声学漫谈之五:音腔是怎么影响声音效果的
手機聲腔對于鈴聲音質的優劣影響很大。同一個音源、同一個SPEAKER在不同聲腔中播放效果的音色可能相差較大,有些比較悅耳,有些則比較單調。合理的聲腔設計可以使鈴聲更加悅耳。
? ??手機的聲腔設計主要包括前聲腔、后聲腔、出聲孔、密閉性、防塵網五個方面
1.后聲腔對鈴聲的影響
? ??后聲腔主要影響鈴聲的低頻部分,對高頻部分影響則較小。鈴聲的低頻部分對音質影響很大,低頻波峰越靠左,低音就越突出,主觀上會覺得鈴聲比較悅耳。
? ??一般情況下,隨著后聲腔容積不斷增大,其頻響曲線的低頻波峰會不斷向左移動,使低頻特性能夠得到改善。但是兩者之間關系是非線性的,當后聲腔容積大于一定閾值時,它對低頻的改善程度會急劇下降需要強調的是,SPEAKER單體品質對鈴聲低頻性能的影響很大。
??????? 在一般情況下,裝配在聲腔中的SPEAKER,即便能在理想狀況下改善聲腔的設計,其低頻性能也只能接近,而無法超過單體的低頻性能。
? ??一般情況下,后聲腔的形狀變化對頻響曲線影響不大。但是如果后聲腔中某一部分又扁、又細、又長,那么該部分可能會在某個頻率段產生駐波,使音質急劇變差,因此,在聲腔設計中,必須避免出現這種情況。
? ??對于不同直徑的SPEAKER,聲腔設計要求不太一樣,同一直徑則差異不太大。具體推薦值如下:
φ13mm SPEAKER:它的低頻諧振點f0一般在800Hz~1200Hz之間。當后聲腔為0.5cm3時,其低頻諧振點f0大約衰減600Hz~650Hz。當后聲腔為0.8cm3時,f0大約衰減400Hz~450Hz。當后聲腔為1cm3時,f0大約衰減300Hz~350Hz。當后聲腔為1.5cm3時,f0大約衰減250Hz~300Hz。當后聲腔為3.5cm3時,f0大約衰減100Hz~150Hz。因此對于φ13mm SPEAKER,當它低頻性能較好(如f0在800Hz左右)時,后聲腔要求可適當放寬,但有效容積也應大于0.8cm3。當低頻性能較差時(f0>1000Hz),其后聲腔有效容積應大于1cm3。后聲腔推薦值為1.5cm3,當后聲腔大于3.5cm3時,其容積變化對低頻性能影響會比較小。
φ15mm SPEAKER:它的低頻諧振點f0一般在750~1000Hz之間。當后聲腔為0.5cm3時,低頻諧振點f0大約衰減850Hz~1000Hz。當后聲腔為1cm3時,f0大約衰減600Hz~750Hz。當后聲腔為1.5cm3時,f0大約衰減400Hz~550Hz。當后聲腔為3.5cm3時,f0大約衰減200Hz~250Hz。因此對于φ15mm SPEAKER,后聲腔有效容積應大于1.5cm3。當后聲腔大于3.5cm3時,其容積變化對低頻性能影響會比較小。
13×18mm SPEAKER:它的低頻諧振點f0一般在780~1000Hz之間。當后聲腔為0.5cm3時,低頻諧振點f0大約衰減850Hz~1000Hz。當后聲腔為1cm3時,f0大約衰減600Hz~750Hz。當后聲腔為1.5cm3時,f0大約衰減400Hz~550Hz。當后聲腔為3.5cm3時,f0大約衰減200Hz~250Hz。因此對于13X18mm SPEAKER,后聲腔有效容積應大于1.5cm3。當后聲腔大于3.5cm3時,其容積變化對低頻性能影響會比較小。
φ16mm SPEAKER:它的低頻諧振點f0一般在750~1100Hz之間。當后聲腔為0.5cm3時,低頻諧振點f0大約衰減850Hz~1000Hz。當后聲腔為0.9cm3時,f0大約衰減600Hz~700Hz。當后聲腔為1.5cm3時,f0大約衰減400Hz~550Hz。當后聲腔為2cm3時,f0大約衰減300Hz~350Hz。當后聲腔為4cm3時,f0大約衰減150Hz~200Hz。因此對于φ16mm SPEAKER,后聲腔有效容積應大于1.5cm3。后聲腔推薦值為2cm3,當后聲腔大于4cm3時,其容積變化對低頻性能影響會比較小。??
