基于CRY711的多单元仿真耳机设计

段 壳,李浩然,何彦雨

（北京林业大学工学院，北京海淀，100083）

基于CRY711的多单元仿真耳机设计

段 壳,李浩然,何彦雨

（北京林业大学工学院，北京海淀，100083）

本文通过控制变量的方式探究导管、阻尼滤网、分频电路等因素对于动铁单元声音的影响，得出多单元动铁耳机分频与调音的原理，并以此为基础经过多次反复试验，使用较低成本的动铁单元设计出了一套三频均衡，适合演绎流行乐的调音方案。

动铁耳机；分频；调音

0 前言

当前网络技术无处不在，全球信息化进程不断前进，人们的生活也开始融入信息交互的时代。电路分频技术、和物理分频技术这种本来用于音响系统的技术也逐渐开始应用到普通耳机当中，这些技术在日常生活中的应用不仅改变了人们的生活方式，而且使得人们对音乐的欣赏更加快速有效地与社会环境有机联系起来。

本设计的主要研究内容是多单元动铁耳机的分频与调音的原理，由于对动铁单元的声音产生影响的因素非常多，因此本文将采用控制变量的方法，探究阻尼滤网的阻值、位置，导管的长度、弯曲度、形变程度，分频电路中的电容、电阻以及特殊分频电路等因素对动铁单元产生的影响。为了定量地反映各个因素对动铁单元影响的程度，本设计采用通过CRY711人工仿真耳模拟人体耳道，并与电脑软件ARTA Audio Measurement And Analysis Software配合，仿真人耳听感，从而测量频率响应曲线，根据频率响应曲线来反映动铁单元发出的声音受影响的程度和趋势，然后根据这些结果设计单元搭配和分频调音方案。另外本设计为了探究客制化定制耳机外壳的制作方法，将详细讲解了制作耳道模型，后期修模，利用琼脂进行倒模，以及用琼脂模具制作光固化树脂耳机壳的流程。

1 耳机的频率响应测试

1.1 耳机的频率响应测试概述

频率响应是指将一个以恒电压输出的音频信号与耳机相连接时，耳机产生的声压随频率的变化而发生增大或衰减、相位随频率而发生变化的现象，这种声压和相位与频率的相关联的变化关系称为频率响应。也是指在振幅允许的范围内音响系统能够重放的频率范围，以及在此范围内信号的变化量称为频率响应，也叫频率特性。人类能听见频率在20Hz-20000Hz间的声音。因此很多耳机在设计时也也是要能发出在这范围的声音。通过频率响应测试可以得到耳机的频率响应曲线，而频率响应曲线可以反映出一款耳机的各方面的综合素质。

1.2 频率响应测试的工具

1.2.1 CRY711人工仿真耳。CRY711人工仿真耳是模拟耳塞导管插入耳道或耳廓方式的耳模拟器，模拟耳机与人耳耦合从而测量耳机声学性能。CRY711人工仿真耳内置CRY711压力场测量传声器，一般用于高质量入耳式耳机和的声学测试，通过更换前置导管也可以测试动铁单元或者平头式耳机。等效容积2cm³。

1.2.2 音频测量与频谱分析软件ARTA。ARTA Audio Measurement And Analysis Software是一组音频声学测量和分析系统，使用标准和专业的电脑声卡和接口音频信号采集与生成。ARTA软件包含以下项目：

ARTA -脉冲响应测量和实时频谱分析和频率响应测量。

STEPS-通过阶梯正弦激励的频率响应测量程序。

LIMP-用于扬声器阻抗测量和扬声器参数测量。

在本设计中只需使用ARTA项目与CRY711人工仿真耳配合进行频率响应测试。

2 影响动铁单元声音的因素测试

2.1 阻尼滤网对单元声音的影响

市面上动铁耳机大部分选用的都是美国娄氏（knowles）出品的阻尼滤网。它是一种标准品，在耳机中应用的主要有六种颜色，类似于电阻一样，每种颜色分别代表不同的阻值，不同的阻值代表了对声音不同的影响。

