学术讨论—耳机的结构及工作原理.doc

耳机的结构及工作原理：摘要：实现了一种全集成可变带宽中频宽带低通滤波器，讨论分析了跨导放大器-电容(OTAC)连续时间型滤波器的结构、设计和具体实现，使用外部可编程电路对所设计滤波器带宽进行控制，并利用ADS软件进行电路设计和仿真验证。仿真结果表明，该滤波器带宽的可调范围为126 MHz，阻带抑制率大于35 dB，带内波纹小于05 dB，采用18 V电源，TSMC 018m CMOS工艺库仿真，功耗小于21 mW，频响曲线接近理想状态。关键词：Butte 一只耳机主要由四个部分组成：头带、左右发声单元、耳罩和引线。 头带的功能是固定左右发声单元，将其置于头的两侧，它的结构和它与单元的连接方式决定了头带和耳罩对头部的压力，影响着耳机佩带的舒适性。 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。耳罩一般有两种样式，一种压在耳朵上，叫压耳式耳罩(Supra-aural)，另一种耳罩呈杯状，环绕着耳朵，叫绕耳式耳罩(Circumnaural)。耳罩要尽量的柔软舒适，其内部一般填充海绵，外面蒙上皮革或绒布。耳罩使用的材料对中频和高频有吸收作用，它使耳朵与振膜形成一段距离，并在耳机和头部间形成一个腔室。大型的绕耳式耳罩内部空间大，声音可以作用于耳廓，形成较好的空间感。一只设计良好的耳机已经充分考虑了耳罩的作用，所以中高档耳机的耳罩是不可以损坏或随意更换的。 耳机的引线是耳机放大电路输出端与耳机音圈的连接线，优质耳机线常采用多支线芯的无氧铜(OFC)线，经过严格的绝缘和屏蔽处理，杜绝铜内杂质对信号传输的影响和外界杂波的干扰。耳机线的末端是插头，有两种规格：6.35mm和3.5mm，即平时所说的大小插头，6.35mm插头用于专业音频和民用音频设备，3.5mm插头用于便携设备。一般高保真耳机会提供插头转换器，保证耳机在各种设备上的使用。中高档耳机的插头是镀金的，这不是为了漂亮，主要是为了防止插头氧化影响声音，由于金光滑柔软，还可以提供尽量大的接触面积。低档耳机常采用镀镍插头，这样虽然也可以防止氧化，对声音却有一定的负面影响。 耳机的发声单元是耳机设计最复杂、技术含量最高的部分。动圈耳机的工作原理与动圈扬声器相同，音频信号输入音圈后，音圈产生的电磁场随信号的变化发生变化，变化的电磁场与磁路相互作用推动音圈和振膜的运动，振膜推动空气发声。动圈耳机发声单元主要由三个部分组成：磁路系统、振动系统、腔体和孔等声学结构。 磁路系统由恒磁体、极板和极靴组成，对耳机的性能和可靠性有直接的影响，恒磁体的一面是平板型的极板，另一面是呈“T”形的极靴，极板和极靴间形成一个尺寸较小的环形磁间隙，振动系统的音圈就悬挂在这个间隙内。通常高保真耳机使用的恒磁体为性能优良的钕铁磁体，较早的耳机型号有采用昂贵的钐钴磁体的，低档耳机一般采用铁氧磁体。磁路系统的设计比较复杂，象SENNHEISER HD580、HD600这样的高档耳机其磁路采用了计算机辅助设计。磁路的生产工艺也是影响其性能的一个方面。设计和制造优良的磁路系统能对振动系统进行有效的控制， 得到较高的灵敏度、较小的失真、良好的瞬态和低频。 振动系统由音圈和振膜组成。振膜是声辐射元件，推动空气振动发声，直接影响频率响应和灵敏度。它的性能主要取决于制造材料、形状和制造工艺。制造振膜的材料要求单位面积质量尽量小、机械强度高、内阻尼大。机械强度越高、质量越轻有效的频率范围越宽广、输出声压级越高；内阻尼大，在大信号下失真小。现在振膜多使用易于热成型、质量轻、刚性好的聚酯薄膜，一些公司开发出了用于振膜的新材料，比如SONY公司用从醋酸杆菌中分离得到的纤维素制造的“生物振膜”用于其高级耳机和耳塞，高频十分优异。振膜通常为圆形，中心设计为凸起的圆弧状，四周设计有加强筋，可以加强振膜的刚性并增大振膜的有效面积。有时为了气压平衡的需要，会在振膜的非振动部分加工一小孔。振膜制造对工艺要求很高，在加工中的各种差数控制极严格。 音圈是动圈耳机的振动源，耳机的大部分参数，如阻抗、灵敏度、额定功率等都与它相关。音圈的性能主要取决于所用的材料和音圈的匝数也即音圈导线的长度。音圈的材料一般是铜漆包线，高级的耳机经常采用无氧铜漆包线和铜包铝漆包线，后者具有铜漆包线的优点，但质量更轻，也有采用银作为音圈材料的。音圈的漆包线的截面大多是圆形的，也有三角形和正六边形截面，这样线间结合的更紧密，线间电容减小，音圈质量进一步降低。音圈的尺寸对耳机性能也有一定的影响。音圈是在磁间隙中振动的，其直径应保证音圈位于磁间隙的中央，在振动时不会与极板和极靴相碰。另一方面，由于磁间隙在极板表面处的磁场已不均匀，线圈在非均匀的磁场中运动就会降低电声能的转换效率，并引起耳机产生失真，所以音圈的高度要有一个恰当的选择。 腔体和孔等声学结构是影响耳机性能的一个重要部分。固定磁路系统和振动系统的是一个塑料框架，叫台面，振膜的边缘就粘合在这个框架上。这个框架要有足够的刚性，不会因为固定磁路和振动部分发生形变，而且尽量少的传递振动。磁路和振动系统后面是耳机的外壳，外壳与台面之间形成一个腔体，这个腔体的大小、形状、内部填充的阻尼材料的位置、种类、数量影响耳机的频率响应，一般说这个腔体越大越容易获得高质量、深潜的低频。 内容总结（1）耳机的结构及工作原理：摘要：实现了一种全集成可变带宽中频宽带低通滤波器，讨论分析了跨导放大器-电容(OTAC)连续时间型滤波器的结构、设计和具体实现，使用外部可编程电路对所设计滤波器带宽进行控制，并利用ADS软件进行电路设计和仿真验证（2）关键词：Butte 一只耳机主要由四个部分组成：头带、左右发声单元、耳罩和引线（3）动圈耳机发声单元主要由三个部分组成：磁路系统、振动系统、腔体和孔等声学结构