耳机的人机工程学设计

耳机的人机工程学设计

机制072班 石章靖 070301210

一、耳机的概述

因为离自己太近，所以被忽视，耳机就是这样的一个产品。在现在的生活中，到处都可以看到耳机的身影，在家中、在室外、包括各种英语听力考试等等，都少不了耳机。 早期的耳机没有考虑到人体舒适性的问题，设计多棱角分明，严重影响佩带的舒适性，因此很多朋友都对耳机不屑一顾。海绵的加入改善了这种情况，在耳塞上套入海绵套，能够有效地解决棱角对耳朵的伤害，同时也增强了耳塞的低频表现。随着工艺的改进，除了海绵以外，耳塞跟耳朵接触面的形态设计和材质也在悄悄起着变化。

耳机产品在其技术和品质并无本质性差异化的时候，人们对外观和舒适性的需求逐渐成为各大厂商对差异性和附加价值的追求。现在，人体工程学设计已经成为耳塞设计的重要课题。

二、耳机的人机工程学分析与设计

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： max min

f f =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 。

听力损失曲线图

2.耳罩与耳塞的结构特性

人耳的构造

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），这种耳罩在调整头带长度时要注意：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最舒适的。另一种耳罩呈杯状，环绕着耳朵，叫绕耳式耳罩（如下图2）。这两种设计都是为了使其贴住耳廓而不至于滑落。另外在耳罩的内部一般填充海绵，使其尽量的柔软，并在外面蒙上皮革或绒布，使人耳感觉舒适。而耳塞的外部形状、尺寸大小是根据人耳外耳道的特征而设定的，它能够适合多数人佩戴使用。

图1.压耳式耳罩图2.绕耳式耳罩

3. 耳塞的材料选择

人体听觉的形成是由外界的声波通过外耳道传到鼓膜，引起鼓膜的振动，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氏器中的毛细胞产生兴奋。科蒂氏器和其中所含的毛细胞，是真正的声音感受装置，听神经纤维就分布在毛细胞下方的基底膜中，机械能形式的声波就在此处转变为听觉神经纤维上的神经冲动，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，然后被传到大脑皮层听觉中枢，从而产生听觉。劣质的耳塞是听力健康的杀手，他过于尖锐的高音容易在瞬间使你的听力过度疲劳，导致听力衰退，而过于厚重，缺乏细节的低音好比慢性毒药很容易使耳朵酸痛，紧张敏感，头部满涨，造成听力水平的慢慢降低。因此，耳塞的设计需充分利用人机工程学的原理，使其为人长期佩戴也不会对人体造成伤害。在材料的选择上，塑料材质一般含有邻苯二甲酸盐，容易使皮肤产生过敏症状；而金属耳塞经过氧化处理，主要成分是三氧化铝水合物，同红宝石成分基本相同，对人体无不利影响。另外，从环保角度，塑胶耳塞不利于回收，一般处理方式是任其变质；金属加工品则可以无限次回收循环使用，不会对环境造成污染。

4.耳塞的舒适性

在耳塞上套入海绵套，能够有效地解决棱角对耳朵的伤害，同时也增强了耳塞的低频表现。在材质上，更多地运用防滑塑胶和橡胶，防滑塑胶能够使耳朵跟耳机之间更好的贴合，而橡胶的柔软特性，除更加舒适外还可进一步防止声音的外露，达到更好听音效果。例如水珠型设计的正式面世，使耳塞前盖的设计得到了充实，而且由于在舒适度和密封性上比传统的圆形前盖更加优秀，无论是日系还是欧美系产品都多次使用，SONY更把这样的设计运用到其最顶级的8系列耳塞上，成为耳塞历史上最辉煌的一个经典。

参考文献

[1]丁玉兰人机工程学[M].北京：北京理工大学出版社.2005.