1877年,“声音之旅”达到了一个重要的里程碑,当时传奇的美国发明家托马斯·爱迪生发明了用于机械记录和声音重现的“留声机”。在此之前,还有其他公司生产可以录制声音的设备,而爱迪生的留声机是第一个能够重现或“回放”录制的声音的工具。

爱迪生的发明之所以具有里程碑意义,是因为它使听众可以在歌剧院,杂耍表演商场或剧院舞台门外听音乐或者口语表演。它还创造了一个新的职位描述:“音频工程师”,或者是开发新的音频/聆听技术用来促进对可听声科学理解和再现的人。音频工程师的首要任务是:创造播放和聆听乐器,以最真实,纯净的形式播放音乐。

当第一批录音被蚀刻到钢管上时,到1930年代,音频工程师已经发现,黑胶唱片是录制声音的最佳媒介,无论是音乐,录制的语音还是诸如“谁在一垒?”的喜剧。具体来说,声音会逐字地雕刻到黑胶唱片上,并且当用唱针包裹的“针”放在唱片的凹槽上时,声音会通过留声机的扬声器再现。

立体声

到1950年代,“唱片播放器”或“唱盘”的声音再现能力已经发展到了具有完整高保真的地步,或者说“高保真”立体声系统已经被生产和销售。立体声的出现是一个重大突破,特别是对于聆听音乐的体验而言,因为它允许使用两个或多个传输和再现通道,因此再现的声音就像环绕着听众一样,并且来自多个声源。

音频工程师的热情与他们发现新的创造性的聆听技术的能力相结合,与新型听众(通常称为“发烧友”)的需求相吻合,新型听众致力于体验最纯正的音乐,享受每一个和弦和人声的微妙。因此,这两种人之间建立了合作关系,音频工程师可靠地推动了聆听技术的发展,发烧友随时准备在持续的声音之旅中购买这些技术,以声音最纯真的方式聆听音乐。

当发行新专辑时,这种伙伴关系就最明显地体现出来了。那时发烧友会满怀期待,然后对所重现的声音赞叹不已——从叮当作响的介绍:“嗯,一是为了钱,二是为了歌声……”到猫王艾维斯·普里斯莱同名首张专辑的“ 蓝色麂皮鞋”,再到披头士乐队有创造性的专辑“Sgt. Pepper’s Lonely Hearts Club Band”标题曲目开场十秒钟正厅后排管弦乐队热身和观众聚集,再到Led Zeppelin IV专辑“Black Dog”曲目里罗伯特·普兰特挑逗性的嗓音。

立体声声音允许使用两个或多个传输通道,创造了更接近现场或者舞台音乐表演的聆听体验。

移动化

最终,听众开始希望他们可以随身携带音乐和其他录音。当然,您可以收听晶体管收音机或汽车上的收音机,但是在每种情况下,您都无法控制听到的歌曲以及什么时候开始播放。考虑到这一点,音频工程师开始工作,一系列使便携式收听变得容易的技术应运而生,在此过程中,通过结合首选的录音和移动性来改善聆听体验:

# 立体声8

立体声8于1964年发明,使用磁带记录声音,通常被称为“ 8轨磁带”。它的流行从1960年代中期到1970年代末达到巅峰,并且受到可以安装在车辆中的8轨道立体声系统的推动。8-Track是第一种广受欢迎的便携式听音格式,它使听众可以将留声机和整张专辑带到汽车去的任何地方,并且它是收音机诱人的替代品,并且是对不可避免的事实(即别人帮你选择聆听体验)的补救。

# 袖珍型盒式磁带

紧随8轨聆听技术的是袖珍型盒式磁带,或者叫盒式磁带/录音带。在汽车中,盒式磁带比8轨道具有一个主要优势-较小的尺寸使它更容易在汽车中存储更多的磁带,从而带来了更多的聆听选择。在车外,盒式磁带在1980年代因便携式袖珍录音机和高保真播放器的推出而更加出名,于1979年末发布的索尼Walkman™,是最著名的例子。随身听非常受欢迎,以至于在1980年代,盒式磁带的销量首次超过了慢转唱片(LP)的销量。

# 光盘

音频CD及其播放器自1982年以来就可以在市场上买到。CD具有盒式磁带的所有优点——封装小,音质好,便携性——以及例如Walkmans的盒式磁带收听技术和世界上的家用/车载立体声系统的,很容易改装来安装CD。

# 移动设备

1991年,MPEG-1 / MPEG-2 Audio Layer III聆听技术(通常称为MP3)已标准化。MP3有损压缩算法的使用大大减少了音频录音数据量。对于大多数听众来说,MP3听起来像是对未压缩音频的忠实再现。换句话说,MP3技术意味着听众不必再为8轨,CD或盒式磁带而烦恼。换句话说,MP3技术意味着听众不必再带着8轨,CD或盒式磁带到处走;他们可以在口袋里放一万首歌。便携式MP3技术最著名的例子是2001年10月苹果公司发布的iPod。随时可以访问录音已达到惊人的数量水平,对便携性的追求确实对所生产的声音质量产生了影响。功能强大的车载或家庭音响系统可以配备能够重现“录音室”音质和清晰度的大型扬声器和其他组件,但是当您出去散步,在健身房锻炼或坐在办公室的隔间里,使用高端扬声器系统来再现录音室质量的声音,最好的情况下是很不方便的,或者在最坏的情况下是不可能的。

