《声腔设计知识》PPT课件.ppt

1v声腔结构的作用及组成v声腔对Speaker的影响vSpeaker箱体对NETBOOK的影响v附录二(图片)v手机腔体对扬声器性能的影响分析手机腔体对扬声器性能的影响分析 目 录2声腔结构的作用及组成一、声腔的作用：声腔可以在一定程度上调整SPEAKER的输出频响曲线，通过声腔参数的调整改变音乐声的高、低音效果对于音乐声音质的优劣影响很大。同一个音源、同一个SPEAKER在不同声腔中播放效果的音色可能相差较大，有些比较悦耳，有些则比较单调。合理的声腔设计可以使音乐声更加悦耳。声腔设计包括以下五个方面：1.后声腔、2.前声腔、3.出声孔、4.密闭性、5.防尘网、如：图13声腔对Speaker的影响v后声腔对声音的影响后声腔主要影响音乐声的低频部分，对高频部分影响则较小。音乐声的低频部分对音质影响很大，低频波峰越靠左，低音就越突出，主观上会觉得音乐声比较悦耳。一般情况下，随着后声腔容积不断增大，其频响曲线的低频波峰会不断向左移动，使低频特性能够得到改善。但是两者之间关系是非线性的，当后声腔容积大于一定阈值时，它对低频的改善程度会急剧下降,如图所示：4声腔对Speaker的影响后声腔的形状变化对频响曲线影响不大。但是如果后声腔中某一部分又扁、又细、又长，那么该部分可能会在某个频率段产生驻波，使音质急剧变差，因此，在声腔设计中，必须避免出现这种情况。注：后声腔设计时，必须保证后出声孔出气畅通，即后出声孔距离最近的挡板距离应大于后出声孔径的0.8倍。后腔的容积尽可能大。图2横坐标是后声腔的容积（cm3），纵坐标是SPEAKER单体的低频谐振点与从声腔中发出声音的低频谐振点之差，单位Hz5声腔对Speaker的影响v前声腔对声音的影响前声腔对低频段影响不大，主要影响音乐声的高频部分。随着前声腔容积的增大，高频波峰会往不断左移动，高频谐振点会越来越低。前声腔太大或太小对声音都会产生不利的影响。同时，由于出声孔面积对高频也有较大的影响，因此设计前声腔时，需考虑出声孔的面积，一般情况下，前声腔越大，则出声孔面积也应该越大。当前声腔过小时，还会造成一个问题，即出声孔的位置对高频的影响程度急剧增加，可能会给外观设计造成一定的困难。结合设计的实际情况，一般希望前声腔的垫片压缩后的厚度在0.30.5mm之间。6v出声孔面积对声音的影响出声孔的面积（即在SPEAKER正面上总的投影有效面积）对声音影响很大，而且开孔的位置、分布是否均匀对声音也有一定的影响，其程度与前声腔容积有很大关系。一般情况下，前声腔越大，开孔的位置、分布对声音的影响程度就越小。出声孔的面积对频响曲线的各个频段都有影响，在不同条件下，对不同频段的影响程度各不相同。当出声孔面积小于一定的阈值时，整个频响曲线的SPL值会急剧下降，即音乐声的声强损失很大，这在设计中是必须禁止的。当出声孔面积大于一定阈值时，随着面积增大，高频波峰、低频波峰都会向右移动，但高频变化的程度远比低频大，低频变化很小，即出声孔面积的变化主要影响频响曲线的高频性能，对低频性能影响不大。声腔对Speaker的影响7出声孔面积与高频谐振点的变化呈非线性关系，且与前声腔大小有一定的联系，如图4示声腔对Speaker的影响 图4中，横坐标表示出声孔的面积，单位mm2。纵坐标表示高频谐振点变化的对数值 8综上所述，前声腔、出声孔面积设计推荐值如上表。表中:最小值表示当出声孔面积小于该值时，整个频响曲线会受到较大影响，音量会极大衰减。有效范围表示出声孔面积在此范围之内，一般能满足基本要求。需要强调是：如果出声孔在前声腔投影范围内，分布比较均匀，且过中心，那么可以取较小值，否则应取偏大一些的值。建议在一般情况下，不要取有效范围的极限值。声腔对Speaker的影响9v后腔密闭性对声音的影响后腔密闭性对声音的影响 后声腔是否有效的密闭对声音的低频部分影响很大。当后声腔出现泄漏时，低频会出现衰减，对音质造成损害，它的影响程度与泄漏面积、位置都有一定的关系,主要指箱体内部所构成的声腔或者泄漏孔对Speaker的性能或者声音产生的影响，如下页图示所示：声孔、前腔、内腔、泄 漏孔等等都会对NETBOOK的整体音质表现产生影响。一般情况下，泄漏面积越大，低频衰减越厉害。泄漏面积与低频谐振点的衰减成近似线性的关系，如图5示 声腔对Speaker的影响图5中，横坐标表示泄漏面积，单位mm2。纵坐标表示无泄漏与有泄漏情况下低频谐振点之差 10在同等泄漏面积情况下，后声腔越小，低频衰减越厉害，即泄漏造成的危害越大，如图6示声腔对Speaker的影响综上所述，建议结构设计时，应尽可能保证后声腔的密闭，否则可能会严重影响音质。11 合适的设计是：首先要用RubberRing，即环形胶垫（Poron或EVA等）把Speaker与箱体外壳密封起来，使声音不会漏到NETBOOK内腔，然后就是声孔、前腔、内腔的合理配合。泄漏孔主要是NETBOOK无法密封位置的声漏等效而成的，泄漏孔以远离Speaker为宜，即NETBOOK无法密封的位置要尽量远离Speaker，Speaker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,这样可以使得NETBOOK的整机的音质表现较好。