经典手机电声器件基础.doc

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一基本概念
电声学的研究对象集中在200-20KHz的可听频率范围。而与电声学相关的元件就是电声器件。手机中最基本的几个电声器件，分别是喇叭、受话器和麦克风，它们的作用如下。
喇叭（SPEAKER）：手机中用于播放铃声的电声器件。
受话器（RECEIVER）：手机中用于输出语音的电声器件。
麦克风（MICROPHONE）：手机中用于接收话音的电声器件。
各器件在手机中的位置示例
以最常见的折叠手机为例，喇叭、受话器和麦克风在手机中的位置分别如图一所示。

图一
二手机电声原理
2.1手机通话原理
手机与基站之间的基本通话原理如图二所示。

图二
2.1.1Up-link:上行线路
手机麦克风接收话音—>手机对话音进行处理—>处理后的语音信号发送给基站。
2.1.2Down-link:下行线路
基站将语音信号发送给手机—>手机将语音信号还原为话音—>话音通过手机的受话器播放出来。
2.1.3Side-tone:侧音
即说话者不仅能从受话器中听到对方说话的声音，同时也能听到自己说话的声音及环境噪声。侧音相对于话音来说通常是被覆盖掉的。
2.2手机的信号流程
手机内部对语音信号进行处理的过程如图三所示，手机的麦克风接收到了语音信号（模拟信号），经过手机DSP芯片的处理，转化为数字信号，分别通过高通滤波器和低通滤波器，滤除高频和低频的干扰信号，再将剩余的语音信号通过受话器还原为声音，传到人耳里，这就是手机对语音信号处理的全过程。

图三
所以说，手机的通话过程就是一个将声音信号转化为电信号，再将电信号还原为声音信号的过程。
三手机电声器件工作原理
3.1 喇叭和受话器的工作原理
3.1.1喇叭和受话器的分类
按功能可以将喇叭和受话器分为以下几类：
1）单体喇叭；
2）单体受话器；
3）二合一单面发声喇叭：同时具有喇叭和受话器的功能，且喇叭和受话器都从同一面发声；
4）二合一双面发声喇叭：同时具有喇叭和受话器的功能，但喇叭和受话器都分别由两面发声；
3.1.2 喇叭和受话器的结构
在不同类型的喇叭和受话器中，以二合一双面发声的喇叭结构最为复杂，同时包含了喇叭和受话器的结构。因此以二合一双面发声喇叭为例，讲解喇叭和受话器的结构。图四是一个二合一双面发声喇叭的结构图，图中朝上的一面为喇叭（直径较大），朝下的一面为受话器（直径较小），喇叭和受话器共用一套振动磁芯和发声腔体，但有各自的震动膜，向不同的方向辐射出声音。

图四
图中：
1）为喇叭外壳的框架；
2）和3）分别是受话器和喇叭的栅格，也就是供发声的发声孔；
4）和5）分别是受话器和喇叭的振膜，是进行振动发声的主要部件；
6）和7）分别是受话器和喇叭的绕线，缠绕在磁铁的周围，通电后在磁场的作用下运动，带动振膜振动，从而产生声音；
8）是受话器和喇叭中间起到隔断作用的一个套；
9）是受话器和喇叭共用的磁铁，会对通电的线圈产生一定的作用力，迫使线圈运动；
10）金属板；
11）接线端，受话器和喇叭的绕线都引到这里，连接引线；
12)和13）为防尘网，防止灰尘进入喇叭和受话器内部；
14）引线，引出喇叭和受话器的正负极，另一端与主板相连，输入/输出电信号。
3.1.3喇叭和受话器的发声原理
在喇叭的线圈上通过一定的电流I，在磁场的作用下，线圈将产生一电动力，引起线圈的运动，而线圈连接着振动膜的边缘，带动振动膜一起振动，便向空气辐射了声波。
喇叭和受话器都是将电信号转换为声信号的器件。
3.2喇叭和受话器的性能参数
3.2.1外型尺寸参数
1）形状：圆形，椭圆形，跑道形（如图五），……

图五
直径：通常为10~17mm
高度：通常为2-6mm，根据结构尺寸而定
3.2.2电性能参数
1）声压级
声压级是衡量喇叭响度的参数，定义如下

其中Po=2×10-5Pa，为参考的压级，这个数值是正常人耳对1KHz声音刚刚能觉察其存在的声压值。通常使用的喇叭声压级的数值在80~100dB之间。
2）响应频率
即喇叭的固有频率，由喇叭的材料、形状等特性决定。
在F0上喇叭的声压级最大。
固有频率较低的喇叭对低频的表现力较好，但同时也可能会有音量较小的问题。
3）频响范围
喇叭在此频段内有较为均匀的声辐射功率，通常在F0到10KHz之间，这一频段也是人耳对声音较为敏感的频段。
4）额定功率和最大功率
额定功率是喇叭和受话器正常工作状态下的功率，而最大功率是喇叭和受话器允许输入的功率最大值。输入功率越大，喇叭和受话器的声压级也越大，但是如果输入功率过大，就会导致振膜的振动幅度过大，由于喇叭高度的限制，振膜向上振动时就有可能碰到喇叭内的铁壳，从而发出刺耳的响声，也就是通常我们所说的“破音”。
5）频响曲线
喇叭/受话器在不同频率上的声压值所构成的曲线。
一张典型的喇叭频响曲线如图六