B-71和B-81骨導耳機的性能比較

趙正宜 鐘波 何龍標 冀飛 林穎 田鋒

    骨導耳機又稱骨振器，是一種通過振動顱骨而產生聽覺的電-力換能器，它可以直接將電子信號轉換為機械信號[4]。骨振器按振動發聲原件材料及工作原理不同，可分為電磁式、壓電式和超磁致伸縮式三種[5]。顧名思義，電磁式骨振器的聲發生元件為電磁材料，包括產生磁場的線圈、磁軛、振動板等，給線圈施加變化的電流，就會產生一個變化的磁場，磁軛受到變化磁場作用而發生振動，引起振動板振動，產生振動信號[6]。B-71 和B-81 型骨導耳機其聲發生元件均為電磁式。

    B-71 骨導耳機是一個將電磁能量轉換為機械振動的電磁可變磁阻換能器，該換能器內中間部分放置一個永磁體，磁場方向交替變化迫使磁鐵下方的一個空氣間隙在諧波運動中改變體積大小。這種類型的換能器在產生低頻振動時具有固有的高諧波失真，其主要缺點是在低頻率產生的諧波失真過高；B-81 耳機換能器與B-71 的可變磁阻換能器類似，同樣是將電磁能量轉換為機械振動，但其內部使用了與B-71 不同的拓撲結構，四個永磁體放置于換能器四角，從而使磁體的內部和外部形成多個空氣間隙，這些空氣間隙相互作用達到了力平衡，這種平衡提高了B-81 的線性度，從而使換能器產生一個較低的諧波失真[7]。同時，B81 的頻率響應和電阻抗與B71 一致，雖然B81 的高度比B71 稍低，但其重量和尺寸是相同的，且都有一個1.75 cm2 的圓形表面。

骨導耳機最重要的也是聽力學最關心的兩項參數指標是各頻率點的最大輸出強度和諧波失真。為了比較B-71 和B-81 兩款耳機的性能，進行了兩組實驗：1）在最大輸出強度相同條件下，比較兩者的諧波失真；2）在諧波失真相同條件下，比較兩者的最大輸出強度。設計了一套骨導耳機物理參數測量系統用于完成預定實驗內容。系統主要使用的設備包括：信號發生器（AFG3022B 型，美國Tek 公司）、功率放大器（PA3000 型，北京瑞森新譜公司）、仿真乳突（4930 型，丹麥B&K 公司）和聲分析儀（3160 型，丹麥B&K 公司）等。

    該系統的工作原理如下：將實驗用骨導耳機耦合到仿真乳突4 930 上，并用550g 砝碼在骨振器上加載5.4N 的靜態力；開啟信號發生器AFG3022B 產生正弦純音信號并傳輸至功率放大器PA3000，功率放大器對信號進行放大后驅動骨導耳機發聲，仿真乳突將振動力信號轉換為電信號輸入到聲分析儀3 160，聲分析儀中采用1/3 倍頻程工具軟件對信號的最大輸出強度和諧波失真進行分析和處理。最大輸出強度對應的物理量是力值，參考值為1 μN。采用本系統進行測量，最大輸出強度以dB 表示。本文所述諧波失真均為總諧波失真，使用聲分析儀測得基頻、二次、三次和四次諧波分量幅值并計算出總諧波失真。原理圖如圖1 所示。

    在實驗過程中發現，如果信號發生器加載到骨導耳機上的信號強度過高，耳機會伴隨強烈振動，發出異常響聲并持續產生高熱，此情況極易造成耳機過載損壞。這是由于聽力計的最大輸出受設計的限制，最大骨導輸出在60 dBHL 左右[8]。在常規聽力學檢查時，為避免受試者聽力損傷，250 Hz 頻率點最大輸出一般控制在20～30 dB，500～4 000 Hz 最大輸出控制在50～60 dB[9 ? 10]。實驗中為獲得既能保障耳機最大輸出要求又避免耳機破壞的實驗條件，參照國標《GBT 7341.1 測聽設備 第1 部分：純音聽力計》中規定I 型聽力計的最大輸出聽力級的要求并結合實際聽力檢測需求[11 ? 12]，選取了5 個測試頻率點及其對應的最大輸出值進行對照實驗。

    雷鋒精神是中華民族傳統美德的一種積淀，是一種隨著時代進步而不斷發展的與時俱進的精神。雷鋒精神是中華民族傳統美德的一種積淀，是一種隨著時代進步而不斷發展的與時俱進的精神。

    建立的骨導耳機物理性能測量系統，能夠通過最大輸出強度及諧波失真等指標評判骨導耳機的優劣。針對B-71 和B-81 兩款骨導耳機，B-81耳機在250H、500、1 000、2000 Hz 四個頻點的最大輸出和諧波失真兩項指標， 均顯著優于B-71 耳機；在4 000 Hz 頻點兩者的最大輸出和諧波失真相差不大。因此，在低頻和中頻段B-81 耳機在最大輸出和諧波失真兩方面均優于B-71 耳機。在實際測聽工作中，上述兩款骨導耳機可以用于同一型號的聽力計，基于骨導耳機聲學性能測量系統的比較試驗表明，B-81 骨導耳機可以替代傳統的B-71 骨導耳機，且其信號輸出強度以及諧波失真的指標優于B71。