动铁与动圈耳机原理解析:探究两种耳机技术的优势与应用场景
野明月 2023-11-28

  很多小伙伴为了听歌更 high,会更换更好的耳机。这时候遇到一个到底购买动铁式耳机还是动圈式耳机的问题?抑或者很多小伙伴压根不知道这两种‘动铁’和‘动圈’到底是代表了什么意思,那么我们这一片文章来给大家讲一下动圈和动铁的工作原理,以及各自的优缺点。帮助你更好的判断哪种耳机更加适合自己购买。

  我们先从大家熟悉的动圈耳机单元来说起。要弄懂这个问题,首先要了解声音是什么。声音,是物体振动时,振动通过介质传播(一般为空气),被人耳捕捉到的一种生理感觉。明白了这一点,你就知道任何能发出声音的物体它妥妥的是在振动的。而我们人耳所能捕捉到的振动频率是在 20 赫兹到 20000 赫兹之间。一般来说我们的声学设备所能提供的声音覆盖范围也基本和这个频率范围吻合 。

  而动圈式耳机是怎么推动空气振动的呢?顾名思义,动圈单元,就是可以动的音圈。它是由一个圆形线圈,在电流和磁场的作用下,前后往复运动,而带动振膜振动机械机构。

动圈单元爆炸图

  如上图所示,我们可以看到在线圈,右边是它通常贴合的一块半透明的振膜,左边则是产生磁场的圆形磁铁。

  我们先来说说动圈耳机的缺点,首先是体积大,因为圆形的设计,这个由导线绕制成的圆圈通常不能做的太小。因为太小难以产生足够的磁力来推动振膜进行有效率的运动。而这个线圈如果做大了,又需要保证将线圈安装在一定面积的振膜上,才能得到一个比较理想的频率响应,所以体积上很难控制。所以动圈耳机经常面临做小了没低频,做大了单元的灵活性和重量都很难控制的问题。

  其次是因为动圈式耳机基本上都是软性振膜,比如 PET,生物纤维膜等,所以在高音量下容易出现比较明显的不良谐振,它的振动是无规律的,会严重影响到振膜的正常振动(术语:分割振动,有兴趣的童鞋可以百度一下),从而导致音质的下降。

  不过优点就是动圈式耳机结构相对简单,装配工艺也非常成熟(熟透了的那种),成本不高的前提下配合合理的外壳音腔设计就能得到一个较好的声音,听感上也容易做到三频也均衡。

动圈耳机构造爆炸图

  总结一下:

  动圈结构的耳机,一般来说都体积较大,尤其是入耳式动圈耳机体积不容易控制,而且一般来说只会有一个单元。性能上,同体积下难以和动铁那么容易做好。不过好在工艺成熟,生产成本不会太高。一个单元可以作为发声器件来说,声音通常也比较顺畅自然。

  说完动圈,我们再来看看动铁单元里藏了什么玄机。

动铁耳机和单元爆炸图

  上图为一张通常意义上的单一单元动铁驱动耳机的爆炸图,动铁单元(Balanced Armature Driver)下方展示了单元构成的爆炸图。我们可以看到动铁单元的体积非常之小,这也是动铁的一大优势,体积小能让动铁将重量和尺寸尽可能的变小,让舒适度和隔音效果达到最大化。

  回头来说工作原理,那么动铁单元是怎么工作的呢?我们前面说了,任何会发出声音的东西都在振动,所以动铁单元也不例外。

动铁单元的基本原理示意图

  其实动铁是在一块 U 形的铁片上,一端放置磁铁,一端绕制线圈。U 形铁片中的一端受到交流往复的磁场推动产生了振动,而这个 U 形铁片的一头连接有一根细细的传导针,这根针又连接到放置在单元上方的振膜上,从而实现了带动振膜振动发声的目的。如我们下图展示的,包括静电耳机也一样是通过膜片振动来发出声音的。

动圈 动铁 静电耳机工作原理

  毫无疑问,动铁单元将线圈和振膜通过传动针分开了一段距离,从而可以得到一块实用面积较大的振膜,所以这种单元在体积控制上不受音圈的拖累,这是结构的先天的优势。不过动铁用于发声的机械结构,在振动频率较高时,常会产生明显的机械共振。这会导致高频响应逐渐变差,所以早年的动铁单元,高频比较刺耳,但因为体积小巧,并且灵敏度高,基本上是助听器发声单元的标配,所以早期民用市场的动铁耳机,经常会给人一种分析力超强,但是高频不耐听的听感,俗称‘铁皮味’。不过过去几年加工技术和材料科学的快速发展加上耳机市场的持续升温,让很多耳机厂商通过优化结构和提高精度来逐渐克服了这个弱点,而动铁单元的振膜一般来说都采用铁/铝/铜和 PET 材质制成多层复合振膜,金属高硬度不容易产生分割振动,所以现在优秀的动铁耳机得益于此,很容易将解析力做的很高。这两年的高端动铁,曾经的‘铁皮味’在逐渐消失,而超强的解析力和顺滑不刺耳的高频越来越变成了一种常态。

  总结一下:

  动铁耳机的高硬度金属振膜,是它容易做高解析力的秘密武器,不过如果设计和工艺水平不够,容易出现”动铁味“,高频虽然解析力强,但是容易吵耳。而动铁的结构决定了它可以将体积控制的非常优秀,所以入耳式耳塞绝大部分都属于动铁一类。

  不光如此,这种体积优势还可以让一些高端型号一次性将两三个,甚至六七个单元放入单一耳塞腔体内。通过分频网络来得到最平直的相应曲线,堪称发烧指数五颗星。讲到这里,其实大伙心里基本上也就明白了,动圈和动铁目前来说基本上没有分出谁高谁低,各有各的特色和擅长。

  那么可能你想问了,能不能把动圈和动铁的特点结合起来?还真能,那就是圈铁耳塞,目前很多厂家都是尝试将动圈单元和动铁单元结合在一个耳塞内部,来分别负责各自擅长的频段。这样一来,如果设计得当,就既避免了动圈容易素质不易做高,动铁低频不易下潜很深等问题,而且还结合了两者各自的特色,属于一个异军突起的种类。有兴趣的童鞋可以去试听一下看看圈铁耳机是不是你的菜。

  好了,今天动圈和动铁的故事就讲到这里了。音频通常被我们认为是难以量化的,主观听音结论也非常容易因人而异。这里边有很多不为人知的道理是我们不容易了解到的,所以才会有音频发烧=玄学的说法。探究原理永远比开脑放要来得实用,而多听多比较也才是玩好音频烧友的必修课,

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