人机工程学对耳机设计的优化

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1、人机工程学课程论文人机工程学对耳机设计的优化摘要人机工程学是一门专门研究人体及身心与外界事物联系的技术学科。该学科的发展已经有60多年历史，在其自身的发展过程中，逐步打破了与之相关学科间的界限，形成了一门研究和应用范围都极为广泛的综合性交叉学科。其根本研究方向是通过揭示人一机一环境之间相互关系的规律，最大限度地适合人类的形态，生理和心理特性，以求达到人一机一环境系统总体性能的最优化的目的。本文的研究基于目前人们对音乐的热爱，随处我们都可以看见人们戴着耳机听着音乐，在大学里更是普遍，许多大学生边听着音乐边学习，或者做其他的事情，我们已经不能离开没有音乐的

2、生活，但是长期戴着耳机会对人的耳朵造成伤害，在一些戴耳机听音乐的青年人中听力减退的情况已越来越多。而且耳机戴久了会特别不舒服，出现头疼等症状。这是因为人戴上耳机后，外耳道口即被耳机紧紧堵塞住。高音量的音频声压会直接进入耳内而损伤听力，造成不可恢复的听力损害。长期用耳机听音乐，听觉就会出现疲劳、损伤，引起听力减退，人体就会出现烦躁不安、头晕、失眠、记忆力减退、注意力不集中、思维反应迟钝、异常心理障碍等情况，对身体健康十分有害如果不戴耳机听音乐，又会对他人造成干扰，故本文对耳机进行分析和改进，让人能享受音乐的美感的同时减少对耳朵的伤害。关键词：人机工程学耳

3、机健康优化改进一、耳机的概述耳机根据其换能方式分类，主要有：动圈方式、动铁方式、静电式和等磁式。从结构上功能方式进行分类，可分为半开放式和封闭式；从佩带形式上分类则有耳塞式，挂耳式，入耳式和头戴式；从佩戴人数上分类则有单人耳机和多人耳机；从音源上区别，可以分为有源耳机和无源耳机；有源耳机也常被称为插卡耳机。图1-1一、听觉机能及其特征1.人的听觉系统人耳的基本结构如图1-2所示，外界的声波通过外耳道传到鼓膜，引起鼓膜振动，然后经杠杆系统的传递，引起耳蜗中淋巴液及其底膜的振动，使基底膜表面的科蒂式器中的毛细胞产生兴奋。机械能形式的声波就在此处转变为听神经

4、纤维上的神经冲动，并以神经冲动的不同频率和组合形式对声音信息进行编码，然后被传送到大脑皮层听觉中枢，从而产生听觉。（a）人耳的基本结构（b）耳蜗2.人听觉的特性频率相应：对于具有正常听力的青少年来说（年龄在12~25岁之间）能够觉察到的频率范围大约是16~20000Hz。而一般人的最佳听闻频率范围是20~20000Hz动态范围：可听声取决于声音的频率外，还取决于声音的强度。听觉的声强动态范围可用下列比值表示：/正好能听见的声强(1)听阀在最佳的听闻频率范围内，一个听力正常的人刚刚能听到的正弦式纯音的最低声强Imin，称为相应频率下的“听阀值”。可根据各

5、个频率f与最低声强Imin绘出标准听阀曲线，如图1-3图1-3该曲线可以得出以下结论：①在800-1500Hz这段频率范围内，听阀无明显变化；②低于800Hz时，可听响度随着频率的降低而明显减小。例如，在400Hz时，只有在1000Hz时测得的“标准灵敏度”的1/10；在90Hz时，只有“标准灵敏度”的1/10000;而在40Hz时，只有“标准灵敏度”的1/1000000；③在3000-4000Hz之间达到最大的听觉灵敏度，在该频率范围内，灵敏度高达标准值的10倍；④超过6000Hz时，灵敏度再次下降，大约在17000Hz时，减至标准值的1/10。(1

6、)痛阀对于感受给定各频率的正弦式纯音，开始产生疼痛感的极限声强Imax，称为相应频率的“痛阀值”，如图1-3(2)听觉区域图1-3还绘出了由听阀与痛阀两条曲线所包围的“听觉区”（影线部分）三、耳机在人机工程学上的应用与优化设计1.耳机的频率响应对于具有正常听力的青少年来说（年龄在12~25岁之间）能够觉察到的频率范围大约是16~20000Hz。而一般人的最佳听闻频率范围是20~20000Hz，可见人耳能听闻的频率比为：fmax/fmin=1﹕1000，人到25岁左右时，开始对15000Hz以上频率的灵敏度显著降低，当频率高于15000Hz时，听阈开始向

7、下移动，而且随着年龄的增长，频率感受上限逐年连续降低。但是对于f<1000Hz的低频率范围，听觉灵敏度几乎不受年龄的影响，见下图。因此听觉的频率响应特性对听觉传示装置的设计是很重要的。为了满足人的频率需求，耳机在设计时使其能够重放的频带相当宽，一般的耳机为20~20000Hz，优秀的已经可以达到5Hz-40000Hz。2.耳罩与耳塞的结构特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。根据人耳的外部形状，耳罩一般被设计成两种样式，一种压在耳朵上，叫压耳式耳罩（如下图1-4），这种耳罩在调整头带长

8、度时要注意：头带短，对头顶的压力大，耳罩对头的压力就小，头带长时相反，三点的压力要取得平衡才是