[發明專利]微型受話器整體聲學結構設計方法

無效

• 申請號: 200910030333.8
• 申請日: 2009-03-19
• 公開（公告）號: CN101562772A
• 公開（公告）日: 2009-10-21
• 發明（設計）人: 邱小軍;陳東
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H04R31/00
• 分類號: H04R31/00;H04R9/10
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙）
• 代理人: 陳 揚

技術領域

本發明涉及一種聲學結構設計方法，具體地說是一種微型受話器整體聲學結構設計方法。

背景技術

受話器是在通訊中以語言傳輸為目的的發聲器件。它將電信號轉換成聲信號，送入人耳。在假設電信號完美的情況下，聽者感受到的聲音質量取決于受話器的電聲性能以及受話器和人耳的耦合程度。因此，設計受話器的電聲性能，必須考慮人耳的特性。和普通微型揚聲器電聲性能的設計方法有較大差別，微型受話器的設計需要考慮包括受話器單元、單元的前后腔體、單元所在機殼、人頭的散射和吸收、人耳的耦合等整個聲學結構。

已有的微型受話器設計方法一般都集中在受話器單元聲性能的設計上。如采用不同的換能方式(電動或者電磁式的)，采用不同的振膜形狀(圓的，橢圓的和矩形的)，采用不同的振膜材料和磁路材料等。設計人員已經注意到在設計受話器時必須考慮泄漏情況下的人耳耦合。如2008年第7期《電聲技術》期刊上，奚愛軍和金一棟發表了題為“微型揚聲器和受話器的仿真研究”一文。該文主要研究了微型揚聲器和受話器的等效電路仿真，考慮了受話器在不同大小泄漏情況下的人耳耦合，給出了采用通用電路分析程序PSPICE的仿真結果。但這種方法不僅需要利用電路分析程序PSPICE，而且無法直接根據設計目標對設計進行優化。

發明內容

本發明的目的是提供一種微型受話器整體聲學結構設計方法。該方法通過電力聲類比給出微型受話器整體聲學結構的等效聲學線路圖。為了計算微型受話器在人工耳內的聲壓，首先根據人工耳的聲阻抗，分別求出受話器前蓋板及耦合腔、盆架及耦合腔在振膜前后的等效阻抗，實現聲場和振動的解耦，從而能夠在考慮振膜振動時不考慮聲的反作用，只需考慮其等效輻射阻抗。在振膜振動速度已知后，求出整個聲源的體積速度，利用有關的公式，進而得到輻射出的總體積速度，最后得到人工耳內聲壓。

本發明是通過以下技術方案來實現的。

一種微型受話器整體聲學結構設計方法，其特征在于該方法通過受話器總聲學等效線路圖對聲學結構設計進行優化，包括以下步驟：

A)建立受話器總聲學等效線路圖；

受話器總聲學等效線路圖包括電系統、機械系統和聲系統；電系統包括磁鐵、音圈，信號源；信號源的電信號饋給音圈，導致帶有電流的音圈在磁鐵產生的磁場中運動；機械系統包括振膜支撐系統、振膜和音圈；音圈連在振膜上，共同構成機械系統的主要質量，振膜支撐系統將帶有音圈的振膜支撐在磁場中；聲系統包括振膜前后的耦合空間和包含泄漏的人工耳；振膜驅動振膜前后空氣運動，產生聲波，聲波將通過振膜前后的耦合空間向外輻射，振膜前的聲波將耦合到人工耳中，而耳和振膜前的腔體的耦合有泄漏。

B)根據要求設計的在人耳中產生的聲壓特性，利用差分演化算法或基因算法設計受話器整體聲學結構，得到聲學線路圖的有關元件的值，包括受話器前蓋板及耦合腔、盆架及耦合腔、振膜支撐系統、振膜、音圈、磁路、電路和和包含泄漏的人工耳各子部分。

本發明中，將受話器總聲學等效線路圖分解為電系統、機械系統和聲系統三個子系統。受話器的電系統包括磁鐵、音圈、信號源以及機械系統和聲系統的影響。機械系統和聲系統的影響主要通過運動導體在磁場中產生的反電動勢表示出來。其中e_g，R_g為信號源的電動勢和內阻，R_E，L_E和l分別為音圈的電阻、電感和幾何長度。B為磁場的磁感應強度，由磁鐵特性和磁路設計(氣隙長度和截面)等決定。電系統的總內阻R_T＝R_g+R_E。由于是聲學等效線路圖，故電系統中的電動勢、電阻和電感等需要按照電聲類比進行相應變化。電動勢變為e_gBl/(R_T+jωL_E)S_D，電路中的電阻和電感變為聲學線路中的電阻和電容，公式分別為(Bl)²/R_T(S_D)²和(S_D)²L_E/(Bl)²。其中S_D是振膜的等效輻射面積；