耳机的工作原理是什么？

地震后痛 · 发表于 2010-6-23 13:54:30

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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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