江苏裕成电子有限公司
2.扬声器是一种将电信号转换成声信号的换能器件，俗称喇叭。
应用扬声器的领域很多。在通信、广播、教育、日常生活等方面都有广泛的应用。
动圈式扬声器在各类扬声器中，应用最多、最广泛。
3.重点讨论 手机、数码产品用的 微型动圈式扬声器
手机、数码产品用的微型动圈式扬声器
4.Relationship between music IC and Speaker 音源与扬声器之间的关系
1)*music IC
Max output power 最大输出功率
Acoustic spectrum 有关声音的频谱
2)Speaker
Sensitivity F0 灵敏度 F0
Frequency reponse 频响范围
T.H.D.失真
Rated/Max Power 额定/最大 功率
5.Technical Specifications of Speaker
1). Resonance Frequency (F0):900±20% Hz
2).Impedance:8±15%Ω at 2kHz
3).Measuring Diagram :Shown in Fig.1
4).Frequency Response:Shown in Fig.2
5).Sensitivity :90±3dB at 1kHz 0.1W/0.1m
6).Rated/Max Power :0.8W/1.2W
7)T. H.D.:Less than 10% at 1kHz for S.P.L.
6.阻抗和最低共振频率
扬声器阻抗具有频率特性。由振动系统的质量和振动系统支撑部的弹性决定的共振 频率（称之为最低共振频率f0 ）点出现峰值。而在f0以上出现最小值这样的频率点的阻抗，称之为标称阻抗Z0 。另外，一到高频段，该阻抗将随着音圈阻抗而按比例升高。
7.F0与阻抗的定义
Ｅg：信号源电压；Ｒg信号源电阻；Ｒe音圈及外接直流阻抗；Ｒ‘扬声器辐射电阻
Ｃ‘扬声器辐射容抗；Ｌ’扬声器辐射感抗
8.Measuring Diagram Fig.1
9.Frequency Response Fig.2
10.扬声器频响曲线和Ｑt的关系
13.Rted/Max Power
根据IEC268-5（1989）、GB/T9396-1996中的规定，可分为额定功率、最大功率。
额定功率(Rated Power)
Speaker 可允许长时间正常工作之功率，在额定频率范围内馈给扬声器以规定的模拟节目信号，而不产生热和机械损坏的相应电功率。功率高表示Speaker可承受较高声音输出。
最大功率(Max Power)
Speaker在短时间内不会被破坏之功率，指能承受持续时间为1秒、间隔为60秒、重复60次的模拟节目信号，而不产生永久性损坏的功率。（但声音的表现无法保证正常）
14.手机扬声器功率计算
弦波Rms=（ Vp-p/2 * Vp-p/2)/2Re
方波Rms= （ Vp-p/2 * Vp-p/2)/Re
15.扬声器谐波失真特性
谐波失真定义
谐波计算公式
谐波失真测试
谐波失真产生原因
16.谐波失真定义
失真产生总谐波声压的有效值与输出声压的有效值Pt的比值称为总谐波失真,单位用百分数表示
17.谐波失真产生的原因
磁路工作状态在非线性工作区
手机的超功率使用
手机工作状态不在扬声器的有效的频响范围内
振膜材料的刚性系数差
扬声器的结构不对称
工艺操作一致性差
18.失真曲线
19.扬声器的基本结构
20.工作原理
根据法拉第定律，当载流体通过磁场时，会受到一电动力，其方向符合弗来明左手法则，力与电流、磁场方向互相垂直，受力大小与电流、导线长度、磁通密度成正比。
F∝ BIL
21.声音的概念
空气中的物体产生振动，振动了四周的空气，使得空气受到压缩或者变得稀疏。于是空气压力产生高低变化（也即空气密度高的区域和密度低的区域）。空气的这种稀疏和致密向四周扩散传播，使得人的耳朵里的空气压力发生变化，耳膜发生振动，便听到声音。
22.球面波
呈球状的声源，在其半径方向以相同的速度产生振动时，其四周产生的波，就称为球面波。这个声音随着远离声源而减弱，其减弱程度与离开声源的距离的平方成反比例。
23.平面波
将无限长的管状物的一端限制为活塞状，振动时，管内产生的平行波就是平面波，在自由的空间里要产生平面波，就需要无限大的平面；从声源点发出的球面波，在距离声源足够远的地方，也可以把波阵面看作是平面波。
24.驻波
在存在着反射面的空间，当声源辐射出一定频率的连续声波时，在声源和反射面之间就存在一个声场。这时，入射（发射）声和反射声会互相干涉而出现强声区域和弱声区域。这种强声和弱声点在一定的部位出现时，这种声场便称为产生驻波的声场。在实际的试听室中，必须避免这种现象的产生
