藍牙耳機聲學(xué)講座

藍牙耳機聲學(xué)專題講座當(dāng)前第1頁\共有28頁\編于星期一\14點聲學(xué)基礎(chǔ)知識藍牙耳機聲學(xué)指標及測量方法聲學(xué)設(shè)計Mic的選擇及聲腔設(shè)計Receiver的選型及聲腔設(shè)計LessonLearn主要內(nèi)容目錄當(dāng)前第2頁\共有28頁\編于星期一\14點聲學(xué)基礎(chǔ)知識聲音速度常溫常壓下，一般空氣速度為340米/秒

溫度越高，聲速會越大

液體、固體的傳播速度比空氣快聲音傳播方式

聲音的傳播需要介質(zhì)，在真空中不能傳播聲波屬于縱波當(dāng)前第3頁\共有28頁\編于星期一\14點聲學(xué)基礎(chǔ)知識人耳可接受到的頻域范圍

通常范圍：20Hz----20KHz20歲之后可能下降到16kHz,并且隨著年齡的增大，上限頻率會繼續(xù)降低20Hz以下稱為次聲波，20KHz以上稱為超聲波

語音范圍：300-3400Hz人耳可接受的聲壓級

正常人能聽到的最小聲壓級2E-5Pa0dB

(聽閾）

普通談話聲2E-2Pa60dB交響樂/高聲講話0.2Pa80dB紡織廠2Pa100dB鼓風(fēng)機20Pa120dB(痛閥)飛機起飛200Pa140dB導(dǎo)彈發(fā)射2000Pa160dB有用的單位dBSPL=20*log(P’/P0)a.聲壓增大一倍=?dBb.60dB加70dB等于多少

dBm=10*log(W’/1mW)功率大一倍=?dB

dBV=20*log(V’/1V)dBFs當(dāng)前第4頁\共有28頁\編于星期一\14點聲學(xué)基礎(chǔ)知識SPEAKER發(fā)聲原理磁路系統(tǒng)構(gòu)成環(huán)形磁間隙，其間布滿均勻磁場SPEAKER的振動系統(tǒng)由導(dǎo)線繞成的環(huán)形音圈和與之相連的振膜音圈被饋入信號電壓后，產(chǎn)生電流，音圈切割磁力線，產(chǎn)生作用力。帶動振膜一起運動，振膜策動空氣發(fā)出相應(yīng)的聲音整個過程為：電-----力-----聲的轉(zhuǎn)換當(dāng)前第5頁\共有28頁\編于星期一\14點饋入信號與發(fā)出聲音的對應(yīng)

磁場恒定，音圈受到的電動力隨著電流強度和方向的變化而變化音圈在磁間隙中來回振動，其振動周期等于輸入電流的周期，振動的幅度則正比于各瞬時作用的電流強弱音圈有規(guī)則的帶動振膜一起振動，策動空氣發(fā)出與饋入信號相對應(yīng)的聲音工作原理3聲學(xué)基礎(chǔ)知識當(dāng)前第6頁\共有28頁\編于星期一\14點SPEAKER與RECEIVER的區(qū)別SPEAKER通過一定距離被人耳接聽，RECEIVER直接被人耳接聽。

SPEAKER的工作范圍寬，涉及音樂范疇，RECEIVER的工作范圍為人聲語音。

SPEAKER的功率比較大，RECEIVER的功率比較小。

SPEAKER的幾何尺寸較大，RECEIVER的幾何尺寸可以較小。

SPEAKER在手機上的位置隨意性大，而RECEIVER只在一個位置。聲學(xué)基礎(chǔ)知識當(dāng)前第7頁\共有28頁\編于星期一\14點

頻率響應(yīng)曲線FrequencyResponseCurve（0.1W/0.1m)有效頻率范圍EffectiveFrequencyRange(600---20KHz)特性靈敏度SPL(98+/-3dB1KHz0.5W/5cm)諧波失真TotalHarmonicDistortion(THD）(<15%0.5W)

諧振頻率F0800+/-20%Hz額定阻抗RatedImpedance8+/-15%ohms額定功率/最大功率Ratedpower/Max.power0.5W/1W

