耳机

耳机是一对转换单元，它能将播放器或接收器所发出的电讯号转化成可以听到的音波^[3]。耳机根据发声方式分为动圈、动铁、电磁式、静电式以及骨传导式等，虽然内部结构各不相同，但其发声原理都基于“振动产生声音”这一现象。除了骨传导式耳机是以人骨作为传声介质，其他耳机都是通过各种方式来推动耳机内部的膜片使其振动，从而发出声音^[4][5]。

耳机最初的诞生原因与音乐无关，而是用于通讯，它重约10斤，主要是接线员在使用。根据文献记载，第一款随身耳机的概念来源于1891年一位法国工程师提交的专利申请里，这个专利的样式与如今常见的耳塞式耳机样式基本一致^[6]。

根据佩戴方式不同，耳机分为半入耳式、入耳式和头戴式 。半入耳式发展早，有许多微小的变种，是最为常见的一种耳机。入耳式耳机特征是带有橡胶圈，使用时有戴耳塞的感觉。头戴式耳机外形较大，因无需入耳，所以对耳朵损伤最小。耳机的选择因人而异，对隔音没要求可选半入耳式耳机，想减少环境噪音可选入耳式耳机，对佩戴舒适度有要求可选头戴式耳机^[7][8]。

随着耳机技术的进步，便携小巧的真无线立体声耳机（True Wireless Stereo，简称：TWS）逐渐成为市场主流。全球TWS耳机在2020年的出货量为2.33亿台，2021年同比增长14.5%，达到了2.9亿台。2022年总出货量则为2.87亿台，略有下降^[9][10]。中国市场方面，2021年TWS耳机出货量约为8092万台^[11]，伴随着市场的渗透饱和，2022年出货量同比下降15%，为6881万台。此外，100-200 元价位段的TWS耳机持续增长，200元以内的产品在2022年出货量接近5成^[12]。

1881年，第一款耳机诞生，这款耳机重约10斤^[1]，由支架、接收器、听筒组成，外形像听诊器，供电话接线员使用^[4]。经过数十年的发展，1895年，手持式耳机诞生，耳机开始变得轻便，使用者使用时需要握住长柄。1910年，美国的纳瑟尔·鲍德温在自己家厨房制造出了世界上第一款现代耳机“双耳悬挂式耳机”，该耳机的造型、佩戴方式基本和今日的头戴式耳机一相似，而且也更加轻盈，鲍德温将这款耳机兜售给美国海军，但是却没有为这款耳机申请专利^[1]。

1937年，德国柏林的尤根·拜耳发明了一种微型动能转换器并把它镶嵌在可戴在头上的袋子内，第一款用于听音乐的耳机因此诞生，之后拜耳的公司（Beyerdynamic）开始在研制和销售这款动圈式耳机DT-84，成为耳机发展史上的一大里程碑。到了1950年，拜耳的公司推出了第一款立体声耳机——DT48S，至今该系列仍在生产。1959年，日本公司推出了第一款静电式耳机——SR-1，相比动圈式耳机，声音更加细腻，但价格昂贵，只在富人圈流行。1979年，索尼公司推出了第一代随身听Walkman和第一款流行耳机MDL-3L2，这两款耳机都小巧便携，从此，耳机开始在大众中流行^[1][4]。

1980年，各种耳挂式耳塞和入耳式耳机开始流行，耳塞式耳机以小巧的外形和方便的佩戴进入到人们的生活之中。考虑到耳塞式耳机不能很好隔绝声音，索尼公司在1997年推出了后挂式耳机。2000年，BOSE公司向普通大众推出了抗噪音耳机。同年，丹麦的一家公司推出了第一款蓝牙耳机，但受限于技术，只能用来通话，不能听音乐。无线耳机广受商务人士欢迎，耳机因此开辟了有线、无线两条道路。2001年，iPod问世，与之配备的耳塞式耳机也开始流行，成为一种时尚。在2001-2010年间，白领是蓝牙耳机的主要购买群体，随着蓝牙技术的发展，蓝牙耳机的音质、续航和抗干扰性得到了显著提升。2012年，将电池和电路集成于耳机腔体的耳塞式蓝牙耳机诞生，该耳机备受音乐迷的青睐，因此更多厂商投入到无线耳机的研发中。到了2014年，全球首款真无线耳机（True Wireless Stereo，简称：TWS）诞生，该款耳机摒弃了外部物理线材，可单双佩戴。两年之后，随着第一代苹果AirPods的发布，TWS耳机进入了高速发展期，并逐渐成为如今耳机市场的主流^{[1][4][13][14][9]}。

