耳机喇叭的结构设计

耳机喇叭的结构设计

作者：周磊

来源：《信息技术时代·下旬刊》2018年第01期

摘要：随着科学技术的进步，耳机的设计制造得到了长足的发展。然而耳机知名品牌都是国外品牌，如德国的Beyerdynamic（拜亚动力）和Sennheiser（森海塞尔），美国的Beats （节拍）和Bose（博士），奥地利的AKG（爱科技）；中国的耳机制造企业还处于萌芽发展阶段，如Merry（美特科技）和欧仕达（AST），相信不久的将来，它们也会像华为一样发展壮大，走出国门，走向世界。

关键词：耳机；喇叭；结构设计

随着中国城市化进程的加快，越来越多的人们选择通过户外运动方式来缓解面临的各种压力，各种各样的运动耳机也越来越被人们所使用。下文讲解运动耳机中最重要的部件-喇叭，以及和喇叭相配合机构件的设计。

一、耳机的分类

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。

1. 动圈式耳机是最普通、最常见的耳机，它的驱动单元基本上就是一只小型的动圈扬声器，由处于永磁场中的音圈驱动与之相连的振膜振动。动圈式耳机效率比较高，大多可为音响上的耳机输出驱动，且可靠耐用。通常而言驱动单元的直径越大，耳机的性能越出色，目前在消费级耳机中驱动单元最大直径为70mm，一般为旗舰级耳罩式耳机。

2.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。动铁式耳机由于单元体积小得多，所以可以轻易的放入耳道。这样的做法有效地降低了入耳部分的面积可以放入更深的耳道部分

3.静电耳机有轻而薄的振膜，由高直流电压极化，极化所需的电能由交流电转化，也有电池供电的。振膜悬挂在由两块固定的金属板（定子）形成的静电场中，静电耳机必须使用特殊的放大器将音频信号转化为数百伏的电压信号，驱动，所能到达的声压级也没有动圈式耳机大，但它的反应速度快，能够重放各种微小的细节，失真极低。

二、喇叭的工作原理及结构

喇叭的工作原理：是由磁铁构成的磁间隙内的音圈在电流流动时，产生上下方向的推动力使振动体（振动膜）振动，从而振动空气，使声音传播出去，完成了电-声转换。喇叭实际上是一个电声换能器。

喇叭的基本结构图如下：

三、喇叭型号的选择

动圈式扬声器是价格最便宜，技术最成熟，应用最广的扬声器，下面以一款直径

Ø9.2mm，高度3.4mm的扬声器为例，介绍其形状。

一款新的耳机项目开始时，声学工程师根据客户给出的声学要求和可靠性测试要求，挑选出合适的喇叭；然后把喇叭的3D和外观尺寸给到机构工程师，机构工程师根据客户给的ID，然后计算出是否有足够的空间摆放此喇叭，并保证机构部品的强度和满足可靠性测试的需求。如果空间不够，还需和客户需求是否可以增大产品的尺寸。如果客户不同意，机构工程师根据客户的ID给出喇叭的最大外形尺寸，声学工程师根据喇叭的最大外形尺寸，重新挑选合适的喇叭型号。一个耳机项目的顺利开展，需要机构工程师，声学工程师，电子工程师反反复复的商量沟通，才能选择最优的方案进行。

四、耳机音腔的设计规范

耳机的声腔设计主要包括防尘网，出音孔，前音腔，后音腔，密封性五个方面，每部分的作用和设计都有所不同。

防尘网作用是防尘和削弱低峰峰值；出音孔的作用就是出声，出音孔面积影响高频截止频率，中低频的灵敏度，出音孔面积过大导致高频噪音过多，过小可能導致声音变小。

前音腔是让声音产生一个高频段的截止频率，并产生一个高频峰，并修正高频噪声，好的前腔可提高中频，减小高频噪声，降低高频段延伸，提高声音转换效率。

后音腔的设计很重要，直接影响音质的好坏和大小，主要是防止扬声器中低频的声短路，使低频声音有利，让人感觉声音圆润。

后音腔容积要求尽可能的大，根据喇叭的直径，推荐后腔容积如下表：

五、案例分析

耳机头部主要由喇叭前壳，喇叭后壳，喇叭，防尘网，前后腔网布，耳塞等组成。

下面根据客户的ID，我们来计算喇叭的最大尺寸外径。如下图，喇叭前壳的最大尺寸为14mm，外壳的肉厚为1.0mm，外壳和喇叭固定RIB的间隙为0.8mm，固定喇叭的前壳RIB为0.5mm，前壳RIB和喇叭的间隙为0.1mm，所以喇叭的最大外形尺寸=14-（1+0.8+0.5+0.1）* 2=9.2mm。喇叭的前腔面积和后腔面积，需要根据声学工程师的需求来进行设计。如果客户需求ANC（主动降噪），还需和声学工程师检讨在喇叭后腔开孔，开孔的位置和大小需声学工程师提供。

六、结语

综上所述，我们可以初步了解耳机的分类，喇叭的工作原理，耳机音腔的设计规范，以及根据客户的ID来如何挑选喇叭的型号。随着现代技术的飞速发展，耳机产品的更新速度也越来越快，大众们也都可以享受高品质耳机所带来的音乐享受。

作者简介：

周磊（1985.01-），男，江苏省苏州市人，当前职务：高级机构工程师，当前职称：初级工程师，学历：本科，研究方向：耳机结构设计。