手机腔体对扬声器性能的影响分析
手机音腔设计与扬声器之配合探讨
手机音腔设计与扬声器之配合探讨技术部：李东科2011年09月22日从图看出从图看出，，MP3MP3音乐和人耳听觉区域为音乐和人耳听觉区域为音乐和人耳听觉区域为202020--20KHZ 20KHZ，，手机喇叭并不是所有音乐都能播放只能播放只能播放500HZ 500HZ 500HZ以上音乐信号以上音乐信号以上音乐信号，，但是高频灵敏度相对其它频段要高但是高频灵敏度相对其它频段要高，，并且没有低频并且没有低频，，因此过多的高频段相对于手机音乐只是一种燥声因此过多的高频段相对于手机音乐只是一种燥声。
声音曲线音腔设计作用1、防止声音短路，充分发挥扬声器性能。
2、对声音进行修正，防止噪音。
3、正确的音腔设计可提高扬声器利用率。
4、让声音真实的还原。
5、后腔是对手机低频进行修正6、前腔对中高频进行修正。
7、出声孔面积能对中高频进行修正。
1、后腔设计要求：后腔要求无限大，密封（手机扬声器振幅较小，空气压缩容积小）。
2、前腔设计要求：前腔要尽量小（扬声器曲线在理想的情况下），但由于扬声器参数的缺陷，前腔要为声音形成一个高频共振，使声音干净，前腔高度应在1.5mm-3.5mm之间。
3、前腔出声孔要求：出声孔面积要尽量的大（扬声器曲线在理想的情况下），但由于手机扬声器低频下限高，没有低频，过多的高频形成了燥音，因此出声孔最好控制在扬声器振动面积（泡棉内面积）5%-15%之间。
4、电池槽，卡槽孔要远离手机扬声器。
5、前后腔要完全隔开，后腔要密封好。
音腔设计的要点音腔设计的要点（（无泄漏后腔设计无泄漏后腔设计））出声孔设计•出声孔作用：•1、出声。
•2、出声孔面积影响高频截止频率、中低频的灵敏度。
•3、出声孔面积一般在扬声器振动面积的5%-15%之间，过大可导致高频燥音过多，过小可能导致声音变小。
出声孔设计注意点•出声孔：1、尽量不要开在正中，这样高频较多，声音做不大，并且伴随高频燥声。
2、开孔面积也不能太大，因为扬声器本身的原因和后腔因素，高音会显得比较尖锐，听起来声音刺耳。
手机音腔结构设计
音腔对手机音频性能及实际声音的影响：
前腔大小主要影响音频高频截止点，容积大截止频率低，反 之高频空旷声音单调，无共鸣感； 出声孔大小影响音频截止点高低，会有声音明亮、丰满与声 音单调、尖锐区别； 内容积大小影响频率响应曲线在F0处较高低，频率响应曲线 在F0处低落则声音较无力，共鸣感不足，低频量感不足，有 声音听不出的感觉； 泄漏孔靠近扬声器的远近影响感度之高低，越近低频曲线降 低，则会影响声音的低音感不足。
点声源
物体面积小于波长
物体面积大于波长
辐射
反射
θ
θ1
孔径小于波长 θ2
孔径大于波长
折射
衍射
后声波
前声波
电声器件是电声换能器件的简称，它是一种将电信号转 换成声信号或将声信号转换成电信号的换能器件,这类器件在 我们日常生活中经常可以见到。手机中的受话器、扬声器， MP3，收音机等。 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。本文重点对通 信（笔记本电脑、手机）方面的微型电动式（动圈式）扬声 器，从扬声器的技术指标、结构、工作原理和选材及工艺等 方面进行探讨。 扬声器是“能将电信号转换成声信号，并辐射到空气中去的 换能器”。 受话器是“语言通信中将电信号转换成声信号且紧贴于 人耳的器件”
声 波 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。 声波的性质：声辐射（点声源） 反射（构成对声音的感受） 折射（需要介质） 衍射（也称绕射，穿过介质空间，与孔、波长 相关联）
*重点讨论
手机结构对声音性能的影响.ppt
《手机机壳对受话器频率特性的影响》
根据受话器的结构（图一）
《手机机壳对受话器频率特性的影响》
及其在手机机壳中的安装方式（图二）
《手机机壳对受话器频率特性的影响》
即可画出受话器安装至机壳后的等效声学线路，如 下图所示。
《手机机壳对受话器频率特性的影响》
振膜背面声学线路的分析
出声孔的直径、长度和个数）制作，以达最佳配合。
Байду номын сангаас
《手机机壳对受话器频率特性的影响》
《手机机壳对受话器频率特性的影响》
MAfRAf
MA1
MA2
《振铃扬声器及机壳声结构的分析》
扬声器安装至机壳后的等效声学线路
《振铃扬声器及机壳声结构的分析》
考虑到；
① CAf 、 CA1 、 CAB的值较小，频率不太高时，抗值甚大，
可视作开路；
② MAf 、 MA1 、 MAB 的值较小，频率不太高时，抗值
甚小，可视作短路；
③ CA 抗值甚小，可视为短路。 ④ 当ka<<１时 ZAR≈jω MAR 。 MAR ＝0.1952 ρ/a 其
中；ρ=1.20Kg/M3 为空气密度; a 为出声孔半径；
《振铃扬声器及机壳声结构的分析》
则等效声学线路可简化为 ：
《振铃扬声器及机壳声结构的分析》
等效线路的分析
① 机壳声结构的作用，一般为声学滤波器（低通），如图 虚线框内所示。