声腔对Speaker的影响12v防尘网对声音的影响防尘网对声音的影响相比于其他几个因素，防尘网对声音的影响程度较小，它主要是影响频响曲线的低频峰值和高频峰值，其中对低频峰值影响较大。防尘网对声音的影响程度主要取决于防尘网的声阻值和低频、高频峰值的大小。一般情况下，峰值越大，受到防尘网衰减的程度也越大。防尘网主要有两个作用，防止灰尘和削弱低频峰值，以保护SPEAKER。目前，我们常用的防尘网一般在250350之间，它们的声阻值都比较小，基本上在10以下，对声音的影响很小，所以一般采用SPEAKER厂家提供的防尘网差异不会非常大。因此从防尘和声阻两个方面综合考虑，建议采用300左右的防尘网。我们以往采用的不织布防尘网存在一个问题，由于不织布的不同区域密度不一样，因此不同区域声阻也不一样，可能会造成同一批防尘网的声阻一致性较差。但不织布的成本比防尘网低很多，因此建议设计中综合考虑性能和成本，在高档机型中，尽可能不要采用不织布作为防尘网。声腔对Speaker的影响13vSpeaker箱体的安装位置箱体的安装位置因NETBOOK工作时，CPU与硬盘的产生很高的温度，同时也会产生振动。所以Speaker箱体安装位置尽可能远离硬盘，这样可以使得NETBOOK的整机的音质表现较好。同样，Speaker箱体的工作也会影响硬盘的损坏。Speaker箱体对NETBOOK的影响vSpeaker箱体的安装方式箱体的安装方式在安装Speaker箱体时，与NETBOOK的接触部位需加橡胶圈、EVA等防震材料，防止产生共振。这样可以使得NETBOOK的整机的音质表现较好。14附录二 声腔结构设计15附录二 声腔结构设计16附录二 声腔结构设计17附录二 声腔结构设计18手机腔体对扬声器性能的影响分析手机腔体对扬声器性能的影响分析扬声器安装于机壳之后的结构见示意图扬声器安装于机壳之后的结构见示意图1：19手机腔体对扬声器性能的影响分析手机腔体对扬声器性能的影响分析由此结构，可得其等效线路图为：图由此结构，可得其等效线路图为：图2图图220手机腔体对扬声器性能的影响分析手机腔体对扬声器性能的影响分析其中：其中：Bl为机电转换系数；为机电转换系数；eg为信号源的电压；为信号源的电压；Re为扬声器直流阻；为扬声器直流阻；Rg为信号源的内阻；为信号源的内阻；Sd为扬声器的有效辐射面积；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；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；为扬声器振膜的等效声顺；RAS为扬声器振膜的等效声阻；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；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；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（此部分声阻 也包括外加阻尼的等效声阻）；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；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；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，为扬声器振膜背面与盆架之间容积的等效声顺，CA1=V1/c2；CA2为扬声器振膜正面与机壳之间容积的等效声顺，为扬声器振膜正面与机壳之间容积的等效声顺，CA2=V2/c2；CA3为扬声器背面与机壳之间后腔容积的等效声顺，为扬声器背面与机壳之间后腔容积的等效声顺，CA3=V3/c2；21手机腔体对扬声器性能的影响分析手机腔体对扬声器性能的影响分析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，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。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，支路很小，可以忽略。故图可以忽略。故图1的等效线路可以简化为图的等效线路可以简化为图3所示的等效线路图。所示的等效线路图。图图322手机腔体对扬声器性能的影响分析手机腔体对扬声器性能的影响分析一般地，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，故略不计，故RA2可以忽略。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，即通过调节调节RA1来调节扬声器单体的性能（主要调节来调节扬声器单体的性能（主要调节Qts）。