耳机内部有永磁铁和电磁铁，其中永磁铁位置固定不变，而电磁铁只在通电的情况下产生磁性，电磁铁与振膜的音圈相连，位置可以发生变化。当音频电流流入音圈线中，变化的电流会产生电磁铁的磁场变化。电磁铁与永磁铁相互作用时发生了振幅变化的运动，电磁铁带动振膜产生振动制造出了声音^[4]。

蓝牙是一种短距离无线通信技术，基于2.4GHz技术，可以将数据打包传送出去。蓝牙工作在ISM频段，该频段是工业、科学和医学使用的频段，由于不需要许可证，多种电子设备都使用该频段。为规避拥堵，增强抗干扰能力，蓝牙应用了跳频技术^[15][16]。蓝牙1.0于1998年发布，传输速度最大可达723.1Kbit/s，传输距离最远可达10米，但存在产品互不兼容、安全性差等问题，随着技术的进步，蓝牙的传输速度、传输距离和兼容性在不断提高^[14]。蓝牙技术应用广泛，其中蓝牙无线耳机早在2000年就已经诞生，但彼时的蓝牙耳机仍存在外部物理线材，并不能称为“真”无线。直到2014年，全球首款无物理线材耳机的诞生，让真无线立体声耳机（True Wireless Stereo，简称：TWS）开始走进人们的视野^[13]。

TWS耳机连接方案有多种，早期TWS耳机采用“主耳机先与手机相连，再通过低功率的蓝牙连接副耳”，来实现真无线连接的方案。苹果的AirPods采用了“监听模式”方案，即“主耳机与手机相连后，副耳机通过监听主耳机“与手机的信号来实现无线连接，此外，AirPods还内置苹果W1芯片来保障稳定性^[13][17]。还有一些厂商采用了“双耳机同时连接手机“的双连接方案^[18]。

红外无线连接技术在世界上被广泛使用，它通过数据电脉冲与红外光脉冲之间的相互转换，实现收发数据。除了强光，少有能影响其传输。红外具有小角度、短距离、点对点直线数据传输的优点。且保密性好，传输速率可达16Mbps，因此可以传输大容量、高品质的音频。但指向性要求极高，角度偏离会导致信号无法接收，且传输距离要求在10米以内，耗电量也比较大^[15][19]。

2.4G无线耳机采用了2.4GHz频段无线载波技术和P2P通讯协议，无线传输速率可达2Mb/s，基本可以满足“CD级音质”音频所需1.4Mb/s的传输要求，同时还能集成无线话筒，实现双向工作^[15]。

FM无线耳机原理是在耳机中装上FM接收电路，再通过接收FM发射机发射的音频信号，来收听特有信号源和调频广播^[15]。

Kleer是一种无损数字传输技术，它基于2.4GHz通信传输频率，利用二次抽样的无线电波结构，来保证在2.4GHz频率上，传输无损高质量的音频。Kleer可以以2.4 Mb/S的速度将数据传输10米以上、频响20 Hz~20 kHz、失真率低于0.1%，并且传输的延迟小。Kleer还拥有无需在使用前配对、同时接收数据、耗电低的特点^[15]。

佩戴方式优点缺点图片半入耳式^[7]佩戴舒适、种类多不隔音入耳式^[7]隔音、音乐细节表现好不适合患有耳疾者佩戴头戴式^[8]佩戴舒适、对耳朵损伤小耗电大、体积大、不易携带挂耳式^[8]稳固性高漏音、隔音性能较差骨传导式^[20]无需入耳、防水、适合运动场景不具备降噪能力

因谐振现象，耳机播放声音时会在更高频率产生多余的杂音，此现象称为总谐波失真。总谐波失真越高意味着杂音越多，音质也就越差^[26]。

单位：赫兹(Hz)，频响指声波振动循环时每秒重复的次数，如1Hz代表每1秒振动1次，频率响应范围大的耳机能更好地还原声音的真实细节^[27]。

单位：欧姆(Ω)。耳机的阻抗越小，播放设备越容易驱动出声。不同阻抗的耳机所应用场合各不相同，台式机或功放等设备可以驱动高阻抗耳机，而手机用户则推荐使用低阻抗（16Ω-32Ω）的耳机^[28]。