2.2 导管对单元声音的影响

在本设计中导管选用的是一种助听器专用导音管，这是大多数定制耳机品牌都使用的导管。下面测试导音管的长度、弯曲度、形变对声音的影响。

2.3 分频电路对单元声音的影响

2.3.1 电容对单元声音的影响。这里使用娄氏EF-30037全频动铁单元进行测试，分别测量单元不加电容，以及在正极串联1uF、2.2uF、3.3uF电容时的频率响应曲线。串联1uF的电容时，EF-30037动铁单元1KHz以下频率的声音急剧衰减；串联2.2uF的电容时，EF-30037动铁单元700Hz以下频率的声音急剧衰减；串联3.3uF的电容时，EF-30037动铁单元500Hz以下频率的声音急剧衰减。可以得出结论：串联电容会使动铁单元的低频部分被削弱，且串联的电容越大，被削弱的频率范围越小。

2.3.2 电阻对单元声音的影响。电阻在分频电路中的主要作用是平衡各个动铁单元的声压，因为不同型号动铁单元的灵敏度不同，而串联电阻可以降低动铁单元的灵敏度。串联电阻后，动铁单元在全频段的声压都会降低，并且频率越低，所受影响越大。另外电阻阻值越大，灵敏度降低的幅度也越大。

3 调音方案设计

3.1 动铁单元型号的选择。在本设计中，考虑到成本、性能、购买渠道等问题，我选择了娄氏CI-30120和娄氏ED-26784这两个型号的动铁单元。30120是娄氏CI系列的大体积高声压输出的单元，理想的中低频单元，低频保质保量，与同系列的22955的差别仅仅在于线圈电阻低了5欧姆，实际频响上，中低频灵敏度更高。而26784是娄氏ED系列的中阻抗型号，跟著名的29689同系列，适合全频、中频和高频。

3.2 分频与调音设计。由于这两个动铁单元的灵敏度相近，因此不需要使用电阻来平衡两个单元的声压。接下来分别对两个单元进行调音。CI-30120作为低频单元，采用加阻尼滤网的方式削弱其中高频声压，经过反复多次测试，最终使用红色阻尼滤网距出音口1cm的方式进行调音。

ED-26784作为中高频单元，采用串联电容的方式削弱其低频声压。通过对比调音后的CI-30120频率响应曲线和ED-26784的频率响应曲线，我认为将分频点定为1KHz左右能使两个单元较为流畅地衔接。经过测试，决定使用1uF的电容对ED-26784单元进行分频。

4 利用光固化树脂制作定制耳机外壳

4.1 耳模的取样与后期处理。首先将取模者的耳道清洁干净并放入耳障防止损伤鼓膜，然后取适量的两种材料等量充分混合并用注射器注入耳道直至耳模膏覆盖耳廓，将耳模膏压紧以保证耳模饱满。十分钟左右耳模就会完全固化，此时就可以慢慢取出耳模。

取好的耳模需要进行后期处理，首先用美工刀切除掉不需要的部分，然后用电磨和砂纸打磨成适宜制作定制耳机的形状。

4.2 耳模的挂腊与倒模。处理好的耳模表面实际上并不够光滑，还存在着很多凹凸不平的小孔以及裂纹，为了让耳模表面变得光滑，需要对耳模进行挂蜡。

首先将固态蜡放入容器融化并加热，经过多次实验，笔者认为120℃左右是最合适的挂蜡温度，然后将耳模浸入蜡中并快速取出，就可以让耳模表面覆盖上一层薄蜡，从而变得非常光滑。

4.3 利用琼脂模具制作树脂外壳。制作树脂耳机外壳时，首先将经过调色的液态树脂倒入琼脂模具中，在上方盖一个不透光的遮盖物，放入紫外光固化机中照射使其固化。根据树脂颜色不同，要保证固化1.5mm左右的耳机壳，固化时间从一到数十分钟不等。

[1]贺志坚.动铁式受话器的原理与应用[J].电声技术,2013,30(10):11-25.

[2]胡金金.简单分频的封闭式音箱制作 [J].音响技术,2011,14(11):43-49.

[3]周兴华.浅谈音箱分频器及分频点的选择 [J].实用影音技术,2007,28(18):20-25.

[4]周兴华.音箱分频器电流特性分析 [J].实用影音技术,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

何彦雨，男，高级工程师，主要从事计算机教学科研工作，研究方向为信息安全、系统软件。