本文首发于微信公众号「声学号角」 下图是常规骨传导的原理示意图。从耳道附近的骨头外放置激励器，通过人骨将振动传导直接传导到耳小骨，再传递到耳蜗，激励大脑听觉神经。主要不通过耳道的空气传导，这是常规耳机和音箱的主要传递路径。 下图是所谓的光声骨传导振动系统。当使用与声音同步的激光束产生振动，然后将这些振动传递到耳软骨时，便可以感知到可听见的声音。 调制光辐射在激发下在物质中产生声波被称为光声（PA）效应。可以穿透生物组织到相当深的深度的近红外激光可以用于产生合适的调制光辐射源。利用这种效果产生的声波有望与骨传导助听器产生相似的效果，因为它将在皮肤中产生振动。 光声骨传导振动单元的示意图 光声骨传导振动单元的照片 通过调制的光吸收对样品进行周期性加热会引起热波以及热弹性的膨胀和收缩，从而导致发射弹性波。 光声（PA）效应过程涉及复杂的能量转换机制，其中包括光，热和声学过程。 目前只是停留在实验室阶段，距离商用还会有很长一段距离。
本文首发于微信公众号「声学号角」 三星收购哈曼后推出的Galaxy Buds系列TWS耳机以独特的造型设计、稳定的佩戴、良好的音质（Sound by AKG）在市场上占据了一定的地位。 第一代Galaxy Buds，ID设计我个人很喜欢，无主动降噪ANC等功能。 第二代Galaxy Buds+，我购买了这个版本，体验不错。 在Galaxy Buds基础上升级为双扬声器，增加一个外侧麦克风增强通话降噪ENC，同时续航大幅提升。 Galaxy Buds Live，双肾造型独特，但因为是半入耳形式，主动降噪拉胯。 Galaxy Buds Pro，音质相比Galaxy Buds和Galaxy Buds+有所下降，主动降噪和环境音（透传）效果很一般，所以没买。 下面是前几天新发布的Galaxy Buds2，看得出来ID设计是有延续性的，但又有所区别，有点像糖豆。 拥有多种配色。不过这种充电盒内外配色不一致的设计个人不是太喜欢。 标识“Sound by AKG”。顺便说个小八卦：三星收购哈曼后，已经将消费类AKG品牌使用权收紧，目前仅三星可以使用。 和Galaxy Buds+一样，仍然采用了双扬声器单元的设计，应该还是双动圈扬声器。 单侧耳机拥有外侧双麦克风波束形成+内置麦克风+VPU（直译为语音拾取单元，即一般说的骨传导麦克风），如果算法调试好的话，应该通话效果、抗风噪等会还不错。 其ANC主动降噪功能分了三个等级，号称可以降低高达98%的外部背景噪音。这个降低98%如果我没算错的话，换算成声压级的话应该是降低34dB。当然没有说针对什么信号，针对多少声压级的信号，以及哪个频段，测试方法等等。行业宣传现在都不太规范。 当然以之前Galaxy Buds Pro来看，这个主动降噪的实际效果还有待实际产品测试检验。 其APP内置了几种EQ（均衡器）的设定，给有特定偏好的人使用。虽然个人认为这个意义不太大，但有这个功能无伤大雅。 开启主动降噪播放时间5小时，带充电盒共计20小时的使用时间，大体够用了。 价格999元，已购买绿色款（香提绿），预计9月初才会正式发货。
本文首发于微信公众号「声学号角」 经过漫长的反复思考， 我最终下定决心独自出发。 初步的规划： 提供培训，包含仿真培训和音箱耳机研发培训。 技术合作，以技术咨询、技术顾问或者公司入股的方式开展。 创建品牌，初期以家庭影院音箱、专业音箱、专业扬声器为主。 还有些其他的想法会陆陆续续开始干。 我擅长各类扬声器、音箱、耳机等声学产品的开发和仿真，拥有多种声学相关新技术新产品的储备。 各位朋友如果有相关需求的可以联系我。微信号stonegu，添加的时候请表明身份，说清楚具体诉求。其他好的建议与合作方式也可以开放谈。 我知道事情不一定会很顺利，存在很多不确定性，规模也可能做不了很大。但我愿意折腾一把，榨干自己的全部智慧，看看能折腾出什么样的成就，迎接人生的新挑战。 当然，要想把事做成，少不了一群志同道合朋友。真诚希望得到大家的帮忙。也想去不同的公司参观学习下。感兴趣的请直接联系我。谢谢！
