入耳式耳機的仿真模型

這里所有的仿真都是基于Spectrum Software公司出的MicroCAP 11 電路仿真軟件，里面集成了KTI建立的聲學庫。下面討論的是在這個聲學庫的基礎上，如何組建一個完整的入耳式耳機的聲學仿真模型，并和實際測試結果對比。

入耳式耳機通常的佩戴方式如下圖所示，最右邊是我們將要進行仿真的耳機。

圖1

而入耳式耳機的測試示意圖，下圖所示。

圖2

其詳細的入耳式耳機內部結構，大致可以分為無泄漏設計和平衡泄露設計

圖3  無泄漏設計

圖4 平衡泄漏設計

即使在非常小的器件里，Thiele-Small參數仍然適用，需要結合器件內部的腔體和管道，建立起耳機芯的聲學模型

圖5 耳機芯結構截面圖

圖6 耳機芯聲學模型

耳機芯的聲學模型里面所使用的TS參數，都是通過激光測距配合電壓曲線（如下圖），電流曲線，外加已知量Sd或靈敏度，測得所需要的參數。

圖7 激光測距在TS參數測試中的使用

如此，可以將耳機測試轉化成如下圖所示的等效電路圖。

圖8 耳機仿真模型

其中，耳機芯為依照圖6中耳機芯模型建立起來的宏。在耳機芯的后部貼有后網布，后部的體積速度經過后網布終止于后腔。耳機芯前部的體積速度，經過前腔，前管道，前網布，通過橡膠套耦合到IEC711的耳道里。

下面繼續講解一下網布，聲導管和IEC711耳朵的模型。

薄的均勻細密網布可以看成純聲阻, 可以根據網布公司提供的數據進行計算

圖9 Sefar網布參數

紅色框內標注的是聲學阻尼，分成MKS和CGS的，我們需要使用MKS單位制。

這里的聲阻，實際是比流阻, R = Δp / U 這里的Δp是網布兩面的壓力差，u流速，參數跟面積無關；在特定面積上的阻尼，表示為R = Δp / U , 這里的U是體積流速。

圖10 后網布

如上圖，后網布的有效透氣面積約為2mm²,  計算得到的阻尼如下，該值用于賦給耳機芯后面的網布。

另外，可以用KTI的聲阻儀直接測量得到

圖11 聲阻測試儀

聲導管的模型是使用MicroCAP里面的延時線建立的，輸入的

圖 12，IEC711人工耳模

以上，可以建立起一個完整的入耳式耳機的仿真模型，仿真和實際測試結果的對比，請看下一篇文章。

在仿真模型中，建立了兩套耳機芯模型，不同的TS參數和管道參數，具體參數如下圖所示

Type A，仿真曲線Vs測試曲線

Type B 仿真曲線Vs實測曲線

改變后網布阻尼對頻響曲線的影響 （按照箭頭方向，網布阻尼逐漸減弱）

改變后腔大小對頻響曲線的影響 （按照箭頭方向，后腔逐漸增大）

改變前網布阻尼對頻響曲線的影響 （按照箭頭方向，網布阻尼逐漸減弱）

無泄漏設計的耳機，在佩戴過程中，會對耳膜產生較強的壓迫感。就出現了平衡泄漏設計，如圖所示，分別在前腔和后腔增加微孔并貼厚實的網布，得到的仿真結果如下圖。

無泄漏設計Vs 平衡泄漏設計