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音频
1 2 3 4
声学基本概念 麦克风和受话器原理构造 声学腔设计 音频测试
1 声学基本概念
因为音频信号电路和软件设计，不仅涉及电路和软件 知识，同时涉及声学概念。在进行方案介绍之前，先对在
本方案中涉及的声学概念进行必要的介绍。
1.1声压与声压
1。声压 （单位：Pa） 2。响度 （单位： sone） 3。响度级 （单位： phon）
f
c 2
A LV
其中，L是孔的长度，V是谐振腔的体积，A是孔的面积， f是频率，c是声波传播速度，取344m/s。
5 音频测试
关于GSM手机的音频测试共有15项内容，它们分别是： .发送灵敏度/频率响应（Sending Sensitivity/Frequency Respones） * .发送响度当量（Sending Loudness Rating）* .接收灵敏度/频率响应（Receiving Sensitivity/Frequency Respones） * .接收响度当量（Receiving Loudness Rating）* .侧音（Side Tone Masking Rating）* .受话方侧音当量（Listener Side Tone Rating）* .回损（Echo Loss）* .稳定度偏移（Stability Margin）* .发送失真（Sending Distortion）* .接收失真（Receiving Distortion） .侧音失真（Side Tone Distortion） .带外信号－发送（Out-of-Band Signals - Sending） .带外信号－接收（Out-of-Band Signals - Receiving） .空闲信道噪声－发送（Idle Channel Noise - Sending） 空闲信道噪声－接收（Idle Channel Noise - Receiving)
5.3 接收灵敏度/频率响应（Receiving Sensitivity/Frequency Response）
该项测试的目的是获得一定频率范围内的受话器接收灵敏度。 灵敏度用由电子耳测得的声压与DAI接口上输入电信号之比，单位 是dB。
5.4 接收响度当量（Receiving Loudness Rating）
+4 +4
120
+3 +4
dB
+5 -4
-4
-3 +4 +5 -4
110
-5
100
ຫໍສະໝຸດ Baidu
-4 -5
90
80 100 18-JUN-2004 10:00:59 Mode: TSR 200 500 1k 2k Hz
B
5k
10k
K
声学腔的设计非常重要，因为受话器和麦克风的整体 频率响应不仅包括受话器或麦克风的频率响应，还包括 声学腔的影响
2 麦克风和受话器原理结构
传声器的分类
•工作原理分类主要有：
动圈式 电容式 驻极体电容式 压电和压阻传声器 光学波导传声器 硅传声器
•指向特性分类主要有：
全向性 双向性 单向型
• 驻极体电容传声器结构
1、外壳 2、垫片 3、支撑座 4、背极 5、PCB 6、FET 7、电容 8、电容 9、绷膜环 10、铜环 11、无防布 12、声孔 13、后声腔 14、前声腔
5.1.发送灵敏度/频率响应（Sending Sensitivity/Frequency Response）
该项测试的目的是获得整个频率范围内的发送灵敏度。发送灵 敏度用DAI输出（用在DAI接口上的PCM比特流表示）对输入的声 压之比，单位是dB，参考值为20uPa/V
5.2.发送响度当量（Sending Loudness Rating）
• 驻极体电容传声器结构
PCB 铜环
支撑座
背极
垫片
绷膜环
外壳
• 工作原理
• 所谓“驻极体”，就是一种“永久 荷体”。在驻极体的两面可以 ‘永久’存在正和负荷。
•
在高温和高压的下使之极化，让电 荷‘永久’性地存贮在驻极体材料 之内形成所谓的的“镶嵌”电荷。
• 驻极体电容传声器
• 当声压作用于膜片时，膜片振动而 使背极与膜片的间距改变，电容量 改变。
5.6 稳定度偏移（Stability Margin）
稳定度偏移表示系统产生振荡时加在输出和输入语音编码器上 的增益。无振荡现象时的稳定度偏移至少大于6dB。
