無線耳機(jī)方案設(shè)計開發(fā)

無線耳機(jī)，顧名思義就是中間導(dǎo)線被電波所代替，將發(fā)射端與音頻設(shè)備連接，通過發(fā)射端將電波傳送到耳機(jī)中的接收端來實現(xiàn)信號傳輸?shù)亩鷻C(jī)。無線耳機(jī)由三個部分組成：第一部分是發(fā)射端，第二部分是接受器，第三部分是耳機(jī)部分，其中耳機(jī)部分的功能主要是用來將接收器傳送來的電信號轉(zhuǎn)化為聲音再傳到人的耳朵里。

無線耳機(jī)與有線耳機(jī)最大的區(qū)別就是，沒有中間線纜替，在音質(zhì)上并沒有很大的差異。因此，無線耳機(jī)的發(fā)展歷程基本上也是跟隨通訊技術(shù)不斷進(jìn)步的過程。無線耳機(jī)的發(fā)展先后經(jīng)歷了FM調(diào)頻、紅外、2.4G、藍(lán)牙幾個階段性的演變。在聽覺品質(zhì)、信號傳輸速度、傳輸帶寬以及高質(zhì)量視聽設(shè)備的成本上，每一代技術(shù)都在提升。

一、無線耳機(jī)方案技術(shù)分類

1、FM無線耳機(jī)

FM全稱Frequency Modulation，簡稱調(diào)頻。用FM來指一般的調(diào)頻廣播（76-108MHz，在我國為87.5-108MHz、日本為76-90MHz），事實上FM也是一種調(diào)制方式，即使在短波范圍內(nèi)的27-30MHz之間。無線耳機(jī)最早就是采用FM技術(shù)，在耳機(jī)上裝有FM接收電路，再由FM發(fā)射器將音頻信號發(fā)射出去，形成信號的傳輸。這種原理的應(yīng)用，也使此類耳機(jī)增加了一個收音機(jī)的功能。由于采用FM技術(shù)，所以信號的衍射性較強(qiáng)，使用距離可以遠(yuǎn)至70米。但由于FM最高22KHZ的采樣率，致使其聽覺性能較差，而且保密性不高并極易受到干擾，只能進(jìn)行單向信號傳輸，低帶寬的特點也導(dǎo)致無法集成無線耳麥，所以FM技術(shù)的這些缺點也使得此類耳機(jī)常定位于低端市場。市場上國產(chǎn)的FM無線耳機(jī)隨處可見，主要還是應(yīng)用于外語聽力訓(xùn)練、外語測試等領(lǐng)域。

2、紅外無線耳機(jī)

紅外全稱紅外線，它是一種可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾姶挪ā?800年，英國天文學(xué)家赫謝爾第一次發(fā)現(xiàn)了紅外線。自然界的物體，當(dāng)溫度高于絕對溫度（-273攝氏度）時，其表面就會向外輻射紅外線。紅外線也屬于光波，因此除了強(qiáng)光外很少被外界干擾，這種穩(wěn)定性的特點被廣泛應(yīng)用于早期無線傳輸，比如紅外線無線鼠標(biāo)、紅外線鍵盤、手機(jī)遙控器等等。紅外線傳輸是一種點對點傳輸，一般適用于成本較低、跨平臺、點對點的高速數(shù)據(jù)連接的需要。在音頻傳輸上，紅外無線技術(shù)最大的優(yōu)點在于帶寬，可以將音頻信號最大容量的傳輸，音質(zhì)效果較好。

但紅外線也存在許多缺點，首先點對點的傳輸方式就對發(fā)射端與接收端的對接角度有了限制。如果對接角度發(fā)生大的偏離，信號很可能無法接受。另外，紅外的傳輸距離不是很長，一般的有效距離不超過10m。紅外傳輸?shù)陌l(fā)射功率較高，這使得無線耳機(jī)在更換電池或者充電上變的比較頻繁。

3、2.4GHz無線耳機(jī)

2.4GHz是一種工作頻段，其頻段介于2.405GHz-2.485GHz之間。他的頻段屬于國際免費通用頻段，所以在2.4GHz頻段下工作具有更大的使用范圍與抗干擾能力。它的最大優(yōu)勢還在于數(shù)據(jù)傳輸速率，采用P2P協(xié)議，2.4GHz無線技術(shù)的理論傳輸速率可以達(dá)到2Mb/s,超出了1.4Mb/s的“CD級音質(zhì)”的要求。另外，它基本上可以滿足無損傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，他的工作方式是雙全工模式傳輸，這個優(yōu)勢使它具備了超強(qiáng)的抗干擾能力。2.4GHz無線技術(shù)成本較低，加上優(yōu)越的性能被廣泛應(yīng)用于低端產(chǎn)品市場。

