高保真降噪动铁耳机的设计

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1、高保真降噪动铁耳机的设计第一章绪论第一章绪论1.1课题研究背景及意义动铁式耳机是通过一个结构精密的连接棒传导到一个微型振膜的中心点，从而产生振动并发声的耳机。动铁耳机和动圈耳机在发声过程方面是不同的，动圈耳机是靠音圈在永磁场中的振动而发声，而动铁式耳机的音圈是绕在一个位于永磁场的中央被称为“平衡衔铁”的精密铁片上，通过一个结构精密的连接棒带动一个微型振膜，产生振动并发声的耳机。传统的动圈耳塞无法将整个发音单元放入耳内，而动铁式由于单元体积小，可以轻易的放入耳道，隔音效果要好于动圈耳机。动铁耳机的灵敏

2、度高，主要是动铁单元的结构几乎是个密闭的容器结构，小的电流就可以驱动，因此动铁耳机瞬态性能更好，对音乐的动态表现、瞬间细节表现、声音密度上都优于动圈耳塞。此外，动铁单元几乎都是由金属材料制造，通过高精密的模具成形的，动铁耳机的频响曲线更加稳定，使声音品质更加稳定可靠，不易改变。动铁耳机具有良好的隔音效果，极高的灵敏度即使很小的音量，音质效果也很好，在嘈杂的环境不用增加音量就可以欣赏到纯净的声音，有助于保护听力。因此动铁耳机广泛用于医疗、保健、航空、军事等领域，特别是助听器，都采用动铁耳机。目前，消费

3、电子市场上的动铁耳机无论是国产还是进口，大多采用助听器的电声转换器单元作为发声元件。由于助听器单元是根据听力障碍者的病理特性来设计的，具有高的音压输出、语音频段的增强等特点，而消费电子类的耳机注重语音频段的响应，但消费类电子的耳机，多用于欣赏音乐，要求宽频段的响应和声音品质更加稳定可靠，因此很多厂家将多个助听器单体组合成动铁耳机，在满足各个频段良好响应的同时，也导致目前动铁耳机的价格高、推广有限。耳机的发展趋势是微型化、频响特性好、抗噪性能强。以前降噪耳机应用于环境噪音非常大的场合，如生产车间、飞机

4、场、木工作坊等。随着社会科技的发展和人们生活质量的提升，在任何场合都能够欣赏高品质音乐，具有降噪功能的耳机在消费电子类耳机中逐渐推广。目前入耳式耳机利用物理降噪的原理，仅能够隔绝普通环境中的噪音，如果把声音开得太大来隔音难免会损坏耳朵的听力。可在嘈杂环境中使用的耳机目前有主动降噪耳机，其原理是通过其内部的降噪芯片，采用差减主麦克风和辅1万方数据第一章绪论高保真降噪动铁耳机的设计助麦克风的信号，达到降低或消除背景噪音的效果。降噪耳机一般是需要使用电池供电的，高端降噪耳机部分采用锂电池供电。主动降噪耳机

5、可以保护听力，没有降噪功能的耳机满足正常人听觉的音量为100dB，而降噪耳机，由于噪音的衰减，仅需80dB就可以满足正常人的听觉需求。因此推广降噪耳机对于听力的保护是非常必要的。本文将根据音质和保护听力的两方面的要求，设计一款高保真降噪动铁耳机。1.1动铁降噪耳机的国内外研究现状1.2.1国外发展现状美国公司四大动铁耳塞品牌[1]UE、音特美、威士顿、舒尔，这四个品牌占有动铁耳塞大部分市场，有着领先的研发技术，但所有这些品牌目前都是采用助听器发声单元。如图1.1是威士顿W4为四单元动铁耳机，在每个频

6、段上的性能良好，并且具有宽的频率范围。图1.1威士顿耳机图1.2UE定制耳机[1]，采用六颗助听器受话器单元，通过分频电路级联，特点是隔音能力好、佩戴舒适，佩戴方式是整个耳机贴合在耳廓上，不会长时间挤压耳廓，可将压力分散到整个耳朵。图1.2UE耳机样品2万方数据高保真降噪动铁耳机的设计第一章绪论市场上其他高端动铁耳机，通过采用助听器的发声单元，基于分频电路，同样具有很好的音质效果，成本代价高，售价不菲，导致市场普及率不高。在降低环境噪音的技术方面，目前有两种方法[2]，一种是被动降噪（也称物理降噪）

7、，对噪声源采取隔离，减震、阻尼等方式减弱噪声，主要应用于严重影响附近人群的噪声源的处理，比如高架桥、铁路沿线、锅炉房、空调房等环境的降噪，但是对于大量的、无处不在的低频轰鸣声的处理效果不佳。另一种是主动降噪（也称有源降噪），利用声音的波的特性，通过发射反向声波来抵消原声波，使之减弱或消失的方式消除噪音，降噪效率非常高，特别是对于环境噪音中大量的、无处不在的低频轰鸣声效果很好。主动降噪的原理[3]在上世纪三十年代被提出，但是主动降噪对电子元器件的性能指标要求很高。随着芯片技术的发展，上世纪八十年代美国

8、BOSE公司研究出实现方案并申请了专利。主动降噪电路以其体积小巧，携带方便，对低频轰鸣声特别有效等特性，作为个人防护用品，一面世就得到推广，早期应用于航空和军事领域，后来逐步发展到民用领域。本文设计的耳机降噪方法采用主动降噪。1.1国产动铁耳机发展现状动铁耳机的核心部件受话器主要进口于美国楼氏[4]，制造成本上普遍较高，综合其他费用，动铁耳机即使是入门级别的零售价格也较高，双单元以上的价格更高。面对高价格，厂商很难提升销售量。国内目前动圈耳塞从入门级到高端都有，民用动