Page 68 - 《应用声学》2019年第6期

970 2019 年 11 月

0 引言

随着手机、Pad 等电子消费产品外观造型越来
越轻薄，基于全面屏设计的产品也越来越普及，随
之而来对传统扬声器也提出了更高要求。但是，轻
薄化的扬声器在音质、工艺、可靠性等方面存在诸
多问题。因此，解决全面屏产品声学痛点有两条路 (a) ࠵ዛMIX۳̆PZTᄊࡖ࣫ԧܦ
径，一条是基于常规扬声器的设计，采用更好的振
膜、更合理的腔体来实现更好的音质；另一条是基
于平板振动原理，采用屏幕振动的方式来实现发声
(事实上也可以采用中框振动的方式，但一般统称为
屏幕发声)。
手 机 上 首 次 运 用 屏 幕 发 声 技 术 的 是 小 米
MIX(2016 年 11 月发布)，它采用压电陶瓷 (PZT) (b) VIVO NEX۳̆EMAᄊࡖ࣫ԧܦ
与悬臂梁结构，将压电单元粘贴在悬臂上，压 图 1 两款屏幕发声手机
电单元的振动通过悬臂传导至中框，从而使中 Fig. 1 Two kinds of mobile phone adopting screen
框振动发声。而第一款基于电磁激励器 (Electro- sound technology
magnetic actuator, EMA) 技术的屏幕发声手机是
VIVO NEX (2018 年 6 月发布)，它通过在受话器 PZT 小巧轻薄，但需要高压驱动且对低频信号
(Receiver, RCV) 位置处粘贴 EMA，直接带动中框 响应不足。从用户体验效果看，基于 PZT 的屏幕发
振动发声。两款手机内部的屏幕发声组件如图 1 声手机普遍存在声音尖、音质差的缺陷，因此业界
所示。 多倾向于EMA方案，相应的手机架构如图2所示。

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图 2 EMA 屏幕发声系统框图
Fig. 2 System architecture of EMA screen sound

EMA 单体为 “动磁式” 原理，通常由密闭铁壳、 类比模型与某手机实测数据；最后简要归纳 EMA
音圈、弹簧和带磁性的质量块等部件组成，其中质 屏幕发声方案设计指南以及进一步的研究方向。
量块与弹簧构成复合振子。将 EMA 通过胶水或螺
钉固定于手机屏幕下方，对音圈输入交流电信号，则 1 平板振动
音圈产生交变磁场并与磁性质量块相互作用，引起
复合振子振动，复合振子再带动屏幕、中框、外壳 1.1 四边简支平板的自由振动
等部件振动，从而推动空气发出声音，故称为“屏幕 手机 屏幕 宽度 通 常 为 60∼80 mm， 长 度 为
发声”。 120∼160 mm，厚度为 0.8∼1 mm。因此，可以将
本文主要分析 EMA 屏幕发声方案的技术原 手机屏幕近似看成一块薄板，其厚度方向应力为常
理，通过平板弯曲振动、平板声辐射、EMA阵列驱动 数，以简化板振动方程的推导。因为屏幕为矩形，
等模型，推导出 EMA 屏幕发声原理及简化的力电 所以取直角坐标系，则自由振动状态下的平板方程