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耳机

耳机

耳机是一对转换单元，它能将播放器或接收器所发出的电讯号转化成可以听到的音波。耳机根据发声方式分为动圈、动铁、电磁式、静电式以及骨传导式等，虽然内部结构各不相同，但其发声原理都基于“振动产生声音”这一现象。除了骨传导式耳机是以人骨作为传声介质，其他耳机都是通过各种方式来推动耳机内部的膜片使其振动，从而发出声音。

耳机最初的诞生原因与音乐无关，而是用于通讯，它重约10斤，主要是接线员在使用。根据文献记载，第一款随身耳机的概念来源于1891年一位法国工程师提交的专利申请里，这个专利的样式与如今常见的耳塞式耳机样式基本一致。

根据佩戴方式不同，耳机分为半入耳式、入耳式和头戴式。半入耳式发展早，有许多微小的变种，是最为常见的一种耳机。入耳式耳机特征是带有橡胶圈，使用时有戴耳塞的感觉。头戴式耳机外形较大，因无需入耳，所以对耳朵损伤最小。耳机的选择因人而异，对隔音没要求可选半入耳式耳机，想减少环境噪音可选入耳式耳机，对佩戴舒适度有要求可选头戴式耳机。

随着耳机技术的进步，便携小巧的真无线立体声耳机（True Wireless Stereo，简称：TWS）逐渐成为市场主流。全球TWS耳机在2020年的出货量为2.33亿台，2021年同比增长14.5%，达到了2.9亿台。2022年总出货量则为2.87亿台，略有下降。中国市场方面，2021年TWS耳机出货量约为8092万台，伴随着市场的渗透饱和，2022年出货量同比下降15%，为6881万台。此外，100-200 元价位段的TWS耳机持续增长，200元以内的产品在2022年出货量接近5成。

发展史

问世

1881年，第一款耳机诞生，这款耳机重约10斤，由支架、接收器、听筒组成，外形像听诊器，供电话接线员使用。经过数十年的发展，1895年，手持式耳机诞生，耳机开始变得轻便，使用者使用时需要握住长柄。1910年，美国的纳瑟尔·詹姆斯·鲍德温在自己家厨房制造出了世界上第一款现代耳机“双耳悬挂式耳机”，该耳机的造型、佩戴方式基本和今日的头戴式耳机一相似，而且也更加轻盈，鲍德温将这款耳机兜售给美国海军，但是却没有为这款耳机申请专利。

首发

1937年，德国柏林的尤根·拜耳集团发明了一种微型动能转换器并把它镶嵌在可戴在头上的袋子内，第一款用于听音乐的耳机因此诞生，之后拜耳的公司（Beyerdynamic）开始在研制和销售这款动圈式耳机DT-84，成为耳机发展史上的一大里程碑。到了1950年，拜耳的公司推出了第一款立体声耳机——DT48S，至今该系列仍在生产。1959年，日本公司推出了第一款静电式耳机——SR-1，相比动圈式耳机，声音更加细腻，但价格昂贵，只在富人圈流行。1979年，索尼推出了第一代随身听Walkman和第一款流行耳机MDL-3L2，这两款耳机都小巧便携，从此，耳机开始在大众中流行。

迭代

1980年，各种耳挂式耳塞和入耳式耳机开始流行，耳塞式耳机以小巧的外形和方便的佩戴进入到人们的生活之中。考虑到耳塞式耳机不能很好隔绝声音，索尼公司在1997年推出了后挂式耳机。2000年，Bose公司向普通大众推出了抗噪音耳机。同年，丹麦的一家公司推出了第一款蓝牙耳机，但受限于技术，只能用来通话，不能听音乐。无线耳机广受商务人士欢迎，耳机因此开辟了有线、无线两条道路。2001年，iPod问世，与之配备的耳塞式耳机也开始流行，成为一种时尚。在2001-2010年间，白领是蓝牙耳机的主要购买群体，随着蓝牙技术的发展，蓝牙耳机的音质、续航和抗干扰性得到了显著提升。2012年，将电池和电路集成于耳机腔体的耳塞式蓝牙耳机诞生，该耳机备受音乐迷的青睐，因此更多厂商投入到无线耳机的研发中。到了2014年，全球首款真无线耳机（True Wireless Stereo，简称：TWS）诞生，该款耳机摒弃了外部物理线材，可单双佩戴。两年之后，随着第一代苹果公司AirPods的发布，TWS耳机进入了高速发展期，并逐渐成为如今耳机市场的主流。

