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30 2019 年 1 月

行 HpTF 均衡还没有研究，特别是对消除头中定位
0 引言
效应的影响亟待理论分析和实验评估。
使用耳机特别是入耳式耳机重放声音会产生 本文首先分析了入耳式耳机的电 -力 -声耦合
集中在人头内部的主观声像，给聆听者造成不自然 关系，建立耳机集总参数模型。然后结合实验与理
的听觉感受 [1] 。头中定位(Inside-the-head localiza- 论模型分析入耳式耳机封闭耳道时引起的不自然
tion, IHL) 的本质是双耳声压存在畸变从而导致听 的共振 (Unnatural resonances)，建立耳机电阻抗特
觉系统产生错觉，已有许多研究提出多种导致重放 性与 HpTF 共振峰之间的联系。利用耳机电阻抗特
声压畸变的因素 [2] 。研究证明 [3−4] 采用个性化的头 性定位传递函数中高 Q 值共振峰，从而设计个性
传递函数 (Head related transfer function, HRTF) 化均衡滤波器。主观测听实验结果表明，个性化的
以及耳机 -耳道传递函数 (Headphone-to-ear canal HpTF 均衡可有效增加声像的距离感，消除头中定
transfer function, HpTF) 进行均衡处理对于消除 位效应。
头中定位效应具有重要作用。特别是入耳式耳机
HpTF 具有显著的个性化差异 [5−7] ，因此针对具体 1 理论模型与分析
一款入耳式耳机的每位使用者的个性化均衡就更
为必要。在实际应用中准确测量HpTF 需要将参考 1.1 入耳式耳机电阻抗分析
点选取在鼓膜附近并使用探针传声器进行测量，对 本文利用电 -力 -声类比的方法对一款动圈式
操作与器材要求高，无法大规模应用 [8] 。电阻抗特 入耳式耳机的电路系统、力学系统以及声学系统分
性稳定且易于检测，耳道辐射声阻抗的变化 [9−10] 别进行建模。入耳式耳机相比罩耳式与压耳式耳机
经过声 -力耦合与力 -电耦合最终反映在耳机的电 尺寸更小，集总参数模型的截止频率超过7 kHz。
阻抗特性中。因此通过电阻抗参数预测 HpTF共振
1.1.1 入耳式耳机结构
峰参数更具可行性。
电阻抗是反映耳机等电声换能器特性重要的 入耳式耳机及动圈单元结构示意见图 1。由于
参数之一，常用电 -力 -声类比方法对耳机与扬声器 空间受到限制，入耳式耳机动圈单元所使用的振膜
建模来分析不同参数对于声学性能的影响 [11−17] 。 往往为平面结构。振膜前方有多孔结构的护网以保
电阻抗的在线监测目前已广泛应用于功放和扬声 护振膜避免产生杂音。耳机腔体被动圈单元的振膜
器系统的温度保护，主要原理是对电路系统中的线 分割为前腔与后腔：前腔外部有导管结构将声波送
圈电阻和感抗进行建模 [18] 。对于振幅超出线性范 向耳道内，导管周围套有耳套以契合耳道口形状，提
围的振动系统，可以利用动圈单元的电流信息进行 供密闭性和声阻尼；后腔体外壳上往往有泄压孔以

非线性失真补偿 [19−20] 。实验表明，佩戴耳机会改 提升耳机的低频响应。
变外耳声负载 [21] ，通过测量耳机的电阻抗可判断耳 图 2 为入耳式耳机电 -力 -声类比线路图，图中
机是否佩戴在外耳上 [22] 。利用耳机电阻抗信息进 各部件参量含义如表1所示。

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图 1 入耳式耳机与动圈单元结构
Fig. 1 Illustration of the structure of insert earphone and moving coil