本文首发于微信公众号「声学号角」 部分可能需要科学上网 Abersim（folk.ntnu.no/johannk/Abersim/） 接口：MATLAB 许可：GNU通用公共许可证（GPL） 说明：线性和非线性超声仿真 AC2D（individual.utoronto.ca/kzhu） 接口：C ++与MATLAB 许可：伯克利软件分发（BSD） 说明：有限差分时域（FDTD） BEM ++（bempp.org） 接口：C ++和Python 许可：伯克利软件分发（BSD） 说明：开源C ++边界元库 CREANUIS（creatis.insa-lyon.fr/site7/en/CREANUIS） 接口：C / C ++ 许可：CeCILL-B 说明：非线性超声仿真 Dream MATLAB Toolbox（signal.uu.se/Toolbox/dream/） 接口：MATLAB 许可：GNU通用公共许可证（GPL） 说明：基于线性空间脉冲响应，对超声换能器单元或阵列辐射的声场进行仿真 Field II（field-ii.dk） 接口：MATLAB 许可：免费软件（闭源） 说明：基于线性空间脉冲响应，对换能器波束方向图和B模式超声图像进行仿真 FOCUS（egr.msu.edu/focus-ultrasound） 接口：MATLAB 许可：免费软件（闭源） 说明：使用快速近场方法（FNM）等对超声换能器辐射的声场进行仿真 HITU Simulator（github.com/jsoneson/HITU_Simulator） 接口：MATLAB 许可：Berkeley Software Distribution（BSD） 说明：二维轴对称坐标系中KZK方程的频域解，以及Pennes生物热方程的隐式有限差分解 KZK Bergen Code（uib.no/people/nmajb/） 接口：Fortran 许可：开放源代码 说明：一维和二维（笛卡尔或轴对称）中KZK方程的频域解 KZK Texas Code（people.bu.edu/robinc/kzk/） 接口：Fortran / C ++ 许可：开放源代码 ...
本文首发于微信公众号「声学号角」 之前发了一篇电声相关的基础知识的文章，本文整理下相关知识点对应的资料（基础知识以书籍为主），供学习。我个人认知和眼界有限，列得不全，欢迎各位在评论区补充。 电声工程师应该掌握的基础知识 声学和振动原理 优先推荐杜功焕的《声学基础》 进阶可以看看马大猷的《现代声学理论基础》 以及程建春的《声学原理》 Mendel Kleiner《Electroacoustics》 扬声器和麦克风设计 优先推荐山本武夫的《扬声器系统》 然后王以真《实用磁路设计》《实用扩声技术》《实用扬声器工艺手册》 《实用扬声器技术手册》《扬声器探索：工艺、设计、应用 》《线阵列扬声器系统》 俞锦元《音箱原理及制作》《扬声器设计与制作》《扬声器设计与制作(全新版1) 》《扬声器设计与制作(全新2.0版)》（后面这个真的是三本完全不同的书） 沈勇《扬声器系统的理论与应用》 Vance Dickason《扬声器系统设计手册》（即《Loudspeaker Design Cookbook》） John Eargle《扬声器与音响设计手册》 Ray A. Rayburn《传声器手册 John Eargle的传声器设计与应用指南》（Ray是接替John Eargle成为第三版的作者） John Borwick《Loudspeaker and Headphone Handbook》 Glen Ballou《Electroacoustic Devices-Microphones and Loudspeakers》 Mendel Kleiner《Electroacoustics》 Leo L. Beranek《Acoustics：Sound Fields and Transducers》 测试和分析 Joseph D’ Appolito《实用扬声器测量》 陈克安《声学测量》 许龙《声学计量与测量》 资料比较多，分成上下AB两篇
本文首发于微信公众号「声学号角」 01 — 有限元仿真软件 有限元边界元仿真软件很多，如Ansys，Abaqus等。针对电声仿真来说，如果只能推荐一个有限元仿真软件入门的话，我会推荐Comsol Multiphysics。 Comsol界面友好，前后处理方便，各种函数和表达式使用灵活，多物理场耦合强大，案例库全面。 虽然某些单物理场求解稳定性以及复杂网格划分对比其他软件还有一定提升空间。 但瑕不掩瑜，Comsol是一款非常优秀的通用有限元仿真软件。也越来越多研究和工业应用开始使用Comsol。 中文官网地址： http://cn.comsol.com/ 02 — 有限元仿真理论知识准备 有限元理论的书籍非常多，感兴趣的可以挑一些经典的看看。 着重推荐Comsol技术总监王刚博士写的《COMSOL Multiphysics工程实践与理论仿真》。这本书可以加深对多物理场仿真建模的分析和理解，而不是针对单独的操作。 再推荐Carl Q. Howard的《Acoustic analyses using Matlab and Ansys》给英语好且对有限元求解的内部细节感兴趣的朋友。 03 — Comsol入门案例 建议从结构力学最简单的案例开始，可以参考下面这篇文章。