基于CRY711的多單元仿真耳機設計

段 殼,李浩然,何彥雨

（北京林業大學工學院，北京海淀，100083）

基于CRY711的多單元仿真耳機設計

段 殼,李浩然,何彥雨

（北京林業大學工學院，北京海淀，100083）

本文通過控制變量的方式探究導管、阻尼濾網、分頻電路等因素對于動鐵單元聲音的影響，得出多單元動鐵耳機分頻與調音的原理，并以此為基礎經過多次反復試驗，使用較低成本的動鐵單元設計出了一套三頻均衡，適合演繹流行樂的調音方案。

動鐵耳機；分頻；調音

0 前言

當前網絡技術無處不在，全球信息化進程不斷前進，人們的生活也開始融入信息交互的時代。電路分頻技術、和物理分頻技術這種本來用于音響系統的技術也逐漸開始應用到普通耳機當中，這些技術在日常生活中的應用不僅改變了人們的生活方式，而且使得人們對音樂的欣賞更加快速有效地與社會環境有機聯系起來。

本設計的主要研究內容是多單元動鐵耳機的分頻與調音的原理，由于對動鐵單元的聲音產生影響的因素非常多，因此本文將采用控制變量的方法，探究阻尼濾網的阻值、位置，導管的長度、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動鐵單元產生的影響。為了定量地反映各個因素對動鐵單元影響的程度，本設計采用通過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，仿真人耳聽感，從而測量頻率響應曲線，根據頻率響應曲線來反映動鐵單元發出的聲音受影響的程度和趨勢，然后根據這些結果設計單元搭配和分頻調音方案。另外本設計為了探究客制化定制耳機外殼的制作方法，將詳細講解了制作耳道模型，后期修模，利用瓊脂進行倒模，以及用瓊脂模具制作光固化樹脂耳機殼的流程。

1 耳機的頻率響應測試

1.1 耳機的頻率響應測試概述

頻率響應是指將一個以恒電壓輸出的音頻信號與耳機相連接時，耳機產生的聲壓隨頻率的變化而發生增大或衰減、相位隨頻率而發生變化的現象，這種聲壓和相位與頻率的相關聯的變化關系稱為頻率響應。也是指在振幅允許的范圍內音響系統能夠重放的頻率范圍，以及在此范圍內信號的變化量稱為頻率響應，也叫頻率特性。人類能聽見頻率在20Hz-20000Hz間的聲音。因此很多耳機在設計時也也是要能發出在這范圍的聲音。通過頻率響應測試可以得到耳機的頻率響應曲線，而頻率響應曲線可以反映出一款耳機的各方面的綜合素質。

1.2 頻率響應測試的工具

1.2.1 CRY711人工仿真耳。CRY711人工仿真耳是模擬耳塞導管插入耳道或耳廓方式的耳模擬器，模擬耳機與人耳耦合從而測量耳機聲學性能。CRY711人工仿真耳內置CRY711壓力場測量傳聲器，一般用于高質量入耳式耳機和的聲學測試，通過更換前置導管也可以測試動鐵單元或者平頭式耳機。等效容積2cm3。

1.2.2 音頻測量與頻譜分析軟件ARTA。ARTA Audio Measurement And Analysis Software是一組音頻聲學測量和分析系統，使用標準和專業的電腦聲卡和接口音頻信號采集與生成。ARTA軟件包含以下項目：

ARTA -脈沖響應測量和實時頻譜分析和頻率響應測量。

STEPS-通過階梯正弦激勵的頻率響應測量程序。

LIMP-用于揚聲器阻抗測量和揚聲器參數測量。

在本設計中只需使用ARTA項目與CRY711人工仿真耳配合進行頻率響應測試。

2 影響動鐵單元聲音的因素測試

2.1 阻尼濾網對單元聲音的影響

市面上動鐵耳機大部分選用的都是美國婁氏（knowles）出品的阻尼濾網。它是一種標準品，在耳機中應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聲音不同的影響。

2.2 導管對單元聲音的影響

在本設計中導管選用的是一種助聽器專用導音管，這是大多數定制耳機品牌都使用的導管。下面測試導音管的長度、彎曲度、形變對聲音的影響。

2.3 分頻電路對單元聲音的影響

2.3.1 電容對單元聲音的影響。這里使用婁氏EF-30037全頻動鐵單元進行測試，分別測量單元不加電容，以及在正極串聯1uF、2.2uF、3.3uF電容時的頻率響應曲線。串聯1uF的電容時，EF-30037動鐵單元1KHz以下頻率的聲音急劇衰減；串聯2.2uF的電容時，EF-30037動鐵單元700Hz以下頻率的聲音急劇衰減；串聯3.3uF的電容時，EF-30037動鐵單元500Hz以下頻率的聲音急劇衰減。可以得出結論：串聯電容會使動鐵單元的低頻部分被削弱，且串聯的電容越大，被削弱的頻率范圍越小。

2.3.2 電阻對單元聲音的影響。電阻在分頻電路中的主要作用是平衡各個動鐵單元的聲壓，因為不同型號動鐵單元的靈敏度不同，而串聯電阻可以降低動鐵單元的靈敏度。串聯電阻后，動鐵單元在全頻段的聲壓都會降低，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 調音方案設計

3.1 動鐵單元型號的選擇。在本設計中，考慮到成本、性能、購買渠道等問題，我選擇了婁氏CI-30120和婁氏ED-26784這兩個型號的動鐵單元。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，跟著名的29689同系列，適合全頻、中頻和高頻。

3.2 分頻與調音設計。由于這兩個動鐵單元的靈敏度相近，因此不需要使用電阻來平衡兩個單元的聲壓。接下來分別對兩個單元進行調音。CI-30120作為低頻單元，采用加阻尼濾網的方式削弱其中高頻聲壓，經過反復多次測試，最終使用紅色阻尼濾網距出音口1cm的方式進行調音。

ED-26784作為中高頻單元，采用串聯電容的方式削弱其低頻聲壓。通過對比調音后的CI-30120頻率響應曲線和ED-26784的頻率響應曲線，我認為將分頻點定為1KHz左右能使兩個單元較為流暢地銜接。經過測試，決定使用1uF的電容對ED-26784單元進行分頻。

4 利用光固化樹脂制作定制耳機外殼

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完全固化，此時就可以慢慢取出耳模。

取好的耳模需要進行后期處理，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的形狀。

4.2 耳模的掛臘與倒模。處理好的耳模表面實際上并不夠光滑，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，需要對耳模進行掛蠟。

首先將固態蠟放入容器融化并加熱，經過多次實驗，筆者認為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脂外殼。制作樹脂耳機外殼時，首先將經過調色的液態樹脂倒入瓊脂模具中，在上方蓋一個不透光的遮蓋物，放入紫外光固化機中照射使其固化。根據樹脂顏色不同，要保證固化1.5mm左右的耳機殼，固化時間從一到數十分鐘不等。

[1]賀志堅.動鐵式受話器的原理與應用[J].電聲技術,2013,30(10):11-25.

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

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

[4]周興華.音箱分頻器電流特性分析 [J].實用影音技術,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，高級工程師，主要從事計算機教學科研工作，研究方向為信息安全、系統軟件。