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1、,徐柏龄 南京大学瑞声音频声学实验室 近代声学国家重点实验室 南京大学声学研究所,电声讲座,徐柏龄 教授 、 博士生导师,南京大学 声学研究所 电子科学与工程系 中国声学学会 常务理事、会士 中国声频工程学会 副主任 中国电子学会 理事 江苏省声学学会 副理事长 Tel: (025) 83593613 (O) , 13770518476 Email: ,AAC,电声基础(音频声学简介） 手机中的电声器件 机壳对手机电声性能的影响 硅微传声器简介 结束语,内容,电声基础,声波、声压级、频率、声速、波长 声强级、声功率 人耳响应 电-力-声类比,声波,声场量及其单位,声压 质点速度 温度 密度,声
2、场量及其单位,声强 声功率 声速,声压级,声压级范围,140dB 火箭发射 100米外 （痛阈） 120dB 柴油机，泵房，摇滚乐 100dB 纺织车间，鼓风机房 80dB 高声喊叫 60dB 办公室，教室，（1米讲话） 40dB 轻声耳语 20dB 郊区静夜,声功率级,声波的频率,声源/质点每秒振动的次数称为声波的频率。用字母表示，单位为赫兹（H） 人耳能听得见的声波的频率范围为2020000H。 音频声学：研究音频声的拾取、重放、传播及传播过程中的各种物理现象和处理方法的科学。 低于20 H的声波，称为次声；高于20000H的声波称为超声,声速,声波传播速度的物理量（不是质点速度） 与传播
3、介质特性有关（温度、气压和密度等）,声波的波长,声波在传播过程中相邻的同相位的两点之间（如相邻的两稠密或两稀疏之间）的距离称为波长。,噪声频域描述,倍频程 31.5,63,125,250,500 1000,2000,4000,8000,16000Hz 带宽：31.5=(22,44) 1/3倍频程 25,31.5,40,50,63,80, 100,125,160,，12500,16000,20000 带宽：25=(22,28), 31.5=(28,35),铃声时域波形,铃声频谱,铃声频谱瀑布图,白噪声和粉红噪声,白噪声 各个频率的频谱密度相等 粉红噪声 各个倍频程或1/3倍频程的能量相同,等响曲
4、线,响度级,响度级 1000Hz的声压级（分贝数），单位为方（Phon） 反映不同频率声音的等响感觉,Helmhotz共鸣器,V,l0,d,结构,共振器的线度远远小于波长 短管体积远小于腔体积 腔壁是刚性的,电力声类比,V,l0,d,p,力声阻抗关系,电力声类比应用范围,低频时，若器件的线度远远 小于声波波长，则此时分布 系统参数可用集总系统参数 来近似描述。,手机中的电声器件,振铃扬声器（喇叭） 受话器（喇叭、听筒） 送话器（话筒、麦克风、传声器）,通讯中的电声器件,受话器,扬声器,送话器,麦克风,送话器,驻极体麦克风 按电容式原理工作的 频带宽、音质好、失真小、瞬态响应好 机械振动不敏感等
5、特点 驻极体麦克风结构 由振膜与驻极体背极形成的电容式极头 后接阻抗变换器,电容传声器,电容传声器等效图,驻极体麦克风,驻极体麦克风特性,影响驻极体麦克风灵敏度因素 驻极体表面电荷密度的大小 振膜的张力 振膜与背极间的距离 阻抗变换器或放大器的性能 输出阻抗、频响、自噪声、稳定性、指向性、动态范围,指向性传声器产品测试,送话器测试,信号源,仿真嘴,放大器,分析仪,送话器,扬声器,DMS1808B-05,DMSP1420B-01,扬声器指标 (GB939688),DMSP1625A-01,尺寸：4.7H/16W/25L 额定功率：0.5W (最大功率1W) 阻抗：8 ohm 共振频率：730Hz
6、 灵敏度：103dB/0.5W/5cm/3KHz 失真：15(700Hz-3KHz) 指向性 频率响应、电阻抗曲线、TS参数,扬声器等效电路,辐射阻抗 ZMR,扬声器电阻抗曲线和频响曲线,扬声器TS参数,TS参数（DMS1508H-02）,受话器,SDR1532H-05,尺寸：15.1D/2.6H 额定功率：0.01W (Max0.03W) 阻抗：32 ohm 灵敏度：95dB/0.18Vrms1KHz 失真：5(300Hz-4KHz),尺寸：8D/2.35H （650Hz） 额定功率：0.01W (Max0.03W) 阻抗：32 ohm 灵敏度：109dB/0.18Vrm1KHz 失真：5(
7、300Hz-3.4KHz),SDR0832EJ01-F,受话器测试,信号驱动,仿真耳,放大器,分析仪,受话器,机壳结构对手机电声性能的影响,机壳结构对振铃扬声器性能的影响 机壳结构对受话器频率特性的影响,振铃扬声器的结构,机壳中的振铃扬声器,M2,V2,M1,V1,Vf,Mf,Vb,Mb,Rb,Va,机壳中扬声器的等效声学线路,等效声学线路参数,等效声学线路简化,CAf CA1 CAB值较小，频率低时，抗值大，视为开路； MAf MA1 MAB 值较小，频率低时，抗值小，视作短路； CA 抗值甚小，可视为短路。,改变耦合腔V2的影响,改变出声孔面积S2的影响,分析和讨论,机壳声结构的作用，一般
