淺談如何做好FindMy系列產(chǎn)品的聲壓效果

近年來Find My一類的追蹤定位防丟系列產(chǎn)品在蘋果AirTag的帶動(dòng)下逐漸受到歐美西方國家消費(fèi)者的青睞，因此國內(nèi)開發(fā)和生產(chǎn)此類產(chǎn)品的公司也日益增多。那么如何做好這類產(chǎn)品，以及影響這些產(chǎn)品的聲音高低因素又有哪些呢,我們憑借對(duì)該系列產(chǎn)品的了解程度，從聲壓的角度做一下簡(jiǎn)單的歸納：

（一）目前市面上的產(chǎn)品除了AirTag是使用的喇叭以外其他幾乎所有的產(chǎn)品采用的都是壓電蜂鳴片或者電磁式蜂鳴器作為負(fù)載發(fā)聲：

那么采用壓電蜂鳴片與電磁式蜂鳴器作為發(fā)聲負(fù)載有什么區(qū)別呢？具體歸納如下：

1） 采用壓電蜂鳴片作為發(fā)聲負(fù)載所需要的驅(qū)動(dòng)電流很小，只有幾個(gè)Ma，功耗很低，對(duì)使用紐扣電池作為供電電源的產(chǎn)品待機(jī)時(shí)間的優(yōu)勢(shì)就明顯的顯現(xiàn)出來了。而采用電磁式蜂鳴器作為發(fā)聲負(fù)載驅(qū)動(dòng)電流很大，幾十甚至100多Ma，功耗特別大，待機(jī)時(shí)間明顯短很多。紐扣電池根本就輸不了出來那么大的電流，瞬間電流會(huì)直接把電池給拉沒電。

2） 壓電蜂鳴片的厚度薄，與外殼配合，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的輕、薄、微小型化等要求。

3） 壓電蜂鳴片的高頻音色清脆、明亮、通透感和沖擊感更強(qiáng)。 

壓電蜂鳴片的制造工藝是基于多層陶瓷高低溫共燒技術(shù)，利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng),通過施加交變驅(qū)動(dòng)信號(hào)，壓電陶瓷片產(chǎn)生伸展和收縮，帶動(dòng)金屬片產(chǎn)生整體振動(dòng)，從而推動(dòng)空氣諧振發(fā)聲。

      振動(dòng)壓電蜂鳴片                        交變驅(qū)動(dòng)信號(hào)

但是，采用壓電蜂鳴片作為發(fā)聲負(fù)載比較采用電磁式蜂鳴器來講在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上需要比較專業(yè)的知識(shí)，才能將發(fā)聲的效率最大化（俗稱聲壓）。那么根據(jù)聲學(xué)知識(shí)來講對(duì)于壓電蜂鳴片影響聲壓的主要因素有以下幾個(gè)方面：

1）：發(fā)聲腔體的設(shè)計(jì)（包括開孔尺寸）、

2）：壓電蜂鳴片的自由諧振頻率、

3）：驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率、

4）：驅(qū)動(dòng)電壓

這四大要素等對(duì)聲壓的高低都有很大的影響，通俗的講就是將壓電蜂鳴片頻率和外殼的腔體頻率做到重合（達(dá)到諧振），發(fā)聲效率最佳； 在驅(qū)動(dòng)電壓相同的情況下，以諧振頻率驅(qū)動(dòng)，聲壓最大。前面三個(gè)要素達(dá)到要求以后，采用我們的多倍壓驅(qū)動(dòng)芯片DC009等芯片來提高蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)電壓，驅(qū)動(dòng)電壓越高，聲壓越大（有飽和值）。聲壓與壓電蜂鳴片的尺寸也有較大關(guān)系，尺寸越大，振動(dòng)的幅度越大，聲壓也會(huì)越高。

（二）產(chǎn)品外殼發(fā)聲腔體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)：

因單獨(dú)的壓電陶瓷蜂鳴片與空氣的聲阻抗不匹配，所以無支撐的蜂鳴片，外加交變電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)，輸出聲壓僅50db/10cm左右，根本無法滿足實(shí)際使用要求。所以必須給蜂鳴片匹配一個(gè)助聲腔，將壓電蜂鳴片的聲壓擴(kuò)大（形成一個(gè)完整的發(fā)聲腔體）。

壓電助聲腔模型

蜂鳴器的諧振頻率f0，常用公式表示

其中C是壓電蜂鳴片的聲速，a1是發(fā)音孔的半徑，a2是助聲腔的內(nèi)部半徑，L2助聲腔的內(nèi)部深度，L1是助聲腔發(fā)音孔的壁厚，K為長(zhǎng)度L1的修正量，常見有K=1.5  K=1.3  K=0.85  不同廠家給出數(shù)值有所不同

當(dāng)交變電壓的驅(qū)動(dòng)頻率與發(fā)聲腔體（蜂鳴片+助聲腔）的諧振頻率一致時(shí)f0形成一個(gè)單峰值，此時(shí)的聲壓達(dá)到最大，通?？梢赃_(dá)到80-120db/10cm。

外殼發(fā)聲腔體的設(shè)計(jì)對(duì)聲壓影響很大，發(fā)聲腔體設(shè)計(jì)的好壞對(duì)聲壓的影響可以有10-20db的差距，發(fā)聲腔體根據(jù)所選壓電蜂鳴片的大小設(shè)計(jì)的時(shí)候需要注意如下細(xì)節(jié)：

1）：在結(jié)構(gòu)允許的前提下壓電蜂鳴片與外殼內(nèi)壁預(yù)留的空間越高越好，一般建議最小0.5mm以上，以保障一定的助聲腔體的體積。

2）：放置壓電片的臺(tái)階的寬度我們建議0.8-1.2mm之間，太寬會(huì)減小壓電片的振動(dòng)空間，從而影響聲壓高低，而且臺(tái)階的界面要平整，不建議做圓弧以及倒角之類的，影響氣密性。

3）：如果有發(fā)聲孔的，一般建議發(fā)聲孔稍微開大一點(diǎn)，不能太小，直徑建議最小0.8以上。（三）這里還要說一下關(guān)于和蜂鳴片接觸的彈片的細(xì)節(jié)問題：

彈片材料的選擇以及接觸時(shí)候的行程硬度這些細(xì)節(jié)問題對(duì)產(chǎn)品有很大的影響，首先在設(shè)計(jì)彈片時(shí)盡量不要太大，因?yàn)榇祟惍a(chǎn)品電流非常小，稍微有點(diǎn)接觸導(dǎo)電即可，材料盡量選擇彈性好，形狀設(shè)計(jì)方面盡可能考慮接觸面和壓力要小，避免影響蜂鳴片的自由振動(dòng)幅度。另外在PCB設(shè)計(jì)時(shí)彈片盡量放在邊緣位置，不要放在蜂鳴片的中心。

（四）：各個(gè)因素頻率諧振的匹配：

軟件部分MCU輸出頻率與發(fā)聲腔體的頻率以及蜂鳴片的頻率匹配，外殼發(fā)聲腔體放置好壓電蜂鳴片以后蓋上后蓋是有一個(gè)整體的頻率，我們稱這個(gè)頻率為無源頻率，驅(qū)動(dòng)芯片的頻率一定要與這個(gè)無源頻率是一致，這樣大家都在同一個(gè)振動(dòng)頻率上會(huì)發(fā)聲諧振，這個(gè)諧振的頻率一定是三個(gè)頻率的峰值疊加，這個(gè)時(shí)候產(chǎn)品做出來聲壓才會(huì)是最高的。