《手機電聲學(xué)》課件

手機電聲學(xué)手機電聲學(xué)是研究聲音在手機內(nèi)部傳播和轉(zhuǎn)換的學(xué)科，涉及聲音的產(chǎn)生、傳輸、接收和感知等方面的知識。了解手機電聲學(xué)可以幫助我們更好地理解手機的音頻性能。課程背景和目標(biāo)移動設(shè)備的普及智能手機已成為人們生活中不可或缺的一部分，各種應(yīng)用和功能都需要手機提供高質(zhì)量的音頻體驗。電聲學(xué)的重要性了解手機電聲學(xué)原理，可以幫助我們更好地理解手機音頻系統(tǒng)的構(gòu)成和工作機制，設(shè)計出更加出色的音頻產(chǎn)品。聲音基礎(chǔ)知識回顧11.聲音的產(chǎn)生物體振動產(chǎn)生聲波，聲波是機械波，需要介質(zhì)傳播。22.聲音的特性聲音的特性包括音調(diào)、響度和音色，分別與振動頻率、振幅和波形有關(guān)。33.聲音的傳播聲波在空氣中以聲速傳播，聲速受溫度影響。44.聲音的反射聲波遇到障礙物會發(fā)生反射，產(chǎn)生回聲，這是手機音效設(shè)計的重要原理之一。人耳的聽覺系統(tǒng)人耳是聽覺的重要器官，主要由外耳、中耳和內(nèi)耳組成。外耳負(fù)責(zé)收集聲波，中耳負(fù)責(zé)將聲波傳導(dǎo)至內(nèi)耳，內(nèi)耳負(fù)責(zé)將聲波轉(zhuǎn)化為神經(jīng)信號。聲波的傳播機理聲波的產(chǎn)生聲波是由物體振動產(chǎn)生的，振動會引起周圍介質(zhì)的壓力變化，形成疏密相間的波。聲波的傳播聲波通過介質(zhì)（如空氣、水或固體）傳播，介質(zhì)的分子振動并傳遞能量。聲波的特征聲波具有頻率、振幅和波速等特征，決定了聲音的音調(diào)、響度和傳播速度。聲波的反射和折射聲波在傳播過程中遇到障礙物會發(fā)生反射和折射，造成聲音的回聲和聲音方向的改變。揚聲器的工作原理1電信號輸入音頻信號通過音頻放大器放大后，進(jìn)入揚聲器的音圈。2音圈運動音圈中的電流產(chǎn)生磁場，與揚聲器磁體產(chǎn)生的磁場相互作用，推動音圈振動。3振動膜共振音圈的振動帶動振動膜振動，振動膜推動空氣產(chǎn)生聲波，從而發(fā)出聲音。揚聲器的設(shè)計參數(shù)頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)是指揚聲器在不同頻率下的輸出聲壓水平，通常以圖形表示。靈敏度靈敏度是指揚聲器在1瓦特功率輸入下，1米距離處的聲壓級，單位為分貝。阻抗阻抗是指揚聲器對音頻信號的阻力，通常以歐姆為單位。功率容量功率容量是指揚聲器所能承受的最大功率，單位為瓦特。揚聲器常見類型動圈式揚聲器動圈式揚聲器是最常見的類型，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，聲音清晰，適合用于各種應(yīng)用場景。電容式揚聲器電容式揚聲器通常應(yīng)用于手機和耳機中，它可以產(chǎn)生更加清晰的高音，但功率較低。壓電式揚聲器壓電式揚聲器利用壓電效應(yīng)產(chǎn)生聲音，體積小巧，但音質(zhì)不如動圈式揚聲器。電磁式揚聲器電磁式揚聲器利用電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生聲音，聲音還原度高，但體積較大，成本高。電聲換能器的工作原理1輸入信號音頻信號轉(zhuǎn)換為電信號2電磁轉(zhuǎn)換電信號驅(qū)動振動膜3聲波產(chǎn)生振動膜振動產(chǎn)生聲波電聲換能器將電信號轉(zhuǎn)換為聲波。例如，手機揚聲器將音頻信號轉(zhuǎn)換為聲波，讓用戶聽到聲音。電容式揚聲器電容式揚聲器是一種利用電場力驅(qū)動薄膜振動產(chǎn)生聲音的揚聲器。電容式揚聲器的工作原理是利用兩個電極板之間產(chǎn)生的電場力來驅(qū)動薄膜振動。當(dāng)電信號通過揚聲器時，電極板之間的電場力會發(fā)生變化，從而導(dǎo)致薄膜振動并產(chǎn)生聲音。