本帖最后由 haotian73102 于 2020-3-17 09:06 编辑
耳机的结构和音质评价 1937年，德国Beyerdynamic公司设计生产了世界上第一只也是第一只动圈式耳机DT48。今天耳机在社会生活的各个领域得到了广泛的应用，出现了各种类型、各种用途的耳机。动圈式耳机是当今耳机世界的主流，它比较容易实现大规模的工业化生产，有易于驱动、坚固耐用、音质好、价格低廉的优点。 我们使用的动圈式耳机通常分为耳塞和耳机，后者又被称为头戴式耳机，它们的原理、结构都是相同的，只是佩戴方式与体积不同。耳塞的振动膜面积小，承受功率有限，难以达到头戴式大耳机的声音素质，而且耳塞直接插入耳道，空间感不强，所以在高保真和专业领域中头戴式耳机占据着主导位置。耳塞则以其轻便成为便携音频设备的标准配置，高档的极品耳塞，声音是可以媲美高档耳机的，最有名望的是ETYMOTIC ER4系列，但它的价格昂贵，高达300美元。 怎样的耳机是好的耳机呢？一支佩带舒适、耐用、声音素质达到使用要求的耳机就是好耳机。下面我们谈谈耳机的结构和耳机音质的评价： 耳机的结构： 一只耳机主要由四个部分组成：头带、左右发现单元、耳罩和引线。 头带的功能是固定耳罩和左右发声单元，将其置于头的两侧，它的结构和它与单元的连接方式决定了头带和耳罩对头部的压力，影响着耳机佩带的舒适性。 耳罩是头部与发声单元接触的部件，它对于动圈式耳机是至关重要的，其功能是将低频反射回来，保证低频的重放。耳罩一般有两种样式，一种压在耳朵上，叫压耳式耳罩（supra-aural），另一种耳罩呈杯状，环绕着耳朵，叫绕耳式耳罩（circumnaural）。耳罩要尽量的柔软舒适，其内部一般填充海绵，外面蒙上皮革或绒布。耳罩使用的材料对中频和高频有吸收作用，它使耳朵与振膜形式一段距离，并在耳机和头部间形成一个腔室。大型的绕耳式耳罩内部空间大，声音可以作用于耳廊，形成较好的空间感。一只设计良好的耳机充分考虑了耳罩的作用，所以中高档耳机的耳罩是不可以损坏或随意更换的。 耳机的引线是耳机放大电路输出端与耳机音圈的连接线，优质耳机线常采用多支线芯的无氧铜（OFC）线，经过严格的绝缘屏蔽处理，杜绝铜内杂质对信号传输的影响和外界杂波的干扰。耳机线的末端是插头，有两种规格6.35mm和3.5mm，即平时所说的大小插头，6.35mm插头用于专业音频和民用音频设备，3.5mm插头用于便携设备。一般高保真耳机会提供插头转换器，保证耳机在各种设备上的使用。中高档耳机的插头是镀金的，这不是为了漂亮，主要是为了防止插头氧化影响声音，由于金光滑柔软，还可以提供尽量大的接触面积。低档耳机常用镀镍插头，这种虽然也可以防止氧化，对声音却有一定的负面影响。 耳机的发声单元是耳机设计最复杂、技术含量最高的部分。动圈耳机的工作原理与动圈扬声器相同，音频信号输入音圈后，音圈产生的电磁场随信号的变化发生变化，变化的电磁场与磁路相互作用推动音圈和振膜的运动，振膜推动空气发声。动圈耳机发声单元主要由三个部分组成：磁路系统、振动系统、腔件和孔等声学结构。 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，恒磁件的一面是平极型的极板，另一面是呈“T”形的极靴。极板和极靴间形成一个较小的环形样间隙，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，低档耳机一般采用铁氧磁体。磁路系统的设计比较复杂，像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。 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，输出声压越高；内阻尼大，在大信号下失真小。现在振膜多使用于热成型、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，在加工中的各种数控制极严格。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的材料。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的截面，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。 腔体和孔等声学结构是影响耳机性能的一个重要部分。固定磁场系统和振动系统的是一个塑料框架，如台面，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，这个控体的大小、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，一般说这个腔别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，形式一定的互馈，改善空间感（实际上真正能形式互馈的耳机并不多）。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，细节非常丰富，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。还没有所谓半开放耳机，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，达到要求的平衡。 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。 一只高档耳机的开放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。 常见的耳机参数有：阻抗、灵敏度、总谐波失真（TDH）、频率响应。阻抗是音圈的直流电阻和感抗之和，它涉及耳机与耳机放大器的匹配。灵敏度是施加于耳机上1MV的电功率时，耳机所产生的耦合于仿真耳（假人头）中的声压级，它涉及耳机的电一声转换效率。耳机的总谐波失真一般很小，在最大承受功率时THD小于等于1%，高档耳机可达0.3%—0.1%，但它不说明耳机没有其它失真和音染色。频率响应表示的是耳机可以响应的频率范围，它不能说明哪些频率的信号被衰减或提升，以及变化的量。所以这些参数只是耳机性能的一般性描述，与声音的好坏无关。
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发表于 2020-3-17 09:05:43
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