令令MA=MAS+MAR+MAB+MA1+MA2 RA=（Bl2/(Rg+Re)*Sd2)+RAS+RAR+RAB+RA1则图则图3的等效线路可以简化为图的等效线路可以简化为图4所示的等效线路。所示的等效线路。图图423手机腔体对扬声器性能的影响分析手机腔体对扬声器性能的影响分析对于特定的扬声器来说，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，均为定量，且从上式中可以看出，MA1、MA2影响整体声质量影响整体声质量MA，而辐射声压，而辐射声压Pr为：为：Pr=/(4r)*eg*Bl/(Rg+Re)*Sd*MA)*G(jw)从上式中可以输出声压的辐值与从上式中可以输出声压的辐值与MA成反比，故一般要求成反比，故一般要求MA1、MA2尽可能小。尽可能小。而而MA2=(l2+l2/S2,MA1=(l1+l1)/S1,其中，其中，l1、l2为开孔的深度，为开孔的深度，l2、l1为开孔的末端校正，为开孔的末端校正，S1、S2为开孔的面积。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故要求机壳的开孔面积尽可能大。另外，扬声器单体的另外，扬声器单体的fo=1/(2*(MA*CAS)(1/2)；而装机之后，系统的谐振频率而装机之后，系统的谐振频率fc=1/(2*(MA*CA)(1/2)，由图，由图4所示的所示的等效线路图可知，等效线路图可知，CA是声顺是声顺CAS 和和 CA3的串联：的串联：CA=(CAS*CA3)/(CAS+CA3)由以上三式可得，由以上三式可得，fc=(1+(CAS/CA3)(1/2)*fo24手机腔体对扬声器性能的影响分析手机腔体对扬声器性能的影响分析由由此此可可以以看看出出，扬扬声声器器的的等等效效容容积积是是一一定定的的，而而如如果果CA3越越大大，即即V3越越大大，fc将将会会越越低低，越越接接近近于于扬扬声声器器单单体体的的fo。反反之之，如如果果后后腔腔容容积积V3越越小小，则则扬扬声声器器装装腔腔之之后后的的整整体体fc将将越越高高，整整体体的的低低频频效效果果将将越越差差。故故一一般般要要求求在在条条件件允允许许的的情情况况下下，后后腔腔容容积积尽尽可可能能大大；同同时时要要利利用用机机壳壳后后腔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。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。故要求后腔的容积尽可能大。再再观观察察图图1结结构构图图及及图图2所所示示的的等等效效线线路路图图，如如果果机机壳壳后后腔腔中中有有障障碍碍物物将将盆盆架架背背面面的的发发声声孔孔堵堵住住，则则等等效效线线路路图图2中中的的CA3将将变变成成无无穷穷大大，即即CA3相相当当于于短短路路。而而以以上上亦亦描描述述过过，机机壳壳正正面面发发声声孔孔以以及及盆盆架架背背面面的的发发声声孔孔都都尽尽可可能能的的大大，而而且且机机壳壳正正面面发发声声孔孔阻阻尼尼也也很很小小，故故可可忽忽略略MA2、RA2、MA1；同同时时机机壳壳正正面面的的体体积积V2很很小小，此此支支路路相相当当于于开开路路；另另外外，忽略泄漏忽略泄漏MAL、RAL，故图，故图2中的等效线路可以简化为图中的等效线路可以简化为图5：25手机腔体对扬声器性能的影响分析手机腔体对扬声器性能的影响分析由上图中可得由上图中可得fo=(1+CAS/CA1)(1/2)*fo而一般而一般CA1很小，通常要比很小，通常要比CAS小得多，故导致结果小得多，故导致结果fo变得很高，变得很高，最终结果是基本上不存在低频性能。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。个机壳的后腔相通。图图526手机腔体对扬声器性能的影响分析手机腔体对扬声器性能的影响分析图图2 中中描描述述到到泄泄漏漏，也也就就是是说说，如如果果扬扬声声器器正正面面与与机机壳壳安安装装不不密密闭闭，则则图图2所所示示的的等等效效线线路路中中的的泄泄漏漏阻阻将将不不能能忽忽略略。同同上上，忽忽略略MA2、RA2、CA2、CA1、MA1，则则图图2中中的的等等效效线线路路图图可可以以简简化化为为图图6中的等效线路图：中的等效线路图：图图627手机腔体对扬声器性能的影响分析手机腔体对扬声器性能的影响分析其中，其中，MA=MAS+MAR+MAB RA=（Bl2/(Rg+Re)*Sd2)+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越大，输出声压越低；而声阻则影响低频端的Q值：声阻越大，值：声阻越大，Q值值越小，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。敏度。故扬声器正面必须与机壳密闭，不能存在泄漏。故扬声器正面必须与机壳密闭，不能存在泄漏。28谢 谢 大 家！29