3K的位置音強的突然加大，使的中頻有效頻寬比sony 的要變窄，聼起來會沒它飽滿了。Innovating Customer Value 44IAC Confidential 高頻段：比較sony的機器，GMP209在5K-8K段的曲綫明顯下降，這樣的話會使音高上不去，聲音聼起來會感覺發悶。 從上面曲綫的比較分析，GMP209 的中高頻段的不足可能是因爲前腔的太高所至。3.6mmGMP209結構分析： 從右面GMP209的結構來看，SPK前腔的高度為3.6mm，太高了！ 這樣就使得高頻波峰位置太向左，由於SPK本身的性能在高頻波峰后就會下降，所以就出

29、現了3K的位置音強的突然加大，在5K-8K段的曲綫明顯下降。Innovating Customer Value 45IAC Confidential我司較差的幾款機型我司較差的幾款機型OK318OK818OK808 下面是對于這些音質較差機型通過結構的分析，驗證曲綫反應的真實性！Innovating Customer Value 46IAC Confidential OK318 觀察上面所對應音頻曲綫，在低音部分發現在200-400HZ段基本上曲綫沒有響應！再看1K位置的音強基本上也接近了低頻波峰（-20dbr左右），按之前的理論分析因該會有比較理想的低頻響應才對，那爲什麽會在200-400段

30、沒有響應呢？ OK318SPEAKER看OK318的音腔結構，可以看到SPK的后腔空間的確是有的，而且還比較的大，符合從曲綫上分析的結果。分析在200-300曲綫沒有響應是因爲OK318沒有独立封闭的音腔体，而是靠整機封閉，這樣密封會不好，泄漏太多。 再觀察曲綫OK318音高爲什麽上不去？看結構如右圖出音孔的面積只有5.3mm2！由於出音孔面積太小，又位置不在中間，使得高頻段的聲音被壓制了，音高上不去。出音孔Innovating Customer Value 47IAC Confidential 0K818看上面對應音頻曲綫，發現在低頻部分200-400頻段一樣的也都是沒有響應的，再從1K的位置上看，從曲綫對應的声强來看，它应該是有一定的后腔容積的，從右邊的結構看也的確如此。分析低頻不好的原因也應該是后腔没有独立封闭的音腔体，泄漏太多。 OK818 都是后腔