可据扬声器的频响特性，适当设计MA2CA2 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。 ② 若为了提高振铃的输出声级，也可刻意设计腔体Ⅴ２
振膜背面声学线路包括CA2 MA3 RA3 CA4 四个声学元件 。其中；
6手机腔体对扬声器性能的影响分析
6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1：其中：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；M AS为扬声器振膜与音圈的等效声质量；C AS为扬声器振膜的等效声顺；R AS为扬声器振膜的等效声阻；M AR、R AR分别为扬声器振膜正面的辐射声质量及辐射声阻；M AB、R AB分别为扬声器振膜背面的辐射声质量及辐射声阻；M A1、R A1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）；M A2、R A2分别为机壳正面发音孔的等效声质量及等效声阻；M AL、R AL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；C A1为扬声器振膜背面与盆架之间容积的等效声顺，C A1=V1/ρc^2；C A2为扬声器振膜正面与机壳之间容积的等效声顺，C A2=V2/ρc^2；C A3为扬声器背面与机壳之间后腔容积的等效声顺，C A3=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C A2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M AL、R AL支路很小，可以忽略。
故图1的等效线路可以简化为图3所示的等效线路图。
Array图3一般地，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R A2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R A1来调节扬声器单体的性能（主要调节Qts）。
令M A=M AS+M AR+M AB+M A1+M A2R A=（Bl^2/((Rg+Re)*Sd^2)+R AS+R AR+R AB+R A1则图3的等效线路可以简化为图4所示的等效线路。
手机前后box喇叭音腔设计
Speaker与手机外壳形成的前腔小声音无共鸣感手机内腔大手机内腔小频率响应曲线低频Fo附近相对较高频率响应曲线低频Fo附近相对较低声音感觉不清晰声音低音感觉不足泄漏孔靠近Speaker 泄漏孔远离Speaker 频率响应曲线低频下跌无影响声音尖锐，低音不足无影响Speaker声腔结构设计主要指手机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，如简图所示：声孔、前腔、内腔、泄漏孔等等都会对手机的整机音质表现产生影响，首先要用Rubber Ring，即环形橡胶垫把Speaker与手机外壳密封起来，使声音不会漏到手机内腔，然后就是声孔、前腔、内腔的合理配合泄漏孔主要是由SIM卡、电池盖、手机外接插座等手机无法密封位置的声漏等效而成的，泄漏孔以远离Speaker为宜，即手机无法密封的位置要尽量远离Spea ker，这样可以使得手机的整机的音质表现较好。
声腔设计建议值：Φ13mmLoudSpeaker：声孔总面积约3mm2 前腔高度0.4mm-1mm 泄漏孔总面积约5mm2 内腔体积约5cm3Φ15mmLoudSpeaker：声孔总面积约3.5mm2 前腔高度0.4mm-1mm 泄漏孔总面积约5mm2 内腔体积约6cm3Φ16-18mmLoudSpeaker: 声孔总面积约4mm2 前腔高度0.4mm-1mm 泄漏孔总面积约5mm2 内腔体积约7cm3如果是二合一SPEAKER，密封LCD处的后音腔才达一般将前端区域密封形成后音腔，所以fpc过孔不会影响漏声。
表格中，出声孔大小对声音表现的影响是以后音腔足够大为基础的。
前音腔大小对声音表现的影响是以出声孔足够小为基础的后音腔大小对声音表现的影响是以出声孔足够大为基础的泄露孔大小对声音表现的影响是以出声孔足够小为基础的。
一般就speake r而言，泄漏孔指speaker背面，即不发声面都会有几个小空，也叫漏气孔，一般设计时保证此泄漏孔不要被挡住即可。
声腔设计知识
故要求后腔的容积尽可能大。
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：
12
声腔对Speaker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250＃～350＃之间，它 们的声阻值都比较小，基本上在10Ω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，
手机声腔设计
关于手机音腔设计先说单speaker，现在用的最多的了!不过从发展趋势来看为追求好的音效双speaker将成为以后大主题。
