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影响微型受话器灵敏度的因素

王兴荣

1引言
近年来，世界信息产业发展迅猛。据国际数据公司报告，2001年全世界的手机销售量达到4.12亿部。预计2002年全球手机的销量将比去年上升17个百分点，达到4.83亿部。数据还显示，我国跻身于世界十大信息产业国，信息产业已成为我国国民经济的第一支柱产业；中国移动电话用户已经超过美国，居世界第一，移动电话逐渐成为语音通信的主流；蓝牙（Bluetooth）技术日趋成熟，无线电区域网（DECT）的拓展应用，以及手机的多功能化、微型化的发展大浪潮，对电声行业不断提出新要求。这些信息极大地推动了通信电声行业的发展，新颖的电话受话器和手机用微型受话器大量涌现。一些制造企业为满足用户要求，不断制定一些新的（企业）产品标准。由于企业与企业之间缺少沟通，对微型通信电声器件最重要的特征参数——微型受话器的灵敏度的表述往往也不尽相同。请看几个国内外公司对受话器灵敏度的描述：

Moto.INCUSA

型号	灵敏度/dB	频率范围/Hz	交流阻抗/Ω	输入功率或电压	备注
DS411A	99.5±3at1kHz	300～4000	32	1mW(179mV)	附ESPPart＃ 128000声漏环测试
HDR0970	106±3at1kHz	300～4000	150	1000mV	附ESPPart＃ 128000声漏环测试
50R09204J01	107±3	300～3400	60	1000mV

YECElectronicsLtd

型号	灵敏度/dB	频率范围/Hz	交流阻抗/Ω	输入功率或电压
SD13	100±3at1mW	300～3400	32	1mW300Hz～3400Hz
SD9	100±3at60mV	300～3000	150	60mV300Hz～3000Hz
SD3	116±3at1mW	100～5000	32	1mW100Hz～5000Hz

SouthKorenSWPShinwooElectronicsCoLtd.

型号	灵敏度/dB	频率范围/Hz	交流阻抗/Ω	输入功率或电压
ST15DRT02	98±3at1kHz		32	100mV(正弦波)
SDRR1538F032	103±3at1kHz	300～3400	32	200mV(正弦波)
SCRR1525L032	112±3at1kHz	300～3400	32	1mW

    以上所列灵敏度值都是在各自规定条件下测得，故其结果彼此之间是不能简单地进行比较的。读懂它、全面理解它还需进行分析、计算。
2影响灵敏度测试的主要因素
2.1输入功率
    通常，受话器的灵敏度是馈给1mW功率时，在规定的仿真耳上测得的。例如：DS-411A,SCRR-1525L-032,SD-13、SD-3等。另一些受话器应用的测试电压或电功率也许不是1mW功率。在额定最大承受功率以内，输入的电功率越大，在仿真耳上测得的声压越高。
2.2输入电压
    当输入电压相同时，大家都知道，阻抗低的受话器获得的电功率高，阻抗高的受话器获得的电功率低；当受话器的阻抗相同，输入电压高时，在仿真耳上产生的声压相应也会高，但声压高并不等于实际灵敏度就高。所以，只有在输入电压相同、阻抗也相同（或者说输入的功率相同）时且被测受话器在仿真耳上产生的声压高时，其单位功率灵敏度高。有些受话器的灵敏度是在馈给某一电压时测得的，例如馈给电压有60mV(SD-9)、100mV(ST-15DRT-02）、也有200mV(SDRR-1538F-032)等。当然，这些不同状态下的灵敏度值必须换算为1mW灵敏度后方能相互进行比较。
2.3点测值与平均值
    一些受话器的灵敏度是指定频率点（例如1kHz时）的值，如ST-15DRT-02DS-411A；有些则是（额定功率或额定电压下）在规定频率范围内的平均灵敏度，例如SD-3、50R09204J01。显然，点测值与平均值是不一定相等的。当用指定频率点的灵敏度表示受话器性能时，一般还对频率响应有相应的要求，如图1所示，为Moto.INC对某些手机受话器频响的限定值。

