基于TRIZ理論的音樂耳機發展分析

胡祖國　趙新軍

一、引言

因為離自己太近，所以常常被忽視，音樂耳機就是這樣的產品。現代生活中，無論是家庭、宿舍等私人空間還是公車、圖書館等公共場合都可以看到它的身影。隨著時間的推移與技術的進步，音樂耳機已經由初期的以兩個小型音箱掛在耳邊作為音樂播放載體的形式逐漸走向成熟，不論是形態還是佩戴方式，甚至核心的發音單元，都有很多的改變。本文基于TRIZ理論分析音樂耳機的發展與演變，進而預測未來音樂耳機的發展趨勢，為該產品的研究貢獻有價值的理論資料。

二、音樂耳機的分類

音樂耳機即我們常用以進行聽音樂、看電影等相關娛樂活動的耳機。它獨有的體積小、質量輕、佩戴方便等特征使其受到廣大消費者尤其是音樂愛好者的追捧。音樂耳機可按佩戴方式分為3大類：頭戴式、耳掛式、耳塞式（見圖1）。

早期的耳機并沒有細分其使用功能，因此不管是用來聽音樂還是作為通信設備，其形態多采用類似耳罩的外形（圖1A）。隨著科技的發展與消費者需求的不斷更新，人們對于音樂播放品質有了更高要求，這便催生出音樂耳機這一專門的耳機類別，同時，其佩戴方式亦有了革命性的改觀（圖1B）。當然，音樂耳機自單獨作為一項耳機類別投入市場起便呈現出更新快、多元化的產品特征，在原有的形態之上，又陸續出現諸如耳塞式甚至定制式音樂耳機（圖1C）。

上述三類音樂耳機雖形態各異，但性能各有千秋，它們憑借著自身的產品特點而共同分據著整個音樂耳機市場。

頭戴式音樂耳機的優點具體體現在其佩戴的舒適性、音質的品質保證以及功能的可控性上。首先，足夠包裹住整個耳朵的耳罩形態設計有效地保證了使用者在佩戴過程中的舒適性，此外，在使用過程中，使用者同樣可以根據個人需求對其進行適當的調整以滿足自身的使用舒適性需求；另外，由于采用了較為成熟的聲音傳輸系統，頭戴式音樂耳機在音樂的播放品質上是十分具有優勢的；多功能操作控制系統也為諸如音量調節、切換曲目等操作在該產品中的實現提供可能。當然，其缺點也較明顯：（1）體積較大、質量較重，不利于攜帶與收納；（2）形態繁復，功能分區不夠明了，易造成誤操作等不良體驗效果；（3）成本較高，價格昂貴，普通消費者難以承受其高昂價格而不得不放棄選擇購買該類產品。

耳掛式音樂耳機的優點是方便靈活，它的外觀形態較之頭戴式耳機明顯要小巧許多，因此人們在出行時會廣泛選擇使用該款音樂耳機，除此之外，它在價格與維護成本上同樣具有自己的優勢；缺點多集中在其佩戴的舒適性與適用性上，因為是扣掛的佩戴方式，在使用過程中難免會出現易脫落、難固定等問題。

耳塞式音樂耳機即我們常說的耳塞，它的優點是外觀小巧靈活，十分方便隨身攜帶，在閑置時亦不會占據太多空間；另外，其造型豐富、風格多變，有球形、紡錘形、半球形等多種形態；同時，較前兩種音樂耳機，它的售價可謂相當低廉，十分親民。因此，它是音樂耳機市場中最為廣泛、最為流行的一款耳機。缺點則是因體積小而易丟失，以及其他附屬功能不夠齊全等。

三、音樂耳機的發展歷程和基本工作原理

3.1 萌芽時代——音響代替實現耳機功能

19世紀80年代，世界上第一副耳機誕生了，不過它與音樂沒有半毛錢關系，它是為通信而生的。使用時需將重達幾磅的耳機支在肩頭，就像在肩膀上放了個音箱。

3.2 動圈時代——頭戴式音樂耳機的出現

1937年，由Beyer制造的世界上第一款動圈式耳機DT-48無疑是音樂耳機發展史上的一大里程碑。1937年8月18日，Eugen Beyer根據電影院揚聲器上使用的動圈換能器（dynamic transducer），發明了一種微型動圈換能器并把它鑲嵌到一根可戴在頭上的帶子內， 由此誕生了世界上第一只動圈耳機。動圈式耳機的誕生結束了傳統的只能在音樂廳欣賞音樂的形式，人們可以在任何其他場景里盡情享受音樂的美妙，而且，該耳機播放出的聲音音質非常棒，既無雜音，也無低悶的銅鼓聲或唧唧的絲弦聲，可以說，Beyer先生在用動圈式耳機播放真正的音樂！

