【導讀】從汽車到家庭再到便攜式設備，音頻無處不在，而且其應用隻會越來越廣。當涉及到音頻係統設計時，尺寸
、成本和質量是需要考慮的重要因素。影響質量的變化因素很多，但通常歸結為針對給定設計重新構建必要音頻的係統能力。

從汽車到家庭再到便攜式設備，音頻無處不在
，而且其應用隻會越來越廣。當涉及到音頻係統設計時，尺寸
、chengbenhezhiliangshixuyaokaolvdezhongyaoyinsu。yingxiangzhiliangdebianhuayinsuhenduo，dantongchangguijieweizhenduigeidingshejizhongxingoujianbiyaoyinpindexitongnengli。zaibenwenzhong
，womenjianglejiegengduoguanyuyinpinfanweijiqizijidejichuzhishi
、外殼設計的影響，以及如何根據應用確定其可能需要的音頻範圍。

音頻範圍的基礎知識

20 Hz 至 20,000 Hz 是常用音頻參考範圍。然而，普通人能聽到的音頻不超過 20 Hz 至 20 kHz

，erqiesuizhenianlingdezengchang，zhegeketancedefanweihaihuichixusuoxiao。tongguoyinleduiyinpindelijiezuiweitouche。zaiyinlezhong，meiyigesuihoudebaduyindouhuishipinlvfanbei。gangqindezuidiyin A 大約是 27 Hz，而最高音 C 則接近 4186 Hz。除這些常見頻率之外，任何產生聲音的物體或設備也會產生諧波頻率。這些隻是在較低振幅下的較高頻率。例如，鋼琴的 27 Hz“A”音也會產生 54 Hz 的諧波，81 Hz 的諧波，以此類推，每個諧波都比上一個更安靜。在需要準確再現音源的高保真揚聲器係統中，諧波將變得尤為重要。

音頻的子集

下表列出了 20 Hz 至 20,000 Hz 頻譜內的七個頻率子集，這有助於定義音頻係統設計中使用的目標範圍。

表 1：音頻子集範圍。（圖片來源：CUI Devices）

頻響圖

頻響圖是直觀了解蜂鳴器
、麥mai克ke風feng或huo揚yang聲sheng器qi如ru何he再zai現xian各ge種zhong音yin頻pin的de好hao方fang法fa。由you於yu蜂feng鳴ming器qi在zai一yi般ban情qing況kuang下xia隻zhi輸shu出chu可ke聽ting音yin調tiao，因yin此ci通tong常chang具ju有you較jiao窄zhai的de頻pin率lv範fan圍wei。另ling一yi方fang麵mian
，揚yang聲sheng器qi通tong常chang具ju有you更geng寬kuan的de頻pin率lv範fan圍wei，因yin為wei揚yang聲sheng器qi通tong常chang用yong來lai重zhong現xian聲sheng音yin和he語yu音yin。

如揚聲器、蜂鳴器等音頻輸出設備的頻響圖 Y 軸以聲壓級分貝 (dB SPL) 為單位，這根本上是設備的響度。音頻輸入設備的 Y 軸
，如麥克風，則是以分貝為單位表示靈敏度，因為它們用於檢測聲音而不是產生聲音。在下麵的圖 1 中，X 軸代表頻率的對數刻度
，Y 軸以分貝聲壓級列出，因此這是一個音頻輸出設備的圖表。注意
，因為 dBs 也是用對數表示
，所以兩個軸都用對數表示。

圖 1：基本頻響圖。（圖片來源：CUI Devices）

該圖表示在不同頻率下輸入恒定的功率會產生多少分貝的聲壓級
，該圖相對平坦


，整個頻譜範圍內的變化最小。除了 70 Hz 以下的部分急劇下降外，該音頻設備在相同輸入功率下，會在 20 Hz 和 70 kHz 範圍內產生穩定的聲壓級。任何低於 70 Hz 的設備都會產生較低的聲壓級 (SPL) 輸出。

例如，CUI Devices 的 CSS-50508N 揚聲器頻響圖（圖 2）較好地說明了更典型的揚聲器屬性。該圖包括不同的峰值和穀值
，表示共振加強或減少輸出的點。這款 41 mm × 41 mm 揚聲器的規格書列出了 380 Hz±76 Hz 的共振頻率，可以看作是頻響圖上的第一個主峰值。這在 600 Hz 至 700 Hz 左右迅速下降，但隨後從大約 800 Hz 至 3000 Hz 之間達到穩定的聲壓級性能。由於揚聲器的尺寸
，設計者可推測 CSS-50508N 在zai低di頻pin範fan圍wei內nei的de表biao現xian不bu會hui超chao過guo高gao頻pin範fan圍wei，這zhe一yi點dian在zai圖tu中zhong得de到dao了le證zheng實shi。通tong過guo了le解jie如ru何he以yi及ji何he時shi參can考kao頻pin響xiang圖tu，設she計ji工gong程cheng師shi可ke以yi確que定ding揚yang聲sheng器qi或huo其qi他ta輸shu出chu設she備bei是shi否fou能neng夠gou再zai現xian其qi目mu標biao頻pin率lv。

