耳機的原理是什麼?

大姐頭-嗨娘


耳機是一種常用的“電-聲”轉換器件。它與話筒正好相反,話筒是“聲-電”轉換器件。

關於話筒的原理,我在悟空問答《話筒是什麼原理呢?》和《話筒工作原理?》這兩個問題裡已經做了詳細描述,大家有興趣可以去看看。

今天我們說說耳機的工作原理。

耳機的種類眾多,外形和用途也各不相同,但其內部結構和原理卻大同小異。常見的有電磁式(動鐵式)、電動式(動圈式)兩類。

下面分別來了解一下。

一、電磁式耳機的結構原理

電磁式耳機的基本結構如下圖所示。它主要由磁鐵、線圈、鐵芯、振動片、外殼組成。

振動片用導磁良好的材料製成,磁鐵通過兩個鐵芯使其N、S兩個磁極傳至振動片的近處,並對振動片產生一定的吸力,使得振動片在平時略微彎曲。兩個鐵芯上分別繞有線圈,構成了電磁鐵。當音頻電流通過線圈時,電磁鐵就產生交變磁場,併疊加在磁鐵所產生的固定磁場上,使總磁場得到增強或減弱,於是振動片在原有磁鐵吸力的基礎上進一步彎曲或放鬆,並帶動周圍空氣做相應的振動,從而通過出聲孔發出聲音。

其實,在這裡即使不用磁鐵,也不會影響耳機的發聲,但是採用了合適的磁鐵,可顯著提高耳機的靈敏度,消除頻率失真。

電磁式耳機的線圈有高阻抗和低阻抗兩種,它的特點是結構簡單、製作容易、性能可靠、靈敏度高,但其頻率響應較差,音質不是很好。

二、電動式耳機的結構原理

它主要由環形磁鐵、鐵芯、音圈、紙盆、盆架、外殼等組成。

當音頻電流通過音圈時,音圈產生的交變磁場與磁鐵的恆定磁場相互作用,使音圈帶動紙盆按音頻頻率振盪,推動空氣發出聲音。

由於尺寸的顯示,動圈式耳機常以低阻抗形式出現。

動圈式耳機局有靈敏度高、頻率特性好、低音較為豐富的特點。


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耳機發聲的原理耳機目前絕大多數的都還是電動式(Electrokinetic Dynamic)或動圈式(Moving Coil)。


下面是幾種常見的耳機發聲的方式:


電磁式:在一個U型的磁鐵的中間架設可移動的斬鐵片(電樞),當電流流經線圈時電樞會受到磁化與磁鐵產生吸斥的現象,並同時帶動振膜的運動。 這種設計效果不佳,多用在電話筒與小型耳機上,成本低廉。


動圈式:目前百分之九十以上的錐盆單體都是動圈式的設計,其基本原理來自佛萊明左手定律,在把一片振膜依附在這根線上,隨著電流變化振膜就產生前後的位移。把一條有電流的導線與磁力線垂直的放進磁鐵的南北極間,導線就會受到磁力線與電流兩者的互相作用而進行移動。


電感式:與電磁式原理相近,不過電樞加倍,而磁鐵上的兩個音圈彼此並不對稱,為了不同的磁通量,當訊號電流通過時兩個電樞會互相的推擠而運動。 與電磁是不同處是效率卻非常的低,電感是可以再生較低的頻率。


平面式:最早由日本SONY開發出來的設計,因為少人空洞效應,特性較佳,但效率也偏低。 音圈設計仍是動圈式為主體,不過將錐盆振膜改成蜂巢結構的平面振膜。


靜電式:基本原理是庫倫定律,當其中一片加上正電流高壓時另一片就會感應出小電流,藉由彼此互相的吸引排斥作用推動空氣就能發出聲音。 通常是以塑膠質的膜片加上鋁等電感性材料真空汽化處理,兩個膜片面對面擺放。


靜電單體由於質量輕且振動分散小,對低音動力效率不高,使用直流電原又非常容易聚集灰塵,但很容易得到清澈透明的中高音。


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