一分钟听力学知识丨B-71和B-81骨导耳机的性能比较

B-71和B-81骨导耳机的性能比较

赵正宜 钟波 何龙标 冀飞 林颖 田锋

    骨导耳机又称骨振器，是一种通过振动颅骨而产生听觉的电-力换能器，它可以直接将电子信号转换为机械信号[4]。骨振器按振动发声原件材料及工作原理不同，可分为电磁式、压电式和超磁致伸缩式三种[5]。顾名思义，电磁式骨振器的声发生元件为电磁材料，包括产生磁场的线圈、磁轭、振动板等，给线圈施加变化的电流，就会产生一个变化的磁场，磁轭受到变化磁场作用而发生振动，引起振动板振动，产生振动信号[6]。B-71 和B-81 型骨导耳机其声发生元件均为电磁式。

    B-71 骨导耳机是一个将电磁能量转换为机械振动的电磁可变磁阻换能器，该换能器内中间部分放置一个永磁体，磁场方向交替变化迫使磁铁下方的一个空气间隙在谐波运动中改变体积大小。这种类型的换能器在产生低频振动时具有固有的高谐波失真，其主要缺点是在低频率产生的谐波失真过高；B-81 耳机换能器与B-71 的可变磁阻换能器类似，同样是将电磁能量转换为机械振动，但其内部使用了与B-71 不同的拓扑结构，四个永磁体放置于换能器四角，从而使磁体的内部和外部形成多个空气间隙，这些空气间隙相互作用达到了力平衡，这种平衡提高了B-81 的线性度，从而使换能器产生一个较低的谐波失真[7]。同时，B81 的频率响应和电阻抗与B71 一致，虽然B81 的高度比B71 稍低，但其重量和尺寸是相同的，且都有一个1.75 cm2 的圆形表面。

骨导耳机最重要的也是听力学最关心的两项参数指标是各频率点的最大输出强度和谐波失真。为了比较B-71 和B-81 两款耳机的性能，进行了两组实验：1）在最大输出强度相同条件下，比较两者的谐波失真；2）在谐波失真相同条件下，比较两者的最大输出强度。设计了一套骨导耳机物理参数测量系统用于完成预定实验内容。系统主要使用的设备包括：信号发生器（AFG3022B 型，美国Tek 公司）、功率放大器（PA3000 型，北京瑞森新谱公司）、仿真乳突（4930 型，丹麦B&K 公司）和声分析仪（3160 型，丹麦B&K 公司）等。

    该系统的工作原理如下：将实验用骨导耳机耦合到仿真乳突4 930 上，并用550g 砝码在骨振器上加载5.4N 的静态力；开启信号发生器AFG3022B 产生正弦纯音信号并传输至功率放大器PA3000，功率放大器对信号进行放大后驱动骨导耳机发声，仿真乳突将振动力信号转换为电信号输入到声分析仪3 160，声分析仪中采用1/3 倍频程工具软件对信号的最大输出强度和谐波失真进行分析和处理。最大输出强度对应的物理量是力值，参考值为1 μN。采用本系统进行测量，最大输出强度以dB 表示。本文所述谐波失真均为总谐波失真，使用声分析仪测得基频、二次、三次和四次谐波分量幅值并计算出总谐波失真。原理图如图1 所示。

    在实验过程中发现，如果信号发生器加载到骨导耳机上的信号强度过高，耳机会伴随强烈振动，发出异常响声并持续产生高热，此情况极易造成耳机过载损坏。这是由于听力计的最大输出受设计的限制，最大骨导输出在60 dBHL 左右[8]。在常规听力学检查时，为避免受试者听力损伤，250 Hz 频率点最大输出一般控制在20～30 dB，500～4 000 Hz 最大输出控制在50～60 dB[9 − 10]。实验中为获得既能保障耳机最大输出要求又避免耳机破坏的实验条件，参照国标《GBT 7341.1 测听设备 第1 部分：纯音听力计》中规定I 型听力计的最大输出听力级的要求并结合实际听力检测需求[11 − 12]，选取了5 个测试频率点及其对应的最大输出值进行对照实验。

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    建立的骨导耳机物理性能测量系统，能够通过最大输出强度及谐波失真等指标评判骨导耳机的优劣。针对B-71 和B-81 两款骨导耳机，B-81耳机在250H、500、1 000、2000 Hz 四个频点的最大输出和谐波失真两项指标， 均显著优于B-71 耳机；在4 000 Hz 频点两者的最大输出和谐波失真相差不大。因此，在低频和中频段B-81 耳机在最大输出和谐波失真两方面均优于B-71 耳机。在实际测听工作中，上述两款骨导耳机可以用于同一型号的听力计，基于骨导耳机声学性能测量系统的比较试验表明，B-81 骨导耳机可以替代传统的B-71 骨导耳机，且其信号输出强度以及谐波失真的指标优于B71。