耳机的工作原理是什么?

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日期:2016-6-4  阅读1038次

   耳机的工作原理是什么?

  耳机接收到电信号后,将电信号传递到发生单元,然后各种发生单元将电信号转化成机械震动,因为声音是由物体震动产生的,所以就发出了音效。

  根据发声单元的不同,可以分成如下几种:

  压电式: 通过压电陶瓷的逆压电效应。

  1、发声。在贺卡、超声波发生器中广泛存在,音效很差。

  动铁式: 电磁铁在电信号的作用下产生不同程度的磁场,电磁铁前是一个铁片,在变化的磁场的作用下产生震动。早期的电话筒用的就是这种方式,但是随着近些年技术的发展,音效提升的很好,常见于中高端耳机,并且,每个耳机中,发生单元都是多个,用来处理不同频率的声音。

  动圈式:将漆包线圈固定在振膜上,下面放置永磁铁,电信号通过漆包线时产生不同强度的磁场,因为永磁铁是固定的,所以漆包线圈带动振膜震动。大多数中低端耳机都是这样的。

  静电式:和动圈式原理相同,只不过振膜和漆包线圈换成了直接印刷在振膜上的导体材料,失真小、瞬态响应好,不过成本极高。

  相关知识:

  逆压电效应:在压电材料表面施加电场,压电材料会随着电压变化产生机械形变,这个过程电能转化为机械能。

  喇叭(扬声器)发声的原理

  喇叭目前绝大多数的都还是用传统的锥盆式单体前后运动发声,比较学术性的说法,这些喇叭叫电动式(Electrokinetic Dynamic)或动圈式(Moving Coil)。 早在一八七七年德国西门子的Erenst Vemer就获得了动圈式喇叭的专利,不过真空管迟至一九0七年才正式运用,而爱迪生最早的唱机是唱针直接带动振膜而后经号角放大发声,所以西门子的专利一直没有用上。 一九二0年美国奇异公司的Chester Rice与Edward Kerrog还有爱迪生贝尔公司的PGHokuto才首度发展出实用的动圈式喇叭,七十多年来,除了材料不断改良外,你觉得喇叭科技真的有进步吗? 下面是几种常见的喇叭发声方式:

  一、动圈式。 基本原理来自佛莱明左手定律,把一条有电流的导线与磁力线垂直的放进磁铁南北极间, 导线就会受磁力线与电流两者的互相作用而移动,在把一片振膜依附在这根道线上,随着电流变化振膜就产生前后的运动。 目前百分之九十以上的锥盆单体都是动圈式的设计。

  二、电磁式。 在一个U型的磁铁的中间架设可移动斩铁片(电枢),当电流流经线圈时电枢会受磁化与磁铁产生吸斥现象,并同时带动振膜运动。 这种设计成本低廉但效果不佳,所以多用在电话筒与小型耳机上。

  三、电感式。 与电磁式原理相近,不过电枢加倍,而磁铁上的两个音圈并不对称,当讯号电流通过时两个电枢为了不同的磁通量会互相推挤而运动。 与电磁是不同处是电感是可以再生较低的频率,不过效率却非常的低。

  四、静电式。 基本原理是库伦(Coulomb) 定律,通常是以塑胶质的膜片加上铝等电感性材料真空汽化处理,两个膜片面对面摆放,当其中一片加上正电流高压时另一片就会感应出小电流,藉由彼此互相的吸引排斥作用推动空气就能发出声音。 静电单体由于质量轻且振动分散小,所以很容易得到清澈透明的中高音,对低音动力有未逮,而且它的效率不高,使用直流电原又容易聚集灰尘。

  五、平面式。 最早由日本SONY开发出来的设计,音圈设计仍是动圈式为主题,不过将锥盆振膜改成蜂巢结构的平面振膜,因为少人空洞效应,特性较佳,但效率也偏低。

  六、丝带式。 没有传统的音圈设计,振膜是以非常薄的金属制成,电流直接流进导体使其振动发音。 由于它的振膜就是音圈,所以质量非常轻,暂能返应极佳,高频回应也很好。 不过丝带式喇叭的效率和低阻抗对扩大机一直是很大的挑战。 另一种方式是有音圈的,但把音圈直接印刷在塑胶薄片上,这样可以解决部分低阻抗的问题。

  七、号角式。 振膜推动位于号筒底部的空气而工作,因为声音传送时未被扩散所以效率非常高,但由于号角的形状与长度都会影响音色,要重播低频也不太容易,现在大多用在巨型PA系统或高音单体上。

  八、其他还有海耳博士在一九七三年发展出来的丝带式改良设计,称为海耳喇叭,理论上非常优秀,台湾使用者却很稀少。 压电式是利用钛酸等压电材料,加上电压使其伸展或收缩而发音的设计,Pioneer 曾以高聚合体改良压电式设计,用在他们的高音单体上。 离子喇叭(Ion)是利用高压放电使空气成为带电的质止,施以交流电压后这些游离的带电分子就会因振动而发声,目前只能用在高频以上的单体。 飞利浦也曾发展主动回授式喇叭(MFB),在喇叭内装有主动式回授线路,可以大幅降低失真。

  这篇文章虽然是讲喇叭的,但是原理和耳机一样。

  其中有四类,可以用于耳机,提供比较优秀的声音:

  动圈式,在喇叭和耳机里面都是主流。

  电磁式,在耳机界叫做动铁式,或叫平衡电枢式,也很多(动圈和动铁的主要差异就在于,一个是磁铁固定、线圈振动,另一个是线圈固定、受磁衔铁振动)。

  静电式。

  平面式。

  另外,上述文章未提到的还有一类,@压电式是利用陶瓷晶体的压电效应发声。所谓压电效应,就是晶体受到物理挤压的时候会产生电荷。那么反过来,将这种压电陶瓷晶体放到电场中,晶体就会产生机械应力和变形。当电流变化时,晶体持续产生变形,从而推动空气发出声音。

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