不管是双还是单重视后音腔的设计，这对音质有很大的影响：尽量做大些，还要密封好些！现在的趋势是要求音量越来越大，特别是国产手机，有的做到100分贝以上，但是音量不是唯一指标，和谐悦耳的铃声才是设计目标！音源对铃声的影响非常重要，选择合适的音源可以很好的体现设计效果！选择音源：1．尽量选用口径大的speaker。
2．对speaker的特性曲线要求低频时也能有高的音压，并且在曲线在1K~10K的区间要曲线平稳，当然能在1K以下做到很好水准就体现speaker研发生产实力了。
结构上的设计：受到手机空间的限制，多设计都是用到二合一单边发声的，产品最终的音效都不是很好，扬声器与受话器的设计要领不一样，共用一个音腔确实会有一定问题，有这么些建议：1.Φ13mm Speaker 前容积高度:0.3~1.0mm 出音孔高度: Φ1.0,4~8孔(3mm2~6mm2 ) 后容积高度:3~5Cm3 洩漏孔高度:4~6mm22.Φ15mm Speaker 前容积高度:0.3~1.0mm 出音孔高度: Φ1.0,4~8孔(3mm2~6mm2 ) 后容积高度:3~5Cm3 洩漏孔高度:4~6mm23. Φ16~20m/m Speaker 前容积高度:0.3~1.0mm 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对于单面发声的后音腔设计，我们一般把整个前端作为后音腔，通过LCD PCB上密封整个前端，较大的后音腔能够能够弥补前期不足！现在的流行趋势是分开，特别是双speaker强烈要求speaker与Receiver分开，这样才能到达要求的立体效果！对于双speaker最好使出声孔的位置避免在一个面上，现在市面上看到最多就是放在翻盖的头部两侧，或者放在转轴两侧（三星x619），这跟声音波形原理有关的，同在一个面上消减幅度很快，效果不会太好的！双speaker的设计关键是要体现立体效果，在设计上有以下要点：1.出声孔的位置，如上所述；2.两个speaker的后音腔要求分开，独立密封；3.两个speaker之间的切线（切线指的是两个水平放置，两个园之间的切线距离）最小距离要求在10mm以上；4.要求大些的后音腔；5.注意音源的选择，其实说道音腔，主要的一个原则就是，前音腔要密闭，后音腔要尽可能大，泻露孔尽可能距离speaker远一点。
2019年手机机壳声结构对声性能的影响.doc
手机机壳声结构对声性能的影响（参考资料之二）《振铃扬声器及机壳声结构的分析》（5页）《手机机壳对受话器频率特性的影响》（6页）深圳市美欧电子股份有限公司南京电声技术中心振铃扬声器及机壳声结构的分析一、振铃扬声器的结构该扬声器为外磁式动圈扬声器，振动系统与磁路系统由注塑外壳连为一体。
外径约16mm 。
振膜前有开孔的前盖，上面贴有声阻材料（似为无纺布），布上并粘有一层薄垫圈；T 铁极芯中心开有一通孔，经后盖板与大气相通，孔口贴有声阻材料（丝绢类）。
其结构示意图见图1。
二、机壳声结构的描述当扬声器放入机壳时，扬声器前盖将与一个极薄的腔体1V 相耦合，从前盖孔 出来的声波，首先进入该腔体，再通过一个狭缝1A M （约8X1mm ）进入另一个体积较大的腔体2V ，然后经机壳出声孔2A M 与大气相通。
振膜背面所辐射的声波，经极芯中心的孔及后盖板上的声阻材料，进入机壳中一个较大的腔体V （相当于与大气相通）。
振膜前面的等效声结构，见图2所示。
1三、扬声器安装至机壳后的等效声学线路扬声器安装至机壳后，其等效声学线路如图3所示。
p 振膜的驱动压力 （a P ），且DS iB p图２ 振膜前的等效声结构B 为磁感应强度 （T ）为音圈导线的有效长度 （M ）； i 为音圈中的信号电流 （A ）； D S 为振膜的等效面积 （2M ）； D U 振膜的容积速度 （s M 3）；且 D c D S U ∙=υc υ为音圈的振动速度 （s M ）； AS R 振膜支撑系统的等效声阻（5M s N ∙）; AD M 振膜的等效声质量 （4M Kg ）； AS C 振膜支撑系统的等效声顺 （Kg s M 24）；2Af C 振膜与前盖之间腔体的等效声顺 （Kg s M 24）；且 2cV C fAf ρ=Af M 前盖孔的等效声质量 （4M Kg ）； 且 ffAf S M ρ=其中 ρ 为空气密度 （3M Kg ）; f 为前盖孔的等效长度 （M ）； f S 为前盖孔的等效面积 （2M ）; 若开孔数为n 个，则 ∑==ni i f S S 1i S 为第i 个孔的面积。
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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1：
图2
其中：
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；
M AS为扬声器振膜与音圈的等效声质量；
C AS为扬声器振膜的等效声顺；
R AS为扬声器振膜的等效声阻；
M AR、R AR分别为扬声器振膜正面的辐射声质量及辐射声阻；