工作原理

发声原理

耳机内部有永磁铁和电磁铁，其中永磁铁位置固定不变，而电磁铁只在通电的情况下产生磁性，电磁铁与振膜的音圈相连，位置可以发生变化。当音频电流流入音圈线中，变化的电流会产生电磁铁的磁场变化。电磁铁与永磁铁相互作用时发生了振幅变化的运动，电磁铁带动振膜产生振动制造出了声音。

无线耳机信号处理原理

蓝牙耳机

蓝牙是一种短距离无线通信技术，基于2.4GHz技术，可以将数据打包传送出去。蓝牙工作在ISM频段，该频段是工业、科学和医学使用的频段，由于不需要许可证，多种电子设备都使用该频段。为规避拥堵，增强抗干扰能力，蓝牙应用了跳频技术。蓝牙1.0于1998年发布，传输速度最大可达723.1Kbit/s，传输距离最远可达10米，但存在产品互不兼容、安全性差等问题，随着技术的进步，蓝牙的传输速度、传输距离和兼容性在不断提高。蓝牙技术应用广泛，其中蓝牙无线耳机早在2000年就已经诞生，但彼时的蓝牙耳机仍存在外部物理线材，并不能称为“真”无线。直到2014年，全球首款无物理线材耳机的诞生，让真无线立体声耳机（True Wireless Stereo，简称：TWS）开始走进人们的视野。

TWS耳机连接方案有多种，早期TWS耳机采用“主耳机先与手机相连，再通过低功率的蓝牙连接副耳”，来实现真无线连接的方案。苹果公司的AirPods采用了“监听模式”方案，即“主耳机与手机相连后，副耳机通过监听主耳机“与手机的信号来实现无线连接，此外，AirPods还内置苹果W1芯片来保障稳定性。还有一些厂商采用了“双耳机同时连接手机“的双连接方案。

红外无线耳机

红外无线连接技术在世界上被广泛使用，它通过数据电脉冲与红外光脉冲之间的相互转换，实现收发数据。除了强光，少有能影响其传输。红外具有小角度、短距离、点对点直线数据传输的优点。且保密性好，传输速率可达16Mbps，因此可以传输大容量、高品质的音频。但指向性要求极高，角度偏离会导致信号无法接收，且传输距离要求在10米以内，耗电量也比较大。

4G无线耳机

2.4G无线耳机采用了2.4GHz频段无线载波技术和P2P通讯协议，无线传输速率可达2Mb/s，基本可以满足“CD级音质”音频所需1.4Mb/s的传输要求，同时还能集成无线话筒，实现双向工作。

FM无线耳机

FM无线耳机原理是在耳机中装上FM接收电路，再通过接收FM发射机发射的音频信号，来收听特有信号源和调频广播。

Kleer无线耳机

Kleer是一种无损数字传输技术，它基于2.4GHz通信传输频率，利用二次抽样的无线电结构，来保证在2.4GHz频率上，传输无损高质量的音频。Kleer可以以2.4 Mb/S的速度将数据传输10米以上、频响20 Hz~20 kHz、失真率低于0.1%，并且传输的延迟小。Kleer还拥有无需在使用前配对、同时接收数据、耗电低的特点。

耳机分类

按照发声原理分类

按照佩戴方式分类

按信号传输方式分类

按用途分类

性能参数

总谐波失真

因谐振现象，耳机播放声音时会在更高频率产生多余的杂音，此现象称为总谐波失真。总谐波失真越高意味着杂音越多，音质也就越差。

频响范围

单位：赫兹(Hz)，频响指声波振动循环时每秒重复的次数，如1Hz代表每1秒振动1次，频率响应范围大的耳机能更好地还原声音的真实细节。

阻抗

单位：欧姆(Ω)。耳机的阻抗越小，播放设备越容易驱动出声。不同阻抗的耳机所应用场合各不相同，台式机或功放等设备可以驱动高阻抗耳机，而手机用户则推荐使用低阻抗（16Ω-32Ω）的耳机。