圖 2：CUI Devices 的 CSS-50508N 41 mm x 41 mm 揚聲器頻響圖。（圖片來源：CUI Devices）

音頻範圍和外殼的注意事項

音頻範圍會在幾個方麵影響外殼設計，如下文所述。

揚聲器尺寸

yudaxingyangshengqixiangbi
，xiaochicunyangshengqideyidongsudugengkuai，shiqinenggouzaijiaoshaobubiyaoxiebodeqingkuangxiachanshenggenggaodepinlv。raner，dangshituzaijiaodipinlvxiashixianleisi SPL 輸出時，就需要更大型的揚聲器膜片來移動足夠的空氣，以便匹配與較高音調相同的感知 dB SPL。雖然較大的振膜要重得多
，但在低頻時通常不會造成問題
，因為其移動速度很慢。

使用較小還是較大的揚聲器最終將取決於應用需求，但較小的揚聲器通常隻需要較小的外殼
，以降低成本、節省空間。瀏覽 CUI Devices 的博客，詳細了解如何設計微型揚聲器外殼。

共振頻率

共gong振zhen頻pin率lv代dai表biao一yi個ge物wu體ti的de自zi然ran振zhen動dong頻pin率lv。撥bo動dong吉ji他ta琴qin弦xian時shi，琴qin弦xian以yi其qi共gong振zhen頻pin率lv振zhen動dong。這zhe就jiu是shi說shuo
，如ru果guo將jiang揚yang聲sheng器qi放fang在zai吉ji他ta旁pang邊bian並bing播bo放fang琴qin弦xian的de共gong振zhen頻pin率lv，吉ji他ta琴qin弦xian就jiu會hui開kai始shi振zhen動dong，且qie振zhen幅fu隨sui著zhe時shi間jian的de推tui移yi增zeng大da。然ran而er，當dang涉she及ji到dao音yin頻pin時shi

，這zhe種zhong現xian象xiang也ye會hui導dao致zhi與yu周zhou圍wei物wu體ti產chan生sheng不bu必bi要yao的de異yi常chang聲sheng音yin。CUI Devices 關於共振及共振頻率的博客就該主題提供了的更多信息。

weilebimianyangshengqitongshijuyoufeixianxingshuchuhebubiyaodexiebo，zaiwaikeshejizhongquerenzirangongzhenpinlvyuyuqideyinpinshuchubuzaitongyipinpufanweineijiuxiandeyouqizhongyao。

材料權衡

揚聲器和麥克風設計在那些必須在移動期間保持靜止、柔性和剛性的組件之間達到微妙的平衡。揚聲器振膜（或紙盆）應很輕，以便快速響應
，同時盡可能保持剛性，以防移動時發生變形。CUI Devices 的揚聲器通常采用重量輕、質zhi地di硬ying的de紙zhi和he麥mai拉la膜mo。麥mai拉la膜mo是shi塑su料liao的de一yi種zhong，還hai具ju有you防fang潮chao和he防fang濕shi的de優you勢shi。除chu了le膜mo片pian外wai，還hai采cai用yong橡xiang膠jiao連lian接jie膜mo片pian和he框kuang架jia。為wei了le防fang止zhi在zai極ji端duan移yi動dong情qing況kuang下xia發fa生sheng斷duan裂lie，這zhe種zhong材cai料liao必bi須xu既ji堅jian固gu又you柔rou韌ren，從cong而er不bu會hui限xian製zhi膜mo片pian的de移yi動dong。

圖 3：揚聲器的基本構造。（圖片來源：CUI Devices）

在比較麥克風技術時也可以看到相同的元器件之間的權衡。駐極體電容式麥克風和 MEMS 麥克風耐用性好、封裝緊湊和功耗低
，但頻率和靈敏度更為有限。另一方麵，帶狀話筒具有更好的靈敏度和頻率範圍

，但同時也犧牲了耐用性。

材(cai)料(liao)也(ye)是(shi)外(wai)殼(ke)設(she)計(ji)中(zhong)的(de)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)選(xuan)擇(ze)，會(hui)影(ying)響(xiang)聲(sheng)音(yin)的(de)共(gong)振(zhen)和(he)吸(xi)收(shou)。外(wai)殼(ke)的(de)主(zhu)要(yao)目(mu)標(biao)是(shi)抑(yi)製(zhi)後(hou)方(fang)產(chan)生(sheng)的(de)非(fei)相(xiang)位(wei)的(de)聲(sheng)音(yin)
，這(zhe)意(yi)味(wei)著(zhe)所(suo)選(xuan)材(cai)料(liao)必(bi)須(xu)能(neng)有(you)效(xiao)地(di)吸(xi)音(yin)。這(zhe)在(zai)難(nan)以(yi)抑(yi)製(zhi)非(fei)相(xiang)位(wei)聲(sheng)音(yin)的(de)較(jiao)低(di)頻(pin)聲(sheng)音(yin)應(ying)用(yong)中(zhong)尤(you)其(qi)關(guan)鍵(jian)。

結語

guigenjiedi，yinpinxitongdeshuliangyouxian
，meiyouyigedandudeyinpinshuchushebeinenggouyirenhebaozhendukuayuezhenggeyinpinpinpu。yibanlaishuo
，daduoshuyingyongbuxuyaozhezhongbaozhendu，erqiekenengbuxuyaowanquandexianxingshuchu。zaiweiyigeshejixuanzeheshideyinpinzujianshi，lejieyinpinpinlvfanweirengjiangjuyouzhongyaodezuoyong。youlezhezhongrenshi
，gongchengshikeyigenghaodizaichengben、尺寸和性能之間的進行權衡。CUI Devices 提供一係列頻率範圍不同的音頻解決方案，以支持全套應用。

（來源：中電網，作者：Jeff Smoot 是 CUI Devices 應用工程和運動控製部門副總裁）

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