2.4GHz無線技術(shù)的成熟，也推動了2.4GHz無線耳機(jī)的發(fā)展。無線耳機(jī)的核心工作是處理音頻信號，這種信號的傳輸通過無線的方式傳導(dǎo)于音源與耳機(jī)之間。2.4GHz高速的數(shù)據(jù)傳輸能力及超強(qiáng)的抗干擾性決定了此類無線耳機(jī)優(yōu)秀的音質(zhì)與極好的穩(wěn)定性。另外，采用2.4GHz技術(shù)消耗功率不高，也更加省電。隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，2.4GHz無線耳機(jī)的市場將更加具有潛力，是未來耳機(jī)發(fā)展的大趨勢。

4、藍(lán)牙無線耳機(jī)

藍(lán)牙（Bluetooth）的名字由來于一位丹麥的國王哈拉爾藍(lán)牙王，現(xiàn)取其“統(tǒng)一”的含義，而這種技術(shù)的創(chuàng)始人是愛立信公司，后來由藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟訂定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。藍(lán)牙同樣是一種基于2.4GHz技術(shù)的無線傳輸協(xié)議，區(qū)別在于藍(lán)牙采用的協(xié)議是IEEE802.15協(xié)議。在抗干擾方面，藍(lán)牙技術(shù)有獨特的解決方式，藍(lán)牙特別使用了調(diào)頻技術(shù)，即把頻道分為諾干個調(diào)頻信道，在連接時，無線電接收器按照一定的規(guī)律從一個信道跳到另一個信道，由于規(guī)律不同，很難被其他信號干擾。另外，藍(lán)牙無線技術(shù)不需要固定的基礎(chǔ)設(shè)施，使用十分方便。因此，它的應(yīng)用十分廣泛，可以無線連接手機(jī)、平板電腦、汽車音響、耳機(jī)、MP3播放器等多種設(shè)備。此外它最大的優(yōu)勢就是，藍(lán)牙產(chǎn)品不再需要安裝驅(qū)動程序軟件。目前，此技術(shù)已經(jīng)發(fā)展相當(dāng)成熟，未來將向著小型化、低功率、低成本、安全、穩(wěn)固、易于使用并具有即時聯(lián)網(wǎng)功能的方向繼續(xù)發(fā)展。

藍(lán)牙技術(shù)因其低延時，低功耗高速率特性能實現(xiàn)高品質(zhì)音樂傳輸，各式各樣藍(lán)牙耳機(jī)應(yīng)運而生。藍(lán)牙耳機(jī)最大的優(yōu)勢在于能實現(xiàn)高保真音樂播放，同時用戶可以不用攜帶音頻設(shè)備而在較大范圍內(nèi)隨意移動，十分便利，因此應(yīng)用空間極大。

5、幾種無線耳機(jī)方案的對比

每一種技術(shù)都有各自的優(yōu)勢與不足，我們可以看出FM無線耳機(jī)抗干擾較差，但成本低；紅外無線耳機(jī)耗電量大，有使用角度限制，但除強(qiáng)光其他干擾影響較小。以上兩種類型無線耳機(jī)都屬于早期技術(shù)的代表，由于技術(shù)門檻低，音質(zhì)普遍較差，所以只能出現(xiàn)在低端市場。目前應(yīng)用最廣的就是藍(lán)牙耳機(jī)，也就是現(xiàn)在的TWS真無線耳機(jī)，它高速的傳輸率和極佳的保密性使用戶可以將耳機(jī)任意與帶有藍(lán)牙功能的其他娛樂設(shè)備相連接。無論是在辦公室、臥室、客廳、還是在駕車，都可以隨時實現(xiàn)即時連接。

二、無線耳機(jī)的發(fā)展趨勢

隨著人們對生活質(zhì)量要求的不斷提高，人們對耳機(jī)的舒適度、材質(zhì)、功能性有了更高的要求。耳機(jī)從誕生到現(xiàn)在，從最初簡單的作為一個聽歌工具，到現(xiàn)在成為人們?nèi)粘＝涣鳌⑿蓍e娛樂的工具，耳機(jī)系列產(chǎn)品帶來的用戶體驗也越來越高。