工作原理：動圈式耳機的單元，其實可以看作是喇叭的縮小版，它的基本工作原理很簡單，由釹鐵硼磁體或常規的永磁體在單元底部建立一個磁場，而音圈置于在這一磁場中。當音圈通電時，由于音圈產生的電磁場與磁體的磁場產生排斥或吸引，使音圈在磁場中運動起來，而音圈的頂部是振膜，它的運動引發振膜的震動，再由振膜推動空氣，這樣就發出了聲音（見圖2）。

3.3 等磁時代—耳掛式音樂耳機涌入市場

YAMAHA在1975年發布第一款Orthodynamic等磁式耳機「HP-1」，隨后除發布HP-2、HP-3等后續版本外，還在1978年推出主攻中低階市場的YH系列。由此，等磁式音樂耳機開始普及。這時的耳機形態依舊保持著原有的頭戴式耳機形態，而在等磁時代來臨之后，在原來的頭戴式耳機的基礎之上，逐漸演變出了現在的耳掛式形態音樂耳機。等磁技術不斷成熟，毫不意外地，它逐漸被廣泛運用于耳掛式音樂耳機上。

工作原理：等磁式耳機的驅動器類似于縮小的平面揚聲器，它將平面的音圈嵌入輕薄的振膜里，像印刷電路板一樣，可以使驅動力平均分布。磁體集中在振膜的一側或兩側（推挽式），振膜在其形成的磁場中振動。等磁體耳機振膜沒有靜電耳機振膜那樣輕，但有同樣大的振動面積和相近的音質，

3.4 靜電與圈鐵時代——耳塞式音樂耳機的興起

我們現在最常用的音樂耳機便是耳塞式音樂耳機了，它小巧靈活、精致靈動、風格活潑、價格親民，這一系列的特點使得我們對它愛不釋手。據調查，在現有的音樂耳機產品之中，耳塞式音樂耳機的市場占比高達70%，這一數據表明了耳塞式音樂耳機的市場潛力巨大。

伴隨著技術的革新，音樂耳機不僅在形態上有了突破性的改變，在產品功能實現原理上也產生了深刻的變化，具體來說，就是在原有的動圈式、等磁式等原理之上，又出現了如靜電式、圈鐵式的音樂耳機產品功能實現原理。這些全新的技術革新與音樂耳機的外觀形態一起，慢慢地滲透到我們的日常生活中，改變著我們的使用習慣。

工作原理：靜電式音樂耳機的振膜處于變化的電場中，振膜極薄，可以精確到微米級，由高直流電壓極化，極化所需的電能由交流電轉化，也有電池供電的。振膜懸掛在由兩塊固定的金屬板（定子）形成的靜電場中，當音頻信號加載到定子上時，靜電場發生變化，驅動振膜振動發聲。單定子也是可以驅動振膜的，但雙定子的推挽形式失真更小。（見圖4）。而圈鐵式則是近幾年開始興起的技術，即采用動圈單元+動鐵單元的組合。

四、基于TRIZ理論的音樂耳機發展分析

從第一代動圈式音樂耳機的誕生至今，音樂耳機的發展已經歷經了數十載。在這個漫長的過程中，音樂耳機的技術人員、生產商以及其他相關從業人員為了研發出更優質的音樂耳機產品不斷借鑒使用諸多TRIZ理論中的發明創造原理，可以說，如今豐富的音樂耳機產品現狀的形成與TRIZ理論的相關原理有著密切的關聯。

第一代音樂耳機是在傳統耳機這一大類之下細分出來的功能耳機類別，因此，不論是其造型與材質還是操作方式等方面都與傳統耳機大同小異，尤其是形態上，它延續了傳統耳機的整體曲面化造型，即運用了TRIZ理論中的曲面化原理（圖5A）。另外，通過將聽筒與耳麥的隔離放置，以及控制鍵與機體的有效分離等，實現了簡單化操作的目的，體現了TRIZ理論中的分割原理的應用。隨后不久，耳掛式音樂耳機迅速涌向市場，TRIZ理論中的不對稱原理運用在音樂耳機的造型設計上是變得十分頻繁——為了將音樂耳機的操作變得更加簡單、靈巧，設計師們適當地調整機體構型使它們變得不再如老款音樂耳機那樣對稱。