掌握有限元分析最基础的流程，以及熟悉Comsol操作界面。 Comsol最简单的入门案例 04 — 电声多物理场仿真入门案例 Comsol官网的声学模块介绍和声学案例库 http://cn.comsol.com/acoustics-module http://cn.comsol.com/models/acoustics-module 电声相关的案例库Comsol软件自带有，包含扬声器、麦克风、音箱、耳机、助听器等模型。已经涵盖了大部分常规的电声仿真模型。 简要介绍下各个模型： 扬声器驱动器 - 频域分析 推荐刚入门的优先学习和研究这个模型。 演示了如何对动圈扬声器进行建模。模型分析包含总电阻抗和额定驱动电压下的轴上声压级随频率的变化情况。使用“磁场”接口和“声-结构相互作用”多物理场接口来建立模型。 B&K 4134 电容麦克风 几何参数和材料参数均取自实际的麦克风。对比仿真频响与实际麦克风的测量数据。并计算膜变形、压力、速度、电场，以及机械热的底噪。 轴对称电容麦克风 一个简化的轴对称电容麦克风，包含相关的物理场、特定几何和材料参数的灵敏度分析。它求解的是全耦合声-电-机械系统有限元模型，在频域中使用了线性扰动求解器。 戴在仿真人耳上的耳机 模型演示一个耳罩式耳机与通用仿真人耳的耦合分析。 这个模型之前文章介绍过。目前的模型还有些地方处理和实际产品有差异，所以结果比较奇怪。耳机有限元仿真确实比较复杂。 耳机声场分布有限元仿真 扬声器驱动器 - 瞬态分析 仿真分析包含磁系统中软铁的非线性特性、结构中的几何非线性，以及音圈进出磁隙时由于拓扑变化引起的非线性效应。输出包含总谐波失真 (THD) 、互调失真 (IMD)以及动态 BL 曲线。 扬声器驱动器集总模型 这是一个动圈扬声器模型，通过集总参数模拟来表示扬声器电气元件和机械元件的特性。Thiele-Small 参数（小信号参数）用作集总模型的输入，集总模型由“电路”接口表示。该集总模型与描述周围空气域的二维轴对称压力声学模型相耦合。模型的输出包括阻抗和辐射声功率等。 ...
本文首发于微信公众号「声学号角」 01 — CBT扬声器阵列的简要历史 CBT代表Constant Beamwidth Transducer恒定波束宽度换能器。这个概念是在1970-1980年代美国军方海军研究实验室在ASA（美国声学学会）上发表论文提出来的，用于军用水下换能器的研究。 “New approach to a constant beamwidth transducer”(恒定波束宽度换能器的新方法) “Array shading for a broadband constant directivity transducer”（宽带恒定指向性换能器的阵列阴影） “Experimental constant beamwidth transducer”（实验恒定波束宽度换能器） 这项研究描述了一种球面形式的曲面换能器，具有宽带且与频率无关的波束宽度和指向性，几乎无旁瓣。 该理论在2000年开始由D.B. Keele推广应用于扬声器阵列，论文发表在AES（音频工程学会）上。 在2016年，Keele因在超过45年的时间里对提供宽带恒定覆盖性能的扬声器和扬声器系统的杰出贡献和研究而获得AES金奖。 下面是Keele老爷子的官方网站，汇集了他对扬声器的研究工作。感兴趣的可以学习下，相信会收获不少。 http://www.xlrtechs.com/dbkeele.com/ http://www.dbkeele.com/ 论文地址 http://www.xlrtechs.com/dbkeele.com/papers.htm “The Application of Broadband Constant Beamwidth Transducer (CBT) Theory to Loudspeaker Arrays”（宽带恒定波束宽度换能器（CBT）理论在扬声器阵列中的应用） 将CBT概念推广到圆弧线阵列和环形曲面阵列，并应用于扬声器系统。 “Implementation of Straight-Line and Flat-Panel Constant Beamwidth Transducer (CBT) Loudspeaker Arrays Using Signal Delays”（使用信号延迟实现直线和平板恒定波束宽度换能器（CBT）扬声器阵列） 通过使用信号延迟，将CBT概念扩展到直线和平板阵列。 “Full-Sphere Sound Field of Constant-Beamwidth Transducer (CBT) Loudspeaker Line Arrays”（恒定波束宽度换能器（CBT）扬声器线阵列的球面声场） ...
