淺談如何做好FindMy系列商品的聲壓效果

近年來Find My一類的追蹤定位防丟系列商品在蘋果AirTag的帶動下逐漸受到歐美西方國家消費者的青睐，因此國內開發和生產此類商品的公司也日益增多。那麽如何做好這類商品，以及影響這些商品的聲音高低因素又有哪些呢,我們憑借對該系列商品的了解程度，從聲壓的角度做一下簡單的歸納：

（一）目前市面上的商品除了AirTag是使用的喇叭以外其他幾乎所有的商品采用的都是壓電蜂鳴片或者電磁式蜂鳴器作爲負載發聲：

那麽采用壓電蜂鳴片與電磁式蜂鳴器作爲發聲負載有什麽區別呢？具體歸納如下：

1） 采用壓電蜂鳴片作爲發聲負載所需要的驅動電流很小，只有幾個Ma，功耗很低，對使用紐扣電池作爲供電電源的商品待機時間的優勢就明顯的顯現出來了。而采用電磁式蜂鳴器作爲發聲負載驅動電流很大，幾十甚至100多Ma，功耗特別大，待機時間明顯短很多。紐扣電池根本就輸不了出來那麽大的電流，瞬間電流會直接把電池給拉沒電。

2） 壓電蜂鳴片的厚度薄，與外殼配合，可實現商品的輕、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。 

壓電蜂鳴片的制造工藝是基于多層陶瓷高低溫共燒技術，利用壓電陶瓷的逆壓電效應,通過施加交變驅動信號，壓電陶瓷片產生伸展和收縮，帶動金屬片產生整體振動，從而推動空氣諧振發聲。

      振動壓電蜂鳴片                        交變驅動信號

但是，采用壓電蜂鳴片作爲發聲負載比較采用電磁式蜂鳴器來講在結構設計上需要比較專業的知識，才能將發聲的效率最大化（俗稱聲壓）。那麽根據聲學知識來講對于壓電蜂鳴片影響聲壓的主要因素有以下幾個方面：

1）：發聲腔體的設計（包括開孔尺寸）、

2）：壓電蜂鳴片的自由諧振頻率、

3）：驅動信號頻率、

4）：驅動電壓

這四大要素等對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（達到諧振），發聲效率最佳； 在驅動電壓相同的情況下，以諧振頻率驅動，聲壓最大。前面三個要素達到要求以後，采用我們的多倍壓驅動芯片DC009等芯片來提高蜂鳴器的驅動電壓，驅動電壓越高，聲壓越大（有飽和值）。聲壓與壓電蜂鳴片的尺寸也有較大關系，尺寸越大，振動的幅度越大，聲壓也會越高。

（二）商品外殼發聲腔體結構的設計：

因單獨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，外加交變電壓驅動時，輸出聲壓僅50db/10cm左右，根本無法滿足實際使用要求。所以必須給蜂鳴片匹配一個助聲腔，將壓電蜂鳴片的聲壓擴大（形成一個完整的發聲腔體）。

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是發音孔的半徑，a2是助聲腔的內部半徑，L2助聲腔的內部深度，L1是助聲腔發音孔的壁厚，K爲長度L1的修正量，常見有K=1.5  K=1.3  K=0.85  不同廠家給出數值有所不同

當交變電壓的驅動頻率與發聲腔體（蜂鳴片+助聲腔）的諧振頻率一致時f0形成一個單峰值，此時的聲壓達到最大，通常可以達到80-120db/10cm。

外殼發聲腔體的設計對聲壓影響很大，發聲腔體設計的好壞對聲壓的影響可以有10-20db的差距，發聲腔體根據所選壓電蜂鳴片的大小設計的時候需要注意如下細節：

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

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

3）：如果有發聲孔的，一般建議發聲孔稍微開大一點，不能太小，直徑建議最小0.8以上。（三）這裏還要說一下对于和蜂鳴片接觸的彈片的細節問題：

彈片材料的選擇以及接觸時候的行程硬度這些細節問題對商品有很大的影響，首先在設計彈片時盡量不要太大，因爲此類商品電流非常小，稍微有點接觸導電即可，材料盡量選擇彈性好，形狀設計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幅度。另外在PCB設計時彈片盡量放在邊緣位置，不要放在蜂鳴片的中心。

（四）：各個因素頻率諧振的匹配：

軟件部分MCU輸出頻率與發聲腔體的頻率以及蜂鳴片的頻率匹配，外殼發聲腔體放置好壓電蜂鳴片以後盖上後盖是有一個整體的頻率，我們稱這個頻率爲無源頻率，驅動芯片的頻率一定要與這個無源頻率是一致，這樣大家都在同一個振動頻率上會發聲諧振，這個諧振的頻率一定是三個頻率的峰值叠加，這個時候商品做出來聲壓才會是最高的。