音频 101:耳机如何工作?

耳机是许多音频体验的基本要素。它们让您可以将音乐直接传送到您的耳朵中,同时调出世界——但它们的历史是什么,它们究竟是如何工作的?如果你对你最喜欢的罐头很好奇,这里有一个细分。

耳机简史

耳机是一项可以追溯到 1880 年代的发明。在那些日子里,电话接线员会用肩膀上沉重的扬声器来帮助他们连接电话线。不幸的是,这些扬声器重达 10 磅!

1890 年代,一家英国电信公司 Electrophone Company 开发了一套具有开创性的耳机,它挂在脸下,称为 Electrophone。该设备由连接到 Y 形手柄的听筒组成,很像现代听诊器。

电子电话的一端直接插入家庭电话线,另一端盖住用户的耳朵。使用该设备,用户可以收听通过这些线路播放的音乐。

纳撒尼尔·鲍德温 (Nathaniel Baldwin) 于 1910 年发明了第一款外观现代的耳机。与电子耳机不同,鲍德温 (Baldwin) 的耳机戴在头顶上,而不是落在脸下。

当索尼于 1979 年发布随身听时,耳机从大而笨重转变为更小、更轻。然而,尽管今天流行的小型入耳式耳机,一些发烧友仍然喜欢更大的耳罩式耳机。

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秘密就在扬声器中

耳机中最重要的部分是扬声器,每个扬声器由三个主要部件组成。它们是音圈、永磁体和振膜。

音圈是一圈细的铜线。这条线悬挂在永久磁铁的中间,保持恒定的磁场。该场有助于音圈振动。

连接到音圈的是称为振膜的薄膜。该振膜,也称为扬声器锥体,是负责置换空气的部分。

耳机是如何产生声音的?

您今天听到的大部分音频都是从通过数模转换器 (DAC) 的数字信息开始的。该 DAC 将数字信号转换为模拟电流,扬声器可以使用该电流再现声音。然而,对于数字时代之前创建的设备,这些电信号直接来自模拟源媒体并通过放大器传递到扬声器——无需数字转换。

在耳机中,与所有扬声器一样,振荡电流通过电线传输到音圈。当电流通过线圈时,它会产生一个与永磁体的电磁场相互作用的电场。两个场之间的差异导致音圈振动。

当音圈振动时,隔膜随之移动。隔膜的这种运动会在周围空气中产生压力波(或声波)。这些波就是你听到的声音。对于更高音调的声音,隔膜会快速移动;对于较低的音高,隔膜会缓慢振动。整体音频音量取决于电信号的相对强度。

有线耳机与无线耳机有何不同?

目前,只有两种主要类型的耳机,有线的,使用传统的电缆连接音频源,无线的,使用无线信号再现音频。但是在选择完美的一对之前,您还应该考虑其他差异。

便于使用

有线耳机通常比无线耳机更容易使用。切换设备就像拔下耳机并将它们插入不同的音频源一样简单。另一方面,电线也是主要缺点,因为它必须物理连接到音频源。该线禁止用户移动。

无线耳机在这里赢得了分数,因为它提供了更多的便利。有了无线,只要您在蓝牙连接范围内,就可以自由走动。但是,如果您想切换设备,它们确实需要额外的努力。

音频质量

这里的另一个主要区别是数字音频转换为模拟音频的位置。使用有线耳机,数字音频通过音频设备(如您的计算机)上的 DAC 转换为模拟输出,然后通过电线将其发送到耳机扬声器。另一方面,蓝牙音频通常首先作为数据发送到耳机,然后由耳机的内置 DAC 转换为模拟信号。

造成这种差异的原因是无线耳机使用一种称为编解码器的算法——这是编码器/解码器的组合——来精简音频数据。这些编解码器通常被标记为“有损”,因为数据被删除以支持较小的文件大小。无线耳机使用这些编解码器,因为通过蓝牙连接传输的数据越少,连接就越可靠。

但是压缩会影响质量。与无线型号不同,有线耳机可以在没有有损压缩的情况下提供声音。这意味着您将获得更好的有线模型保真度。这就是为什么您不会经常在专业工作室环境中找到无线耳机的原因。有线设备还具有减少的延迟。

音频控制和电源

蓝牙耳机可以更全面地控制您的音乐。虽然某些有线耳机允许您播放和暂停内容,但许多蓝牙型号允许您调节音量、暂停或播放音乐以及跳过或倒带曲目。有些甚至可以让你召唤像 Siri 这样的数字助理。但是,您从便利中获得了什么,就牺牲了音频保真度。

最后,无线耳机需要电池供电才能工作。这意味着如果您的果汁用完,您的耳机将无法使用。有线耳机通常不使用电池,因此只要连接到音频源即可使用。

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新耳机,旧技术

耳机是一项了不起的发明。虽然品牌可能会出现新的花里胡哨,但 100 多年来,核心技术基本保持不变。虽然随着技术的进步,一些设计可能会发生变化,但经典的一副耳机可能会在未来很多年继续成为音乐的代名词。