描述SPEAKER性能的參數(shù)（典型參數(shù)）

頻率響應(yīng)曲線FrequencyResponseCurve（179mV)有效頻率范圍EffectiveFrequencyRange(300---3400Hz)特性靈敏度SPL(110+/-3dB1KHz179mV)諧波失真THD(<5%300-3400Hz179mV)

諧振頻率F0300+/-20%Hz額定阻抗RatedImpedance32+/-15%ohms額定功率/最大功率Ratedpower/Max.power10mW/30mW描述RECEIVER性能的參數(shù)（典型參數(shù)）聲學(xué)基礎(chǔ)知識當(dāng)前第8頁\共有28頁\編于星期一\14點SPEAKER的測試方法聲學(xué)基礎(chǔ)知識當(dāng)前第9頁\共有28頁\編于星期一\14點RECEIVER的測試方法聲學(xué)基礎(chǔ)知識當(dāng)前第10頁\共有28頁\編于星期一\14點RECEIVER的測試工裝與對應(yīng)的曲線１（不泄漏高低式）聲學(xué)基礎(chǔ)知識當(dāng)前第11頁\共有28頁\編于星期一\14點RECEIVER的測試工裝與對應(yīng)的曲線２（不泄漏平曲線）聲學(xué)基礎(chǔ)知識當(dāng)前第12頁\共有28頁\編于星期一\14點RECEIVER的測試工裝與對應(yīng)的曲線３（泄漏平曲線）聲學(xué)基礎(chǔ)知識當(dāng)前第13頁\共有28頁\編于星期一\14點藍牙耳機聲學(xué)指標及測量方法藍牙耳機的三種音頻模式

Narrowband:(HFP/HSP)SCO

窄帶語音通話模式支持8K/16bit采樣率，頻寬要求不高，一般為300Hz-3.14kHzWidebandspeech:(HFP/HSP)SCO,CSR:BC05/8670

寬頻語音通話模式

語音更清晰

支持16KHz/16bit采樣率，頻寬要求較高，一般為200Hz-6.8kHzFullbandusecase:ViaA2DPprofile,CSR:BC05/8670

全頻音樂模式支持44.1KHz/16bit采樣率，CD音質(zhì)，對頻響曲線要求較高，一般20Hz-20KHz

不支持Uplink當(dāng)前第14頁\共有28頁\編于星期一\14點藍牙耳機聲學(xué)指標及測量方法IndexTestitemsSpecificationsNotes001SendingFrequencyresponse(SFR)-002SendingSensitivityat1KHz-18dB+/-4dB003SendingLoudnessRating

(SLR)12dB+/-3dB004ReceivingFrequencyResponse-005ReceivingSensitivityat1KHz8dB+/-5dBInnominalvolumesetting006ReceivingLoudnessRating(RLR)2dB+/-4dBInnominalvolumesetting007SideToneMaskingRating(STMR)25dB+/-5dBInnominalvolumesetting008EchoReturnLoss(ERL)AECbypassedExceed22dBInmaximumvolume009EchoReturnLoss(ERL)withAECAtleast45dBInmaximumvolume010SendingQuiescentNoiseLessthan-66dBm0PInnominalvolume011ReceivingQuiescentNoiseLessthan40dBSPLInnominalvolume012SendingTotalHarmonicDistortion(STHD)-Inmaximumvolume013ReceivingTotalHarmonicDistortion(RTHD)-Inmaximumvolume014SignaltoNoiseRatio(SNR)12dB~17dB015WindNoise-藍牙耳機的聲學(xué)指標當(dāng)前第15頁\共有28頁\編于星期一\14點聲學(xué)測量參考點介紹MouthReferencePoint(MRP)

嘴巴參考點，仿真嘴唇前25mm-4.7dBPaattheMRP(Uplink)0dBPacalibrationatMRPEarReferencePoint(ERP)

耳朵參考點SCO模式響度計算DRP-ERP

安全測試計算DRP-ERPDrumReferencePoint(ERP)