1、無線耳機(jī)的技術(shù)發(fā)展

在技術(shù)上，未來無線耳機(jī)的技術(shù)發(fā)展趨勢將更多的集中在傳輸距離、續(xù)航時間、連接多元化上。此外，藍(lán)牙技術(shù)的優(yōu)勢在于使用便利、穩(wěn)定性較好，未來無線耳機(jī)的發(fā)展離不開藍(lán)牙屬性，這種技術(shù)不需要單獨的發(fā)射機(jī)就可以和其他設(shè)備連接，使用更加便捷。

還有一種新技術(shù)完全顛覆了人們對于耳機(jī)的傳統(tǒng)認(rèn)知，它便是骨傳導(dǎo)耳機(jī)。這種耳機(jī)只需要將耳塞貼近在耳朵的前部，它的原理是通過耳機(jī)對于面頰的震動將聲音傳輸?shù)饺说穆犛X系統(tǒng)。當(dāng)我們自己用兩手捂住的耳朵說話時，我們可以聽到自己的聲音，也便是骨傳導(dǎo)原理。這種技術(shù)的好處是可以避免長時間聽歌對于耳膜的損傷，也可以聽到耳機(jī)的傳來的聲音的同時，聽到周圍環(huán)境的聲音，這種新技術(shù)可以使耳機(jī)佩戴更加方便、也更加安全。缺點是這種技術(shù)耗電量較大，在音質(zhì)方面表現(xiàn)一般，相信隨著技術(shù)的改善，這種耳機(jī)能夠日臻完美，為消費者帶來更佳的用戶體驗。

2、無線耳機(jī)的功能發(fā)展

在功能上，目前的主流無線耳機(jī)無非是播放、暫停、增大音量、減小音量、上一曲與下一曲等控制鍵。互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，有些產(chǎn)品已經(jīng)實現(xiàn)與手機(jī)APP連接實現(xiàn)更多功能，這種軟硬結(jié)合也是未來的發(fā)展大趨勢。對于功能在耳機(jī)上的發(fā)展，是不是功能越多越好呢？答案肯定不是的，一些功能必須要基于用戶的需求而來，通過分析用戶的需求，行為方式與使用環(huán)境等，找出設(shè)計痛點，才能設(shè)計“好用、易用、宜用”的無線耳機(jī)產(chǎn)品。

3、無線耳機(jī)的外型趨勢

在產(chǎn)品造型上，無線耳機(jī)與有線耳機(jī)并沒有太大的區(qū)別，只是無線耳機(jī)省去了線材部分使其在造型上有了更大的設(shè)計空間。如果蘋果手機(jī)是“潮玩物”、韓款衣服是“潮服飾”，廣場舞是中國大媽的“潮街舞”，那么擁有一款造型別致、拉風(fēng)的無線耳機(jī)就是人們在家里、宿舍、逛街、辦公時的“潮飾品”。特別是年輕的群體，耳機(jī)逐步成為一種個性、品味、時尚的表現(xiàn)，甚至已經(jīng)成為一種飾品，可以與不同的衣服進(jìn)行搭配。耳機(jī)的造型設(shè)計也越來越重要，未來的無線耳機(jī)將呈現(xiàn)多樣化、輕量化、便攜化的特點。多樣化可以擺脫主流、吸引更多的眼球；輕量化的設(shè)計便于出行、運動；便攜化可以方便不用時進(jìn)行收納。在未來，時尚個性的外觀設(shè)計將是在技術(shù)趨于“同質(zhì)化”下，成為產(chǎn)品更大的賣點。

三、無線耳機(jī)的發(fā)聲原理、結(jié)構(gòu)、材質(zhì)分析

無線耳機(jī)主要由三部分組成：一是發(fā)生源，二是是接收器，三是是耳機(jī)部分。除了線纜被電波代替以外，無線耳機(jī)在耳機(jī)部分結(jié)構(gòu)上基本與有線耳機(jī)沒有太大區(qū)別。其中耳機(jī)部分主要是由頭帶、左右發(fā)聲單元、耳殼和耳罩或耳塞四個部分構(gòu)成。耳機(jī)的發(fā)聲原理與音箱的揚聲器原理相似，都是將聲音變化的電信號轉(zhuǎn)換為聲音信號，耳機(jī)也是揚聲器的一種，屬于電動揚聲器。耳機(jī)在功能上就相當(dāng)于一個個人音箱，但由于與人的耳朵接觸最為“親密”，在使用、佩戴上就有了更高的要求。

1、耳機(jī)的發(fā)聲單元

無線耳機(jī)的發(fā)聲原理就在其發(fā)聲單元，也是技術(shù)含量最高的部件，其實最終發(fā)出聲音的就是揚聲器端。耳機(jī)依據(jù)換能原理，可以將其分為動圈式、動鐵式、靜電式及等磁式四種。