φ18mm SPEAKER:它的低頻諧振點f0一般在700~900Hz之間。當后聲腔為0.5cm3時,低頻諧振點f0大約衰減700Hz~950Hz。當后聲腔為0.9cm3時,f0大約衰減500Hz~700Hz。當后聲腔為0.9cm3時,f0大約衰減500Hz~700Hz。當后聲腔為1.5cm3時,f0大約衰減400Hz~550Hz。當后聲腔為2.1cm3時,f0大約衰減250Hz~400Hz。當后聲腔為4.3cm3時,f0大約衰減120Hz~160Hz。因此對于φ18mm SPEAKER,后聲腔有效容積應大于2cm3。當后聲腔大于4cm3時,其容積變化對低頻性能影響會比較小。
需要特別注意的是,后聲腔設計時,必須保證后出聲孔出氣暢通,即后出聲孔距離最近的擋板距離應大于后出聲孔徑的0.8倍。
2.前聲腔對聲音的影響
? ??前聲腔對低頻段影響不大,主要影響手機鈴聲的高頻部分。隨著前聲腔容積的增大,高頻波峰會往不斷左移動,高頻諧振點會越來越低。高頻諧振點變化的對數值與前聲腔容積的增量幾乎成線性關系。
???????? 由于手機MIDI音樂的頻帶一般為300Hz~8000Hz,即在該頻段內的頻響曲線才是有效值,因此我們一般希望頻響曲線的高頻諧振點在6000Hz~8000Hz之間。因為如果高頻波峰太高(高頻諧振點大于10000Hz),那么在中頻段可能會出現較深的波谷,導致聲音偏小。如果高頻波峰太低(高頻諧振點小于6000Hz),那么聲腔的有效頻帶可能會比較窄,導致音色比較單調,音質較差。所以前聲腔太大或太小對聲音都會產生不利的影響。同時,由于出聲孔面積對高頻也有較大的影響,因此設計前聲腔時,需考慮出聲孔的面積,一般情況下,前聲腔越大,則出聲孔面積也應該越大。
? ??當前聲腔過小時,還會造成一個問題,即出聲孔的位置對高頻的影響程度急劇增加,可能會給外觀設計造成一定的困難。
? ??綜上所述,結合手機設計的實際情況,前聲腔設計時,一般希望前聲腔的墊片壓縮后的厚度在0.3~1mm之間,它與出聲孔面積有一定的相關性。
3.出聲孔對聲音的影響
? ??出聲孔的面積(即在SPEAKER正面上總的投影有效面積)對聲音影響很大,而且開孔的位置、分布是否均勻對聲音也有一定的影響,其程度與前聲腔容積有很大關系。一般情況下,前聲腔越大,開孔的位置、分布對聲音的影響程度就越小。
? ??出聲孔的面積對頻響曲線的各個頻段都有影響,在不同條件下,對不同頻段的影響程度各不相同。當出聲孔面積小于一定的閾值時,整個頻響曲線的SPL值會急劇下降,即鈴聲的聲強損失很大,這在手機設計中是必須禁止的。當出聲孔面積大于一定閾值時,隨著面積增大,高頻波峰、低頻波峰都會向右移動,但高頻變化的程度遠比低頻大,低頻變化很小,即出聲孔面積的變化主要影響頻響曲線的高頻性能,對低頻性能影響不大。
? ??出聲孔面積與高頻諧振點的變化呈非線性關系,且與前聲腔大小有一定的聯系。出聲空面積的有效范圍表示出聲孔面積在此范圍之內,一般能滿足基本要求。需要強調是:如果出聲孔在前聲腔投影范圍內,分布比較均勻,且過中心,那么可以取較小值,否則應取偏大一些的值。建議在一般情況下,不要取有效范圍的極限值。
? ??在實際設計中,如果高頻聲音出現問題,可以通過實際測量結果,修正出聲孔面積進行改善。注意:出聲孔面積減小并不意味著聲強降低,相反在很多情況下,反而可以提高聲強。
4.后聲腔密閉性對聲音的影響
? ??后聲腔是否有效的密閉對聲音的低頻部分影響很大,當后聲腔出現泄漏時,低頻會出現衰減,對音質造成損害,它的影響程度與泄漏面積、位置都有一定的關系。
