受话器、喇叭特性简介及基础电声学课件

行动电话使用之Receiver(受话器)&Loudspeaker

(喇叭)特性简介及基础电声学

简报人：何丙武时间：2004年07月27日

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.57TYPE1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：

序号

名

称

材料功

能

1基架工程塑料等支撑和构造主要音腔等作用

2绝缘片MYLAR起端子和U铁间绝缘的作用

3U铁SPCE起导磁作用，构成磁气回路

4端子PBSR连接电源，输入电流

5磁铁Nd-Fe-B产生磁场作用

6磁蕊SPCC起导磁作用，构成磁气回路

7调音纸NON-WOVEN调整相应频率段音压

8前盖SUS或SPEC保护振膜，构成音腔等做用

9振膜MYLAR振动推动空气发出声音

10音圈COPPERWIRE通电后发生振动

11垫片PORON

起缓冲和构成共振音腔作用

12防尘网NON-WOVEN防止灰尘等异物进入腔体内造成杂音

分类：依型式（TYPE）分类①一般型（NormalType,Type1）②低频增强型/防止声音泄漏型（LeakageTolerantType,Type3.2）依功能（Function）分类①一般受话器（ReceiverFunctionOnly）②

二合一多功能受话器(ReceiverwithBuzzerfunction,2in1)③三合一多功能受话器(ReceiverwithBuzzerandSpeakerfunction,3in1)④四合一多功能受话器(ReceiverwithBuzzer,SpeakerandVibrationfunction4in1)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。②声音表现:失真（Distortion）较小，（因为振膜振幅较小）缼点：①声音博现较尖锐（因为振动面较小，振动膜片较厚)②声音较小（因为声音在量泄漏，无补偿提升）

TYPE1之频响曲线：

如下图所示：

低频增强型（使用行动电话上）优点：①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）②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：①较不容易通过GSMFTA认证，因为设计者必须非常了解行动电话音响空间(AccousticVolume）之设计，受话器（Receiver）特性及DSP调整技术之性能测量方法。②失真较大（因为振膜较薄，振幅较大)TYPE3.2之频响曲线：如下图所示：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（PhoneJack）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：ITUP.57Type1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

一般型

仿真耳IEC-318Type1(B&K4185)

低频增强型

仿真耳ITUType3.2(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。第八节：低频增强型Receiver平坦频响曲线之修正方法①利用DSP（DigitalSignalProcessor）配合B&K4195仿真耳修正曲线之建议：低频增强型之Receiver低频峰点在400—600Hz之间高于是1KHz的15dB，高频谷点在2.5—3.5KHz之间低于1KHz约9dB，如用B&KType4195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400—600Hz）衰减约10dB，因此当低频增强型Receiver频响曲线经由B&KType4195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：②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/m—1m/m厚度，内径截面积不小于Receiver外径截面积70—80%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。第九节：Receiver音响空间尺寸设计之建议一般型Receiver

φ10--φ15前容积高度0.2—1.0m/m出音孔φ1.0，1—3孔后容积3—5cm3

低频加强型

Receiver

φ10--φ15前容积高度0.2—1.0m/m出音孔φ1.0，2—4孔后容积3—5cm3

多功能型

Receiver前容积高度0.2—1.0m/m出音孔φ1.0，5—8孔后容积5—8cm3

第二章：Loudspeaker(喇叭)特性简介

第一节：Loudspeaker(喇叭)特性简介

NO.DESCRIPTION

PARTNUMBER

MATERIAL

Q’TY

1FRAMEDR915-001Z-11PBT12UYOKEDR915-009-05SPCEZnPLATED13MAGNET

DR915-002-06Nd-Fe-B14POLEPIECE

DR915-004-04SPCCZnPLATED15DIAPHRAGM

DR915-006-08MYLAR16INSULATIONTAPE

DR913-012-04MYLAR17TERMINALPINDR915-008-11BerylliumCopper18FRONTCAPDR915-007-08SUS19VOICECOIL

DR915-005-08COPPERWIRE110DAMPER

DR915-003-12NONWOVEN111GASKET

DR915-010-06APORONSR-S-40P112SCREENDR915-011-07A

1015B1第二节：Loudspeaker(喇叭)音响空间之图示说明单位性能测试：Sensitivity(SoundPressureLevel)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，Input0.1W功率之电压或额定功率之电压.5cm10cm，求得1KHz单点或四点。

500Hz600Hz800Hz1000Hz800Hz1000Hz1200Hz1500Hz之平均音压值

600Hz800Hz1000Hz1200Hz1000Hz1200Hz1500Hz2000Hz附图：标准障板.Baffle(IEC60268-5)

