耳機的工作原理是什麼?


耳機接收到電信號後,將電信號傳遞到發生單元,然後各種發生單元將電信號轉化成機械震動,因為聲音是由物體震動產生的,所以就發出了音效。

根據發聲單元的不同,可以分成如下幾種:

  • 壓電式: 通過壓電陶瓷的逆壓電效應【1】發聲。在賀卡、超聲波發生器中廣泛存在,音效很差。
  • 動鐵式: 電磁鐵在電信號的作用下產生不同程度的磁場,電磁鐵前是一個鐵片,在變化的磁場的作用下產生震動。早期的電話筒用的就是這種方式,但是隨著近些年技術的發展,音效提升的很好,常見於中高端耳機,並且,每個耳機中,發生單元都是多個,用來處理不同頻率的聲音。
  • 動圈式:將漆包線圈固定在振膜上,下面放置永磁鐵,電信號通過漆包線時產生不同強度的磁場,因為永磁鐵是固定的,所以漆包線圈帶動振膜震動。大多數中低端耳機都是這樣的。
  • 靜電式:和動圈式原理相同,只不過振膜和漆包線圈換成了直接印刷在振膜上的導體材料,失真小、瞬態響應好,不過成本極高。

相關知識:

【1】逆壓電效應:在壓電材料表面施加電場,壓電材料會隨著電壓變化產生機械形變,這個過程電能轉化為機械能。


謝邀。

其實網上有一篇寫得很詳細,http://tw.myblog.yahoo.com/whitedeagon-design/article?mid=1prev=247l=ffid=7,可能需要翻 牆,我轉貼在下面:

喇叭(揚聲器)發聲的原理

喇叭目前絕大多數的都還是用傳統的錐盆式單體前後運動發聲,比較學術性的說法,這些喇叭叫電動式(Electrokinetic Dynamic)或動圈式(Moving Coil)。 早在一八七七年德國西門子的Erenst Vemer就獲得了動圈式喇叭的專利,不過真空管遲至一九0七年才正式運用,而愛迪生最早的唱機是唱針直接帶動振膜而後經號角放大發聲,所以西門子的專利一直沒有用上。 一九二0年美國奇異公司的Chester Rice與Edward Kerrog還有愛迪生貝爾公司的PGHokuto才首度發展出實用的動圈式喇叭,七十多年來,除了材料不斷改良外,你記為喇叭科技真的有進步嗎? 下面是幾種常見的喇叭發聲方式:

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

二、電磁式。 在一個U型的磁鐵的中間架設可移動斬鐵片(電樞),當電流流經線圈時電樞會受磁化與磁鐵產生吸斥現象,並同時帶動振膜運動。 這種設計成本低廉但效果不佳,所以多用在電話筒與小型耳機上。

三、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並不對稱,當訊號電流通過時兩個電樞為了不同的磁通量會互相推擠而運動。 與電磁是不同處是電感是可以再生較低的頻率,不過效率卻非常的低。

四、靜電式。 基本原理是庫倫(Coulomb) 定律,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,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。 靜電單體由於質量輕且振動分散小,所以很容易得到清澈透明的中高音,對低音動力有未逮,而且它的效率不高,使用直流電原又容易聚集灰塵。 目前如Martin-Logan等廠商已成功的發展出靜電與動圈混合式喇叭,解決了靜電體低音不足的問題,在耳機上靜電式的運用也很廣泛。

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

六、絲帶式。 沒有傳統的音圈設計,振膜是以非常薄的金屬製成,電流直接流進導體使其振動發音。 由於它的振膜就是音圈,所以質量非常輕,暫能返應極佳,高頻回應也很好。 不過絲帶式喇叭的效率和低阻抗對擴大機一直是很大的挑戰,Apogee可為代表。 另一種方式是有音圈的,但把音圈直接印刷在塑膠薄片上,這樣可以解決部分低阻抗的問題,Magnepang此類設計的佼佼者。

七、號角式。 振膜推動位於號筒底部的空氣而工作,因為聲音傳送時未被擴散所以效率非常高,但由於號角的形狀與長度都會影響音色,要重播低頻也不太容易,現在大多用在巨型PA系統或高音單體上,美國Klipsch就是老字型大小的號角喇叭生產商。

