产品结构设计·音腔 | 扬声器（SPEAKER）与音腔设计技术资料分享
消费者对电子产品的使用要求越来也高，音质也是一个衡量其好坏的因素。为提高音质，扬声器的结构形式也发生了很多变化，由正出音变成侧出音，由单喇叭变成双喇叭，甚至是喇叭BOX；而对于音质的好坏，结构设计及音腔设计都有影响，本文就音腔的结构设计规范做简要分享。➤ 扬声器基本结构及工作原理
工作原理：是由磁铁构成的磁间隙内的音圈在电流流动时，产生上下方向的推动力使振动体（振动膜）振动，从而振动空气，使声音传播出去，完成了电-声转换。喇叭实际上是一个电声换能器。➤ 音质的影响因素对消费类电子产品而言，SPEAKER、音腔、音频电路和MIDI选曲是四个关键因素，它们本身的特性和相互间的配合决定了音质。SPEAKER单体的品质对于音质的各个方面影响都很大。其灵敏度对于声音的大小，其低频性能对于铃声的低音效果，其失真度大小对于是否有杂音都是极为关键的。音腔则可以在一定程度上调整Speaker的输出频响曲线，通过声腔参数的调整改变高、低音效果，其中后声腔容积大小主要影响低音效果，前声腔和出声孔面积主要影响高音效果。这里就涉及到结构设计及音腔的设计；音频电路输出信号的失真度和电压对音质的影响主要在于是否会出现杂音。例如：当输出信号的失真度超过10％时，铃声就会出现比较明显的杂音。此外，输出电压则必须与Speaker相匹配，否则，输出电压过大，导致Speaker在某一频段出现较大失真，同样会产生杂音。MIDI选曲对音质也有一定的影响，表现在当主要频谱与声腔和Speaker的不相匹配时，会导致MIDI音乐出现较大的变音，影响听感。➤ SPEAKER选型（手机结构为例）在同一个声腔、同样的音源情况下，不同性能的SPEAKER在音质、音量上会有较大的差异。因此选择一个合适的SPEAKER可较大程度的改善手机的音质。SPEAKER的评价原则SPEAKER的性能一般可以从频响曲线、失真度和寿命三个方面进行评价。频响曲线反映了SPEAKER在整个频域内的响应特性，是最重要的评价标准。失真度曲线反映了在某一功率下，SPEAKER在不同频率点输出信号的失真程度，它是次重要指标，一般情况下，当失真度小于10％时，都认为在可接受的范围内。寿命反映了SPEAKER的有效工作时间。由于频响曲线是图形，包含信息很多，为了便于比较，主要从四个方面进行评价：SPL值、低频谐振点f0、平坦度和f0处响度值。SPL值一般是在1K～4KHz之间取多个频点的声压值进行平均，反映了在同等输入功率的情况下，SPEAKER输出声音强度的大小，它是频响曲线最重要的指标。低频谐振点f0反映了SPEAKER的低频特性，是频响曲线次重要的指标。平坦度反映了SPEAKER还原音乐的保真能力，作为参考指标。f0处响度值反映了低音的性能，作为参考指标。SPEAKER选型推荐
➤ 音腔结构设计规范正音腔基本结构组成
音腔设计主要包括前/后音腔、出音孔、防尘网，密封性五个方面；每部分的作用和设计都有所不同：前音腔前音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；后音腔防止扬声器中低频的声短路；使低频声音有利，让人感觉声音圆润；后音腔的设计非常重要，直接影响手机音质的好坏和大小；出音孔出音出音孔面积影响高频截止频率，中低频的灵敏度；出音面积过大导致高频噪音过多，过小可能导致声音变小；防尘网和密封性的作用很明显，就是防尘和密封；➤ 相关设计要求（手机结构为例）speaker前音腔泡棉高度一般在0.3~1.0mm,同时要避开喇叭震膜范围，注意防尘网的位置，不能让喇叭的震动膜在震动时碰到防尘网，否则会引起异响；Speaker出声孔及声腔内部设计要圆滑过渡,尽量避免尖角﹑锐角，否则容易产生异响。Speaker前音腔泡棉需双面带胶，固定在壳体上，保证前后音腔的密闭性。因Speaker前后音腔振幅相等相位相反，因此不能互通，必须将前后音腔隔离开。否则两者相位叠加，声音会变很小；Speaker定位筋(Rib)仅对Speaker起到定位作用。Rib厚度设计为0.6mm,与Speaker单边间隙设计为0.1, 顶部有导向斜C0.2~0.3，便于装配。Rib的高度至少要超出喇叭本体高度1/2以上，同时要与主板至少留0.5的间隙，间隙太小RIB会阻碍后音腔空气流通，话音特性会严重下降。为保证音频效果，后音腔体积越大越好，至少要保证1cm3以上；对于不同直径的SPEAKER，声腔设计要求不太一样，同一直径则差异不太大。具体推荐值如下：φ13mm SPEAKER：它的低频谐振点f0一般在800Hz～1200Hz之间。当后声腔为0.5cm3时，其低频谐振点f0大约衰减600Hz～650Hz。当后声腔为0.8cm3时，f0大约衰减400Hz～450Hz。当后声腔为1cm3时，f0大约衰减300Hz～350Hz。当后声腔为1.5cm3时，f0大约衰减250Hz～300Hz。当后声腔为3.5cm3时，f0大约衰减100Hz～150Hz。因此对于φ13mm SPEAKER，当它低频性能较好（如f0在800Hz左右）时，后声腔要求可适当放宽，但有效容积也应大于0.8cm3。