灵敏度

单位：分贝（db），在输出相同声压下，灵敏度越高，耳机越容易驱动出声。

防水等级

根据耳机的防水能力划分，防水等级从IPX0-IPX8不等，等级越高代表防水能力越强。

应用领域

耳机应用广泛，除了用于欣赏音乐、接听电话等个人领域外，还广泛应用于消防、公安、航空、军事等专业领域。在消防、公安领域，使用骨传导耳机与空气传导耳机相比，有以下几点优势：1、使用骨传导耳机感知的声音不经外耳通道，而是由颅骨产生振动来传入内耳，即使在高达120DB的噪音环境中也可以保持通讯，而空气传导耳机送话时会将环境噪音也传过去，导致收话人听不清楚。例如，当消防员在高噪音的消防现场，骨传导耳机里可以传来清晰的声音，而空气传导耳机会被现场的嘈杂声影响。2、骨传导耳机佩戴在耳边或面颊，好处是可以感知四周环境的声音，空气传导耳机则需要堵住或者罩住耳朵。在实际应用中，当特种警察在树林中追捕武装犯罪者时使用了空气传导耳机，那么有可能因为听觉被占用，导致受到犯罪者的侵害。3、骨传导耳机拥有防水功能，可让干警们在恶劣天气中使用。4、呼啸的风声不会传入骨传导耳机中，因此适合不同工作性质的公安人员、如水面中华人民共和国公安部缉私局、缉毒、海上巡警、交警等。降噪耳机刚发明出来时也是应用在军事领域，1986年，Bose创始人Amar G. Bose经历数十年的研究，研发出了主动降噪耳机，其原理是将收集到的噪音声波信息计算出反向声波，然后播放反向声波用于抵消外界噪音，主动降噪耳机一经诞生就受到军方和航空领域的青睐，直至2000年，BOSE公司才向普通大众推出抗噪音耳机。

发展前景

形态

从形态上看，耳机的发展趋向小型化。第一代耳机重达10斤，使用时需要用肩扛着扬声器兼麦克风箱，将听筒罩住耳机，再通过接收器进行交流，非常不便。随着技术的进步，耳机根据功能演变出了多种形态，有头戴式、入耳式、半入耳式等。第一款头戴式耳机在1919年诞生，该耳机为头戴式耳机的鼻祖，具有良好的隔音性、沉浸性和专注性，款式也与如今的头戴式耳机基本类似。形态更小的入耳式耳机的概念在1891年就已经提出，而诞生之后一直流行于大众。随着蓝牙技术的应用，通过无线连接的蓝牙耳机开始诞生，但彼时的蓝牙耳机在双耳间仍需要物理线材。后经历数十年的发展，蓝牙耳机做到完全无物理线材。

技术

目前耳机朝着细分化发展，厂商们越来越注重耳机的降噪、音质、智能化等功能。降噪耳机最初应用于军事领域，后开始进入大众市场，其原理是通过计算出与环境噪音相反的声波进行抵消，实现降噪。降噪耳机还在不断发展，不少厂商钻研出了新的技术，如优化麦克风的数量和位置，再增加算法。还有通过检测环境噪音，用自适应降噪技术调节噪音等级，以减轻佩戴降噪耳机时耳道的压迫感。好音质一直一幅耳机重要的点，而影响音质的因素除了与驱动单元、振膜的材质和数量、腔体结构、调音、频响范围相关，还与耳机的类型有关，其中高端头戴式耳机无疑能提供更好的音质，因客单价高、客户忠诚度高，即使研发周期长且成本高，耳机厂商们也会持续投入，研发新产品。在智能化这块，耳机厂商们也在不断推陈出新，譬如推出了支持纪录会议内容、录音、语音转文字、实时翻译等功能的耳机。

健康和安全

根据医学研究表明，当音量超过85分贝且长时间佩戴耳机时，会造成听觉疲劳。当音量在110分贝以上时，听力会受到不可逆的损伤。而采取音量不超设备最大音量的60%，同时时间不超60分钟，可以预防耳机对听力的影响。另外，不要共享耳机，且对耳机定期消毒，这样能避免佩戴时皮肤受损导致细菌侵害。在行走、骑行、开车时佩戴耳机容易引起注意力分散，因此最好暂停音乐或调小音量。入睡时戴耳机听音乐会让耳膜得不到休息，容易造成听力疲劳、眩晕、耳鸣、头疼等问题。

过度使用耳机会出现听力减退、语言分辨能力下降等噪声性耳聋的症状，医生建议耳机的音量不宜超过60%。人们一般没办法发现大音量对高频造成的损伤，高频对噪音敏感，损伤危害时一般不会被感知，具有隐蔽性，等人们感知到时，说明语言范围内的频率也受损了。同时，佩戴耳机可能导致佩戴者忽略环境声音，特别是在过马路，夜跑等场景下可能存在安全隐患。