5.7 发送失真（Sending Distortion）
该测试用于检测发送设备（不包括语音编解码器）的线性度。
例一：发送频率响应
例二：接收频率响应
1.3声压场
声压场的特征就是在任何一点具有相同幅度和相位的声压。
1.4自由场
自由场由在一确定方向上传播的平面波构成。
1.5散射场
在某一范围内的散射场是由来自各个方向的具有相同声压和 到达概率的声波几乎同时到达引起的。
1.6近场远场
声级计
1-传声器，2-前置放大器，3-输入衰减器， 4-输入放大器，5-计权网络 6-输出衰减器，7-输出放大器，8-检波器 9表头
90
dB
80
70
60
50 100 19-JUL-2004 11:50:41 Mode: TSR 200 500 1k 2k Hz
B
5k
10k
K
X:1.0010kHz
Y:122.10dB
ZA:Live Curve
TSR fund. Pa/V
A: Frequency Response, Magn dB re 20.00 130
电性能
• 降电压特性：当传声器的工作电压发生改变时传声器的输出变化值。
•
频响曲线和指 向性：将在指 向性中说明。
• 指向性测试设备
2.2Speaker Receiver选择
X:1.0010kHz
Y:91.18dB
ZA:Live Curve TSR fund. Pa/V
A: Frequency Response, Magn dB re 20.00 100
该项测试的目的是确保接收响度当量是2+/-3dB。该值应在音量 控制范围内至少满足一次。当音量控制设置在最大时，RLR应不小 于-13dB。
5.5 侧音（Side Tone Masking Rating）
侧音响度当量用来表示从电子嘴到电子耳的通道损耗，它是基 于单音测量。STMR反映了发话人在说话时感受他自己声音的情况。 STMR的标称值为13+/-5dB
•
在电容两极输出端产生一个交变的 电压，由于电容量变化微小，使低 频有很高的内阻抗。
• 驻极体电容传声器
• FET场效应管要起到阻抗变换的作用， 并担负预放功能。
优点
• 不需要外加极化电压，可简化电源电 路设计． 省去极化电压后，避免了极化高电位 产生的脉冲性噪声．
•
•
ＦＥＴ阻抗变换器与输入电容设计为 一体，减小体积。缩短输入线路。减 少辐射干拢。
按GSM规范，SLR（发送响度当量－Sending Loudness Rating） 应该是8+/-3dB。利用第1项测试的方法，对以下频段作灵敏度测试， 将测试的结果按ITU-T P.79的SLR计算公式进行计算。在测试过程中， DAI处于“声学设备测试和A/D & D/A”工作模式。所测定的灵敏度 单位是dBV/Pa。
电性能
• 灵敏度：即在振膜上感受到１Pa的声声压，在其额定负载阻抗ＲＬ上产生 的输出电压值。或用dB来表示 (0dB=1V/Pa)。灵敏度与其输出阻抗成 正比。 输出阻抗：传 声器的输出阻 抗是它输出负 载阻抗的额定 值。
•
电性能
• 电流消耗：就是本传声器的工作电流。
Ａ
• 信噪比：传声 器固有噪声参 数。
计权网络 为了模拟人耳听觉在不同频率有不同的灵敏性，在声级计内设 有一种能够模拟人耳的听觉特性，把电信号修正为与听感近似值 的网络，这种网络叫作计权网络。通过计权网络测得的声压级， 已不再是客观物理量的声压级（叫线性声压级），而是经过听感 修正的声压级，叫作计权声级或噪声级。 计权网络一般有A、B、C三种。A计权声级是模拟人耳对55dB以 下低强度噪声的频率特性，B计权声级是模拟55dB到85dB的中等强 度噪声的频率特性，C计权声级是模拟高强度噪声的频率特性。三 者的主要差别是对噪声低频成分的衰减程度，A衰减最多，B次之， C最少。A计权声级由于其特性曲线接近于人耳的听感特性，因此 是目前世界上噪声测量中应用最广泛的一种，B、C已逐渐不用。 从声级计上得出的噪声级读数，必须注明测量条件，如单位为 dB，且使用的是A计权网络，则应记为dB（A）。
声压级与腔体大小的关系如下：
cD 1 f 4 V (r 0.75 D)
其中，r是孔的长度，V是谐振腔体积，D是孔的直径，f 是声波频率，c则是声波的速度，取344m/s。上述公式可以 使我们可以更改谐振腔谐振频率并调节给定频率声波的声 压级。
D V r
