原理控｜这些耳机是如何出声音的，你知道吗？

发表于 2019-9-19 13:06:16

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大部人都了解，声音是依靠振动而产生的。而耳机与音箱之所以能够发出声音，是将输入的音频电信号转化成机械振动，才产生出悦耳的歌声。而你是否知道，电信号是如何转化为机械振动的呢？

在中学物理课上，我们学习了法拉第电磁感应：磁通量的变化会产生出电流。这就是所谓的磁生电。在电磁感应的作用下，当你将闭合电路的部分导体放置于磁场当中去切割磁感应线时，该闭合回路会产生电流。
而相反的情况，电流如果发生变化也会产生磁场。

这恰恰就是耳机及音箱的工作原理。在耳机里面有两块磁铁，其中一块为永磁磁铁，在耳机的框架上，其位置固定不变；另一块磁铁为电磁铁，平时不带磁性，只有通电的时候才会产生磁性，它与振膜的音圈相连，位置可以发生变化。
当音频电流通过耳机线，流入音圈中，变化的电流会让电磁铁产生变化的磁场，此时电磁铁与永磁磁铁相互作用，便发生了振幅变化的运动，电磁铁带动振膜产生了振动，进而制造出了声音。这就是耳机及音箱发声的原理。

耳机根据其结构图以及工作原理的不同，可以分为动圈式、动铁式、电磁式和静电式等。
1.电磁式这是各种耳机中相对古老的种类。

它的结构是由两个线圈分别套在U形磁铁的N、S两极上，然后把铁制振动膜放在上边（为便于振动，膜与磁极之间留有间隙）并被磁极所吸引。当有音频电流通过线圈时会产生随音频信号同步变化的交变磁场，这

个交变磁场使得磁极对振动膜的吸引力随之发生变化。不断起伏振动的膜片会推动周围空气产生声波。这就完成了把电流变为声音的全部过程。电磁式耳机的特点是高阻抗（一般为2000Ω）、高灵敏度。早年的电子管和矿石收音机用的就是这种耳机。
2.动圈式耳机它的基本结构是把线圈（俗称音圈）放置于环形磁场的间隙内。当有音频电流通过时，音圈产生的交变磁场会和环形磁场产生相互作用，从而带动膜片发出声音。动圈式是技术最为成熟的耳机，它的特点是阻抗低（通常为几Ω至数十Ω）音域宽，低频特性较为优越。根据工艺和材料的不同，价格从几元至上万元的都有。它也是市场占有率最高的耳机。

另外还有一种叫“等磁式”的耳机把音圈直接“印刷”到振动膜上，而结构却有些类似后面介绍的“静电式”，只不过把固电极换成了一种特殊结构的磁铁。也有着不错的音响效果。
3.动铁式耳机动铁式耳机的构造有些类似老式收音机里的“舌簧”式扬声器（当然它的工艺和音效不是“舌簧”式能比的）。它是把由线圈产生的交变磁场通过很薄的U形铁传递至磁极的间隙中，并与磁极发生相互作用然后通过传导杆带动“振动膜”发出声音。它的特点是可以把体积做的很小。用这种结构制成的耳机甚至可以塞入耳道內，这是其它耳机难以做到的，因此在助听器里用的最多。但它的缺点是音域相对较窄，低频特性稍差。不过由于体积小，可在一个耳机内放置多个不同音域的单元来弥补这一不足，但这又会带来一些很复杂的声学问题。

由于动铁式耳机小巧精致，对制作工艺要求较高，因此价格不菲，一般都在几百至数千元。
4.静电式耳机这是一种不太普及的高档耳机。一般最低价位也在几千元，高档的甚至卖到几十万。

它的结构非常精细，主要是由几微米厚带金属镀层的塑料薄片作为振动膜、悬空夹在两个极板中构成。工作时振动膜被通上几百伏的直流电形成静电场。而经过放大升压的音频信号则通往两个固定电极，并在电极之间产生不断变化的电场，这两个电场相互作用驱使膜片振动发出声音。

由于膜片又薄又轻，又是整体振动，所以对于音乐的细节反映灵敏、瞬态响应好、音域非常宽且曲线平坦，能使各种声音得到很好再现。但这种耳机的最大不便之处是需配备带高压的专用耳机放大器，不能用普通音响设备直接驱动。