鼓膜參考點

通常測試FullBand用DRP藍牙耳機聲學(xué)指標及測量方法當(dāng)前第16頁\共有28頁\編于星期一\14點藍牙耳機聲學(xué)指標及測量方法藍牙耳機的聲學(xué)測量方法把耳機佩戴在HATS上打開耳機，與AG建立鏈接

調(diào)整耳機至合適音量

運行測試系統(tǒng)記錄及整理數(shù)據(jù)當(dāng)前第17頁\共有28頁\編于星期一\14點消聲室/無響室消聲室凈空尺寸本底噪聲自由場半徑

截止頻率藍牙耳機聲學(xué)指標及測量方法當(dāng)前第18頁\共有28頁\編于星期一\14點WindNoisetest藍牙耳機聲學(xué)指標及測量方法當(dāng)前第19頁\共有28頁\編于星期一\14點TestsurroundingsSNRiTestSNRitestresult藍牙耳機聲學(xué)指標及測量方法當(dāng)前第20頁\共有28頁\編于星期一\14點聲學(xué)設(shè)計Mic部分單體的選擇：Omni-directional;Uni-directional;Bi-directionalElectretCondenserMicrophone(ECM)MEMSMicrophone(digital)Mic方案及聲學(xué)要求

單Mic方案：時間函數(shù)，越靠近嘴，信噪比越高

多Mic方案：降噪，軸線指向嘴Mic單體間距離由算法需求決定，通常12~39mm

垂直和水平放置對聲學(xué)的影響Mic之間頻響曲線的要求

遠離Receiver，避免Doubletalk當(dāng)前第21頁\共有28頁\編于星期一\14點聲學(xué)設(shè)計Mic聲腔設(shè)計：

避免開放式的設(shè)計，即裸Mic設(shè)計，EchoissueMicBoot作用：消除回聲

密封Mic單體，防止來自Receiver信號通過結(jié)構(gòu)腔傳到Mic把導(dǎo)聲孔引到殼體外面，提高信噪比Mic前腔容積要適當(dāng)，過大容易形成回聲，過小可能高頻會截止MicBoot孔徑：Φ1~1.2mm，不要小于Φ0.7

避免細長聲孔

導(dǎo)聲孔位置1)底部下側(cè)；2)底部背側(cè)；3)底部旁側(cè)，降風(fēng)噪效果依次是3)>2)>1)

風(fēng)噪更容易產(chǎn)生于尖角處，因此平滑圓弧設(shè)計，有利于降低風(fēng)噪當(dāng)前第22頁\共有28頁\編于星期一\14點LessonLearn1-BlackbirdRisk:Opendesignformicrophonemayleadtoechoissue.Cause:1.MicunitislocatedonPCBAwithoutmicboot.2.Micholesonbottomcovercanbeblockedwhenheadsetisbeingworn.Solution:1.Addtwoslotsontheedgeofbottomcoverwhichwillnotbeblockedbyface2.Addanacousticfabricinthebackcavityofspeakerhousing,itwillkilltheresonancefromspeakerbackcavity.TwoslotsareaddedMicholesLesson:Becautiousofacousticperformanceifthere’sariskforthemicholesbeingblocked.AvoidtouseopendesignformicrophoneDomoreverificationsusingmockupsamples當(dāng)前第23頁\共有28頁\編于星期一\14點RCV部分Receiving聲腔的作用Receiver前后聲波的振幅相同，相位相反

隔離前后聲波，避免聲干涉、短路

腔體左右著Receiver的低頻重放Receiving聲腔的設(shè)計

聲學(xué)仿真，用mockup樣品驗證后腔體積：60~200mm3，一般情況receiver瀉聲孔至后蓋至少3mm。總之，較大的后腔可以獲得較好的低頻重放

后腔瀉聲孔：?0.8－?2.0mm，注意瀉聲孔帶來THD升高；Mesh的選擇

前腔容積要適當(dāng)，一般10~20mm3，過大對低頻和高頻都有衰減

前腔出聲孔：聲孔變小意味著前腔變大，3KHz附近有一個頻響峰；出聲孔變大，意味著前腔變小，頻響曲線較為平坦。