本文首发于微信公众号「声学号角」 耳机的主动降噪ANC最近几年非常热门，属于声学硬件结构和算法（不太严谨的说也是物理和数学）结合非常紧密的应用。也是主动降噪非常好的应用，配合耳机本身高频段的被动降噪，可以获得非常不错的效果。 关于主动降噪的书籍和文献非常多，针对耳机应用下的主动降噪零散的论文也不少。 我个人看到在科普性和学术性结合得非常好的中文文章应该是在公众号“子鱼说声学”上发表的一系列文章“关于主动降噪耳机，你想知道的一切”。 ” 关于主动降噪耳机，你想知道的一切（一） 关于主动降噪耳机，你想知道的一切（二）：前馈自适应 关于主动降噪耳机，你想知道的一切（三） 关于主动降噪耳机，你想知道的一切（四） 我也按自己的理解，先谈谈主动降噪系统，以及在耳机上的实际工程应用。 当两列声波具有相同频率和反相的相位，则会出现相消干涉，从而声音能量会抵消。这是主动噪声控制的物理基础。下面是个理想状态示意图。 在实际应用中，初级噪声代表原始噪声信号，而次级噪声代表扬声器主动发出的噪声信号，用来抵消原始噪声。 而想要形成稳定干涉，两列声波需要满足： 传播方向相同 相位差恒定 频率相同 按是否获取参考信号可以分为： 前馈ANC 通过在噪声源处或等效噪声源处放置参考麦克风或振动传感器来获取参考信号，作为控制器的输入，调整次级声源。 反馈ANC 无参考输入信号，仅通过误差麦克风获取残余噪声，并送入反馈控制器，从而调整次级声源。单反馈系统稳定性难保证。 前馈反馈混合性ANC 大致的框架如下图所示。目前耳机主流ANC就是类似。 按次级声源数量和麦克风数量可以分为： 单通道ANC 多通道ANC 通过多个参考麦克风、误差麦克风以及次级声源，多通道ANC系统可实现更优的降噪效果及更大的降噪空间。但大量的次级通道数量会增加ANC系统的复杂度，运算量会增加，而且如何确保系统的稳定性和实时性也是需要考虑的点。 比如AirPods Max就是用了6颗参考麦克风，2颗误差麦克风作主动降噪。 按控制器可以分为： 模拟ANC 结构简单，成本较低，但只能完成传递函数相对简单的控制，系统特性不能适应变化。 数字ANC 使用数字信号处理器完成降噪算法，适合时变环境下的噪声控制，价格相对较高，电路结构复杂。 目前主流的FXLMS算法的框图如下 其中的符号含义： x(k)：噪声信号 P(z)：初级路径，p(n)初级路径传递函数 d(n)：误差麦克风的初级噪声信号 S(z)：次级路径，S(n)次级路径传递函数 W(n)：自适应滤波器 y(n)：自适应滤波器的输出 y′(n)：通过次级路径的次级噪声信号 S^(z)：估计的次级路径 x′(n)：通过估计的次级路径，产生的噪声 e(n)：误差信号 看上去主动降噪的理论已经比较完备了，但实际工程应用中还有非常多点需要考虑： 非平稳信号的实时追踪。 参考麦克风的位置，以及与实际声源的差异。比如耳机降噪，噪声源在外面，而参考麦克风在耳机上1个或几个点。 误差麦克风的位置，以及与最终需要控制位置的差异。比如耳机误差麦克风在扬声器前，而实际需要控制点在耳膜。 误差函数的选择。 初级路径的变化。比如耳机泄漏和不同佩戴，导致噪声路径响应和被动降噪响应变化。 次级路径的变化。比如耳机泄漏和不同佩戴，导致扬声器到误差麦克风和耳膜的频响变化。
本文首发于微信公众号「声学号角」 01 — 阻抗边界 阻抗的概念在结构和声学中非常重要，定义为边界上力/流动变量，和电路阻抗类似（电压/电流）。阻抗边界条件可以在不直接建模的前提下，表征边界的特性。 硬声场边界表示其边界加速度（或者说速度）的法向（垂直于边界）分量为0。在数学上，这个和声对称边界是等效的。 对零偶极域源qd=0，以及流体密度ρc恒定，则压力的法向偏导为0 软声场边界意味着边界声压消失，即 pt = 0，是某些特定情况下的近似。 阻抗边界一般用于分析介于硬声场边界和软声场边界之间的情况，比如模拟机械结构系统或者吸收边界的特性。 当然需要注意，阻抗边界条件仅将法向速度与压力关联，而不考虑切向（平行于边界）速度。即，使用阻抗边界条件，切向速度会被忽略。 所以说阻抗边界条件是实际边界情况的低阶近似。如果需要考虑切向速度，即对边界非垂直入射的情况，则应该对边界进行建模，或者使用更高阶的模型。 