25.声音的强度（声音的物理量）
表示声波在前进方向的垂直面上，单位面积单位时间所通过的声能。
Wo：声强 (W/cm2)
ρ ： 空气密度 (g/cm2)
c ： 大气中的音速 (cm/s）
P ： 音压有效值 (dyne/cm2)
v ： 空气分子速度有效值 (cm/s)
由于难以通过直接测定(W/cm2)来反映实际的声音强度，故一般是通过测定音压，并用如下公式来表示声音强度的水平
Lp：在p(μbar)的音压强度的Level (dB) po ：0.00002 (μbar)
＊标准Level ： 音压 0.00002 (μbar) = 音压水平 0 (dB)
26.在自由空间中的特性
在各个方向都无限自由的空间中，由声源所发出的声波是以球面波的形式向各个方向扩散传播的。所以，音压水平的下降与离开声源的距离的平方成反比例，音压水平下降。
音压水平差=20Log r/ro (dB)
27.可听界限
听力良好的人勉强可听到的声音，其频率为1KHz、音压为0.00002μbar、声能为10-16W/cm2。如表所示，听力比最下面曲线好的人不到总人数的1%；另外，如50%的曲线所示，有一半人的听力比此曲线好。
超过120dB(200μbar），人耳就会有刺痛感。
28.耳朵等（强）信号
人耳的特性虽然各不相同，但大体上具有如图所示的特性。
也就是说，1kHz的声音在100dB的SPL下可以听到声音，如果20Hz的声音达不到127dB，那么就感觉不到与1kHz的100dB同样大小的声音。
29.何为声波干涉
当扬声器振膜振动时，振膜前后都会有声波产生，当声波扩散时，前后声波会相遇，由于前后的波长相同，相位相反，故此时声波会互相抵消，而使输出声音变小。
避免声波干涉的办法为在扬声器的前方装一档板，如此就可阻止前后声波相干涉。
30.手机腔体、孔与扬声器的关系
前腔： 主要是避免前后腔声波干涉，由机壳台阶和胶垫给合形成，设计时要充分考虑
其空间大小，对输出音压的大小有影响。
内腔： 主在是避免前后腔声波干涉，好的设计会让声音有共鸣感、立体感。
出音孔：声音由此发出，孔的大小会对频响有影响。
泄漏孔：由于手机在设计过程中无法避免，如SIM卡、机壳合盖处、耳机孔等，为避免
声波相互干涉，应尽量远离出音孔为佳。
31.音腔对手机音频性能及实际声音的影响
Bl为机电转换系数；
eg为信号源的电压；
Re为扬声器直流阻；
Rg为信号源的内阻；
Sd为扬声器的有效辐射面积；
MAS为扬声器振膜与音圈的等效声质量；
CAS为扬声器振膜的等效声顺；
RAS为扬声器振膜的等效声阻；
MAR、RAR分别为扬声器振膜正面的辐射声质量及辐射声阻；
MAB、RAB分别为扬声器振膜背面的辐射声质量及辐射声阻；
MA1、RA1分别为扬声器支架背面开孔的等效声质量及等效声阻（此部分声阻也包括外加阻尼的等效声阻）；
MA2、RA2分别为机壳正面发音孔的等效声质量及等效声阻；
MAL、RAL分别为扬声器正面与机壳之间由于泄漏而产生的声质量及声阻；
CA1为扬声器振膜背面与盆架之间容积的等效声顺，CA1=V1/ρc^2；
CA2为扬声器振膜正面与机壳之间容积的等效声顺，CA2=V2/ρc^2；
CA3为扬声器背面与机壳之间后腔容积的等效声顺，CA3=V3/ρc^2；
扬声器在机壳正面的安装，均是将扬声器紧贴面板安装，故其正面的腔体容积V2很小，即CA2亦很小，在较低频时（一般指音频范围内）其产生的声抗很大，故此支路可看作开路。同理，扬声器振膜背面与支架之间形成的腔体容积也足够小，故此支路亦可看作开路。
另外，扬声器与机壳之间是密闭的，其产生的泄漏很小，故MAL、RAL支路很小，可以忽略。故图1的等效线路可以简化为下图所示的等效线路图。
一般地，机壳正面无须增加任何的外加阻尼，而机壳本身的阻尼也很小，可以忽略不计，故RA2可以忽略。
对于扬声器来说，振膜本身的阻尼是很小的，通常需要外加阻尼来调节，即通过调节RA1来调节扬声器单体的性能（主要调节Qts） 。
令MA=MAS+ MAR + MAB + MA1+ MA2
RA=（Bl^2/((Rg+Re)*Sd^2)+ RAS+RAR+RAB+ RA1
则上图的等效线路可以简化为下图所示的等效线路。
对于特定的扬声器来说，MAS、 MAR 、 MAB均为定量，且从上式中可以看出，MA1、 MA2影响整体声质量MA，而辐射声压Pr为：
Pr=ρ/(4πr) * eg *Bl/((Rg+Re)*Sd*MA)*G(jw)