8、为声学滤波器（低通），如前图虚线框内所示。 可据扬声器的频响特性，适当设计MA2 CA2 之值，使扬声器所发之声通过声结构后，高频有所衰减，从而低频相对丰满，可使听感柔和。 若为了提高振铃的输出声级，也可刻意设计腔体（即CA2 ）及出声孔的几何尺寸（即MA2），使其在某个频率附近发生谐振，以期提高声输出，但失真可能增大。,结论,机壳声结构（腔和孔）的设计（主要是MA2 、 CA2 的设计），应与扬声器的频响特性相配合，以期达到最佳效果。不同的扬声器，声结构的几何尺寸是不同的。,受话器的结构,受话器在手机中的结构,受话器在手机中的等效声学线路,振膜背面声学线路分析,振膜背面声学线路包括CA2、M
9、A3、RA3、CA4四个声学元件。其中； RA3通常用加阻尼材料（绢、无纺布等）来获得。所以，振膜背面的声学线路主要起阻尼作用。因阻尼力与振速（或容积速度）成正比，即 当有谐振出现时，v（或U）达极大，响应出现峰值。此时fR 亦大，故可将峰“压平”。,受话器前面声学线路分析,受话器装入机壳后，受话器前面与机壳形成一个声学结构，其等效声学线路受话器安装至机壳后的等效声学线路虚线框内所示。此声学结构，实际上是一个声学滤波器（低通）； MA2 、CA2 的值越大，则对高频的衰减也越大，开始衰减的频率（截止频率）也越低。所以MA2 CA2值的决定，必须与受话器的频响特性相配合。,受话器前和机壳配合实测
10、例子,一个发音孔,受话器和机壳配合实测例（续）,两个发音孔,结论,（1）因CA4=V4 /c2； 所以，V4 宜大不宜小。 至少不小于现有的值，大则不限。 （2） MA2 CA2 值的大小，直接决定着高频响应的值，不同频率特性的受话器，应配以不同的MA2 CA2 的值，且一经调定，则不宜改动。建议用户，按 AAC 提供的数据（ V2 的大小、出声孔的直径、长度和个数）制作，以达最佳配合。,硅微传声器简介,一.MEMS简介,MEMS微机电系统,Micro Electro Mechanical System,微机电系统是在硅片上加工可移动的机械零件，配合集成电路，形成单芯片系统SOP （Syste
11、m On a Chip） ，具有广阔的应用前景 。,声学微机电系统是微机电系统的重要组成部分，和普通声学系统一样，它也包括微声传感器和微声驱动器。 科研人员目前主要着眼于硅微传声器Silicon Microphone的研发。,二.硅微传声器优势,微型化：传声器的微型化和信息化的产品的发展趋势一致，在通信、电脑、助听器、机器人及安全监听等方面一定能得到越来越广泛的应用。包括封装的Silicon Microphone的尺寸15mm3。,可以使用贴片工艺 相比传统的ECM封装，通过平面工艺制作的硅微传声器具有高温工作及和CMOS工艺兼容的优点。 传统的ECM若使用贴片，在贴片的高温过程中会丧失其驻极
12、体电荷，因此必须在其他元器件安装完毕后使用手工焊接，而硅微传声器不存在这个问题，可以使用贴片工艺自动焊接。 这将大大降低传声器的使用成本。,可集成性：硅微传声器与集成电路（IC）工艺兼容，可望把微传声器作为单芯片系统（SOC）的前端接口，逐步实现传声器、跟随电路、模数转换与数字电路的集成。,批量一致性 ：由半导体工艺技术制造的微传声器易于批量生产，可望降低单个器件的成本，控制好封装的工艺，可以得到性能稳定、一致性良好的传声器，可以用于微声传感器或微超声换能器（MUT）阵列。,SM0102-424,Sensitivity: -424dB Output impedance :max100 Curr
13、ent Consumption :max250A Signal to Noise Ratio :Min58dB Supply Voltage:1.5v to 5.5v Maximum Input Sound Level : SPL=100dB THD1% SPL= 115dB THD10%,AAC microphone was developed as a cost effective alternative to traditional electric condenser microphone. Provided on tape-and-reel , AAC is ideally suit
14、ed for high volume applications, It can be processed directly to customers PCB using standard automatic pick-and-place equipment , and surface mounted via standard solder reflow equipment .,Acoustic Components for the Mobile Industry Product Roadmap,AAC,三.进一步走向实用（批生产）：,昂贵的MEMS加工设备； 高效率的仿真工具； 提高器件的工艺性； 一系列标准化的封装技术； 提高MEMS器件的成品率。,总结束语,电声基础（电力声等效图） 手机中的电声器件 （注意应用条件） 机壳对手机电声性能的影响 （电声器件应和具体声环境结合起来考虑） 硅微传声器走向批生产。,谢谢大家！,