動圈式是最為常見的了，它的特點就是：成本低、效率高、高度耐用，能夠承受大電流的輸入。目前市場上近99%的產(chǎn)品都是采用這種原理，面對的消費群體主要是對音頻要求不高的普通消費者。它的原理就是揚聲器通過一個高強(qiáng)度的永磁體放出磁力，使周圍布滿磁感線，有一個纏繞線圈隔空依附于圓環(huán)形振膜上，并穿過永磁體。當(dāng)有電流通過時，磁力與原磁場相互排斥或者吸引，發(fā)生震動。

動鐵式的歷史同樣很久遠(yuǎn)，它的特點是體積小，可以讓耳機(jī)更深入耳道。它的工作原理是通過永磁場中央一個叫做“平衡銜鐵”的連接棒在磁力的作用下帶動振膜發(fā)聲。在音質(zhì)方面，動鐵單元顆的粒感更強(qiáng)，解析能力也十分優(yōu)異。而動鐵式為了彌補(bǔ)振膜的單位面積小，頻響范圍不足的缺點，很多產(chǎn)品進(jìn)行了多單元設(shè)計。

靜電式可以說是揚聲器中的貴族，完全為音樂發(fā)燒友而設(shè)計。精致的造型、考究的工藝、完美的音質(zhì)與昂貴的價格是這一系列耳機(jī)的普遍特點。其中以森海塞爾與奧菲斯最具代表性。它的原理是將導(dǎo)電體線圈直接電鍍或印刷在薄薄的塑料膜上，置于強(qiáng)靜電電場中，信號通過線圈的時候切割電場，帶動振膜發(fā)聲。在音質(zhì)方面，靜電式有著極盡完美的解析能力與高頻的通透度，保真度高，最重要的是振膜非常輕，可以使聲音更加細(xì)膩、瞬態(tài)響應(yīng)更好，傳遞速度更快。但這種技術(shù)在低頻方面表現(xiàn)一般，在高濕度的環(huán)境下容易發(fā)生不可逆的故障。

等磁式原理又稱為平板式原理，有些類似于平面揚聲器。它的音圈呈平面狀，置于振膜內(nèi)部，在振膜兩側(cè)分布有磁體并在磁場中產(chǎn)生振動。等磁體同樣也有著近似的的大振動面積與音質(zhì)，但振膜沒有像靜電式那樣輕薄。此類耳機(jī)需要較大的功率與大電流，由于體積相對較大，并不適合長時間佩戴。

2、耳機(jī)頭帶

頭帶的功能是固定左右發(fā)聲單元，我們常稱為U型支架。根據(jù)佩戴方式，耳機(jī)有不同的形式，有頭戴式、耳掛式和入耳式,而我們常說的U型支架一般特指頭戴式耳機(jī)，多數(shù)入耳式與耳掛式?jīng)]有頭梁結(jié)構(gòu)。頭帶起著重要的支撐作用，頭帶的結(jié)構(gòu)及它與發(fā)聲單元的鏈接方式直接決定了耳罩對于頭部的作用力，也直接決定了耳機(jī)在佩戴時是否會舒適和牢靠。因此，頭帶兩側(cè)會有拉桿結(jié)構(gòu)，內(nèi)置鐵片與滑道以適應(yīng)不同的頭型尺寸。還有一種頭帶設(shè)計可以自動貼合頭部，叫做自適應(yīng)頭帶，它是頭帶以兩層布局，依靠滑動結(jié)構(gòu)作為連接，在佩戴時用戶無需刻意調(diào)節(jié)頭梁的長度，隨著佩戴過程自動根據(jù)人體頭部尺寸進(jìn)行長度調(diào)節(jié)，簡便有效。

3、耳罩

耳罩是頭部與發(fā)聲單元緊密接觸的部件，我們有時候也稱為耳套，它的功能不僅僅是保證佩戴的舒適，它還可以起到降噪和保護(hù)聽力的作用。無線耳機(jī)的耳罩有三種樣式：壓在耳朵上的，稱為壓耳式耳罩；環(huán)形結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以將耳朵包裹在里面的，叫做繞耳式耳罩；最后一種是入耳式，我們也可以叫做耳塞式，可以深入耳道內(nèi)部。

對于中高檔耳機(jī)，耳罩至關(guān)重要，耳罩也是重要的聲學(xué)結(jié)構(gòu)構(gòu)成部分。對于大型的耳罩，可以使耳朵與振膜拉開一段距離，在耳機(jī)與頭部之間形成一個腔室，內(nèi)部附有密閉墊圈，加上耳罩的材料可以吸收中頻與高頻，在一定程度上還能夠增強(qiáng)低頻，聲音直接作用于耳廊，對音質(zhì)的影響很大。