2.4阻抗高低
    受话器的阻抗有的低（8Ω）、有的高（150Ω）。测试时如输入同样的电压，则阻抗低的获得的电功率就可能高；反之则低，这必然会影响测试结果。
    图1是Moto.INC.对某些手机受话器频响的限定框（垂直可移动）。
2.5测试状态
    通常，受话器电声性能是在密闭状态下测得的。而实际上，特别是手机或电话应用时，声泄漏是客观存在的。有时虽然在密闭状态下测得的频率响应基本相似，但因受话器特性参数的设计（精度控制或质量控制）不同，其声泄漏对频率特性和灵敏度造成影响大不相同。因而有的用户要求测试灵敏度或频率特性时，须附带ESPPart＃128000声泄漏环测试环（DS411A、HDR0970）;B＆K公司的4195宽频带仿真耳，可提供测试低、高声泄漏两种状态下的电声性能。在声泄漏状态下，通常低频会有明显下跌、平均灵敏度会有所下降、中高频也许会有些提升。图2为日本某型号手机用压电受话器在密闭或声泄漏状态下频率特性的例子。
    此外，规范中有些规定如:（1）测试用仿真耳为IEC318或早期的布朗耳；（2）频率范围宽（100Hz～5000Hz）或窄（300Hz～3000Hz）；（3）信号源内阻高或低等，均会直接影响测试的结果。由于存在以上种种可能影响灵敏度的因素，因此，只有严格执行标准化部门颁布的统一规范，才能准确无误地反映器件的固有特征，整机才能适当配置电参数，发挥受话器的最佳效能。制造业和客户应执行统一或同一标准确实是一件刻不容缓、非常必要很有意义的事。
3相关标准及换算
    据了解，目前我国现（推荐）执行的SJ17351981通信电声总技术条件、SJ/T105991994受话器测量方法以及相关标准，与IEC、国际大公司等应用的标准基本相符，通常以额定平均功率灵敏度来表征受话器的电声性能。
    按现行标准，受话器的额定平均功率灵敏度通常是指：被测受话器输入1mW电功率时、在规定的频率范围内（例如300Hz～3400Hz正弦波）和在规定的仿真耳（IEC318、我国标准为GB761487）上测得的声压，如表作300Hz～3400Hz，＊＊Pa/W。不过，比较普遍的还是用灵敏度级来表示，可表作300Hz～3400Hz，＊＊dB/mW,0dB为20μPa，当用户或产品标准对测量电压另有规定时，可使用规定的电压来测量，但最终应按换算到相当于1mW时功率灵敏度值。这一点非常重要，缺了这一步，灵敏度就难以比较了。阻抗不同的受话器，当输入60mV和200mV电压时，换算到相当于1mW时的功率灵敏度值，可参照表1进行换算。
    表1将输入电压为60mV和220mV换算为

1mW时的功率灵敏度值

	1mW功率时应输入电压	输入60mV电压时的实际功率	换算到相当于1mW时的功率灵敏度值	输入200mV电压时的实际功率	换算到相当于1mW时的功率灵敏度值
8	89mV	0.450mW	＋3.5dB	5mW	－7dB
16	126mV	0.225mW	＋6.5dB	2.5mW	－4dB
32	179mV	0.113mW	＋9.5dB	1.250mW	－1dB
100	316mV	0.036mW	＋14.4dB	0.400mW	＋4dB
150	387mV	0.024mW	＋16.2dB	0.267mW	＋5.7dB
300	548mV	0.012mW	＋19.2dB	0.133mW	＋8.8dB
600	775mV	0.006mW	＋22.2dB	0.067mW	＋11.8dB

阻抗/Ω

    项目表1的SWPSDRR1538F032受话器，输入200mV时测得的灵敏度为（103±3）dB，阻抗为32Ω。由表1可知，输入200mV时的功率实为1.25mW，对照表换算为1mW的灵敏度应加(－1dB)，因此，实际敏度应为（102±3）dB/mW，而不是原表列的（103±3）dB。又如，所列YEC的SD9受话器，150Ω,在60mW时，灵敏度为（100±3）dB，对照表换算为1mW时的灵敏度应加（＋16.2dB），故实际灵敏度应为（116.2±3）dB/mW。
5结语
    鉴于现状，就受话器灵敏度等电声参数的测试（表述），本人吁请电声行业协会和相关企业：
    1）认真执行SJ17351981通信电声总技术条件、SJ/T105991994受话器测量方法及相关标准，关注ISO、IEC等国际标准，及时修订、补充我国的相关标准。
    2）关注电声测试仪器。据报道，丹麦B＆J和我国4380厂、杭州爱华等企业生产的电声测试仪，能满足IEC、ISO和SJ等标准的要求。而一些专业技术力量相对薄弱的企业生产的电话电声测量仪器，虽然结构新颖、价格也不贵，但对配备的仿真耳等电声计量的基础产品，并不具备校准的基本条件。此外，由于这些企业尚处于小规模、分散状态，对夹具的配置往往无力顾及对被测器件电声性能的影响；对测试电压的设置、频率响应曲线纵横坐标的绘制等，往往忽视贯彻相应规范、主观随意、顾此失彼，这些都将对解读灵敏度带来不便。
    3）为满足手机微型化的需要，建议加速研制高效能微型受话器。比如，尺寸大约为/(10～13)mm×2.5mm，重量在1g以下，频率范围为0.3kHz～3.4kHz，平均功率灵敏度最好能达到115dB/mW以上。手机用了这样高灵敏度的受话器，只要输给受话器1/10000W（0.1mW）甚至更小的功率，使用者就能获得良好的效果，这可有效地减少电池的消耗量，非常有利于手机的微型化和环保。此外，为使实际应用与测试结果更为接近，国外有些公司还要求，受话器在设定的声泄漏状态下进行测试，并要求低频响应（300Hz）跌落比在密闭时不超过6dB等。为尽快与国际接轨，有条件的企业（含仪器制造业）在开发研制新品时应认真考虑这一要求。
    4）蓬勃发展的通信电声行业面临的困境是，高级专业技术人才（尤其是通信电声行业）凤毛麟角，就是略有专业基础知识、且具备一定实践经验的初中级人才也很短缺，这也许是微型电声器件跟不上整机发展的根本原因。

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