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压电陶瓷扬声器应用设计建议书

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1. 压电扬声器实物与各部件名称
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2. 声音曲线:
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    从上图可以看出,人耳听觉区域为20-20KHZ,手机喇叭并不是所有音乐都能播放,只能播放500HZ以上的音乐信号,但是高频灵敏度相对其它频段要高,并且没有低频,因此过高频段相对于手机音乐来说只是一种燥声。   

3. 扬声器在外壳上的固定
    
正出音设计参考图
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    侧出音设计参考图
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说明:1)扬声器固定台阶宽度,请参考扬声器规格书中的扬声器尺寸图留边设计。
    2)后腔可以是敞开式,但为保证低音效果,建议采用胶垫密闭。
    3) 固定台阶围骨可据实际情况留宽度,主要目的是为了扬声器安装时定位准确。
    4) 扬声器固定胶垫厚度可根据客户要求订制。
    5) 为了声损耗最小,出声孔尽量使用圆角。
    6) 侧出音导音槽长度应尽量做短,否则音量损失很大,建议设计时喇叭尽量靠近出音孔安装。
    7) 侧出音导音槽的高度大于等于1.0mm, 防止声音尖,噪。
   
侧出音设计实例
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    4. 扬声器的前腔设计:
    1). 前腔的作用:前腔是让声音产生一个高频段的截止频率,并产生一个高频峰(相对的);修正高频噪声;好的前腔可提高中频,减小高频噪声,降低高频段延伸,提高声音转换效率
    2). 前腔设计注意点:
    前腔壁的形状和高度设计要能提高声音转换效率;
    前腔一定要与后腔分开,做好密封措施;
    前腔壁越高,高频截止频率越低(与出声孔面积和位置配合),中频转换效率越高,高频成份越小。
    3). 前腔形状设计
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 4) 侧出音不合理结构设计
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    5) 前腔容积对高频的影响
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    5. 壳体上出音孔设计:
    1). 出声孔的作用:出声;出声孔面积影响高频截止频率,中低频的灵敏度;出声孔面积一般在扬声器振动面积的10%-15%之间,过大可导致高频噪声过多,过小可能导致声音变小;侧出孔的面积要达到扬声器面积的15%-25%, 孔宽要达到:0.8mm--1.5mm
    2). 出声孔的设计注意点
    出声孔尽量不要开在正中,这样高频较多,声音做不大,并且伴随高频噪声;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。
    出声孔过渡要平滑,这样声音不会刺耳
    出声孔圆孔径,方形孔孔距不得小于1mm,太小不利于发声,并且声音小还细,没有厚度。
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    3). 扬声器振膜频率分布
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  4). 出声孔分布设计实例
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    出声孔孔径在0.8mm-1.5mm之内,出声孔面积只有占到扬声器振动面积10%左右的时侯,声音音量,音质都能做好.
    5). 出声孔形状设计
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    6). 侧出声孔形状设计
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    侧出声孔取喇叭长边方向,且过中心,开口为长条形状
    出声孔开孔长度以大于扬声器长边长度的2/3为好,宽度要求大于1.2mm为好
    7)不合理出声设计
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    出声孔:不能分布在整个面上,会使出声孔面积过大,高音显得比较尖,燥。出声孔不能小于0.5mm,太小对出声不利,声音浑浊尖燥,出声孔过多会使声音不耐听,尖锐,让人感觉是噪音。
    8) 网状出音孔设计
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    9) 出声孔面积对声音曲线的影响
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  6. 扬声器后腔设计
    1) 后腔的作用:防止扬声器中低频的声短路;使低频声音有力度,让你感觉声音圆润。
    2) 后腔设计注意点:整机里的PCB等其它组件必须安装拉牢固,不能有松动现象,以免扬声器工作时产生共振声及杂音,影响整机音质。
    扬声器背面后腔罩距离其正对的机壳或PCB板上的元器件或其它的任何组件需>0.1mm, 避免扬声器工作时与机壳或PCB板或PCB板上的元器件或其它的任何组件产生碰触,摩擦等,否则会产生杂音,严重影响扬声器重放音质。
    避免各种可能的泄露孔(泄露孔主要是由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)接近扬声器,以免造成声音泄露,使声音变小,或通过手机结构设计使泄露孔远离扬声器。
    3) 后腔设计实例
