为何结构简单的耳机能发出各种差异巨大的声音？ 第1页

不要浮在表面上。

乐器以及其他各种器物发声，实际上是“受到某种冲击之后的自由振动”，这个振动由器物本身的“固有频率”决定；并且，因为物理结构的不同，一个器物往往会同时存在多个“固有振动频率”（分别由这个器物的不同结构/不同剖面决定）。

固有频率就是所谓的“音高”；对乐器来说，我们往往会有意识的选择一个频率，比如通过按、拨，从而让弦发出我们需要的那个频率；与之同时，这个频率的振动还会带动乐器其它部分（以及乐器腔体里的空气）形成“驻波”，从而产生独有的音色。

但是，声音在空气中的传递和乐器不太相同。

要谈论这个，你需要理解声波的本质。

说白了，声波是一种“机械波”；从根本上说，它是“空气被周期性压缩”的产物——既然这个“压缩”是其他物体（人/乐器）强加给它的，那么这东西自然就和“空气的固有振动频率”无关。

类似的，这忽大忽小的压力传到你耳道后端的鼓膜上，就会迫使它跟随空气压力变化来回振动——然后这个振动传进你的耳蜗，带动你的锤骨砧骨以及耳蜗中的纤毛……

当空气把忽大忽小的压力传递到某个物体上时，这个物体就会跟随这个压力振动起来。这叫受迫振动。

当声波频率和物体的固有振动频率相仿时，就会出现“共振”现象。

如果空气中传来的是一组方波/三角波，那么某个物体，比如固有频率为440HZ的那根琴弦，就会“分辨”出其中440HZ的成分——当然，实际物理过程是，空气中那段不规则波形的440HZ分量会和440HZ的琴弦产生共振。

收音机/电视机选台，其实也利用了同样的原理。

如果我们准备很多根固有频率不同的琴弦，那么就可以通过“它们中哪些根振动的更厉害”识别出混合音波中存在哪些频率；再根据不同琴弦的振幅，还能识别出不同频率分量的强度。

这是个天然的傅里叶变换机制。

人的耳朵，就是靠这个机制把声音分成不同的频率分量、并识别不同分量的强度的。

当然，人耳对频率的变化（上升/下降）也非常敏感，这是人类识别语音信号的基础。

请注意，当物体的固有振动频率和声波频率相差甚远时，它只是“不会共振”，并不是“不会受迫振动”。这个时候，它几乎会“一视同仁”的还原空气传来的所有频率分量。

利用这个特性，我们可以利用空气传来的波动驱动一根针，把声音记录下来；反之，利用记录下来的凹凸变化带动另一根针、并迫使另一张膜随之振动，就能把记录下来的声音还原——这就是留声机的工作原理。古老的黑胶唱片就是基于这个原理录制和播放的。

扬声器也是这个原理。

只不过，现在工程师把音波转换成电信号记录下来；等播放时，又放大这些电信号，用它驱动扬声器振膜振动。

那么，一个理所当然但又出乎意料的结论：扬声器自身的固有振动频率一定不能和信号中的某个分量相当。因为一旦出现共振，这个频率分量就会太过“突出”，使得通过扬声器重放的声音失真。

换句话说，我们需要扬声器按着电信号的强度起伏，“一丝不苟”的推动它前面的空气，从而把拾音器当初感受到的气压变化尽可能还原出来；而要达到这个效果，扬声器自身的固有振动频率就必须远离人耳能听到的频率范围（20~20000HZ），否则就会产生失真。

综上，为什么耳机中一个小薄片就能发出各种声响？

很简单，它是受迫振动，它只是还原了当初记录下来的空气气压变化而已。

声波是气压变化，那么只要这个气压变化能够被正确还原，自然界的一切声响自然就栩栩如生的出现在你的耳朵中了。

事情就是这么简单。

当然，实际上也没这么简单。

比如说，扬声器纸盆可能出现“分割震动”，从而产生更多的共振点；因此很多音箱才不得不“分频”，用不同大小的扬声器播放不同频段的声音；而分频就可能出现不同扬声器相位不一致或者频段衔接出现问题……在各种复杂因素的综合干扰下，这才出现了耳机/扬声器/音箱那曲里拐弯上下折腾的频响曲线。