M AB、R AB分别为扬声器振膜背面的辐射声质量及辐射声阻；
M A1、R A1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）；
M A2、R A2分别为机壳正面发音孔的等效声质量及等效声阻；
M AL、R AL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；
C A1为扬声器振膜背面与盆架之间容积的等效声顺，C A1=V1/ρc^2；
C A2为扬声器振膜正面与机壳之间容积的等效声顺，C A2=V2/ρc^2；
C A3为扬声器背面与机壳之间后腔容积的等效声顺，C A3=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C A2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M AL、R AL支路很小，可以忽略。
故图1的等效线路可以简化为图3所示的等效线路图。
图3
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R A2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R A1来调节扬声器单体的性能（主要调节Qts）。
令M A=M AS+ M AR + M AB + M A1+ M A2
R A=（Bl^2/((Rg+Re)*Sd^2)+ R AS+R AR+R AB+ R A1
则图3的等效线路可以简化为图4所示的等效线路。
图4
对于特定的扬声器来说，M AS、M AR、M AB均为定量，且从上式中可以看出，M A1、M A2影响整体声质量M A，而辐射声压Pr为：
Pr=ρ/(4πr) * eg *Bl/((Rg+Re)*Sd*M A)*G(jw)
从上式中可以输出声压的辐值与M A成反比，故一般要求M A1、M A2尽可能小。
而
M A2 =ρ(l2+Δl2/S2 , M A1 =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。
另外，扬声器单体的fo=1/(2*π*(M A*C AS)^(1/2))；
而装机之后，系统的谐振频率fc=1/(2*π*(M A*C A)^(1/2))，由图4所示的等效线路图可知，C A是声顺C AS和C A3的串联：C A=( C AS * C A3)/( C AS + C A3)
由以上三式可得，fc=(1+( C AS / C A3))^(1/2)*fo
由此可以看出，扬声器的等效容积是一定的，而如果C A3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。
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C A3将变成无穷大，即C A3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M A2、R A2、M A1；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M AL、R AL，故图2中的等效线路可以简化为图5：
图5
由上图中可得fo’=(1+C AS/ C A1)^(1/2) *fo
而一般C A1很小，通常要比C AS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M A2、R A2、C A2、C A1、M A1，则图2中的等效线路图可以简化为图6中的等效线路图：
图6
其中，M A’=M AS+ M AR + M AB R A’=（Bl^2/((Rg+Re)*Sd^2)+ R AS+R AR+R AB
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。
几个问题的答复：
1．一般地，功率是根据客户要求所做的，关于GCCP1 SPR的功率要求，
2．FO选择一般是根据所选取的音乐信号的低频端频率来决定的，一般地，手机用扬声器的FO均在1000HZ左右。
3。
我们扬声器及受话器的优点是功率大、灵敏度高、可靠性好。
4。
设计线路时，应考虑：a。
功率匹配、电阻匹配；B。
保证输出不失真(一般均是削波失真)；合理选择输出的带宽，以及输出功率，既要考虑最终的输出声压级，也要考虑耗电量。
5。
扬声器/ 受话器主要由三部分组成：磁路系统、振动系统及支撑系统。
磁路系统主要由磁钢，极芯(或夹板)与磁框(或T铁)组成，其作用是提供一个静磁场；振动系统主要由振膜及音圈组成，音圈位于磁隙当中；支撑系统主要是支架。
当在扬声器两端馈给一个交变信号时，位于磁隙中的音圈将受到一个磁场力，由于信号是交变的，故音圈受的磁场力也是交变的，所以振膜(与音圈粘在一起)将振动发声。
6。
扬声器主要由以下几种连接方式：焊线，镀金板，弹簧，弹簧脚，FPC。
7。
我们主要有以下几种声声测试设备：B&K，AP，MLSSA，LISTEN。