蓝牙耳机声学讲座

关于蓝牙耳机声学讲座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第2页,共27页，2024年2月25日，星期天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=?dB

dBV=20*log(V’/1V)dBFs第3页,共27页，2024年2月25日，星期天声学基础知识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-----声的转换第4页,共27页，2024年2月25日，星期天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声学基础知识第5页,共27页，2024年2月25日，星期天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。声学基础知识第6页,共27页，2024年2月25日，星期天

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）声学基础知识第7页,共27页，2024年2月25日，星期天SPEAKER的测试方法声学基础知识第8页,共27页，2024年2月25日，星期天RECEIVER的测试方法声学基础知识第9页,共27页，2024年2月25日，星期天RECEIVER的测试工装与对应的曲线１（不泄漏高低式）声学基础知识第10页,共27页，2024年2月25日，星期天RECEIVER的测试工装与对应的曲线２（不泄漏平曲线）声学基础知识第11页,共27页，2024年2月25日，星期天RECEIVER的测试工装与对应的曲线３（泄漏平曲线）声学基础知识第12页,共27页，2024年2月25日，星期天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第13页,共27页，2024年2月25日，星期天蓝牙耳机声学指标及测量方法IndexTestitemsSpecificationsNotes001SendingFrequencyresponse(SFR)-002SendingSensitivityat1KHz-18dB+/-4dB003SendingLoudnessRating

(SLR)12dB+/-3dB004ReceivingFrequencyResponse-005ReceivingSensitivityat1KHz8dB+/-5dBInnominalvolumesetting006ReceivingLoudnessRating(RLR)2dB+/-4dBInnominalvolumesetting007SideToneMaskingRating(STMR)25dB+/-5dBInnominalvolumesetting008EchoReturnLoss(ERL)AECbypassedExceed22dBInmaximumvolume009EchoReturnLoss(ERL)withAECAtleast45dBInmaximumvolume010SendingQuiescentNoiseLessthan-66dBm0PInnominalvolume011ReceivingQuiescentNoiseLessthan40dBSPLInnominalvolume012SendingTotalHarmonicDistortion(STHD)-Inmaximumvolume013ReceivingTotalHarmonicDistortion(RTHD)-Inmaximumvolume014SignaltoNoiseRatio(SNR)12dB~17dB015WindNoise-蓝牙耳机的声学指标第14页,共27页，2024年2月25日，星期天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第15页,共27页，2024年2月25日，星期天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第16页,共27页，2024年2月25日，星期天消声室/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第17页,共27页，2024年2月25日，星期天WindNoisetest蓝牙耳机声学指标及测量方法第18页,共27页，2024年2月25日，星期天TestsurroundingsSNRiTestSNRitestresult蓝牙耳机声学指标及测量方法第19页,共27页，2024年2月25日，星期天声学设计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第20页,共27页，2024年2月25日，星期天声学设计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：Φ1~1.2mm，不要小于Φ0.7

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，有利于降低风噪第21页,共27页，2024年2月25日，星期天LessonLearn1-BlackbirdRisk:Opendesignformicrophonemayleadtoechoissue.Cause:1.MicunitislocatedonPCBAwithoutmicboot.2.Micholesonbottomcovercanbeblockedwhenheadsetisbeingworn.Solution:1.Addtwoslotsontheedgeofbottomcoverwhichwillnotbeblockedbyface2.Addanacousticfabricinthebackcavityofspeakerhousing,itwillkilltheresonancefromspeakerbackcavity.TwoslotsareaddedMicholesLesson:Becautiousofacousticperformanceifthere’sariskforthemicholesbeingblocked.AvoidtouseopendesignformicrophoneDomoreverificationsusingmockupsamples第22页,共27页，2024年2月25日，星期天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：Ø0.8－Ø2.0mm，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Ø0.8，超过Ø2频响变化不大Receiving单体的选