而且，共振也不是一无是处：人耳对低频不敏感，为了重放出更为震撼的低频，人们反而会故意让音箱腔体和某个频率的低频波段出现共振，从而放大低频音量。

但这个共振也不能过大：它会使得低频含混，使得干脆的霹雳声变成绵软无力的隆隆声。用术语说就是低频响应变差。这是低端音箱/耳机的通病。

再比如，由于所处位置不同、形态不同，人的左右耳膜接受到的声波存在一定的差异；这种差异使得我们能够分辨声音来自何方——为了逃避狼虫虎豹的捕猎，这个能力是至关重要的。

那么，如何用两个耳机/音箱重放出立体声音效呢？如何还原音波在空间的分布？剧场/房间的反射声波又如何处理？这些，都是尚未解决的难题。

总之，虽然基本原理很简单，但声学是一门相当高深复杂的科学，绝不是三言两语就能说清楚的。

这个问题很好。

“耳机结构简单，由圆形小薄片发声，为什么既能发出蚊子声又能发出大象声？既能发出志玲声又能发出刘欢声？”

笼统地说所谓的“蚊子声”和“大象声”是不同时序多个频率的振动通过空气（媒介物）传导到人的声音感受器官最后被人的中枢神经系统解释为来自蚊子（“蚊子声”）或者大象（“大象声”）的一个现象。“志玲声”及“刘欢声”是同样的道理。

这个问题后面隐藏着无数的小问题。

例如：

能否理解振动的物体或者质点在某一时刻它的状态（例如位移）是确定的？耳朵拾取各个振动的功率总和？

能否理解耳机实际上是个（音圈）马达（例如动圈耳机）？

能否理解（音圈）马达的振膜作为一个空气活塞推动空气来传播振动？

能否理解昆虫翅膀扰动空气来产生振动？

能否理解大象利用肺部空气进出同时利用声带振动调制空气振动发出声音？

能否理解人（哺乳动物，灵长类）利用肺部空气进出同时利用声带振动调制空气振动发出声音？

能否理解 DFT/FFT/ 小波分析的存在和/或原理？

能否理解人的耳蜗基底膜上的毛细胞的特殊分布方式形成一种类似 FFT/小波分析的结构来解调空气振动中包含的声音信息？

能否理解人脑具备同时追踪/跟踪和分辨最多达 5~7 个目标的信息（光即视觉/声即听觉/气味即嗅觉）， 类似战斗机的电脑那样的功能？

幸运的是， 历年的少年科学画报里边都能找到解释。 因此初中毕业的人例如俺这样的，也可以路过强答一番。俺没啥文化， 初中毕业， 大伙都知道。

“中学物理告诉我们音高由频率决定，响度由振幅决定，震动物体不同音色不同。可是耳机结构和里面那个震动片也没怎么变啊？为什么听起来声音能那么丰富？跟人的大脑有关吗？是不是还需要从心理学方面解释？”

耳机结构里面那个振动部件（空气活塞）它往复运动就能推动一定体积的空气了， 它不需要脱位。它由悬挂机构固定在骨架上（例如动圈耳机）。

"为什么听起来声音能那么丰富？"

因为不同的声音（振动）可以同时传导进入人的声音感受器官（耳朵/或者人工耳蜗的麦克风）。

空气是一个很好的共享媒介， 有容乃大， 无远弗界。。

“跟人的大脑有关吗？”

是的。 说来话长。这本书里面有讲。

"是不是还需要从心理学方面解释？"

是的。 说来话长。

这本书里面有讲。

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"耳机结构简单，由圆形小薄片发声，为什么既能发出蚊子声又能发出大象声？既能发出志玲声又能发出刘欢声？"

耳机的振膜质量很小， 在电信号的激励下能重放原先记录的声音（振动）的时序和频率。只要它的频率响应范围允许，不管是蚊子声、大象声、志玲声还是刘欢声。就像一支笔，不管是汉字还是英文都能写一样。不同声音或者混在一起的不同声音为什么能听出不同的声音，是耳蜗和听觉中枢的事情。耳机的振膜要做的事情很简单，就是在信号的激励下某一时刻位移到某个位置（附近）而已。 黑胶唱片上的机械刻纹就是这些信号记录的一个实例。

免费的资源不妨自行放狗搜索：

”TUTORIAL AES 120, Paris, May 2006

HEADPHONE FUNDAMENTALS

Carl Poldy

Philips Sound Solutions

Vienna, Austria“

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