段 殼,李浩然,何彥雨

（北京林業(yè)大學(xué)工學(xué)院，北京海淀，100083）

基于CRY711的多單元仿真耳機(jī)設(shè)計(jì)

段 殼,李浩然,何彥雨

（北京林業(yè)大學(xué)工學(xué)院，北京海淀，100083）

本文通過(guò)控制變量的方式探究導(dǎo)管、阻尼濾網(wǎng)、分頻電路等因素對(duì)于動(dòng)鐵單元聲音的影響，得出多單元?jiǎng)予F耳機(jī)分頻與調(diào)音的原理，并以此為基礎(chǔ)經(jīng)過(guò)多次反復(fù)試驗(yàn)，使用較低成本的動(dòng)鐵單元設(shè)計(jì)出了一套三頻均衡，適合演繹流行樂(lè)的調(diào)音方案。

動(dòng)鐵耳機(jī)；分頻；調(diào)音

0 前言

當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)無(wú)處不在，全球信息化進(jìn)程不斷前進(jìn)，人們的生活也開(kāi)始融入信息交互的時(shí)代。電路分頻技術(shù)、和物理分頻技術(shù)這種本來(lái)用于音響系統(tǒng)的技術(shù)也逐漸開(kāi)始應(yīng)用到普通耳機(jī)當(dāng)中，這些技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用不僅改變了人們的生活方式，而且使得人們對(duì)音樂(lè)的欣賞更加快速有效地與社會(huì)環(huán)境有機(jī)聯(lián)系起來(lái)。

本設(shè)計(jì)的主要研究?jī)?nèi)容是多單元?jiǎng)予F耳機(jī)的分頻與調(diào)音的原理，由于對(duì)動(dòng)鐵單元的聲音產(chǎn)生影響的因素非常多，因此本文將采用控制變量的方法，探究阻尼濾網(wǎng)的阻值、位置，導(dǎo)管的長(zhǎng)度、彎曲度、形變程度，分頻電路中的電容、電阻以及特殊分頻電路等因素對(duì)動(dòng)鐵單元產(chǎn)生的影響。為了定量地反映各個(gè)因素對(duì)動(dòng)鐵單元影響的程度，本設(shè)計(jì)采用通過(guò)CRY711人工仿真耳模擬人體耳道，并與電腦軟件ARTA Audio Measurement And Analysis Software配合，仿真人耳聽(tīng)感，從而測(cè)量頻率響應(yīng)曲線，根據(jù)頻率響應(yīng)曲線來(lái)反映動(dòng)鐵單元發(fā)出的聲音受影響的程度和趨勢(shì)，然后根據(jù)這些結(jié)果設(shè)計(jì)單元搭配和分頻調(diào)音方案。另外本設(shè)計(jì)為了探究客制化定制耳機(jī)外殼的制作方法，將詳細(xì)講解了制作耳道模型，后期修模，利用瓊脂進(jìn)行倒模，以及用瓊脂模具制作光固化樹(shù)脂耳機(jī)殼的流程。

1 耳機(jī)的頻率響應(yīng)測(cè)試

1.1 耳機(jī)的頻率響應(yīng)測(cè)試概述

頻率響應(yīng)是指將一個(gè)以恒電壓輸出的音頻信號(hào)與耳機(jī)相連接時(shí)，耳機(jī)產(chǎn)生的聲壓隨頻率的變化而發(fā)生增大或衰減、相位隨頻率而發(fā)生變化的現(xiàn)象，這種聲壓和相位與頻率的相關(guān)聯(lián)的變化關(guān)系稱為頻率響應(yīng)。也是指在振幅允許的范圍內(nèi)音響系統(tǒng)能夠重放的頻率范圍，以及在此范圍內(nèi)信號(hào)的變化量稱為頻率響應(yīng)，也叫頻率特性。人類能聽(tīng)見(jiàn)頻率在20Hz-20000Hz間的聲音。因此很多耳機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)也也是要能發(fā)出在這范圍的聲音。通過(guò)頻率響應(yīng)測(cè)試可以得到耳機(jī)的頻率響應(yīng)曲線，而頻率響應(yīng)曲線可以反映出一款耳機(jī)的各方面的綜合素質(zhì)。

