耳机的原理是什么?

大姐头-嗨娘


耳机是一种常用的“电-声”转换器件。它与话筒正好相反,话筒是“声-电”转换器件。

关于话筒的原理,我在悟空问答《话筒是什么原理呢?》和《话筒工作原理?》这两个问题里已经做了详细描述,大家有兴趣可以去看看。

今天我们说说耳机的工作原理。

耳机的种类众多,外形和用途也各不相同,但其内部结构和原理却大同小异。常见的有电磁式(动铁式)、电动式(动圈式)两类。

下面分别来了解一下。

一、电磁式耳机的结构原理

电磁式耳机的基本结构如下图所示。它主要由磁铁、线圈、铁芯、振动片、外壳组成。

振动片用导磁良好的材料制成,磁铁通过两个铁芯使其N、S两个磁极传至振动片的近处,并对振动片产生一定的吸力,使得振动片在平时略微弯曲。两个铁芯上分别绕有线圈,构成了电磁铁。当音频电流通过线圈时,电磁铁就产生交变磁场,并叠加在磁铁所产生的固定磁场上,使总磁场得到增强或减弱,于是振动片在原有磁铁吸力的基础上进一步弯曲或放松,并带动周围空气做相应的振动,从而通过出声孔发出声音。

其实,在这里即使不用磁铁,也不会影响耳机的发声,但是采用了合适的磁铁,可显著提高耳机的灵敏度,消除频率失真。

电磁式耳机的线圈有高阻抗和低阻抗两种,它的特点是结构简单、制作容易、性能可靠、灵敏度高,但其频率响应较差,音质不是很好。

二、电动式耳机的结构原理

它主要由环形磁铁、铁芯、音圈、纸盆、盆架、外壳等组成。

当音频电流通过音圈时,音圈产生的交变磁场与磁铁的恒定磁场相互作用,使音圈带动纸盆按音频频率振荡,推动空气发出声音。

由于尺寸的显示,动圈式耳机常以低阻抗形式出现。

动圈式耳机局有灵敏度高、频率特性好、低音较为丰富的特点。


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耳机发声的原理耳机目前绝大多数的都还是电动式(Electrokinetic Dynamic)或动圈式(Moving Coil)。


下面是几种常见的耳机发声的方式:


电磁式:在一个U型的磁铁的中间架设可移动的斩铁片(电枢),当电流流经线圈时电枢会受到磁化与磁铁产生吸斥的现象,并同时带动振膜的运动。 这种设计效果不佳,多用在电话筒与小型耳机上,成本低廉。


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


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彼此并不对称,为了不同的磁通量,当讯号电流通过时两个电枢会互相的推挤而运动。 与电磁是不同处是效率却非常的低,电感是可以再生较低的频率。


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


静电式:基本原理是库伦定律,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。 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。


静电单体由于质量轻且振动分散小,对低音动力效率不高,使用直流电原又非常容易聚集灰尘,但很容易得到清澈透明的中高音。


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