从上式中可以输出声压的辐值与MA成反比，故一般要求MA1、 MA2尽可能小。而
MA2 =ρ(l2+Δl2/S2 , MA1 =ρ(l1+Δl1)/S1,
其中，l1、l2为开孔的深度，Δl2、Δl1为开孔的末端校正，S1、S2为开孔的面积。
那么从上式中可以看出，要求发声孔的面积尽可能大。
故要求机壳的开孔面积尽可能大。
30.腔体出声孔对频响曲线影响
另外，扬声器单体的fo=1/(2*π*(MA*CAS)^(1/2))；
而装机之后，系统的谐振频率fc=1/(2*π*(MA*CA)^(1/2))，由图4所示的等效线路图可知，CA是声顺CAS 和 CA3的串联：CA=( CAS * CA3)/( CAS + CA3)
由以上三式可得，fc=(1+( CAS / CA3))^(1/2)*fo
由此可以看出，扬声器的等效容积是一定的，而如果CA3越大，即V3越大，fc将会越低，越接近于扬声器单体的fo。反之，如果后腔容积V3越小，则扬声器装腔之后的整体fc将越高，整体的低频效果将越差。故一般要求在条件允许的情况下，后腔容积尽可能大；同时要利用机壳后腔所有可利用的容积，保证扬声器单体背面与整个后腔相通。
故要求后腔的容积尽可能大。
31.后腔对频响曲线影响
再观察图1结构图及图2所示的等效线路图，如果机壳后腔中有障碍物将盆架背面的发声孔堵住，则等效线路图2中的CA3将变成无穷大，即CA3相当于短路。而以上亦描述过，机壳正面发声孔以及盆架背面的发声孔都尽可能的大，而且机壳正面发声孔阻尼也很小，故可忽略MA2、RA2、MA1；同时机壳正面的体积V2很小，此支路相当于开路；另外，忽略泄漏MAL、RAL，故图2中的等效线路可以简化为图5
由上图中可得fo’=(1+CAS/ CA1)^(1/2) *fo
而一般CA1很小，通常要比CAS小得多，故导致结果fo’变得很高，最终结果是基本上不存在低频性能。
故扬声器单体背面的发声孔一定要自由敞开，且要与整个机壳的后腔相通。
图2 中描述到泄漏，也就是说，如果扬声器正面与机壳安装不密闭，则图2所示的等效线路中的泄漏阻将不能忽略。同上，忽略MA2、RA2、CA2 、CA1、 MA1，则图2中的等效线路图可以简化为图6中的等效线路图：
其中，MA’=MAS+ MAR + MAB RA’=（Bl^2/((Rg+Re)*Sd^2)+ RAS+RAR+RAB
由上图可见，由于泄漏的存在而附加了一个额外的声阻及声质量，而且泄漏越厉害，这两者的值越大。而声质量影响其输出声压，声质量越大，输出声压越低；而声阻则影响低频端的Q值：声阻越大，Q值越小，则低频端的灵敏度越低。可见两者均会影响机壳正面的输出灵敏度。
故扬声器正面必须与机壳密闭，不能存在泄漏。
32.前腔容积对频响曲线影响
33.音腔设计常见问题一
问题点：声泄漏造成声波干涉，致使声音小及音质不佳状况：
1)、机壳不密封。
2)、机壳装饰片与机壳不密封。
3)、SIM卡、电池卡等泄漏孔太接近扬声器
34.音腔设计常见问题二
问题点：手机内容积变小，造成音小及音质不佳状况：
1)、手机内容积设计太小。
2)、手机中扬声器定位壁过高，与PCB密贴。
35.音腔设计常见问题三
问题点：振膜无法自由振动，造成声音小及音质不佳状况：
1)、扬声器阻尼纸部位被手机内部器件压住。
36.音腔设计常见问题四
问题点：声波反射严重，造成声音小状况：
1、翻盖机用单面发声受话器，出声间隙设计太小。
2、侧边出声，音隙设计太小。
37.总结
（一）扬声器的额定功率需 ≥ 手机之输出最大功率
（二）音腔的设计会影响音乐的最终听觉感受，只考虑结构的设计绝对无法设计出最佳效果的声音产品。应考虑整体腔体的设计原则，常用方法如下：
将扬声器装入手机机壳内，把手机零部件全部装入，测试整体效果。
（三）手机常发生的问题之一是音量不够大，主要原因有：
1)、音腔设计不正确
2)、手机内容积不够
3)、所选取的扬声器灵敏度不高
4)、因空间限制，设计时选取小尺寸扬声器
四）手机常发生的另一个问题是破音，主要原因有：
1)、手机音频输出功率超出扬声器的额定功率
2)、手机音频输出频率已超出扬声器的有效频率范围
3)、选用的扬声器低频部份承受功率较差
（五）由于各扬声器生产商测试方式不一，各规格书上所标参数存在着差异，甚至有些厂家故意将规格书上的参数标的很漂亮来吸引用户。
只有在相同条件下，测得的数据才能反应出器件的优良，判断出器件的实际效果。
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