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电容啸叫

剖析其对消费电子产品音频体验的影响

在当今数字化时代,无论是通过移动设备观看精彩节目、与亲朋好友畅聊,还是在商务场景中进行沟通协作,人们都期望获得卓越的音质体验。然而,一旦音质出现瑕疵,往往会让人感到不适。其中,电容啸叫便是导致音质不佳的常见因素之一,这一现象在电子行业内已被广泛提及。

当输入信号中的纹波电流因压电效应引发电容振动时,电容便会 “啸叫”。值得注意的是,这种声学噪声并非由振动的电容直接产生,而是电容的振动致使印刷电路板(PCB)跟着振动,进而间接产生噪声。

带有一组贴片电容的印刷电路板(PCB)的视频图像及其振型的叠加(扫描式激光测振仪)

那么,该如何准确表征电容啸叫这一现象呢?对于设计工程师而言,又该如何为特定应用挑选适配的电容,并巧妙调整电路板布局,从而有效避免电容啸叫问题的出现呢?传统麦克风通常用于测量声压级(SPL),但它的空间分辨率较低,难以精准定位问题根源,也就是无法确定究竟是哪个电容导致了 PCB 产生啸叫。要知道,电容啸叫时的振动幅值极其微小,哪怕是亚纳米级别的位移,也足以使 PCB 产生较高的振动水平,进而对消费者的音频体验造成不良影响。

工作变形揭示关键频率

在解决电容啸叫问题的过程中,Polytec 的激光多普勒测振仪(LDV)发挥着关键作用。激光测振仪属于光学传感器,它借助激光,能够精准检测物体表面极其细微的运动,甚至可以分辨低至皮米级别的振动。

LDV 就如同超高灵敏度的光学麦克风,其发射的激光光斑尺寸比电容小几个数量级。PSV 扫描式激光测振仪的扫描头配备了智能摆镜,借助这一设计,产品开发工程师能够迅速、精确地对 PCB 及其组件进行特性分析。
 

PSV 扫描式激光测振仪的垂直测试装置,用于优化小型部件
二维扫描显示了 PCB 上的均方根(RMS)分布
全场扫描能直观呈现振动热点

通过对振动数据的深入分析,不仅可以用于验证仿真模型的准确性,还能在出现问题时进行高效的故障排查,为提升电子产品的音频质量提供有力支持。

这段动画生动呈现了在印刷电路板(PCB)上开展高密度振动扫描的典型案例。通过这些数据,可以分析印刷电路板与电容器之间的振动响应关系,并识别出啸叫的电容器。。Polytec激光测振仪,堪称开发工程师工具储备中的 “重器”,极具价值。其应用范围极为广泛,不仅在消费电子领域大显身手,在航空航天、汽车制造、医疗产业,以及超声换能器和MEMS的研发进程中,也都发挥着不可或缺的作用 

Images courtesy: Images courtesy of the authors unless otherwise specified. Cover image: Photograph: Jacob Lund/shutterstock.com & Waves: Kryshtofor Volodymyr

Our Authors

Vikrant Palan Ph.D.
Polytec Inc., USA
info@polytec.com
Kilian Shambaugh
Measurement Services, Polytec Inc., USA
info@polytec.com

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