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    整个机壳里面都是后腔,优点:后腔容积大,可操作性强,成本低。
    4) 不合理设计
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    后腔容积太小,没有低频,这样的音质较差,声音显得噪,吵,干。声泄孔离出声孔太近,造成声音短路,使音量变小,音质变差。机壳尽量要密封,最好不能有声泄露孔。机壳不能密封,使声音小,音质差。
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    5) 后腔容积对低音的影响
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    7. 多个扬声器音腔设计注意点
    当两个或多个喇叭设计时,如果是同规格的扬声器,前腔高度要有一个1mm的差别。如果是两个不同规格的扬声器,一般大规格的扬声器前腔高度设计时尽量要高一点(做中低音用),小规格扬声器的前腔高度尽量要小一点(做全频)。
    前腔形状可以采用不同类型的设计
    后腔如果是在一个机壳内,一定要隔开;也可以采用两个独立的后腔或其中一个采取独立后腔,防止声音相互干扰
    出声孔面积和位置最好不要相同,相同可能会造成声音太尖,太刺。如果是两个相同规格的喇叭,出声面积最好一个控制在10%以内,另一个控制在15%左右,位置可以适当区别。当有两个规格不同扬声器时,大规格的扬声器出声孔面积要控制在10%以内,小规格的扬声器要在10%-15%之间,这样音质会好一点。
    设计实例
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    同规格扬声器:出声孔采用互补设计,可以使音质做得更好。
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    当大扬声器出声孔开在边上时,中音特别突出,高频成份少。扬声器开孔面积大,这样高频好,整个高中低平衡。
8. 压电扬声器认识误区
    低音不足压电陶瓷扬声器特点在于中高频段表现出色,表现在听感上就会出现高频成分凸出,而将低频掩盖掉,听感上就会感觉没有低音;在无腔体的状态下,动圈喇叭的低音表现也不是很好,而且动圈喇叭在极限使用时受腔体影响,音量很有比较大的损失。
    额定功率压电喇叭为容性器件,是不以额定功率作为考量的,在应用中是以耐压值作为考量依据的。压电音频功放也是以输出电压(Vp-p)表示输出大小。
    压电喇叭腔体: 腔体对任何电声器件都是有辅助作用的,压电喇叭也需要腔体,只是对腔体的依赖性没有动圈喇叭大;压电喇叭在小腔体下S.P.L不会有很明显的降低;当然,如果空间允许,音腔做大一些,音量、音效都会更好一些。
    功放分类 : 数码产品使用的小功放其实只有两类:CLASS-ABCLASS-D;其他的如K类、G类、H类都是在AB类和D类的基础上增加一个升压电路,达到增大功放输出功率的目的。
    9. 常见设计问题解决
    1) 声音小
    喇叭不良造成 > 措施:更换喇叭
    结构问题(如音腔设计不合理、泄露孔过多、声短路、出音孔开孔率过小等)导致声音小.
    措施通过调整腔体、出音孔开孔面积等方式解决。
    电路问题,又分两种情况:a,输入信号过小导致;b,功放电路工作不正常导致.
    措施:通过实际分析解决,主要从几个方面考虑:
    a. 输入信号大小;
    b. IC焊接是否ok
    c. 电路参数是否正常.
    2) 杂音
    结构共振杂音,这种是发生最多的。
    措施:要找到产生杂音的“元凶”,然后通过固定、隔离等方法解决。
    音源本身问题导致的杂音. > 措施更换音源解决。
    喇叭不良出现杂音。措施更换喇叭。
    电路干扰(底噪、高频干扰等)引起的杂音.
    措施通过调整电路(增加滤波器件)进行吸收,如果干扰或底噪比较严重,无法通过外围电路进行解决,则需告知客户进行改板,优化layout来解决。
    3) 破音
    音源失真引起。
    措施:降低音源增益或更换音源。
    功放失真引起.
    措施:有两种可能:
    a.功放输出过大,这种问题在客户端出现最多,有很多客户为增大音量,将软件增益调的很大,导致功放输出过大,通过调整增益解决。
    b.功放工作不正常导致输出失真,需查找问题解决。
    喇叭不良引起。
    措施:更换喇叭解决
    4) 功放发热
    由于压电扬声器所用的功放集成了DC-DC,功放效率会降低,特别是中高频段,热损耗加大,功放会有发热现象(芯片商在着手改善).
    现时解决办法:
    对中高频段进行衰减,降低功放在中高频段的功率输出;
    layout时在PA周围加大地线进行散热;
    PA电路部分加屏蔽罩也有利于散热。
    发热现象在手机中比较常见,持续长时间播放音乐就会出现发热现象,通过调整可以控制在客户可接受范围。
    5) 功放上电啪啪声
    功放上电出现啪啪声的问题,在功放电路上是很常见的问题,很难彻底解决,目前解决这种问题的方法主要以调整功放上电和使能脚上电的时序来解决,上电时序:codec静音——功放上电——使能脚打开,通过这样的时序调整一般都可以解决啪啪声问题。
    6) 播放音乐时出现闪屏、水波纹
    闪屏问题主要由于供电不足引起,水波纹主要由于干扰引起。
    解决办法:功放供电和屏供电不要用同一个LDO端口,避免大电流时屏供电不足引起闪屏;
    水波纹主要通过滤波、加大地线分布面积等方法解决。
    10. 案例综合
    客户A,现象:喇叭声音很小。检查电路:功放输出很小,检查分析 后是因为电容和电感用错料,更换后正常。
    客户B,调试时音量很小,检查后是因为codec输出的信号为左右声道信号,而客户将左右声道信号按照差分输入方式接入,导致功放输出很小,将输入方式改为单端输入后问题解决。
    客户C,样机杂音严重,经查找是因为后壳上与电池盖连接的金属弹片振动敲击电池盖产生杂音,点胶固定后问题解决。
 


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