蓝牙耳机声学讲座

蓝牙耳机声学专题讲座1.声学基础知识2.蓝牙耳机声学指标及测量方法3.声学设计a)Mic的选择及声腔设计b)Receiver的选型及声腔设计c)LessonLearn主要内容目录声学基础知识声音速度常温常压下，一般空气速度为340米/秒温度越高，声速会越大液体、固体的传播速度比空气快声音传播方式声音的传播需要介质，在真空中不能传播声波属于纵波声学基础知识人耳可接受到的频域范围通常范围：20Hz----20KHz20岁之后可能下降到16kHz,并且随着年龄的增大，上限频率会继续降低20Hz以下称为次声波，20KHz以上称为超声波语音范围：300-3400Hz人耳可接受的声压级正常人能听到的最小声压级2E-5Pa0dB(听阈）普通谈话声2E-2Pa60dB交响乐/高声讲话0.2Pa80dB纺织厂2Pa100dB鼓风机20Pa120dB(痛阀)飞机起飞200Pa140dB导弹发射2000Pa160dB有用的单位dBSPL=20*log(P’/P0)a.声压增大一倍=?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声学基础知识SPEAKER发声原理磁路系统构成环形磁间隙，其间布满均匀磁场SPEAKER的振动系统由导线绕成的环形音圈和与之相连的振膜音圈被馈入信号电压后，产生电流，音圈切割磁力线，产生作用力。带动振膜一起运动，振膜策动空气发出相应的声音整个过程为：电-----力-----声的转换馈入信号与发出声音的对应磁场恒定，音圈受到的电动力随着电流强度和方向的变化而变化音圈在磁间隙中来回振动，其振动周期等于输入电流的周期，振动的幅度则正比于各瞬时作用的电流强弱音圈有规则的带动振膜一起振动，策动空气发出与馈入信号相对应的声音工作原理3电压（V）频率(Hz)声压级（dB）频率(Hz)F1F2F1F2声学基础知识SPEAKER与RECEIVER的区别SPEAKER通过一定距离被人耳接听，RECEIVER直接被人耳接听。SPEAKER的工作范围宽，涉及音乐范畴，RECEIVER的工作范围为人声语音。SPEAKER的功率比较大，RECEIVER的功率比较小。SPEAKER的几何尺寸较大，RECEIVER的几何尺寸可以较小。SPEAKER在手机上的位置随意性大，而RECEIVER只在一个位置。声学基础知识频率响应曲线FrequencyResponseCurve（0.1W/0.1m)有效频率范围EffectiveFrequencyRange(600---20KHz)特性灵敏度SPL(98+/-3dB1KHz0.5W/5cm)谐波失真TotalHarmonicDistortion(THD）(15%0.5W)谐振频率F0800+/-20%Hz额定阻抗RatedImpedance8+/-15%ohms额定功率/最大功率Ratedpower/Max.power0.5W/1W描述SPEAKER性能的参数（典型参数）频率响应曲线FrequencyResponseCurve（179mV)有效频率范围EffectiveFrequencyRange(300---3400Hz)特性灵敏度SPL(110+/-3dB1KHz179mV)谐波失真THD(5%300-3400Hz179mV)谐振频率F0300+/-20%Hz额定阻抗RatedImpedance32+/-15%ohms额定功率/最大功率Ratedpower/Max.power10mW/30mW描述RECEIVER性能的参数（典型参数）声学基础知识SPEAKER的测试方法声学基础知识RECEIVER的测试方法声学基础知识RECEIVER的测试工装与对应的曲线１（不泄漏高低式）声学基础知识RECEIVER的测试工装与对应的曲线２（不泄漏平曲线）声学基础知识RECEIVER的测试工装与对应的曲线３（泄漏平曲线）声学基础知识蓝牙耳机声学指标及测量方法蓝牙耳机的三种音频模式Narrowband:(HFP/HSP)SCO窄带语音通话模式支持8K/16bit采样率，频宽要求不高，一般为300Hz-3.14kHzWidebandspeech:(HFP/HSP)SCO,CSR:BC05/8670宽频语音通话模式语音更清晰支持16KHz/16bit采样率，频宽要求较高，一般为200Hz-6.8kHzFullbandusecase:ViaA2DPprofile,CSR:BC05/8670全频音乐模式支持44.1KHz/16bit采样率，CD音质，对频响曲线要求较高，一般20Hz-20KHz不支持Uplink蓝牙耳机声学指标及测量方法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-蓝牙耳机的声学指标声学测量参考点介绍MouthReferencePoint(MRP)嘴巴参考点，仿真嘴唇前25mm-4.7dBPaattheMRP(Uplink)0dBPacalibrationatMRPEarReferencePoint(ERP)耳朵参考点SCO模式响度计算DRP-ERP安全测试计算DRP-ERPDrumReferencePoint(ERP)鼓膜参考点通常测试FullBand用DRP蓝牙耳机声学指标及测量方法蓝牙耳机声学指标及测量方法蓝牙耳机的声学测量方法把耳机佩戴在HATS上打开耳机，与AG建立链接调整耳机至合适音量运行测试系统记录及整理数据消声室/无响室消声室净空尺寸本底噪声自由场半径截止频率蓝牙耳机声学指标及测量方法WindNoisetest蓝牙耳机声学指标及测量方法TestsurroundingsSNRiTestSNRitestresult蓝牙耳机声学指标及测量方法声学设计Mic部分单体的选择：Omni-directional;Uni-directional;Bi-directionalElectretCondenserMicrophone(ECM)MEMSMicrophone(digital)Mic方案及声学要求单Mic方案：时间函数，越靠近嘴，信噪比越高多Mic方案：降噪，轴线指向嘴Mic单体间距离由算法需求决定，通常12~39mm垂直和水平放置对声学的影响Mic之间频响曲线的要求远离Receiver，避免Doubletalk声学设计Mic声腔设计：避免开放式的设计，即裸Mic设计，EchoissueMicBoot作用：消除回声•密封Mic单体，防止来自Receiver信号通过结构腔传到Mic•把导声孔引到壳体外面，提高信噪比Mic前腔容积要适当，过大容易形成回声，过小可能高频会截止MicBoot孔径：Φ1~1.2mm，不要小于Φ0.7避免细长声孔导声孔位置1)底部下侧；2)底部背侧；3)底部旁侧，降风噪效果依次是3)2)1)风噪更容易产生于尖角处，因此平滑圆弧设计，有利于降低风噪LessonLearn1-BlackbirdRisk:Opendesignformicrophonemayleadtoechoissue.Cause:1.MicunitislocatedonPCBAwithoutmicboot.2.Micholesonbottomcovercanbeblockedwhenheadsetisbeingworn.Solution:1.Addtwoslotsontheedgeofbottomcoverwhichwillnotbeblockedbyface2.Addanacousticfabricinthebackcavityofspeakerhousing,itwillkilltheresonancefromspeakerbackcavity.TwoslotsareaddedMicholesLesson:Becautiousofacousticperformanceifthere’sariskforthemicholesbeingblocked.AvoidtouseopendesignformicrophoneDomoreverificationsusingmockupsamplesRCV部分Receiving声腔的作用Receiver前后声波的振幅相同，相位相反隔离前后声波，避免声干涉、短路腔体左右着Receiver的低频重放Receiving声腔的设计声学仿真，用mockup样品验证后腔体积：60~200mm3，一般情况receiver泻声孔至后盖至少3mm。总之，较大的后腔可以获得较好的低频重放后腔泻声孔：Ø0.8－Ø2.0mm，注意泻声孔带来THD升高；Mesh的选择前腔容积要适当，一般10~20mm3，过大对低频和高频都有衰减前腔出声孔：声孔变小意味着前腔变大，3KHz附近有一个频响峰；出声孔变大，意味着前腔变小，频响曲线较为平坦。建议不小于Ø0.8，超过Ø2频响变化不大Receiving单体的选择按用途选择，NarrowbandorFullband?功率满足要求，具体结合芯片的最大输出阻抗，客户要求？直径大的单体，调音余地较多声学设计RECEIVER声腔、出音孔对频响曲线的影响出音孔变大/前腔变小典型曲线泡棉变厚（前腔增大）前孔变小后腔变小声学设计LessonLearn2-BunnyBunny后腔泄声不确定问题现象描述B4.0阶段，产线测试音频不良率达到70%ReceiverResponse/RLR/SensitivityFailed原因分析声学-结构设计不够严谨，盖子和导光柱连体设计，后腔密封性能以保证一致外采receiver，前后腔漏声，掩盖问题B3.0时，打后盖密封胶比较均匀，再加上产线测试工装及系统不稳定，没有及时发现不良S部门NPI没有蓝牙耳机的制作经验，对声腔密封与音频对应关系没什么观念控制点胶位置导光柱解决方案点胶到定位柱为止，导光柱周边不打胶产线增加测试receiverassembly音频Lesson耳机声腔结构设计要唯一性、确定性，避免靠工艺弥补设计的不足在声学评估及WS阶段，多做声学验证，不要想当