【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
、成(cheng)本(ben)和(he)質(zhi)量(liang)是(shi)需(xu)要(yao)考(kao)慮(lv)的(de)重(zhong)要(yao)因(yin)素(su)。影(ying)響(xiang)質(zhi)量(liang)的(de)變(bian)化(hua)因(yin)素(su)很(hen)多(duo)，但(dan)通(tong)常(chang)歸(gui)結(jie)為(wei)針(zhen)對(dui)給(gei)定(ding)設(she)計(ji)重(zhong)新(xin)構(gou)建(jian)必(bi)要(yao)音(yin)頻(pin)的(de)係(xi)統(tong)能(neng)力(li)。在(zai)本(ben)文(wen)中(zhong)，我(wo)們(men)將(jiang)了(le)解(jie)更(geng)多(duo)關(guan)於(yu)音(yin)頻(pin)範(fan)圍(wei)及(ji)其(qi)子(zi)集(ji)的(de)基(ji)礎(chu)知(zhi)識(shi)、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
，而er且qie隨sui著zhe年nian齡ling的de增zeng長chang，這zhe個ge可ke探tan測ce的de範fan圍wei還hai會hui持chi續xu縮suo小xiao。通tong過guo音yin樂le對dui音yin頻pin的de理li解jie最zui為wei透tou徹che。在zai音yin樂le中zhong
，每mei一yi個ge隨sui後hou的de八ba度du音yin都dou會hui使shi頻pin率lv翻fan倍bei。鋼gang琴qin的de最zui低di音yin 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、maikefenghuoyangshengqiruhezaixiangezhongyinpindehaofangfa。youyufengmingqizaiyibanqingkuangxiazhishuchuketingyintiao，yincitongchangjuyoujiaozhaidepinlvfanwei。lingyifangmian，yangshengqitongchangjuyougengkuandepinlvfanwei，yinweiyangshengqitongchangyonglaizhongxianshengyinheyuyin。

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 zaidipinfanweineidebiaoxianbuhuichaoguogaopinfanwei，zheyidianzaituzhongdedaolezhengshi。tongguolejieruheyijiheshicankaopinxiangtu，shejigongchengshikeyiquedingyangshengqihuoqitashuchushebeishifounenggouzaixianqimubiaopinlv。

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。

cailiaoyeshiwaikeshejizhongdeyigezhongyaoxuanze，huiyingxiangshengyindegongzhenhexishou。waikedezhuyaomubiaoshiyizhihoufangchanshengdefeixiangweideshengyin，zheyiweizhesuoxuancailiaobixunengyouxiaodixiyin。zhezainanyiyizhifeixiangweishengyindejiaodipinshengyinyingyongzhongyouqiguanjian。

結語

歸gui根gen結jie底di，音yin頻pin係xi統tong的de數shu量liang有you限xian
，沒mei有you一yi個ge單dan獨du的de音yin頻pin輸shu出chu設she備bei能neng夠gou以yi任ren何he保bao真zhen度du跨kua越yue整zheng個ge音yin頻pin頻pin譜pu。一yi般ban來lai說shuo，大da多duo數shu應ying用yong不bu需xu要yao這zhe種zhong保bao真zhen度du，而er且qie可ke能neng不bu需xu要yao完wan全quan的de線xian性xing輸shu出chu。在zai為wei一yi個ge設she計ji選xuan擇ze合he適shi的de音yin頻pin組zu件jian時shi，了le解jie音yin頻pin頻pin率lv範fan圍wei仍reng將jiang具ju有you重zhong要yao的de作zuo用yong。有you了le這zhe種zhong認ren識shi，工gong程cheng師shi可ke以yi更geng好hao地di在zai成cheng本ben、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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