耳罩作為直接與人的耳朵接觸的部件，對于耳罩的材質(zhì)選擇要充分考慮柔軟與舒適。對于頭戴式耳機(jī)，耳罩類型一般就是繞耳式與壓耳式兩種。頭戴式耳罩的材質(zhì)一般有海綿、絨布、皮質(zhì)、硅膠四種。海綿耳罩成本低、透氣性強(qiáng)，但很容易劃損；絨布耳罩佩戴俱佳，但不耐臟；皮質(zhì)耳罩有較好的質(zhì)感、高檔有格調(diào)，但透氣性差，夏天佩戴體驗性較差；硅膠耳罩柔軟，清涼很適合夏天佩戴。

入耳式耳機(jī)所采用的耳罩一般有兩類，即硅膠與海綿。硅膠耳罩可以是單節(jié)層也可以是多節(jié)層。單節(jié)硅膠是最為常見也最為普通的一種，通產(chǎn)都會有不同尺寸的耳罩配件便于更換，常見的有S、M、L、SS、LL幾種尺寸。在質(zhì)地上，也有軟硬兩種類型，柔軟的佩戴更加舒適不會造成耳道過于強(qiáng)烈的異物感，但缺點是隔音性能較差，硬硅膠則犧牲掉了舒適感，但有較好的隔音效果。在單節(jié)硅膠耳罩中，還有一種特殊的類型，那就是索尼專有的哥倫比亞耳套，它采用彩色套管，耳罩選用柔軟硅膠，在套管與耳罩之間填充一種泡沫硅質(zhì)套，來彌補(bǔ)軟硅膠在隔音效果上的缺陷。

4、耳殼

耳殼，是承載發(fā)聲單元的殼體。頭戴式無線耳機(jī)的耳殼一般都會有耳機(jī)的音量調(diào)節(jié)和開關(guān)控制按鍵，按鍵通常會高出耳殼面呈凸起狀，可以方便用戶進(jìn)行盲操作。無線耳機(jī)的耳殼內(nèi)側(cè)一般就是耳罩部分了。除此之外，無線耳機(jī)的麥克風(fēng)也常置于耳殼部上，有的完全隱藏在內(nèi)部、有的半隱藏式，最常見的是傳統(tǒng)耳機(jī)上的長條式麥克風(fēng)，也有的麥克風(fēng)集成于線控位于線纜部位。我們對于一款耳機(jī)最為直觀的視覺認(rèn)知就是來自于耳殼的設(shè)計。但是耳殼還有一個重要的功能，就是充當(dāng)音箱的箱體角色。根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，耳殼又分為開放式、半開放式和封閉式三大類。

相比傳統(tǒng)有線耳機(jī)，無線耳機(jī)在耳殼內(nèi)部增加了無線通訊的器件，如解碼電路、供電系統(tǒng)、電池等。如果是2.4G技術(shù)，還需要配置一個發(fā)射器，對于藍(lán)牙耳機(jī)則可以省去這一元件，因為發(fā)射器已經(jīng)被集成在了音源設(shè)備中。

總結(jié)

耳機(jī)作為一種便攜、小巧的音頻輸出設(shè)備，逐步融入到現(xiàn)代生活之中。市場上，耳機(jī)的種類玲瑯滿目，佩戴方式也變化多樣，有耳塞式、掛耳式、入耳式、頭戴式；從結(jié)構(gòu)功能上，有半開放式和封閉式.對于喜愛鍛煉，又喜歡聽一下音樂的運動一族來說，并不是所有類型的耳機(jī)都適合佩戴的。

在運動過程中，由于動作過大，往往耳機(jī)不易佩戴穩(wěn)定，容易脫落。傳統(tǒng)的有線耳機(jī)在運動過程中，線纜很容易與衣服發(fā)生摩擦與碰撞，產(chǎn)生令人煩躁的雜音。另外，線纜的來回擺動不利于運動者施展肢體動作。當(dāng)夏季來臨，運動產(chǎn)生大量汗?jié)n也會影響耳機(jī)的佩戴舒適度。隨著信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，藍(lán)牙等無線傳輸技術(shù)的應(yīng)用，無線耳機(jī)逐漸成為市場的新寵。近些年來，未了滿足運動時對耳機(jī)的要求，佩戴舒適、造型美觀、小巧便攜的運動型無線耳機(jī)逐漸流行于市場。運動型無線耳機(jī)作為一種流行運動文化娛樂消費，在未來國內(nèi)市場具有巨大的消費市場。

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