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耳机,是怎么把电流变成声音的? | 有趣的制造
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2018.06.01

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今天这篇文章确实有点难,不过别担心,已经改过五、六遍啦~都能看懂的!


20 世纪初的时候,耳机还是电话操作员和无线电技术员在使用。到了 1930 年,耳机被重新设计后才推广向了大众,现在...谁没有几个缠得难分难解的耳机呢!


我们都知道「声音是由震动产生的」,耳机的工作原理和音箱是一样的:将输入的音频电信号转化为机械振动,才能在耳机里听到美妙的音乐~


电流怎么变成声音?

到更具体的工作原理,就是「通电导体在磁场里受到力的作用」


有点懵?别急!中学的时候,我们学过「法拉第电磁感应」:磁通量的变化会有电流的产生。比如闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时,就会产生电流,简单说就是磁生电。


反之亦然,电流也是会产生磁场的。而耳机的工作原理,就是电流的变化产生了变化的磁场,靠磁铁的运动连带着振膜产生震动,从而发出声音。

在耳机里,存在着两块磁铁。一块是下图中的「强磁性磁体」是一块永磁铁,固定在耳机的框架上,是粘牢了不能动的;另一块是连接着振膜的「音圈」,是一块电磁铁,通电时才会产生磁性,是可动的。


声音是振膜推动空气振动产生的。当音频电流通过耳机线,流过下图耳机内红色的「音圈」时就会产生变化的磁场,而这个磁场又会和固定于耳机内的「永磁材料」相互作用,「音圈」受力产生了不同振幅的运动,从而带动「振膜」产生振动,就发出了变化的声音。这就是扬声器的工作原理了!

塑料外壳

首先是用射出成型机器的塑胶后盖。塑料的制作和射出成型机,我们见过很多次了,在「牙刷」、「中性笔」等都有出现过。


网格框架

大耳机里的网状部分,这块儿是能让声波按照既定路径通进来,又不会反射到耳机里面瞎转悠。


卷绕音圈

接着需要将细铜线卷绕成「音圈」。音圈就是我们之前说过的那块「电磁铁」,通电后带动振膜震动发出声音。


选择用铜线作材料,主要是能导电、成本低、质量还轻...下图就是比头发丝儿还细的铜线,等下要用到缠绕机给卷绕成线圈。如果有小可爱小时候拆过步步高复读机,肯定都很熟悉了!没少挨打吧 →_→


从一捆线轴上把铜线拉出来,绕到卷线机上。下图这两只旋转臂绷着劲儿地把拉紧的铜线绕在圆柱上,缠绕上 120 圈就变成「音圈」了。有个讲究是说用的铜线越多,音质也就更好。


缠绕好之后,用钢剪把两端的线剪断,把一个个独立的音圈收集好。


制作振膜

跟着音圈震动起来的迷你振膜,是冲压机制作出来的。材料是超薄的镀钛塑胶膜,镀钛外层,是为了加强塑胶膜的硬度,保证使用寿命。


比较有意思的是设计出来的形状,振膜上压出来的图案中间厚,外圈薄,这样才能有宽阔平坦的音频范围。同时还可以增加硬度,不容易在震动的时候破裂。


粘结振膜与音圈

单独的振膜被放在小型转盘上,用胶把振膜和音圈黏在一起,下图是机器上胶的过程。

这种粘胶和牙医给你「补牙」时用的粘结剂类似,需要用紫外线促使聚合硬化,同时也不易老化松脱,线圈就能长久地和振膜黏在一起


粘电路板

在把音圈和振膜放入大耳机前,还要把「电路板」粘在耳筒后面,通过它把电流传递给音圈。


安装永磁铁

下图是把永磁铁粘进耳筒里。为了避免误吸引到杂质,影响耳机的音质,此处装入的是尚未具有磁性的材料。


用冲床压住材料,等黏胶凝固后,就可以把整个部件送到黑箱子里,进行磁化,材料在此变成永磁铁。

最后机器再将这块儿部件装进耳筒,盖上最开始就做好了的塑胶外壳。


出厂测试

在组装整个耳机部件之前,当然还需要测试看是否达标。首先要传输一次电流测试咯~通过电路板再到音圈,以此测量电路板到音圈的电流量是不是在标准范围内,同时还要做一个频谱分析,测试一下耳机高频和低频的性能表现了~


组装耳机

大组装环节就是装各种部件了,耳机夹、软垫、传输双耳声音的导线、外壳、托架之类的附属结构,再固定整体,要焊接的地方焊接,要黏胶的地方黏胶,最后装上塑胶膜,耳机就做好了~


等等!小丧还有话说

写着写着忍不住回忆起大学时的电工实习,以及做的语音放大器和扬声器,还缅怀起了电烙铁烫松香产生的味道...那时候我耳机、鼠标、首饰坏了,统统可以自己修,真是一门手艺活!当然,MacBook Pro 的键盘我是万万不敢的,再一次怀念两个月前 Cast 修坏的电脑 →《修键盘前,先得知道键盘是怎么做出来的...


Cast:能不能...不要放我那个...脑子进...

小丧和xx:不能!



至于耳机玄学的另一个问题:


今天的内容大家都看懂了吧?如果都说没看懂的话...我们可能得把王叉叉扔掉,换一个新的老太太了…


我是 Cast,学机械设计的

好奇各种东西都咋做的?我来带你看个究竟!


校对:江小丧、王叉叉

文中 Gif 截取自:《How it's made》S14E09 和《Factory Line》S02E21、S02E26




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