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    耳机的基本类型及工作原理探索

    帖子创建时间:  2015年10月16日 15:20 评论:4 浏览: 414 投稿

        耳机是一种通过电声转换原理,将音源输出的电信号转为人耳能听到的声音的音响产品。从耳机的发展历史来看,最早是在1924年由德国科学家Eugen Beyer将电动换能器技术应用在头戴式小型扬声器上,经过技术的不断发展与成熟最终形成了今日的耳机

     

        1924年,动圈式耳机之父Eugen Beyer的研发团队在近百年的发展史中,拥有众多经典的耳机之作,其中首款性能指标达到高保真标准的是诞生于1937年的Beyerdynamic DT48头戴式耳机,频响范围达到了16Hz-20kHz,而升级版DT48S更是全球首款立体声耳机,代表着耳机进入高保真时代。经过多年的发展与推进,消费级别的耳机从性能与表现形式都发生了众多改变。

         经典动圈式耳机之作Beyerdynamic DT48

    耳机的分类有很多种,最基本的可以按照佩戴方式与体积划分为头戴式、贴耳式、挂耳式与入耳式等多种类型,如果按照工作特性来区分则可以分为动圈式、静电式、平面振膜式等,若是按照开放程度来分则为开放式、半开放式与密闭式。这几年随着耳机技术的深入发展,还出现了主动降噪耳机与无线耳机,大大增强了耳机在户外环境下的适应能力。
         本次专题主要以佩戴方式与体积进行分类探讨,再对每一类耳机进行细分,包揽动圈、静电、平面振膜与动铁式耳机,同时还将讨论主动降噪耳机与无线耳机。
         动圈、静电与平面振膜类工作原理分析

         目前,绝大部分头戴式耳机都采用动圈式的电声转换工作原理。动圈式作为最早运用在耳机上的电声转换方式,其原理与常规的音箱系统相近,结构上振膜与处于永磁场中的圆柱体状线圈相连,线圈在信号的电流驱动下带动振膜发声。动圈式耳机的工作效率较高,理论上振膜也就是驱动单元的尺寸越大,性能就越出色。

        

        动圈式耳机的驱动单元设计与振膜用料是影响音质的关键因素

    而动圈式耳机与普通音箱在振膜结构上有一定的不同。音箱扬声器的振膜边缘一般固定在弹性介质上,形状多为圆锥形,由弹性介质提供振动的动力。对于动圈式耳机,振膜边缘直接固定在驱动单元的框架上,振动的来源完全由振膜本身材质的伸展和收缩来提供,因此,动圈式耳机驱动单元振膜的材质选择和形状设计对于声音的表现有着直接的关系。不少品牌,如Sennheiser、SONY、SHURE等都有独特的驱动单元设计与振膜用料,以确保优秀的声音输出。另外,研发更高磁通量的永磁体则是另一种有效的方法,例如,BEYERDYNAMIC特斯拉系列就拥有1特斯拉的高磁通量。

        静电耳机振膜非常轻薄,能够带来速度更快、瞬态响应更好与细节感更突出的声音

    至于静电式,由于制造技术含量与成本较高,静电耳机的价格往往在万元以上。静电耳机的工作原理不同于动圈耳机,主要是振膜由高直流电压极化,并处于由两块固定的金属板变化形成的静电场中,在电场力的驱动下带动振膜发声。由于静电耳机需要将音频信号转化为数百伏的电压信号,因此必须使用特殊的放大器才能驱动。
        静电耳机的结构相对于动圈耳机有着先天优势,其中最为关键的是振膜非常轻薄,仅为动圈耳机振膜的1/10左右。这种更轻更薄的振膜能够带来速度更快、瞬态响应更好与表现更细腻的声音。另外,动圈耳机的振膜由于结构上的限制,总会存在分割振动的问题,影响三频的均匀性。而静电耳机的振膜是固定在平行固定极板之间,受到的电场是完全均匀的,可实现线性驱动。

        

        平面振膜耳机与静电耳机都能实现线性振膜运动,同时低频表现更为出众而平面振膜耳机又可称为等磁式耳机,工作原理上有别于动圈和静电耳机,与平面振膜扬声器甚为相近,主要是将平面音圈嵌入轻薄的振膜里。磁体集中在振膜的一侧或两侧,振膜在其形成的磁场中振动。平面振膜耳机与静电耳机都能实现线性振膜运动,不会出现分割振动问题。平面振膜耳机还能承受更大的输入功率,大声压下的失真更低,只是工作效率与灵敏度也较低,往往需要大功率和大电流输出的耳放来配合。此外,体积和重量较大,并不利于长时间佩戴。

          开放、半开放与密闭式耳机的特点

          根据声音开放方式的不同,耳机的声音表现也会有不同的特点。对于开放式耳机而言,声音会传到外界,音场表现较宽,高中低三频的均衡度高,音色中性而自然。不过降噪性能较差,而且对低频的损失也较大。
        密闭式可以完整遮蔽整个耳廓,耳罩完全没有空洞,能防止声音的外泄以及阻止外界声音的影响。密闭式耳机的声音细节丰富,但音场较窄。而半开放式的优缺点皆介于封闭式和开放式两种耳机之间,具备一定的降噪能力之余,也可以带来不错的音场与细节表现。

         

         开放式与密闭式耳机是目前的主流,两种结构的声音特性更有不同

         耳机的主要相关参数
         随着耳机技术的发展,目前越来越多的耳机都能达到国际电工委员会IEC581-10高保真耳机的标准。具体的标准为:耳机的频率响应不窄于50Hz到12.5kHz,典型频率响应的允许误差为±3dB;立体声耳机的两个发声体的频率响应曲线对应于每个倍频程带宽的平均声压级之差不得大于2dB;100-5000Hz范围内,声压级为94dB时谐波失真不超过1%,10 0 dB时不超过3%。因此,耳机与音箱相比最大的优势在于细节的重现更好。

     

     

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