? ??一般情況下,泄漏面積越大,低頻衰減越厲害。泄漏面積與低頻諧振點的衰減成近似線性的關系。在同等泄漏面積情況下,后聲腔越小,低頻衰減越厲害,即泄漏造成的危害越大。
? ??綜上所述,建議結構設計時,應盡可能保證后聲腔的密閉,否則可能會嚴重影響音質。
5.防塵網對聲音的影響
? ??相比于其他幾個因素,防塵網對聲音的影響程度較小,它主要是影響頻響曲線的低頻峰值和高頻峰值,其中對低頻峰值影響較大。
? ??防塵網對聲音的影響程度主要取決于防塵網的聲阻值和低頻、高頻峰值的大小。一般情況下,峰值越大,受到防塵網衰減的程度也越大。
? ? 防塵網主要有兩個作用,防止灰塵和削弱低頻峰值,以保護SPEAKER。目前,我們常用的防塵網一般在250#~350#之間,它們的聲阻值都比較小,基本上在10Ω以下,對聲音的影響很小,所以一般采用SPEAKER廠家提供的防塵網差異不會非常大。因此從防塵和聲阻兩個方面綜合考慮,建議采用300#左右的防塵網。
? ??我們以往采用的不織布防塵網存在一個問題,由于不織布的不同區域密度不一樣,因此不同區域聲阻也不一樣,可能會造成同一批防塵網的聲阻一致性較差。但不織布的成本比防塵網低很多,因此建議設計中綜合考慮性能和成本,在高檔機型中,盡可能不要采用不織布作為防塵網。
? ??以上聲腔設計的規律和各個推薦值都是通過大量實驗總結出來,供設計人員在前期設計時參考。但是由于聲音具有一定的特殊性,因此,建議設計人員在結構手板完成后,通過實際測試,以對一些細節進行調整。?
? ?(文章轉自52rd論壇,有整理刪減)
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對于耳機來說,耳殼后腔主要影響曲線的中頻,裝入耳殼后,后腔如果全部密封,不開孔的話,由于腔體共振,1-4kHz形成共振峰。耳機的平衡性對于聽音很重要,所以,低頻峰值和高頻3 kHz的峰值要小于3dB。否則試聽會感覺高音和低音不平衡。另外3kHz和lkHz的感差要大于8dB,這樣聲音才會有層次感。如果低頻比較高,可以通過以下三種方案調節:
(1)降低揚聲器的低頻,簡單的方法可以通過增加揚聲器通氣布的目數來降低低頻。
(2)改變前蓋泄露孔的通氣布.通過減少通氣布的目數來降低低頻。
(3)改變后蓋泄露孔的通氣布,通過增加通氣布的目數來降低低頻。
如果高頻比較高,可以通過以下兩種方案調節:
(1)增加前蓋出氣孔里面泡棉的密度和長度,密度加大.還可以降低5 kHz左右的峰值,使高頻曲線能夠更平滑下降.讓3 kHz更加突出。這樣高頻就會比較清晰,不會太渾濁。
(2)增加前蓋出音孔通氣布的目數,降低峰值。
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問題的延伸:后音腔為何影響低頻? 前音腔為何影響高頻?
(1)低頻的傳播方式的球型的,前音腔和后音腔都含有低頻,且相位相反。
(2)中頻的傳播方式是半球形的,只有前音腔有,后音腔沒有。
(3)高頻的傳播方式的錐形的。只有前音腔有,后音腔沒有。
總結
以上是生活随笔為你收集整理的声学漫谈之五:音腔是怎么影响声音效果的的全部內容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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