電容式揚聲器通常用于小型電子設(shè)備中，例如手機、平板電腦和耳機。由于其尺寸小、重量輕、效率高，因此非常適合這類應(yīng)用。動圈式揚聲器動圈式揚聲器結(jié)構(gòu)由振膜、音圈、磁體、磁路組成。音圈放置在磁場中，通電后產(chǎn)生磁力，推動振膜振動。工作原理音頻信號經(jīng)過放大后，驅(qū)動音圈產(chǎn)生電流。音圈在磁場中受到力的作用，推動振膜振動，發(fā)出聲音。壓電式揚聲器壓電式揚聲器利用壓電效應(yīng)工作。當(dāng)電信號施加到壓電材料上時，材料會發(fā)生形變，從而驅(qū)動揚聲器振膜發(fā)出聲音。壓電式揚聲器體積小、重量輕，適合應(yīng)用在手機等小型電子設(shè)備中。電磁式揚聲器電磁式揚聲器是一種古老的揚聲器類型，其工作原理是利用磁場和電流的相互作用來推動振膜發(fā)出聲音。電磁式揚聲器通常體積較大，效率較低，但音質(zhì)清晰，適合用于高保真音響系統(tǒng)。揚聲器箱體設(shè)計揚聲器箱體是手機音質(zhì)的重要組成部分，影響著聲音的音色和音效。1箱體材質(zhì)影響聲音的傳播和音色2箱體形狀影響聲音的反射和音場3箱體體積影響低音的音效和響應(yīng)4箱體內(nèi)部結(jié)構(gòu)影響聲音的音質(zhì)和清晰度箱體設(shè)計需要綜合考慮聲音的傳播、反射、音場、低音表現(xiàn)等因素，確保揚聲器能夠發(fā)揮最佳性能。閉箱揚聲器密封箱體封閉的箱體設(shè)計，沒有開口或通風(fēng)孔?？梢蕴岣叩鸵粜Ч?，并減少聲音的失真。低音增強箱體內(nèi)部的空氣被壓縮，形成一個封閉的空間，可以增強低音頻率的聲音。聲音清晰封閉的箱體可以減少聲音的散射，使聲音更加集中和清晰。體積小巧封閉的箱體可以減少揚聲器所需的體積，適合于小型手機使用。反射式揚聲器原理反射式揚聲器使用一個封閉的音箱，利用箱體內(nèi)部的反射來增強低音。揚聲器發(fā)出的聲音在箱體內(nèi)部反射，形成聲波疊加，增強低頻效果。優(yōu)點反射式揚聲器可以有效提升低音效果，使聲音更加渾厚、飽滿。與閉箱相比，反射式揚聲器更能展現(xiàn)音樂的低頻細(xì)節(jié)，讓聲音更加生動。低音炮設(shè)計低音增強低音炮通常用于增強低頻聲音，提供更強烈的低音效果。結(jié)構(gòu)設(shè)計低音炮通常采用封閉箱體結(jié)構(gòu)，提高低音音效，增強低頻響應(yīng)。揚聲器選擇低音炮通常使用較大尺寸的低音揚聲器，以產(chǎn)生更大的低音振幅。功放電路低音炮需要專門的功放電路，提供足夠的功率驅(qū)動低音揚聲器。手機揚聲器的噪音問題11.噪聲來源手機揚聲器噪音來源多樣，包括電源噪聲、振動噪聲和電磁干擾等。22.噪聲影響揚聲器噪音會降低音質(zhì)，影響用戶體驗，降低通話清晰度。33.噪聲控制可以通過使用高質(zhì)量元器件、優(yōu)化電路設(shè)計以及增加屏蔽層等方法來降低噪聲。手機振動馬達(dá)振動馬達(dá)手機振動馬達(dá)是一種小型電動機，用于產(chǎn)生振動，作為手機鈴聲和通知的提醒。內(nèi)部結(jié)構(gòu)振動馬達(dá)通常由一個偏心轉(zhuǎn)子、一個彈簧和一個外殼組成，當(dāng)電流通過線圈時，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生振動。種類振動馬達(dá)可分為線性馬達(dá)和旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，線性馬達(dá)的振動幅度更大，而旋轉(zhuǎn)馬達(dá)則更適合于小型手機。振動馬達(dá)的工作原理1驅(qū)動電路控制電流方向2電磁線圈產(chǎn)生磁場3磁鐵產(chǎn)生磁場4振動盤產(chǎn)生振動手機振動馬達(dá)通過電磁感應(yīng)原理工作，當(dāng)電流通過線圈時，會產(chǎn)生磁場，與永久磁鐵的磁場相互作用，從而驅(qū)動振動盤振動。