电信手持设备
标准、兼容性和设计
电信手机要获得型号认证,必须符合某些性能标准。手机的频率响应(接收)必须在标准化的人工耳上测量,人工耳基本上是人耳的声学复制品,设计时对泄漏进行了控制。频率响应必须在标准规定的某个 “窗口 ”内。同样,发出的声音(发送)也必须符合标准中规定的特定频率响应标准。此类窗口的示例如下。
超宽频 | ITU-T | P1120 |
宽带 | IEC | TIA920A |
宽带 | ITU-T | P.311 |
窄带 | IEC | TIA810B |
Ole Wolff 拥有设计符合所有电信标准的手机所需的测试设备、工具和经验。
接收频率响应和限制。
发送频率响应和限制。
当把听筒靠近耳朵时,听筒和耳朵之间总会形成声音泄漏。如果接收器非常理想(大尺寸薄膜和电机),这种泄漏不会降低音质。在大多数现代手机中,传入音频的性能已从仅由换能器处理转变为涉及手机内部的声学接入。这是因为手机越来越小,需要更小的部件,包括产生声音的接收器(驱动器)。然而,如果不做任何改动,缩小接收器尺寸将对声音重现能力产生巨大影响,尤其是在低音区。
解决的办法是使用设计有巨大低音增强功能的接收器,并在接收器前端与外部自由声场或听筒内部(驱动器后侧)之间引入受控泄漏。这样做的结果是,巨大的初始低音增强将被加载到一个平坦的响应,然后可以接受手机和耳朵之间的额外泄漏,而不会有任何明显的低音内容损失。不过,这种设计并非一蹴而就,需要利用缝隙、管道、空腔和织物(阻尼)来控制声阻抗、质量和体积。
没有容漏功能的手机在紧贴耳朵时(实线)和在距离耳朵几毫米时(虚线)的频率响应示例。容漏设计只会降低几个分贝,因此在这两种情况下的频率响应曲线都与实线相似,从而使低频重现更加一致(悦耳)。
解决的办法是使用设计有巨大低音增强功能的接收器,并在接收器前端与外部自由声场或听筒内部(驱动器后侧)之间引入受控泄漏。这样做的结果是,巨大的初始低音增强将被加载到一个平坦的响应,然后可以接受手机和耳朵之间的额外泄漏,而不会有任何明显的低音内容损失。不过,这种设计并非一蹴而就,需要利用缝隙、管道、空腔和织物(阻尼)来控制声阻抗、质量和体积。
可以使用精心设计的管子和隔音织物将泄漏路径内置到听筒中。
OWR-3083 接收器内置泄漏装置,可简化听筒的声学设计。
助听器兼容性(HAC)是手机的一种特性,即从手机的耳帽平面发出与音频信号相匹配的磁场,并被手机用户佩戴的助听器中的线圈接收。然后,助听器将磁场信号转化为声音信号,并根据用户需要进行修正。通常情况下,当检测到 HAC 信号时,助听器会关闭其麦克风,因此在发送者发出的信号和到达助听器的信号之间没有 “声学”。对于听力受损者来说,这种技术可以大大提高声音质量。
在大多数情况下,接收机会利用内置音圈产生磁信号。如果接收机本身不能产生所需的磁信号强度,也可以在听筒中内置外置音圈。具有 HAC 兼容性的接收机通常设计有一个 “高 ”电流线圈,以保持高磁性信号和高声波信号。
接收机的频率响应(在 HAC 窗口内)必须在声学上保持良好的平衡,因为大幅度的 DSP 校正也会影响 HAC 信号。
通常情况下,听筒会放在助听器的顶部,以确保磁信号的最佳接收效果。
通常情况下,手机底部放置麦克风的空间并不十分有限。麦克风通常是电解麦克风,尺寸范围在直径 6 毫米到直径 10 毫米之间,这些麦克风都是低成本、高性能的 “工作马”。如果空间有限,小得多的 MEMS 麦克风是理想的选择。
对于这两种类型的麦克风,高频响应都可以通过手机的前腔和进气口进行调整,形成一个声学低通滤波器。有时,可以在手机中设计一个 10 kHz 的前共振,以增强该频率范围内的响应。麦克风响应(发送)还必须符合上文 “目标响应和标准 ”部分所述的标准。
使用 Comsol Multiphysics™ Ole Wolff 可以模拟设计电信手机时涉及的所有声学问题。我们使用精确的人工耳模型,将模拟结果与实验数据进行比较。通常,我们会与客户的设计团队密切合作,制作 “虚拟原型”。通过这种方式,我们可以修改和改变传感器、声学室等,而无需制造实物原型。一旦模拟结果表明性能指标得到满足,就会在实验室中制作和测试样品。
手机内置 8x15 毫米接收器的模拟频率响应,具有泄漏容差。
MEMS 麦克风上压力的归一化模拟频率响应,使用三种不同类型的声学织物,以降低 4 kHz 的共振峰值。
前端泄漏控制通道
后通风通道
Ole Wolff 的实验室配备了测量所有必要参数的设备,以验证手机是否符合所有电信标准。我们使用人工耳朵、带机械 “手 ”的 HAC 探头 KEMAR 假头以及耳口模拟器。使用 Klippel™ 系统、Listen SoundCheck™ 等对原始驱动器的性能进行验证。 对于免提音频,可在消声室或使用 Klippel™ SCN 近场插件验证其性能。
在设计免提扬声器时,设计者需要考虑以下因素:
用于免提操作的扬声器也需要符合电信标准。
右图为示例。
The OWR-3083 is a HAC compliant receiver with built-in leakage which can simplify the acoustic design of the handset.