单位：分贝（db），在输出相同声压下，灵敏度越高，耳机越容易驱动出声^[29][28]。

根据耳机的防水能力划分，防水等级从IPX0-IPX8不等，等级越高代表防水能力越强^[30]。

耳机应用广泛，除了用于欣赏音乐、接听电话等个人领域外，还广泛应用于消防、公安、航空、军事等专业领域。在消防、公安领域，使用骨传导耳机与空气传导耳机相比，有以下几点优势：1、使用骨传导耳机感知的声音不经外耳通道，而是由颅骨产生振动来传入内耳，即使在高达120DB的噪音环境中也可以保持通讯，而空气传导耳机送话时会将环境噪音也传过去，导致收话人听不清楚。例如，当消防员在高噪音的消防现场，骨传导耳机里可以传来清晰的声音，而空气传导耳机会被现场的嘈杂声影响。2、骨传导耳机佩戴在耳边或面颊，好处是可以感知四周环境的声音，空气传导耳机则需要堵住或者罩住耳朵。在实际应用中，当特警在树林中追捕武装犯罪者时使用了空气传导耳机，那么有可能因为听觉被占用，导致受到犯罪者的侵害。3、骨传导耳机拥有防水功能，可让干警们在恶劣天气中使用。4、呼啸的风声不会传入骨传导耳机中，因此适合不同工作性质的公安人员、如水面缉私、缉毒、海上巡警、交警等^[31]。降噪耳机刚发明出来时也是应用在军事领域，1986年，BOSE创始人Amar G. Bose经历数十年的研究，研发出了主动降噪耳机，其原理是将收集到的噪音声波信息计算出反向声波，然后播放反向声波用于抵消外界噪音，主动降噪耳机一经诞生就受到军方和航空领域的青睐，直至2000年，BOSE公司才向普通大众推出抗噪音耳机^[32][1]。

从形态上看，耳机的发展趋向小型化。第一代耳机重达10斤，使用时需要用肩扛着扬声器兼麦克风箱，将听筒罩住耳机，再通过接收器进行交流，非常不便。随着技术的进步，耳机根据功能演变出了多种形态，有头戴式、入耳式、半入耳式等。第一款头戴式耳机在1919年诞生，该耳机为头戴式耳机的鼻祖，具有良好的隔音性、沉浸性和专注性，款式也与如今的头戴式耳机基本类似。形态更小的入耳式耳机的概念在1891年就已经提出，而诞生之后一直流行于大众。随着蓝牙技术的应用，通过无线连接的蓝牙耳机开始诞生，但彼时的蓝牙耳机在双耳间仍需要物理线材。后经历数十年的发展，蓝牙耳机做到完全无物理线材^[6][33]。

目前耳机朝着细分化发展，厂商们越来越注重耳机的降噪、音质、智能化等功能。降噪耳机最初应用于军事领域，后开始进入大众市场，其原理是通过计算出与环境噪音相反的声波进行抵消，实现降噪。降噪耳机还在不断发展，不少厂商钻研出了新的技术，如优化麦克风的数量和位置，再增加算法。还有通过检测环境噪音，用自适应降噪技术调节噪音等级，以减轻佩戴降噪耳机时耳道的压迫感^[33][34]。好音质一直一幅耳机重要的点，而影响音质的因素除了与驱动单元、振膜的材质和数量、腔体结构、调音、频响范围相关^[27]，还与耳机的类型有关，其中高端头戴式耳机无疑能提供更好的音质，因客单价高、客户忠诚度高，即使研发周期长且成本高，耳机厂商们也会持续投入，研发新产品^[35]。在智能化这块，耳机厂商们也在不断推陈出新，譬如推出了支持纪录会议内容、录音、语音转文字、实时翻译等功能的耳机^[36][37]。

根据医学研究表明，当音量超过85分贝且长时间佩戴耳机时，会造成听觉疲劳。当音量在110分贝以上时，听力会受到不可逆的损伤。而采取音量不超设备最大音量的60%，同时时间不超60分钟，可以预防耳机对听力的影响。另外，不要共享耳机，且对耳机定期消毒，这样能避免佩戴时皮肤受损导致细菌侵害。在行走、骑行、开车时佩戴耳机容易引起注意力分散，因此最好暂停音乐或调小音量。入睡时戴耳机听音乐会让耳膜得不到休息，容易造成听力疲劳、眩晕、耳鸣、头疼等问题^[38]。

过度使用耳机会出现听力减退、语言分辨能力下降等噪音性耳聋的症状，医生建议耳机的音量不宜超过60%。人们一般没办法发现大音量对高频造成的损伤，高频对噪音敏感，损伤危害时一般不会被感知，具有隐蔽性，等人们感知到时，说明语言范围内的频率也受损了^[39]。同时，佩戴耳机可能导致佩戴者忽略环境声音，特别是在过马路，夜跑等场景下可能存在安全隐患^[40]。

2019年12月2日，苹果公司生产的AirPods Pro被美国《时代》周刊评选为2019年100个最佳发明之一^[41]。第一代AirPods刚发布时并不被看好，但正式销售时，AirPods在两周内占据了线上无线耳机份额的26%，升至行业第一。在AirPods的带动下，2016年无线耳机总出货量由170万部增长到2018年的3360万部，增长将近20倍^[42]。

2021年，国家市场监督管理总局针对主动降噪耳机进行检测，结果发现不少品牌的产品存在虚标降噪、伪降噪等行为^[43]。