手机音腔设计专题[1]

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:4~6mm2

2.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:4~6mm2

3. 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。

声腔结构对手机音质的影响

声腔结构 手机外壳声孔大 手机外壳声孔小

Speaker 与手机外壳形成的前腔大 Speaker 与手机外壳形成的前腔小

手机内腔大 手机内腔小 泄漏孔靠近Speaker 泄漏孔远离Speaker

对手机电气性能的影响 高频截止频率可延伸至5~10KHz 截止频率一般在5KHz 左右 对频率响应曲线无明显影响 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

频率响应曲线低频下跌

无影响

对手机音质的影响 声音浑厚、丰满 声音单调、尖锐 声音比较空旷 声音无共鸣感 声音感觉不清晰 声音低音感觉不足 声音尖锐，低音不足

无影响

Speaker 电气性能对手机电气性能以及音质的影响

Speaker 电气性能 谐振频率（Fo ）高 谐振频率（Fo ）低

灵敏度高 灵敏度低 高频截止频率高 高频截止频率低 总谐波失真（THD）高 总谐波失真（THD）低

功率大 功率小

对手机电气性能影响 谐振频率（Fo ）高 谐振频率（Fo ）低

灵敏度高 灵敏度低

高频截止频率高（手机声孔较大时）

高频截止频率低

总谐波失真（THD）高 总谐波失真（THD）低

功率大 功率小

对音质的影响 声音尖锐 低音较好 声音大而有力 声音小而无力 声音丰满 声音单调 声音浑浊 声音清晰 声音可以较大 声音相对较小

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Speaker，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5cm3 Φ15mmLoudSpeaker： 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6cm3 Φ16-18mmLoudSpeaker: 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speaker 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。receiver和2in1的speaker 都会有这个泄漏孔的。

配合

泄漏孔主要是由SIM 的整机的音质表现较好。 声腔设计建议值：

φ13mmLoudSpeaker：

2

声孔总面积约3mm 23

约5mm 内腔体积约5cm

φ15mmLoudSpeaker：

2

声孔总面积约3.5mm 25mm 16-18mmLoudSpeaker:

2

声孔总面积约4mm 235mm 内腔体积约7cm

Receiver 声腔设计

Rubber 配合

泄漏孔主要是由SIM 机的整机的音质表现较好。 声腔设计建议值：

φ13Receiver：

2

声孔总面积约3mm 23

面积约5mm 内腔体积约4cm

φ15Receiver：

2

声孔总面积约3.5mm 23

面积约5mm 内腔体积约5cm

二个SP最小间距

立体声是由不同的声道馈给不同的SP 于不同的音频信号，使每个SP 发出不同的声音，使人有声音是由不同的声源从各个位置传到人耳当中的感觉，产生空间立体概念。以2个扬声器为例，首先要满足

等边三角形原理，即

L a =Lb =LC 事实上手机中La

2个SP 的选用与匹配

一、若选用高、低音SP：电路具有分频功率能，同时微型电声元器件，高低音SP 也很难达到通用音箱的

效果，因此建议用一样的SP。

二、SP串、并联问题：串、并联阻抗成倍数变化，对电路的功率、电流产生很大影响。 三、相位问题：两个SP 相位必须相同，SP须注明正负极（单个SP 无所谓相位相同）；否则两个相位不同

的声波会发生干涉，可能会叠加成与输入声波相差很远的声波信号。

四、屏蔽问题：要求SP 一致性非常好，频响曲线相差不能超过2dB，否则声音声音较大的那个会把另一个

屏蔽扣掉，人根本听不到声音较低的SP 发出的声音；两个同样的SP 叠加，响度会增加3dB。

3、单个SP 腔体设计：腔体d×h，受手机体积限制，d×h距理论最佳小很多，d，h越大声音效果会越好。 4、两个SP 摆放高度差问题：

手机当中的这个差值，相对声波波长与声波的传输速度来说，影响很小，可以不用考虑。

其实我个人理解，手机实现的立体声，与传统意义上的立体声实现的途径估计应该不同，手机当中可能更

倾向于在电路中对声频信号进行处理，达到一种虚拟的立体声环绕效果

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：

由此结构，可得其等效线路图为：

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；

MAS 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； RAS 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； MAB、RAB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（此部分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；

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； CA1为扬声器振膜背面与盆架之间容积的等效声顺，CA1=V1/ρc^2； CA2为扬声器振膜正面与机壳之间容积的等效声顺，CA2=V2/ρc^2； CA3为扬声器背面与机壳之间后腔容积的等效声顺，CA3=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MAL、RAL 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RA2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RA1来调节扬声器单体的性能（主要调节Qts） 。

令MA=MAS+ MAR + MAB + MA1+ MA2

RA=（Bl^2/((Rg+Re)*Sd^2)+ RAS+RAR+RAB+ RA1

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，MAS、 MAR 、 MAB均为定量，且从上式中可以看出，MA1、 MA2影响整体声质量MA ，而辐射声压Pr 为：

Pr=ρ/(4πr) * eg *Bl/((Rg+Re)*Sd*MA)*G(jw)

从上式中可以输出声压的辐值与MA 成反比，故一般要求MA1、 MA2尽可能小。而 MA 2 =ρ(l2+Δl2/S2 , MA1 =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*(MA*CAS)^(1/2))； 而装机之后，系统的谐振频率fc=1/(2*π*(MA*CA)^(1/2))，由图4所示的等效线路图可知，CA 是声顺CAS 和 CA3的串联：CA=( CAS * CA3)/( CAS + CA3) 由以上三式可得，fc=(1+( CAS / CA3))^(1/2)*fo

由此可以看出，扬声器的等效容积是一定的，而如果CA3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：

图5

由上图中可得fo’=(1+CAS/ CA1)^(1/2) *fo

而一般CA1很小，通常要比CAS 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MA2、RA2、CA2 、CA1、 MA1，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，MA’=MAS+ MAR + MAB RA’=（Bl^2/((Rg+Re)*Sd^2)+ 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。