给出的公式是Helmholtz共鸣器的理论计算公式，下面 给出考虑实际情况的近似计算公式。
1 2 3 4
声学基本概念 麦克风和受话器原理构造 声学腔设计 音频测试
1 声学基本概念
因为音频信号电路和软件设计，不仅涉及电路和软件 知识，同时涉及声学概念。在进行方案介绍之前，先对在
本方案中涉及的声学概念进行必要的介绍。
1.1声压与声压
1。声压 （单位：Pa） 2。响度 （单位： sone） 3。响度级 （单位： phon）
f
c 2
A LV
其中，L是孔的长度，V是谐振腔的体积，A是孔的面积， f是频率，c是声波传播速度，取344m/s。
5 音频测试
关于GSM手机的音频测试共有15项内容，它们分别是： .发送灵敏度/频率响应（Sending Sensitivity/Frequency Respones） * .发送响度当量（Sending Loudness Rating）* .接收灵敏度/频率响应（Receiving Sensitivity/Frequency Respones） * .接收响度当量（Receiving Loudness Rating）* .侧音（Side Tone Masking Rating）* .受话方侧音当量（Listener Side Tone Rating）* .回损（Echo Loss）* .稳定度偏移（Stability Margin）* .发送失真（Sending Distortion）* .接收失真（Receiving Distortion） .侧音失真（Side Tone Distortion） .带外信号－发送（Out-of-Band Signals - Sending） .带外信号－接收（Out-of-Band Signals - Receiving） .空闲信道噪声－发送（Idle Channel Noise - Sending） 空闲信道噪声－接收（Idle Channel Noise - Receiving)
5.3 接收灵敏度/频率响应（Receiving Sensitivity/Frequency Response）
该项测试的目的是获得一定频率范围内的受话器接收灵敏度。 灵敏度用由电子耳测得的声压与DAI接口上输入电信号之比，单位 是dB。
5.4 接收响度当量（Receiving Loudness Rating）
+4 +4
120
+3 +4
dB
+5 -4
-4
-3 +4 +5 -4
110
-5
100
ຫໍສະໝຸດ Baidu
-4 -5
90
80 100 18-JUN-2004 10:00:59 Mode: TSR 200 500 1k 2k Hz
B
5k
10k
K
声学腔的设计非常重要，因为受话器和麦克风的整体 频率响应不仅包括受话器或麦克风的频率响应，还包括 声学腔的影响
2 麦克风和受话器原理结构
传声器的分类
•工作原理分类主要有：
动圈式 电容式 驻极体电容式 压电和压阻传声器 光学波导传声器 硅传声器
•指向特性分类主要有：
全向性 双向性 单向型
• 驻极体电容传声器结构
1、外壳 2、垫片 3、支撑座 4、背极 5、PCB 6、FET 7、电容 8、电容 9、绷膜环 10、铜环 11、无防布 12、声孔 13、后声腔 14、前声腔
5.1.发送灵敏度/频率响应（Sending Sensitivity/Frequency Response）
该项测试的目的是获得整个频率范围内的发送灵敏度。发送灵 敏度用DAI输出（用在DAI接口上的PCM比特流表示）对输入的声 压之比，单位是dB，参考值为20uPa/V
5.2.发送响度当量（Sending Loudness Rating）
• 驻极体电容传声器结构
PCB 铜环
支撑座
背极
垫片
绷膜环
外壳
• 工作原理
• 所谓“驻极体”，就是一种“永久 荷体”。在驻极体的两面可以 ‘永久’存在正和负荷。
•
在高温和高压的下使之极化，让电 荷‘永久’性地存贮在驻极体材料 之内形成所谓的的“镶嵌”电荷。
• 驻极体电容传声器
• 当声压作用于膜片时，膜片振动而 使背极与膜片的间距改变，电容量 改变。
5.6 稳定度偏移（Stability Margin）
稳定度偏移表示系统产生振荡时加在输出和输入语音编码器上 的增益。无振荡现象时的稳定度偏移至少大于6dB。
5.7 发送失真（Sending Distortion）