这是便携式听音设备问世的折衷方案,即牺牲某种程度的声音质量以增强移动性。但是,随着宽带流媒体音频的不断发展,带来了令人惊叹的清晰声音,并且没有明显的数字损耗,这意味着即使是最小的聆听设备,现在也能够产生更好的声音质量,或者达到黑胶唱片的音质。

声音的“重新进化”

音频工程师在创造使录音达到最大便携性的技术方面做得非常出色,同时他们也被要求设计能够提供最佳聆听体验的设备。用户动动手指就可以把让成千上万首歌曲或语音装进iPod,这是一个非常棒的选择,但是如果再现声音的质量不合格,那么这样做的好处在哪里呢?

对于音频工程师和收听者来说,值得庆幸的是,在存储介质的成本和尺寸快速发展的推动下,当今日益增长的高分辨率音频数据格式的可行性和应用正在推动高质量聆听设备和具有更好清晰度的声音格式的同步发展。聆听技术的这种所谓的“重新进化”正在改善声音的重现水平。

伊利诺伊州伊塔斯加(Itasca, Illinois)的楼氏公司通过创建平衡电枢微型声学扬声器而处于优化聆听体验的领先地位,该扬声器可以放置在与移动设备和计算机一起使用的入耳式聆听设备(耳机/耳塞),音频工程师可以将技术和纯净的声音成功融合到一起。平衡电枢技术可以设计出紧凑的,具有高功率输出的聆听组件,可以对其进行微调以满足特定的听筒和扬声器应用。收听设备OEM厂商雇用的音频工程师现在可以为客户创建标准的聆听体验。

作为最突出的例子,增强音乐和其他录音的声音重现并不是平衡电枢技术可以优化聆听体验的唯一方式。可以将动铁单元放置在入耳式通信设备中,例如蓝牙耳机或可以插入手机以实现免提通话的耳机。

楼氏在70多年前就开发了动铁单元技术,并于1991年首次在耳机中使用。通过在单元外壳内的两个磁铁之间的静磁场中引入一个平衡簧片,可以产生高保真声音。静态线圈中的交流(AC)信号会在簧片中产生交流磁通,从而使簧片失衡并导致簧片尖端产生交流运动,在此过程中产生的声音质量和清晰度要比其他耳机单元技术产生的声音更纯净。

将动铁单元技术集成到耳机中的其他特点和优势包括:

  • 精确制作清晰,身临其境的高保真音频
  • 低振动质量的振膜,可快速准确地重现声音
  • 特殊的簧片,无论何种音乐类型,都能真实还原原声
  • 较小的入耳式封装(小于图钉),无限的设计灵活性
  • 能够在单个耳机中使用多个动铁单元,并且每个动铁单元都调至特定的音乐频率范围
  • 明显区分不同乐器的声音,以用于音乐厅或黑胶唱片的聆听体验
  •  极低的功耗
为了满足携式音频体验音质和舒适度不断提高的要求,楼氏做出了长达数十年的承诺,致力于创造可以将高音质与便携性相结合的聆听解决方案。

为了应对降低耳机声音质量以提高声音可便携性的固有折衷,楼氏做出了长达数十年的承诺,致力于创建可将高音质与可便携性需求结合起来的聆听解决方案。这对行业的音频工程师来说是一个福音,他们现在拥有必要的工具和技术,可以创造最接近地复制黑胶唱片等传统技术音频的入耳式聆听体验。致力于动铁单元技术的使用是音频工程师的下一个发展阶段,以确保当今的耳机技术能够提供发烧友所需要的纯净声音,并使更多的随机听众也能体验到。

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除了音乐播放,随着可听设备将健身追踪,听力增强和免提语音助手访问等功能集成,消费者对真无线耳机和智能可听设备的青睐正在加速发展。这样导致用户佩戴可听设备的时间越来越长。反过来,消费者需要更舒适的佩戴,更长的续航时间和更好的音质。楼氏动铁单元在改善以上三个方面性能有独特的地位。

No.1助听器和可听设备的趋同性

Knowles

楼氏最早在60多年前开发了用在助听器设备中的动铁单元。这项先进的发明确保了设计紧凑舒适和高质量的小电池助听设备可以整天佩戴和使用,现在可听设备也有同样的需求。就像助听设备普遍采用具有小尺寸、低功耗和忠实声音还原的动铁单元。越来越多的可听设备设计商也采用动铁单元。

普通动圈扬声器的音圈是粘在运动的振膜上。小尺寸时,运动组件的整体质量会成为问题。如果运动质量过高,声音就会不能被准确地还原。这是用在可听设备里微型扬声器的特有问题。为了避免这个问题,音圈线的圈数会受到限制。这会导致扬声器的效率降低,功耗增加。

