耳机设计技术概要

    耳机的结构主要是由四部分组成：磁路系统、震动系统、腔体声学系统、线材系统

    1，磁路系统：目前市面上的主要是动圈式耳机，它的驱动单元基本上就是一只小型的动圈扬声器，由处于永磁场中的音圈驱动与之相连的振膜振动，磁路系统由恒磁体、极板和极靴组成，对耳机的性能和可靠性有直接的影响，恒磁体的一面是平板型的极板，另一面是呈“T”形的极靴，极板和极靴间形成一个尺寸较小的环形磁间隙，振动系统的音圈就悬挂在这个间隙内。通常高保真耳机使用的恒磁体为性能优良的钕铁磁体，较早的耳机型号有采用昂贵的钐钴磁体的，低档耳机一般采用铁氧磁体。磁路系统的设计比较复杂，象SENNHEISER HD580、HD600这样的高档耳机其磁路采用了计算机辅助设计。磁路的生产工艺也是影响其性能的一个方面。设计和制造优良的磁路系统能对振动系统进行有效的控制，得到较高的灵敏度、较小的失真、良好的瞬态和低频。

    2，振动系统由音圈和振膜组成。振膜是声辐射元件，推动空气振动发声，直接影响频率响应和灵敏度。它的性能主要取决于制造材料、形状和制造工艺。制造振膜的材料要求单位面积质量尽量小、机械强度高、内阻尼大。机械强度越高、质量越轻有效的频率范围越宽广、输出声压级越高；内阻尼大，在大信号下失真小。现在振膜多使用易于热成型、质量轻、刚性好的聚酯薄膜，一些公司开发出了用于振膜的新材料，比如SONY公司用从醋酸杆菌中分离得到的纤维素制造的“生物振膜”用于其高级耳机和耳塞，高频十分优异。振膜通常为圆形，中心设计为凸起的圆弧状，四周设计有加强筋，可以加强振膜的刚性并增大振膜的有效面积。有时为了气压平衡的需要，会在振膜的非振动部分加工一小孔。振膜制造对工艺要求很高，在加工中的各种差数控制极严格。

    3，音圈是动圈耳机的振动源，耳机的大部分参数，如阻抗、灵敏度、额定功率等都与它相关。音圈的性能主要取决于所用的材料和音圈的匝数也即音圈导线的长度。音圈的材料一般是铜漆包线，高级的耳机经常采用无氧铜漆包线和铜包铝漆包线，后者具有铜漆包线的优点，但质量更轻，也有采用银作为音圈材料的。音圈的漆包线的截面大多是圆形的，也有三角形和正六边形截面，这样线间结合的更紧密，线间电容减小，音圈质量进一步降低。音圈的尺寸对耳机性能也有一定的影响。音圈是在磁间隙中振动的，其直径应保证音圈位于磁间隙的中央，在振动时不会与极板和极靴相碰。另一方面，由于磁间隙在极板表面处的磁场已不均匀，线圈在非均匀的磁场中运动就会降低电－声能的转换效率，并引起耳机产生失真，所以音圈的高度要有一个恰当的选择。

    4，腔体和孔等声学结构是影响耳机性能的一个重要部分。固定磁路系统和振动系统的是一个塑料框架，叫台面，振膜的边缘就粘合在这个框架上。这个框架要有足够的刚性，不会因为固定磁路和振动部分发生形变，而且尽量少的传递振动。磁路和振动系统后面是耳机的外壳，外壳与台面之间形成一个腔体，这个腔体的大小、形状、内部填充的阻尼材料的位置、种类、数量影响耳机的频率响应，一般说这个腔体越大越容易获得高质量、深潜的低频。

      耳机外壳有两类，一类带有孔或格栅与外界相通，振膜向后面辐射的声波可以直接辐射到外界，这样的耳机称作开放式耳机。它的耳垫可以是绕耳式或压耳式的，其声音自然、无压迫感、低频准确。开放式耳机质量较轻、佩带舒适。由于外壳是开放的，内外的声音可以出入耳机，如果开放的程度很高，就可以听到另一侧单元发出的声音，形成一定的互馈，改善空间感（实际上真正能形成互馈的耳机并不多）。耳机外壳如果是对外界封闭的就称为封闭式耳机，它的耳垫紧密的罩住或压住耳朵，可以隔绝部分外部噪音，这种耳机的耳垫大多为绕耳式，声音外泄的很少或根本不泄漏，在专业监听领域中使用的较多。一般来说封闭式耳机声音非常清晰，细节丰富，低频响应好，但有可能会过多过重，或有压迫感，对大多数人来说没有开放式耳机听感舒适。还有所谓半开放耳机，它的外壳是开放式的，通过特别设计的结构或在一定位置填充阻尼物，使外界的声音可以选择性的进入耳机，获得开放式耳机的听感，声音外泄很少，类似封闭式耳机。耳机的外壳要坚固耐磨，不易发生形变、尽量少的传递振动。封闭式耳机的外壳如果是规则的半圆形，且内壁光滑，某个频率的声波就会在腔体中多次反射形成有害的谐振，造成低频延伸不良，轰响。所以在设计耳机外壳时形状一般是不完全规则的，并配合阻尼材料的使用，将谐振降低至人耳的听域之外。

       振膜前面是耳机的前罩，这个前罩能起到保护娇嫩的振膜的作用，前罩上有声音通过的孔，使用不同材料、形状和孔径的前罩可以调整耳机的频率响应，达到要的求平衡。

      从上面的叙述我们可以看出，磁路系统和振动系统决定了耳机大部分参数和性能，外壳、外罩的设计起到了保证耳机正常工作和调整频率响应的作用，实际在耳机的声学结构上很小的一点变化都会影响耳机的测试性能，并有可能带来听感的改变。

      一只高档耳机的开发需要进行大量的研究，试用各种材料，探讨不同结构的优劣，使用先进的仪器设备进行测试，同时融入开发者对音乐的理解，其难度和投入不亚于一只顶级音箱的开发。它的生产也对工艺、设备提出了很高的要求，所以虽然耳机品牌和型号众多，真正称的上顶级的屈指可数。

（本文源自网络）

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