八、其他還有海耳博士在一九七三年發展出來的絲帶式改良設計,稱為海耳喇叭,理論上非常優秀,台灣使用者卻很稀少。 壓電式是利用鈦酸等壓電材料,加上電壓使其伸展或收縮而發音的設計,Pioneer 曾以高聚合體改良壓電式設計,用在他們的高音單體上。 離子喇叭(Ion)是利用高壓放電使空氣成為帶電的質止,施以交流電壓後這些遊離的帶電分子就會因振動而發聲,目前只能用在高頻以上的單體。 飛利浦也曾發展主動回授式喇叭(MFB),在喇叭內裝有主動式回授線路,可以大幅降低失真。 這些設計目前都不是主流,我們有機會再來探討。

這篇文章雖然是講喇叭的,但是原理和耳機一樣。

其中有四類,可以用於耳機,提供比較優秀的聲音:

  1. 動圈式,在喇叭和耳機裡面都是主流
  2. 電磁式,在耳機界叫做動鐵式,或叫平衡電樞式,也很多(動圈和動鐵的主要差異就在於,一個是磁鐵固定、線圈振動,另一個是線圈固定、受磁銜鐵振動)
  3. 靜電式,最近被漫步者收購的Stax是專門造靜電耳機的,久負盛名,別的廠家也有做靜電耳機的,包括森海的大奧,還有Koss的ESP950
  4. 平面式,比如Hifiman的一系列平面耳機,以及Fostex旗下的RP系列

另外,上述文章未提到的還有一類,@趙世奇說的壓電式(重讀一遍發現原文作者在第八節里有講到壓電式),是利用陶瓷晶體的壓電效應發聲。

所謂壓電效應,就是晶體受到物理擠壓的時候會產生電荷。

那麼反過來,將這種壓電陶瓷晶體放到電場中,晶體就會產生機械應力和變形。

當電流變化時,晶體持續產生變形,從而推動空氣發出聲音。


給你推薦幾篇文章讀一讀

耳機能夠發聲是因為裡面有個能把電流音頻信號轉化為聲音的能量轉換單元,目前大多是耳機和音箱的單元原是動圈式,一部分採用了動鐵單元,極少數使用了靜電式,壓電式幾乎沒有實際應用。

而樓上提到的骨傳導無非只是將以上幾種形式的單元發出的聲音用骨傳導的方式傳到人耳的聽小骨中而已(具體參考初中生物書)。

這裡有動圈式耳機的揚聲器原理介紹(音箱和耳機的動圈揚聲器原理上是一樣的):http://www.soomal.com/doc/10100001978.htm

這裡有動鐵耳機發聲單元的介紹:http://www.soomal.com/doc/10100002558.htm

這裡有靜電耳機原理的介紹:http://www.soomal.com/doc/10100001343.htm

耳機的構成:http://www.soomal.com/doc/10100002486.htm

耳機的聲學結構:http://www.soomal.com/doc/10100002486.htm

耳機的分類:http://www.soomal.com/doc/10100002217.htm

PS:推薦一下這個網站,國內少有的能客觀公正的評測音頻產品的網站,做的科普文也很好,強烈推薦!


喇叭本質是一種能量轉換裝置,將電能(交變電)轉化為機械能,機械裝置帶動膜片(振膜)產生振動,將機械能轉化為聲能。 常見的動圈、動鐵基本結構都是有磁鐵、線圈、膜片組成,磁場中的線圈中有交變電信號,對相對磁鐵產生振動,帶動膜片發聲,線圈振動就是動圈式、磁鐵振動就是動鐵式。外殼(音腔)的尺寸造型、膜片的材質、磁鐵和線圈之間的位置調整等等,屬於調音,目的是為了更高的能量轉換效率和獨特的音色


學習 了


簡單來說吧,電信號轉化為物理振動,振動發聲,然後你就聽到了。

對了,電信號就是電流。


耳機接收到電信號後,將電信號傳遞到發生單元,然後各種發生單元將電信號轉化成機械震動,因為聲音是由物體震動產生的,所以就發出了音效。


電聲的轉換


舉例簡單來說 .mp3文件通過解碼變成信號通過電流從播放器傳送到耳機。

耳機按照信號鼓膜震動發聲。

講的粗糙,希望好懂。


推薦閱讀:

為什麼影子會相互吸引?
薛定諤的貓可不可以架個攝像機觀察它?
我把一隻蟋蟀從四樓(大約10米)扔了下去,現在在想它會不會被摔死?
熱愛物理,從初三開始能有怎樣的規劃?
如何畫出真實反射?

TAG:科普 | 耳機 | 物理學 | 電子產品 | X的工作原理 |