1.2 頻率響應(yīng)測(cè)試的工具

1.2.1 CRY711人工仿真耳。CRY711人工仿真耳是模擬耳塞導(dǎo)管插入耳道或耳廓方式的耳模擬器，模擬耳機(jī)與人耳耦合從而測(cè)量耳機(jī)聲學(xué)性能。CRY711人工仿真耳內(nèi)置CRY711壓力場(chǎng)測(cè)量傳聲器，一般用于高質(zhì)量入耳式耳機(jī)和的聲學(xué)測(cè)試，通過(guò)更換前置導(dǎo)管也可以測(cè)試動(dòng)鐵單元或者平頭式耳機(jī)。等效容積2cm3。

1.2.2 音頻測(cè)量與頻譜分析軟件ARTA。ARTA Audio Measurement And Analysis Software是一組音頻聲學(xué)測(cè)量和分析系統(tǒng)，使用標(biāo)準(zhǔn)和專業(yè)的電腦聲卡和接口音頻信號(hào)采集與生成。ARTA軟件包含以下項(xiàng)目：

ARTA -脈沖響應(yīng)測(cè)量和實(shí)時(shí)頻譜分析和頻率響應(yīng)測(cè)量。

STEPS-通過(guò)階梯正弦激勵(lì)的頻率響應(yīng)測(cè)量程序。

LIMP-用于揚(yáng)聲器阻抗測(cè)量和揚(yáng)聲器參數(shù)測(cè)量。

在本設(shè)計(jì)中只需使用ARTA項(xiàng)目與CRY711人工仿真耳配合進(jìn)行頻率響應(yīng)測(cè)試。

2 影響動(dòng)鐵單元聲音的因素測(cè)試

2.1 阻尼濾網(wǎng)對(duì)單元聲音的影響

市面上動(dòng)鐵耳機(jī)大部分選用的都是美國(guó)婁氏（knowles）出品的阻尼濾網(wǎng)。它是一種標(biāo)準(zhǔn)品，在耳機(jī)中應(yīng)用的主要有六種顏色，類似于電阻一樣，每種顏色分別代表不同的阻值，不同的阻值代表了對(duì)聲音不同的影響。

2.2 導(dǎo)管對(duì)單元聲音的影響

在本設(shè)計(jì)中導(dǎo)管選用的是一種助聽(tīng)器專用導(dǎo)音管，這是大多數(shù)定制耳機(jī)品牌都使用的導(dǎo)管。下面測(cè)試導(dǎo)音管的長(zhǎng)度、彎曲度、形變對(duì)聲音的影響。

2.3 分頻電路對(duì)單元聲音的影響

2.3.1 電容對(duì)單元聲音的影響。這里使用婁氏EF-30037全頻動(dòng)鐵單元進(jìn)行測(cè)試，分別測(cè)量單元不加電容，以及在正極串聯(lián)1uF、2.2uF、3.3uF電容時(shí)的頻率響應(yīng)曲線。串聯(lián)1uF的電容時(shí)，EF-30037動(dòng)鐵單元1KHz以下頻率的聲音急劇衰減；串聯(lián)2.2uF的電容時(shí)，EF-30037動(dòng)鐵單元700Hz以下頻率的聲音急劇衰減；串聯(lián)3.3uF的電容時(shí)，EF-30037動(dòng)鐵單元500Hz以下頻率的聲音急劇衰減?？梢缘贸鼋Y(jié)論：串聯(lián)電容會(huì)使動(dòng)鐵單元的低頻部分被削弱，且串聯(lián)的電容越大，被削弱的頻率范圍越小。

2.3.2 電阻對(duì)單元聲音的影響。電阻在分頻電路中的主要作用是平衡各個(gè)動(dòng)鐵單元的聲壓，因?yàn)椴煌吞?hào)動(dòng)鐵單元的靈敏度不同，而串聯(lián)電阻可以降低動(dòng)鐵單元的靈敏度。串聯(lián)電阻后，動(dòng)鐵單元在全頻段的聲壓都會(huì)降低，并且頻率越低，所受影響越大。另外電阻阻值越大，靈敏度降低的幅度也越大。

3 調(diào)音方案設(shè)計(jì)

3.1 動(dòng)鐵單元型號(hào)的選擇。在本設(shè)計(jì)中，考慮到成本、性能、購(gòu)買(mǎi)渠道等問(wèn)題，我選擇了婁氏CI-30120和婁氏ED-26784這兩個(gè)型號(hào)的動(dòng)鐵單元。30120是婁氏CI系列的大體積高聲壓輸出的單元，理想的中低頻單元，低頻保質(zhì)保量，與同系列的22955的差別僅僅在于線圈電阻低了5歐姆，實(shí)際頻響上，中低頻靈敏度更高。而26784是婁氏ED系列的中阻抗型號(hào)，跟著名的29689同系列，適合全頻、中頻和高頻。