当低频性能较差时（f0>1000Hz），其后声腔有效容积应大于1cm3。后声腔推荐值为1.5cm3，当后声腔大于3.5cm3时，其容积变化对低频性能影响会比较小。φ15mm SPEAKER：它的低频谐振点f0一般在750～1000Hz之间。当后声腔为0.5cm3时，低频谐振点f0大约衰减850Hz～1000Hz。当后声腔为1cm3时，f0大约衰减600Hz～750Hz。当后声腔为1.5cm3时，f0大约衰减400Hz～550Hz。当后声腔为3.5cm3时，f0大约衰减200Hz～250Hz。因此对于φ15mm SPEAKER，后声腔有效容积应大于1.5cm3。当后声腔大于3.5cm3时，其容积变化对低频性能影响会比较小。13×18mm SPEAKER：它的低频谐振点f0一般在780～1000Hz之间。当后声腔为0.5cm3时，低频谐振点f0大约衰减850Hz～1000Hz。当后声腔为1cm3时，f0大约衰减600Hz～750Hz。当后声腔为1.5cm3时，f0大约衰减400Hz～550Hz。当后声腔为3.5cm3时，f0大约衰减200Hz～250Hz。因此对于13X18mm SPEAKER，后声腔有效容积应大于1.5cm3。当后声腔大于3.5cm3时，其容积变化对低频性能影响会比较小。φ16mm SPEAKER：它的低频谐振点f0一般在750～1100Hz之间。当后声腔为0.5cm3时，低频谐振点f0大约衰减850Hz～1000Hz。当后声腔为0.9cm3时，f0大约衰减600Hz～700Hz。当后声腔为1.5cm3时，f0大约衰减400Hz～550Hz。当后声腔为2cm3时，f0大约衰减300Hz～350Hz。当后声腔为4cm3时，f0大约衰减150Hz～200Hz。因此对于φ16mm SPEAKER，后声腔有效容积应大于1.5cm3。后声腔推荐值为2cm3，当后声腔大于4cm3时，其容积变化对低频性能影响会比较小。φ18mm SPEAKER：它的低频谐振点f0一般在700～900Hz之间。当后声腔为0.5cm3时，低频谐振点f0大约衰减700Hz～950Hz。当后声腔为0.9cm3时，f0大约衰减500Hz～700Hz。当后声腔为0.9cm3时，f0大约衰减500Hz～700Hz。当后声腔为1.5cm3时，f0大约衰减400Hz～550Hz。当后声腔为2.1cm3时，f0大约衰减250Hz～400Hz。当后声腔为4.3cm3时，f0大约衰减120Hz～160Hz。因此对于φ18mm SPEAKER，后声腔有效容积应大于2cm3。当后声腔大于4cm3时，其容积变化对低频性能影响会比较小。综上，不同型号的Speaker推荐值不一样，具体可参照下表：
Speaker前面与壳体间必须有防尘网。建议用网格布，不要用不织布，具体型号要与音频工程师沟通确认。说明：常用的防尘网一般在250＃～350＃之间，它们的声阻值都比较小，基本上在10Ω以下，对声音的影响很小，所以一般采用SPEAKER厂家提供的防尘网差异不会非常大。因此从防尘和声阻两个方面综合考虑，建议采用300＃左右的防尘网。我们以往采用的不织布防尘网存在一个问题，由于不织布的不同区域密度不一样，因此不同区域声阻也不一样，可能会造成同一批防尘网的声阻一致性较差。出音孔的面积要占到喇叭本体出音面积的15%以上，一般要大于8mm2
说明：上表中最小值表示当出声孔面积小于该值时，整个频响曲线会受到较大影响，音量会极大衰减。有效范围表示出声孔面积在此范围之内，一般能满足基本要求。需要强调是：如果出声孔在前声腔投影范围内，分布比较均匀，且过中心，那么可以取较小值，否则应取偏大一些的值。建议在一般情况下，不要取有效范围的极限值。在实际设计中，如果高频声音出现问题，可以通过实际测量结果，修正出声孔面积进行改善。注意：出声孔面积减小并不意味着声强降低，相反在很多情况下，反而可以提高声强。需考虑ESD问题。Speaker与外界连通，ESD很容易打进去，因此speaker周围的卡座﹑电源﹑连接器等相关元件也要同步考虑好接地。对焊线式Speaker，引线要方便焊接，塑胶位需做导线槽，避免走线混乱及塑胶压线的情况，引线端头剥线长度1.5mm。对弹片式Speaker，PCB焊盘与接触片X/Y方向必须居中(接触片必须设计成原始和压缩两种状态)，且要求单边大于接触片0.5以上。如果后音腔不能做到密封，则后音腔容积尽量大些，且泄漏孔需远离Speaker，这样会减少后音腔密闭性不好所带来的负面影响。圆形喇叭用于手机中时，最好采用圆形出音孔。否则，会因为振动体与出音孔的形状差异，引起频率特性变化，使声音变得尖锐。➤ 音腔设计常见问题问题点：声泄漏造成声波干涉，致使声音小及音质不佳状况：机壳不密封。机壳装饰片与机壳不密封。SIM卡、电池卡等泄漏孔太接近扬声器
问题点：手机内容积变小，造成音小及音质不佳状况：手机内容积设计太小。手机中扬声器定位壁过高，与PCB密贴。
问题点：振膜无法自由振动，造成声音小及音质不佳状况：扬声器阻尼纸部位被手机内部器件压住。
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