在材質的選擇上，音樂耳機的材質范圍非常廣泛，從最初的塑料到隨后的金屬再到最近比較流行的合金等等。而如今，伴隨著復合材料的普及，音樂耳機也緊隨時代步伐，在材料的應用上大膽地嘗試新的復合材料如玻璃纖維、合成樹脂等，TRIZ理論中的復合材料原理使得耳機的發展更加開闊。早期耳塞式音樂耳機的耳塞部分是用硬質材料制作的，佩戴久了耳朵就會產生壓抑感，新一代的音樂耳機多采用較為柔軟的橡膠等代替原來的硬質耳機頭。這樣既增加了舒適感又有效的阻斷外來音的干擾，這里表現為TRIZ理論中的柔性殼體或薄膜原理的應用（圖5B）。

產品功能上，動圈式音樂耳機的原理類似于普通揚聲器，處于永磁場中的線圈與振膜相連，線圈在信號電流驅動下帶動振膜發聲。它的這一工作原理是借助于反饋機制來實現的，而TRIZ理論中的反饋原理就是引入反饋儀改善過程或動作。另外，靜電式音樂耳機必須使用特殊的放大器將音頻信號轉化為數百伏的電壓信號，驅動所能到達的聲壓級也沒有動圈式音樂耳機大，但它的反應速度快，能夠重放各種微小的細節，失真極低。這樣的話，物體在操作的過程中會自動調整，以達到優化的性能，也就是TRIZ理論中的動態化原理的實際應用。

五、音樂耳機發展趨勢的預測

通過對音樂耳機市場的調查，可以發現，越來越多的消費者在選擇如音樂播放器、iPod等電子產品的同時，亦會重點關注其附屬產品——音樂耳機；甚至，音樂耳機正在逐漸作為一項獨立的電子音樂產品受到重視，由此催生出了一大批如拜亞動力、鐵三角、歌德等國際音樂耳機品牌。這意味著，音樂耳機市場將是一個龐大而潛力無限的消費市場。

在眾多音樂耳機中，動圈式原理音樂耳機憑借著自身較為成熟的技術發展水平以及較為經濟的成本價值在業界廣受褒獎。雖然，現在的技術水平已經發展到了有諸如靜電式、動鐵式等技術原理的階段，但在綜合考慮包括生產成本、功能實現、可靠性、后期維護等因素的情況下，不難發現動圈式原理音樂耳機的性價比遠遠優于其他耳機，也就是說，在今后相當長的一個時間段內，動圈式音樂耳機依舊會是音樂耳機市場的主流。

對于音樂耳機的形態設計趨勢，比較現有的頭戴式、耳掛式以及耳塞式音樂耳機的產品形態，我們可以發現，三者分別代表著不同的流行趨勢與消費觀念，每一款均有其獨特的產品形態特征，也就是說，不同的消費者會依據自己不同的需求而選擇購買相應形態的音樂耳機。因此，音樂耳機的產品形態不會像其工作原理一樣多集中在某一項領域之內，更多的，它會保持現有的多元化形態發展趨勢，并且在此基礎之上，不斷衍生出更多的產品形態以適應市場需求。在不久的將來，隨著相關技術的成熟，將會有其他形態的、甚至是完全顛覆現有音樂耳機外觀形態的產品出現。

六、結論

音樂耳機的生產、發展和演變體現了諸多TRIZ理論的應用，其發展理念體現了人們對高品質生活的追求。總結目前音樂耳機的特點，可以看出無論是產品功能實現方式、材質選擇還是外觀形態等方面均呈現多元化的趨勢。

我們有理由相信，在科技水平與人們生活質量不斷提高的大背景下，會不斷涌現出一批批更為優質的音樂耳機于我們的生活之中，屆時，音樂耳機的市場將會變得更加龐大；相應的，其產品功能亦會更加細分。對于消費者來說，會有更多更優質的音樂耳機產品可供選擇！

責編/劉紅偉