2.FrequencyRange: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.RatedPower:经Whitenoise24~96hrorPinkNoise100hr测试SPEAKER需正常（参考CNC4785JIS5531ORIEC60268-5）4.MaxPower:请参阅第三章基础电声简介，第十节（参考CNC4785JIS5531IES60268-5）手机成品测试：SOUNDLevelMeter(噪音计)之测试要求①

In“A”Function②

在自由音场（一般生产线上）即可③任何有声波反射效困之平面距离手机测试30cm以上为宜④

测试前将用标准规格样品校正⑤

测试物件离地面大约40cm⑥

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（FullPowerOutput）(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（FullPowerOutput）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

手机音响空间

对手机电气特性影响

对声音表现影响

备注

出音孔大

高频截止频率延伸较高15-20KHz声音柔和（低音）（高音）丰富

附图一以后容积大为基准

出音孔小

低频带衰减4-7KHz音压产生峰点

声音较无层次、单调、尖锐

前容积大

3-6KHz音压产生峰点中频段音压高过低频，高频截止频率较抵

声音无层次感（单调

附图二以出音孔小为基准

前容积小

4-7KHz音压产生峰点

声音无层次、单调

后容积大

低频FO较低，低频音压较佳

声音共鸣较佳，层次分明

附图三以出音孔大为基准

后容积小

低频FO较高，低频音压衰减

声音低频衰减，层次感较差

洩漏孔大

低频FO较高，低频音压衰减大

声音共鸣较差，音不足声音低附图四以出音孔小为基准

洩漏孔小

低频FO较低，低频音压衰减小

较无影响

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

Loudspeaker电气特性对手机电气特性影响对声音表现影响备注FO高FO高声音较尖锐喇叭制造厂必须能控制喇叭之电气特性,以满足客户的需求FO低FO低声音较柔和

音压高音压高、效率高声音大声音压低音压低、效率低声音小声高限频率截止点高有效频带宽声音丰富、缓和高限频率截止点低有效频带窄声音表现较单调无层次

失真率高失真率高声音混淆失真率低失真率低声音清晰

额定功率高耐功率高声音可调较大声额定功率低耐功率低声音值能小声输出第六节：手机音响空间尺寸设计之建议1.13m/mSpeaker

前容积高度:0.3~1.0m/m出音孔高度:Φ1.0,4~8孔(3mm²~6mm²)后容积高度:3~5Cm³

洩漏孔高度:4~6mm²

2.15m/mSpeaker

前容积高度:0.3~1.0m/m出音孔高度:Φ1.0,4~8孔(3mm²~6mm²)后容积高度:3~5Cm³

洩漏孔高度:4~6mm²

3.16~20m/mSpeaker

前容积高度:0.3~1.0m/m出音孔高度:Φ1.0,4~8孔(3mm²~6mm²)后容积高度:5~7Cm³

洩漏孔高度:5mm²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(AcousticShortCircuiting)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（CyclePerSecond)。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（ubar)当作0dB。音色（Tone):在声波而言，仅知道它是由谐波（HarmonicWave)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（TotalHanmonicDistortion)中得到失真愈小其音色表现愈真实。第三节：声音频谱（AcousticSpectrum)人声：男低音60Hz~女高音2500Hz打击乐器：鼓….60Hz~200Hz弦乐器：钢琴、大小提琴、吉他….27.5Hz～4086Hz管乐器：小喇叭、伸缩喇叭、竖笛…80Hz～1800Hz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

音质属性音质评语美的属性清晰、干净混浊、杂乱动力属性丰满强有力分散无力金属属性结实浑厚单调，尖锐刺耳复合属性吵杂、混浊丰满、浑厚清晰、纤细.电声特性物理特性混浊有效频太窄（音域窄）谐波失真点多、失真大承受功率不足，活塞运动不平衡气流释放及共振结构失调散音频段音压不协调，音乐响度愈频率特性不平衡喇叭材料设计，搭配不良，应用范围不协调（特性不合）清晰有效频宽（音域宽）谐波失真点少、失真率小，高频音域音压高，低频衰减少。活塞运动佳，承受功率足浑厚有效频宽（音域宽）谐波失真点少、失率小，高频音域（FO较低）音压高活塞运动佳，承受功率足第五节：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：①八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。②三个音的频率比，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4﹕5﹕6，“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（SoundPressureLevel)

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】（uBar)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0.0002uBar)当作0dB。dB(分贝）（Decibel,写成dB）为目前惯用之音压单位。附注:Pa.uBar.SPL皆可用来表示音压大小的单位单位换算:例(一):1Pa=0dBSPL=10uBar(二):1uBar=0dBuPar=74dBSPL=20dBPa(三):10uBar=20dBuBar=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①距离加倍（例:1M→2M)→-6dB距离减半（例:1M→0.5M)→+6dB②瓦特数加倍（例:0.5W→1W)→+3dB瓦特数减半（例:1W→0.5W)→-3dB③距离变动时之计算