浅谈如何做好FindMy系列产品的声压效果

近年来Find My一类的追踪定位防丢系列产品在苹果AirTag的带动下逐渐受到欧美西方国家消费者的青睐，因此国内开发和生产此类产品的公司也日益增多。那么如何做好这类产品，以及影响这些产品的声音高低因素又有哪些呢,我们凭借对该系列产品的了解程度，从声压的角度做一下简单的归纳：

（一）目前市面上的产品除了AirTag是使用的喇叭以外其他几乎所有的产品采用的都是压电蜂鸣片或者电磁式蜂鸣器作为负载发声：

那么采用压电蜂鸣片与电磁式蜂鸣器作为发声负载有什么区别呢？具体归纳如下：

1） 采用压电蜂鸣片作为发声负载所需要的驱动电流很小，只有几个Ma，功耗很低，对使用纽扣电池作为供电电源的产品待机时间的优势就明显的显现出来了。而采用电磁式蜂鸣器作为发声负载驱动电流很大，几十甚至100多Ma，功耗特别大，待机时间明显短很多。纽扣电池根本就输不了出来那么大的电流，瞬间电流会直接把电池给拉没电。

2） 压电蜂鸣片的厚度薄，与外壳配合，可实现产品的轻、薄、微小型化等要求。

3） 压电蜂鸣片的高频音色清脆、明亮、通透感和冲击感更强。 

压电蜂鸣片的制造工艺是基于多层陶瓷高低温共烧技术，利用压电陶瓷的逆压电效应,通过施加交变驱动信号，压电陶瓷片产生伸展和收缩，带动金属片产生整体振动，从而推动空气谐振发声。

      振动压电蜂鸣片                        交变驱动信号

但是，采用压电蜂鸣片作为发声负载比较采用电磁式蜂鸣器来讲在结构设计上需要比较专业的知识，才能将发声的效率最大化（俗称声压）。那么根据声学知识来讲对于压电蜂鸣片影响声压的主要因素有以下几个方面：

1）：发声腔体的设计（包括开孔尺寸）、

2）：压电蜂鸣片的自由谐振频率、

3）：驱动信号频率、

4）：驱动电压

这四大要素等对声压的高低都有很大的影响，通俗的讲就是将压电蜂鸣片频率和外壳的腔体频率做到重合（达到谐振），发声效率最佳； 在驱动电压相同的情况下，以谐振频率驱动，声压最大。前面三个要素达到要求以后，采用我们的多倍压驱动芯片DC009等芯片来提高蜂鸣器的驱动电压，驱动电压越高，声压越大（有饱和值）。声压与压电蜂鸣片的尺寸也有较大关系，尺寸越大，振动的幅度越大，声压也会越高。

（二）产品外壳发声腔体结构的设计：

因单独的压电陶瓷蜂鸣片与空气的声阻抗不匹配，所以无支撑的蜂鸣片，外加交变电压驱动时，输出声压仅50db/10cm左右，根本无法满足实际使用要求。所以必须给蜂鸣片匹配一个助声腔，将压电蜂鸣片的声压扩大（形成一个完整的发声腔体）。

压电助声腔模型

蜂鸣器的谐振频率f0，常用公式表示

其中C是压电蜂鸣片的声速，a1是发音孔的半径，a2是助声腔的内部半径，L2助声腔的内部深度，L1是助声腔发音孔的壁厚，K为长度L1的修正量，常见有K=1.5  K=1.3  K=0.85  不同厂家给出数值有所不同

当交变电压的驱动频率与发声腔体（蜂鸣片+助声腔）的谐振频率一致时f0形成一个单峰值，此时的声压达到最大，通常可以达到80-120db/10cm。

外壳发声腔体的设计对声压影响很大，发声腔体设计的好坏对声压的影响可以有10-20db的差距，发声腔体根据所选压电蜂鸣片的大小设计的时候需要注意如下细节：

1）：在结构允许的前提下压电蜂鸣片与外壳内壁预留的空间越高越好，一般建议最小0.5mm以上，以保障一定的助声腔体的体积。

2）：放置压电片的台阶的宽度我们建议0.8-1.2mm之间，太宽会减小压电片的振动空间，从而影响声压高低，而且台阶的界面要平整，不建议做圆弧以及倒角之类的，影响气密性。

3）：如果有发声孔的，一般建议发声孔稍微开大一点，不能太小，直径建议最小0.8以上。（三）这里还要说一下关于和蜂鸣片接触的弹片的细节问题：

弹片材料的选择以及接触时候的行程硬度这些细节问题对产品有很大的影响，首先在设计弹片时尽量不要太大，因为此类产品电流非常小，稍微有点接触导电即可，材料尽量选择弹性好，形状设计方面尽可能考虑接触面和压力要小，避免影响蜂鸣片的自由振动幅度。另外在PCB设计时弹片尽量放在边缘位置，不要放在蜂鸣片的中心。

（四）：各个因素频率谐振的匹配：

软件部分MCU输出频率与发声腔体的频率以及蜂鸣片的频率匹配，外壳发声腔体放置好压电蜂鸣片以后盖上后盖是有一个整体的频率，我们称这个频率为无源频率，驱动芯片的频率一定要与这个无源频率是一致，这样大家都在同一个振动频率上会发声谐振，这个谐振的频率一定是三个频率的峰值叠加，这个时候产品做出来声压才会是最高的。