楼氏动铁白皮书(二)| 动铁单元在可听设备中的应用

动圈式扬声器的振膜和运动的音圈

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动铁单元振膜和静止的音圈

在动铁单元中,运动质量包含一个薄的簧片(或者叫平衡电枢),振膜本身,一个非常小的连接簧片和振膜的导针。音圈本身是静止的,可以使用更多的圈数。这样可以在非常小的尺寸中产生更强的磁场强度,更高的效率和更低的功耗动铁单元的结构还允许设备有相当大的自由度来定制特殊的用途。这种自由度,对助听器设备设计至关重要,对可听设备也逐渐地越来越重要。

No.2小尺寸,设计灵活性

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通常使用的最小的能提供可接受音质的动圈扬声器直径在6毫米。可听设备的设计者经常选用这个尺寸来减小需要的扬声器体积。然而,更小尺寸的选择正越来越流行。楼氏RAB动铁单元只有6mm动圈单元的1/3体积,但有卓越的音质。当尺寸是最关键的要求时,RAB是最好的选择。其他方案如双动铁单元为使用高分辨率编解码(例如aptX, LHDC或者)的可听设备提供卓越音质。

楼氏动铁白皮书(二)| 动铁单元在可听设备中的应用

通过利用动铁单元尺寸小的优势,可听设备设计者有更多的选择来使可听设备小型化,增加特性,增加电池尺寸,或者以上三个都选择。

就结构设计多样化而言,动铁单元比常用的6mm动圈单元表现更出色。动铁单元的出声孔可以放在尾部,表面或者侧面。这样可以帮助集成麦克风,电路,或者其他基于包装设计尺寸限制的器件。而且,因为其他器件可以更好地紧密地摆放在动铁单元周围,动铁单元的矩形形状可以最大化地利用空间

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可听设备在相同体积时由于采用动铁单元而使特性增加成为可能的例子

No.给客户所需——长续航时间

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在过去,可听设备里DSP功耗巨大,扬声器功耗微不足道。现在不再是这种情况。因为助听器设备里DSP功耗非常低,扬声器消耗了大部分能量,可听设备也是如此。现代设备的续航时间可以通过使用动铁单元大大改善。由于未来DSP的功耗会进一步降低,由于使用动铁单元带来的续航时间延长比例也会相应增加。

楼氏动铁白皮书(二)| 动铁单元在可听设备中的应用

当动圈扬声器被替换成动铁单元,预估的电流消耗会大约减少11%。

最关心的是如何把这个转化成续航时间。为了确认动铁单元的功耗节省潜能,楼氏测量了无线耳机使用6mm动圈单元和RAB动铁单元的续航时间。为了消除不同音源带来的功耗改变,同一首歌被持续播放。使用了西方和亚洲两首流行歌曲,测试结果相似。采用动铁单元的耳机续航时间增加了20%,大于1小时。

楼氏动铁白皮书(二)| 动铁单元在可听设备中的应用

60mAh电池,105dB声压到711耦合器

这些测试结果也通过实际产品确认。高端音乐设备和耳机制造商山灵发布了真无线耳机MTW100的两个版本。一个版本采用6mm动圈单元,另一个版本采用楼氏动铁单元。山灵公布了扬声器类型和相应的续航时间:6mm动圈版本续航时间为6小时,楼氏动铁单元版本的续航时间为7小时——17%的增长。

No.准备服务日益增长的市场

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真无线耳机逐渐从音乐播放设备快速发展为智能可听设备,集成生物传感器,免提语音唤醒,动态听力增强等。这些增加的功能驱动日益增长的需求。终端消费者希望下一代可听设备有越来越长的续航时间。因此,消费者会选择续航时间长,音质卓越和佩戴舒适性高的可听设备。

几十年来,楼氏动铁单元推动了助听器的发展,现在正通过四种非常重要和特定的方式提升听觉体验:

客制化服务:

楼氏可以对动铁单元进行微调来提供针对任何使用场景的异常清晰和令人愉悦的音频。

始终如一的性能: 

楼氏会对每一个动铁单元的输出大小做校正。楼氏动铁单元会测试通过严格的要求,对于每个新设计的动铁型号也会做严格的环境测试。

小尺寸:

允许设计者有更多的灵活性来缩小设备尺寸,在保持舒适性和音质的同时增加电池尺寸或者特性。

节能:

相对动圈单元而言,楼氏动铁单元由于低功耗非常适用于可听设备。

总之,从设计,尺寸和功耗效率方面考虑,动铁单元是动圈单元非常好的替代品。使用带有动铁单元可听设备的用户可以享受更高的舒适性,卓越的音质和更长的续航时间。

 

2022年消费电子市场低迷,但是展望2023年,以手机为代表的消费电子市场将复苏,而TWS耳机也将扩大渗透率,苹果系TWS渗透率比较高,而安卓系阵营将成为TWS的重要增长点。降本,增效,提高自动化将成为行业热点话题。为了进一步促进TWS产业交流,艾邦新建TWS产业链微信群,欢迎申请加入群聊。

TWS耳机5大关键技术介绍

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作者 808, ab