音腔是对声音效果的影响简介

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  手机声腔对于铃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铃声更加悦耳。

手机的声腔设计主要包括***前声腔、后声腔、出声孔、密闭性、防尘网***五个方面

1.后声腔对铃声的影响

  后声腔主要影响铃声的低频部分,对高频部分影响则较小。铃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,主观上会觉得铃声比较悦耳。
  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需要强调的是,SPEAKER单体品质对铃声低频性能的影响很大。
  在一般情况下,装配在声腔中的SPEAKER,即便能在理想状况下改善声腔的设计,其低频性能也只能接近,而无法超过单体的低频性能
    一般情况下,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。

   对于不同直径的SPEAKER,声腔设计要求不太一样,同一直径则差异不太大。具体推荐值如下:

 φ13mm SPEAKER:它的低频谐振点f0一般在800Hz~1200Hz之间。当后声腔为0.5cm3时,其低频谐振点f0大约衰减600Hz~650Hz。当后声腔为0.8cm3时,f0大约衰减400Hz~450Hz。当后声腔为1cm3时,f0大约衰减300Hz~350Hz。当后声腔为1.5cm3时,f0大约衰减250Hz~300Hz。当后声腔为3.5cm3时,f0大约衰减100Hz~150Hz。因此对于φ13mm SPEAKER,当它低频性能较好(如f0在800Hz左右)时,后声腔要求可适当放宽,但有效容积也应大于0.8cm3。当低频性能较差时(f0>1000Hz),其后声腔有效容积应大于1cm3。后声腔推荐值为1.5cm3,当后声腔大于3.5cm3时,其容积变化对低频性能影响会比较小。

 φ15mm SPEAKER:它的低频谐振点f0一般在750~1000Hz之间。当后声腔为0.5cm3时,低频谐振点f0大约衰减850Hz~1000Hz。当后声腔为1cm3时,f0大约衰减600Hz~750Hz。当后声腔为1.5cm3时,f0大约衰减400Hz~550Hz。当后声腔为3.5cm3时,f0大约衰减200Hz~250Hz。因此对于φ15mm SPEAKER,后声腔有效容积应大于1.5cm3。当后声腔大于3.5cm3时,其容积变化对低频性能影响会比较小。

 13×18mm SPEAKER:它的低频谐振点f0一般在780~1000Hz之间。当后声腔为0.5cm3时,低频谐振点f0大约衰减850Hz~1000Hz。当后声腔为1cm3时,f0大约衰减600Hz~750Hz。当后声腔为1.5cm3时,f0大约衰减400Hz~550Hz。当后声腔为3.5cm3时,f0大约衰减200Hz~250Hz。因此对于13X18mm SPEAKER,后声腔有效容积应大于1.5cm3。当后声腔大于3.5cm3时,其容积变化对低频性能影响会比较小。

 φ16mm SPEAKER:它的低频谐振点f0一般在750~1100Hz之间。当后声腔为0.5cm3时,低频谐振点f0大约衰减850Hz~1000Hz。当后声腔为0.9cm3时,f0大约衰减600Hz~700Hz。当后声腔为1.5cm3时,f0大约衰减400Hz~550Hz。当后声腔为2cm3时,f0大约衰减300Hz~350Hz。当后声腔为4cm3时,f0大约衰减150Hz~200Hz。因此对于φ16mm SPEAKER,后声腔有效容积应大于1.5cm3。后声腔推荐值为2cm3,当后声腔大于4cm3时,其容积变化对低频性能影响会比较小。

 φ18mm SPEAKER:它的低频谐振点f0一般在700~900Hz之间。当后声腔为0.5cm3时,低频谐振点f0大约衰减700Hz~950Hz。当后声腔为0.9cm3时,f0大约衰减500Hz~700Hz。当后声腔为0.9cm3时,f0大约衰减500Hz~700Hz。当后声腔为1.5cm3时,f0大约衰减400Hz~550Hz。当后声腔为2.1cm3时,f0大约衰减250Hz~400Hz。当后声腔为4.3cm3时,f0大约衰减120Hz~160Hz。因此对于φ18mm SPEAKER,后声腔有效容积应大于2cm3。当后声腔大于4cm3时,其容积变化对低频性能影响会比较小。
  需要特别注意的是,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。

2.前声腔对声音的影响

   前声腔对低频段影响不大,主要影响手机铃声的高频部分。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。高频谐振点变化的对数值与前声腔容积的增量几乎成线性关系。
  由于手机MIDI音乐的频带一般为300Hz~8000Hz,即在该频段内的频响曲线才是有效值,因此我们一般希望频响曲线的高频谐振点在6000Hz~8000Hz之间。因为如果高频波峰太高(高频谐振点大于10000Hz),那么在中频段可能会出现较深的波谷,导致声音偏小。如果高频波峰太低(高频谐振点小于6000Hz),那么声腔的有效频带可能会比较窄,导致音色比较单调,音质较差。所以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。
   综上所述,结合手机设计的实际情况,前声腔设计时,一般希望前声腔的垫片压缩后的厚度在0.3~1mm之间,它与出声孔面积有一定的相关性。

3.出声孔对声音的影响

  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,即铃声的声强损失很大,这在手机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。
  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。出声空面积的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。
  在实际设计中,如果高频声音出现问题,可以通过实际测量结果,修正出声孔面积进行改善。注意:出声孔面积减小并不意味着声强降低,相反在很多情况下,反而可以提高声强。
  

4.后声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。
  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。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。
  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。

5.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,在高档机型中,尽可能不要采用不织布作为防尘网。
   以上声腔设计的规律和各个推荐值都是通过大量实验总结出来,供设计人员在前期设计时参考。但是由于声音具有一定的特殊性,因此,建议设计人员在结构手板完成后,通过实际测试,以对一些细节进行调整。

  对于耳机来说,耳壳后腔主要影响曲线的中频,装入耳壳后,后腔如果全部密封,不开孔的话,由于腔体共振,1-4kHz形成共振峰。耳机的平衡性对于听音很重要,所以,低频峰值和高频3 kHz的峰值要小于3dB。否则试听会感觉高音和低音不平衡。另外3kHz和lkHz的感差要大于8dB,这样声音才会有层次感。如果低频比较高,可以通过以下三种方案调节:

  (1)降低扬声器的低频,简单的方法可以通过增加扬声器通气布的目数来降低低频。

  (2)改变前盖泄露孔的通气布.通过减少通气布的目数来降低低频。

  (3)改变后盖泄露孔的通气布,通过增加通气布的目数来降低低频。

如果高频比较高,可以通过以下两种方案调节:

  (1)增加前盖出气孔里面泡棉的密度和长度,密度加大.还可以降低5 kHz左右的峰值,使高频曲线能够更平滑下降.让3 kHz更加突出。这样高频就会比较清晰,不会太浑浊。

  (2)增加前盖出音孔通气布的目数,降低峰值。

**问题的延伸:后音腔为何影响低频? 前音腔为何影响高频?
  (1)低频的传播方式的球型的,前音腔和后音腔都含有低频,且相位相反。
  (2)中频的传播方式是半球形的,只有前音腔有,后音腔没有。
  (3)高频的传播方式的锥形的。只有前音腔有,后音腔没有。**

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