02 — 不同的阻抗概念 通常在声学中，有三种不同的阻抗概念：声阻抗、比声阻抗、机械阻抗。 声阻抗Zac，国标单位Pa*s/m^3，定义为边界平均压力与通过边界的体积流速Q（单位m^3/s）之比。Zac=pav/Q。 比声阻抗Zsp，单位Pa*s/m，定义为压力p与粒子速度u之比。Zsp=p/u。 机械阻抗Zmech，单位kg/s(或Pa*s*m)，定义为边界作用力F与粒子速度之比。Zmech=F/u。 对于给定表面积S上值恒定的情况下，这三种阻抗概念的关系为Zmech=S*Zsp=S^2*Zac。 03 — Comsol中的阻抗边界模型 设置比声阻抗为Zi。其边界条件的频域方程为： 而时域的边界方程为： Comsol中的阻抗边界模型非常丰富。可以通过RLC电路、生理学、波导末端阻抗、多孔层、特性比阻抗、吸收系数或者自定义的方式进行设置。 挑RLC电路和生理学模型进行简单说明。 RLC电路阻抗模型 以串联耦合RLC电路为例 其阻抗Zac为 比阻抗Zi=S*Zac，S指边界面积。 生理学阻抗模型 生理学阻抗模型包含皮肤、人耳向外辐射、鼓膜、无耳廓人耳，完整人耳。 以鼓膜为例 鼓膜的声阻抗为Zeardrum，比阻抗Zi=S*Zac。 对人耳生理阻抗测量和建模感兴趣的可以参考下面三篇文献： “Measuring and modeling basic properties of the human middle ear and ear canal. Part I: Model structure and measure techniques” “Measuring and modeling basic properties of the human middle ear and ear canal. Part II: Ear canal, middle ear cavities, eardrum, and ossicles” ...
本文首发于微信公众号「声学号角」 一般而言，对耳机来说，除了主动降噪、通话降噪等特性之外，对其关注最多的客观特性指标是频率幅度响应曲线。因为常规耳机失真很低，而且通常可以认为无指向性问题。瀑布图的参考价值非常低。 目前所谓哈曼曲线比较热门。下图中IE指入耳式耳机，OE指耳罩式耳机，后面的数字表示按年份的更新微调。 什么是哈曼曲线（Harman Target Curve） （鬼斧神工的文章，供参考） 很多公司，包括传统音频厂，以及各手机大厂，都在参考哈曼曲线以及Sean Olive博士的研究方法得到自己的耳机目标曲线。 而且一些行业通用的声学测试系统也将哈曼曲线参考和曲线评估公式内置在其中，比如Soundcheck。 而相位响应和群延时一直是相对被忽视的。 但一些研究表明耳机频率相位响应曲线对听感有影响。比如论文“Evaluation of headphone phase equalization on sound reproduction”（耳机相位均衡对声音再现的评估） 论文地址： https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0003682X18311587 DOI：https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2019.07.017 对弦乐的主观评分，分别是未处理、相位幅度均衡、幅度均衡、相位均衡 对打击乐的主观评分 其结论是：线性相位响应瞬态响应速度更快，声音更清晰。虽然是相位响应曲线的测试和校准是基于标准仿真人头，但对于大部分人来说，音质和听感的提升是可以明显感知的。（如果我理解有偏差，大家以原文为准） 下图是Sony WH-1000XM4的群延时测试曲线。 耳机群延时比较小，人耳难以区分时间前后，所以这个时候群延时和相位可以认为是等效的。而这款耳机其中有部分地方群延时有较大的突变，有可能对声音的还原和听感造成一定影响。 我个人有参与一款非动圈扬声器单元的耳机项目开发，过程中尝试先校准为线性相位响应，再进行幅度调整，确实相对比较容易调整到一个大家都认可的效果。 所以相位或群延时在耳机的研发过程中也是值得重视的一个客观特性指标。