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耳机是怎样把电流变成声音的?原理是什么

时间:2018-07-04 20:19 来源:电工之家 手机版

首先从耳机的分类谈起。按不同结构和工作原理来区分,耳机主要有动圈式、动铁式、电磁式和静电式等。
一.电磁式
电磁式耳机是较为古老的一种,如图1
耳机是怎样把电流变成声音的?原理是什么
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。
二.动圈式耳机
耳机是怎样把电流变成声音的?原理是什么
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。
三.动铁式耳机
它的基本结构如图3所示
耳机是怎样把电流变成声音的?原理是什么
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。
四.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。它的基本结构如图四:
耳机是怎样把电流变成声音的?原理是什么
工作原理见图4右侧。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。
以上就是几种不同耳机把电流变成声音的过程。
耳机是怎样把电流变成声音的?原理是什么
耳机的文字符号是“BE”,根据结构形式的不同,耳机可分为耳挂式、头戴式、帽盔式、听诊式、耳塞式、手柄式等等;根据换能原理的不同,耳机又可分为电磁式、电动式、压电式、静电式等等;根据使用的形式的不同,耳机又可分为广播受音专用耳机、语音通信耳机、飞行员专用耳机等等。
目前,市场上常用的耳机型号包括HD型、MDR型、SE型、ED型、EDL型、DT型、HR型、MT型等。
下面用动圈式耳机为代表,说一下耳机是怎样把电流变成声音的。(注:动圈式耳机的特点是频率响应宽、灵敏度高、音质好,而其最大的缺点在于重量较大、结构复杂;因此,动圈式耳机多在语言和音乐的重放、监听等场合被选用)。
动圈式耳机,它是将高强度漆包线以圆型360º绕制在振膜上,圆形永久磁铁嵌入在线圈中,并留有一定气隙,便于振膜上绕制的线圈在音频20HZ~20KHz的交变电流通过,产生不同强度磁场,同时生成同性相斥,异性相吸的作用力和反作用力,来经过振膜还原成人们耳朵能够接受的声音。详细见文章底部的耳机结构示意图。
人们常用的耳机分为左声道(left ChanneI)用L表示,和右声道(right Channel)用R表示。
如今,人们追求高音质的耳机,来欣赏手机发出来的立体声音乐。在通常情况下,每个人都是根据自己的爱好来选择不同档次耳机。好耳机建议配备高档次的声源和放音设备配套使用;如果耳机质量很高档,但是音响设备的输出频响不好、且伴有失真,则耳机也无法还原高质量的节目。所以要根据放音设备的档次来配套选择耳机,是十分必要的。
注意;使用耳机时切不可将音量开得过大,否则容易伤害耳朵或损坏耳机;只是因为耳机本身的功率较小,并且耳机的振动系统的振动范围有限。