该测试用于检测发送设备（不包括语音编解码器）的线性度。
例一：发送频率响应
例二：接收频率响应
1.3声压场
声压场的特征就是在任何一点具有相同幅度和相位的声压。
1.4自由场
自由场由在一确定方向上传播的平面波构成。
1.5散射场
在某一范围内的散射场是由来自各个方向的具有相同声压和 到达概率的声波几乎同时到达引起的。
1.6近场远场
声级计
1-传声器，2-前置放大器，3-输入衰减器， 4-输入放大器，5-计权网络 6-输出衰减器，7-输出放大器，8-检波器 9表头
90
dB
80
70
60
50 100 19-JUL-2004 11:50:41 Mode: TSR 200 500 1k 2k Hz
B
5k
10k
K
X:1.0010kHz
Y:122.10dB
ZA:Live Curve
TSR fund. Pa/V
A: Frequency Response, Magn dB re 20.00 130
电性能
• 降电压特性：当传声器的工作电压发生改变时传声器的输出变化值。
•
频响曲线和指 向性：将在指 向性中说明。
• 指向性测试设备
2.2Speaker Receiver选择
X:1.0010kHz
Y:91.18dB
ZA:Live Curve TSR fund. Pa/V
A: Frequency Response, Magn dB re 20.00 100
该项测试的目的是确保接收响度当量是2+/-3dB。该值应在音量 控制范围内至少满足一次。当音量控制设置在最大时，RLR应不小 于-13dB。
5.5 侧音（Side Tone Masking Rating）
侧音响度当量用来表示从电子嘴到电子耳的通道损耗，它是基 于单音测量。STMR反映了发话人在说话时感受他自己声音的情况。 STMR的标称值为13+/-5dB
•
在电容两极输出端产生一个交变的 电压，由于电容量变化微小，使低 频有很高的内阻抗。
• 驻极体电容传声器
• FET场效应管要起到阻抗变换的作用， 并担负预放功能。
优点
• 不需要外加极化电压，可简化电源电 路设计． 省去极化电压后，避免了极化高电位 产生的脉冲性噪声．
•
•
ＦＥＴ阻抗变换器与输入电容设计为 一体，减小体积。缩短输入线路。减 少辐射干拢。
按GSM规范，SLR（发送响度当量－Sending Loudness Rating） 应该是8+/-3dB。利用第1项测试的方法，对以下频段作灵敏度测试， 将测试的结果按ITU-T P.79的SLR计算公式进行计算。在测试过程中， DAI处于“声学设备测试和A/D & D/A”工作模式。所测定的灵敏度 单位是dBV/Pa。
电性能
• 灵敏度：即在振膜上感受到１Pa的声声压，在其额定负载阻抗ＲＬ上产生 的输出电压值。或用dB来表示 (0dB=1V/Pa)。灵敏度与其输出阻抗成 正比。 输出阻抗：传 声器的输出阻 抗是它输出负 载阻抗的额定 值。
•
电性能
• 电流消耗：就是本传声器的工作电流。
Ａ
• 信噪比：传声 器固有噪声参 数。
计权网络 为了模拟人耳听觉在不同频率有不同的灵敏性，在声级计内设 有一种能够模拟人耳的听觉特性，把电信号修正为与听感近似值 的网络，这种网络叫作计权网络。通过计权网络测得的声压级， 已不再是客观物理量的声压级（叫线性声压级），而是经过听感 修正的声压级，叫作计权声级或噪声级。 计权网络一般有A、B、C三种。A计权声级是模拟人耳对55dB以 下低强度噪声的频率特性，B计权声级是模拟55dB到85dB的中等强 度噪声的频率特性，C计权声级是模拟高强度噪声的频率特性。三 者的主要差别是对噪声低频成分的衰减程度，A衰减最多，B次之， C最少。A计权声级由于其特性曲线接近于人耳的听感特性，因此 是目前世界上噪声测量中应用最广泛的一种，B、C已逐渐不用。 从声级计上得出的噪声级读数，必须注明测量条件，如单位为 dB，且使用的是A计权网络，则应记为dB（A）。
声压级与腔体大小的关系如下：
cD 1 f 4 V (r 0.75 D)
其中，r是孔的长度，V是谐振腔体积，D是孔的直径，f 是声波频率，c则是声波的速度，取344m/s。上述公式可以 使我们可以更改谐振腔谐振频率并调节给定频率声波的声 压级。
D V r
给出的公式是Helmholtz共鸣器的理论计算公式，下面 给出考虑实际情况的近似计算公式。