3.2 分頻與調(diào)音設(shè)計(jì)。由于這兩個(gè)動(dòng)鐵單元的靈敏度相近，因此不需要使用電阻來(lái)平衡兩個(gè)單元的聲壓。接下來(lái)分別對(duì)兩個(gè)單元進(jìn)行調(diào)音。CI-30120作為低頻單元，采用加阻尼濾網(wǎng)的方式削弱其中高頻聲壓，經(jīng)過(guò)反復(fù)多次測(cè)試，最終使用紅色阻尼濾網(wǎng)距出音口1cm的方式進(jìn)行調(diào)音。

ED-26784作為中高頻單元，采用串聯(lián)電容的方式削弱其低頻聲壓。通過(guò)對(duì)比調(diào)音后的CI-30120頻率響應(yīng)曲線和ED-26784的頻率響應(yīng)曲線，我認(rèn)為將分頻點(diǎn)定為1KHz左右能使兩個(gè)單元較為流暢地銜接。經(jīng)過(guò)測(cè)試，決定使用1uF的電容對(duì)ED-26784單元進(jìn)行分頻。

4 利用光固化樹(shù)脂制作定制耳機(jī)外殼

4.1 耳模的取樣與后期處理。首先將取模者的耳道清潔干凈并放入耳障防止損傷鼓膜，然后取適量的兩種材料等量充分混合并用注射器注入耳道直至耳模膏覆蓋耳廓，將耳模膏壓緊以保證耳模飽滿。十分鐘左右耳模就會(huì)完全固化，此時(shí)就可以慢慢取出耳模。

取好的耳模需要進(jìn)行后期處理，首先用美工刀切除掉不需要的部分，然后用電磨和砂紙打磨成適宜制作定制耳機(jī)的形狀。

4.2 耳模的掛臘與倒模。處理好的耳模表面實(shí)際上并不夠光滑，還存在著很多凹凸不平的小孔以及裂紋，為了讓耳模表面變得光滑，需要對(duì)耳模進(jìn)行掛蠟。

首先將固態(tài)蠟放入容器融化并加熱，經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，筆者認(rèn)為120℃左右是最合適的掛蠟溫度，然后將耳模浸入蠟中并快速取出，就可以讓耳模表面覆蓋上一層薄蠟，從而變得非常光滑。

4.3 利用瓊脂模具制作樹(shù)脂外殼。制作樹(shù)脂耳機(jī)外殼時(shí)，首先將經(jīng)過(guò)調(diào)色的液態(tài)樹(shù)脂倒入瓊脂模具中，在上方蓋一個(gè)不透光的遮蓋物，放入紫外光固化機(jī)中照射使其固化。根據(jù)樹(shù)脂顏色不同，要保證固化1.5mm左右的耳機(jī)殼，固化時(shí)間從一到數(shù)十分鐘不等。

[1]賀志堅(jiān).動(dòng)鐵式受話器的原理與應(yīng)用[J].電聲技術(shù),2013,30(10):11-25.

[2]胡金金.簡(jiǎn)單分頻的封閉式音箱制作 [J].音響技術(shù),2011,14(11):43-49.

[3]周興華.淺談音箱分頻器及分頻點(diǎn)的選擇 [J].實(shí)用影音技術(shù),2007,28(18):20-25.

[4]周興華.音箱分頻器電流特性分析 [J].實(shí)用影音技術(shù),2006,21(14):31-35.

Multiple unit simulation based on CRY711 headset design

Duan Ke,Li Haoran, He Yanyu
(Beijing forestry university institute of technology, haidian district,Beijing，100083)

This paper explores the control variables of the catheter,damping filter,frequency divider circuit and other factors affect the moving iron unit of sound,the principle that multi unit frequency tuning and iron headset,and on this basis, after repeated testing,the use of relatively low cost of moving iron unit designed a set of triple frequency equalization,suitable for the interpretation of the tuning scheme of pop music.

moving iron headphones;Frequency division;The tuning

何彥雨，男，高級(jí)工程師，主要從事計(jì)算機(jī)教學(xué)科研工作，研究方向?yàn)樾畔踩⑾到y(tǒng)軟件。