振動盤的振動頻率取決于驅(qū)動電路的控制和線圈的特性，而振動強度則取決于電流的大小。振動馬達(dá)的性能指標(biāo)振動馬達(dá)性能指標(biāo)主要包括振動頻率、振動強度、振動持續(xù)時間、噪音水平、功耗等。20Hz-1000Hz頻率范圍振動頻率決定了振動馬達(dá)產(chǎn)生的振動頻率，不同的頻率會帶來不同的觸感體驗。0.5g-2g振動強度振動強度是指振動馬達(dá)產(chǎn)生的振動加速度，決定了振動強度的等級。10mA-50mA功耗振動馬達(dá)的功耗與其工作模式和性能相關(guān)，低功耗可以延長手機電池續(xù)航時間。手機接受器/話筒設(shè)計靈敏度話筒靈敏度越高，越能清晰地拾取聲音。頻率響應(yīng)影響聲音的清晰度和音質(zhì)。降噪性能抑制背景噪音，提升通話質(zhì)量。音頻處理通過數(shù)字信號處理技術(shù)，增強聲音質(zhì)量。接受器的工作原理1聲波轉(zhuǎn)換為電信號接收器將聲波轉(zhuǎn)換為電信號，實現(xiàn)聲音的輸入。2聲波振動膜片聲波到達(dá)接收器后，振動膜片會隨之振動。3電信號輸出振動膜片的運動改變了電磁感應(yīng)強度，從而產(chǎn)生電信號。話筒的工作原理聲波轉(zhuǎn)換成電信號話筒將聲波的振動轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，傳遞到手機的音頻處理電路。電容式話筒電容式話筒使用固定電極和可移動電極，聲波振動改變電極間距，進(jìn)而改變電容值。動圈式話筒動圈式話筒利用聲波振動線圈，線圈在磁場中運動產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而將聲波轉(zhuǎn)化為電信號。數(shù)字話筒數(shù)字話筒直接將聲波轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，減少信號傳輸過程中的失真，提高音質(zhì)。手機音頻信號處理1數(shù)字信號處理模擬信號數(shù)字化2均衡提升音頻質(zhì)量3降噪消除背景噪聲4混響增強立體感音頻信號處理步驟包括數(shù)字信號處理、均衡、降噪和混響。數(shù)字信號處理將模擬音頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，方便后續(xù)處理。均衡可以提升聲音質(zhì)量，例如提升低音或高音。降噪可以消除背景噪聲，提升聲音清晰度?；祉懣梢栽鰪娏Ⅲw感，讓聲音更具空間感。手機音頻codec11.音頻數(shù)據(jù)壓縮codec負(fù)責(zé)壓縮和解壓縮音頻數(shù)據(jù)，降低數(shù)據(jù)量，減少存儲空間和傳輸帶寬。22.音頻格式轉(zhuǎn)換不同的音頻格式具有不同的編碼方式，codec可以進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，確保音頻信號在不同設(shè)備之間兼容。33.音頻質(zhì)量控制codec通過調(diào)整壓縮參數(shù)，控制音頻質(zhì)量和文件大小之間的平衡。44.音頻信號處理codec可以進(jìn)行噪聲抑制、回聲消除等音頻信號處理，改善音頻質(zhì)量。手機音頻放大電路音頻放大電路音頻放大電路用于增強手機揚聲器輸出的音頻信號強度。音頻放大電路通常包含多個級聯(lián)放大器，用于放大不同的頻率范圍。常見放大器類型音頻放大電路通常采用多種類型的放大器，例如運算放大器、場效應(yīng)管放大器等。放大器的選擇取決于手機音頻電路的整體設(shè)計和性能要求。手機錄音功能1錄音硬件麥克風(fēng)2信號處理音頻放大3數(shù)字編碼壓縮算法4存儲文件格式手機錄音功能利用麥克風(fēng)收集聲音，經(jīng)過放大、數(shù)字編碼和壓縮，最后存儲為音頻文件。常見的錄音功能包括錄音、語音備忘錄、語音識別、語音搜索等。手機音頻功能性能測試手機音頻性能測試很重要。測試項目包括：