耳機,你戴明白了嗎?


引言與背景介紹

吃飯的時候最幸福的事情莫過於追番追劇,在食堂這樣的公共場合,一副耳機就可以讓你同時享受到美食和番劇的雙重快樂;工位上,哪怕是一點輕微的吵鬧都可能讓本就一籌莫展的你倍感煩躁,這時,降噪耳機就能幫你完美地“與世隔絕”;夜深人靜,舍友都休息了,耳機也可以讓悠揚的音樂陪你進入夢鄉。


圖1 耳機

耳機已經走入了現代年輕人生活的方方面面。根據一項調查報告[1],在某大學中有77%的同學有使用耳機的習慣,其中更是有一半左右每天都會長期佩戴耳機,甚至有六分之一的同學會選擇把耳機的音量開到最大;同學們也會傾向於選擇更加小巧、輕便的入耳式耳機,只有9%的同學會選擇對聽力損傷更小的頭戴式耳機。


圖2 小米耳機 (來源:百度圖片)

然而,與此同時,現代人的聽力及其他用耳健康問題也正日趨嚴重。根據世界衛生組織2021年釋出的《世界聽力報告》,現在全球已有五分之一的人(約15億人)正面臨著或多或少的聽力受損問題,其中約有4.3億人面臨著較為嚴重的聽力損失。根據該報告預測,到2050年,聽力損失的人數將會達到25億,其中較為嚴重的人將達到7億。

如何才能在享受耳機便利的同時避免耳機帶來的健康問題?為此,我們專門選取了同學們最關心的四個話題進行詳細解讀,並給出一些貼心的專業建議。

各類耳機的使用特點是什麼?

入耳式耳機,又名耳道式耳機,廣泛運用於生活中的各個場景。其在普通耳機的基礎上,以膠質塞頭插入耳道內,獲得更好的密閉性,極大的增加了耳機的表現效果。這種密封性有效的降低了外界噪音的干擾,具有良好的隔音性,即使在喧鬧的環境中也能夠用較低的音量清晰的聽到耳機的聲音。同時,在聽音樂方面,入耳式耳機實現了耳機和耳朵的親密接觸,減少漏音,且加大低頻的質感和量感,增加了對音樂細節的表現。但值得注意的是,這種耳機不適合患有耳疾的人佩戴,而且在日常使用過程中可能擦傷耳道,感染病菌。所以使用入耳式耳機應當更加註意衛生方面的問題。


圖3 入耳式耳機

掛耳式耳機由喇叭和耳掛兩部分組成,與傳統的入耳式耳機不同,掛耳式耳機去除了耳機兩個單元之間起連線和佩戴固定作用的橫樑,轉為配以掛鉤使之能夠牢固的掛在耳朵上。掛耳式耳機的最大優勢便是其超高的穩固性,目前普遍應用於各種運動場景。同時,掛耳式耳機的不入耳的佩戴方式使得其給使用者帶來了比同級別耳機更為寬廣的聲場,有效降低聽診效應,給予我們獨特的聽覺體驗。但是另一方面,這種佩戴方式不可避免的會造成漏音,使用者通過耳機所聽到的音樂或是進行的對話都較為容易的能被旁人聽到,個人隱私容易遭到洩露。並且,掛耳式耳機相對於入耳式耳機,其隔音效能較差。


圖4 掛耳式耳機

頭戴式耳機,顧名思義是戴在頭上,並非插入耳道內,區別於入耳式耳塞的一類耳機。它是由兩部分組成,訊號發射器和帶有訊號接收和放大裝置的耳機(通常是動圈式的)。發射器與訊號源相連,也可以在發射器前接入前級或耳機放大器來改善音質和調整音色。頭戴式耳機對耳朵損傷最小,耳朵和耳膜不會造成傷害,深受大眾歡迎。不僅如此,頭戴式耳機的聲場表現性良好,佩戴也較為舒適。但是由於其體積大,較為耗電,因此不方便攜帶。所以其往往會長期固定在某場景下使用。


圖5 頭戴式耳機

降噪耳機到底是保護聽力還是加倍傷害?

2019年10月29日,蘋果釋出了第三代TWS耳機Airprods Pro,其最大的賣點就是降噪功能[2]。作為市場的風向標,蘋果的入局讓各大廠家紛紛湧入降噪耳機領域,這一原本較為小眾的功能逐漸為主流使用者所熟悉、習慣。相信每一個曾有過噪音煩擾的同學應該都使用或者瞭解過降噪耳機,那到底降噪耳機是怎麼發揮作用的,它是否讓我們承受了雙倍的噪音呢?接下來,我們對降噪耳機工作原理進行全面分析。


圖6 降噪耳機

耳機降噪技術主要分為兩類:被動降噪和主動降噪。

被動降噪就是通過被動器件的物理特性對聲波進行隔絕,利用矽膠耳帽、頭戴皮套等材料儘可能地將耳道與外界隔離開,削弱聲波的傳遞。

主動降噪則是耳機通過內建的麥克風收集外界的環境噪音,再經過降噪晶片實時處理髮射出一段相位差180°的聲波,從而抵消掉外界的噪聲,達到降噪的目的。


圖7 主動降噪原理

目前市場上流行的主動降噪耳機一般是採取被動降噪與主動降噪相結合的方式達到較好的降噪效果。聲波的傳遞是通過介質分子的振動,而主動降噪通過波的干涉減弱了分子的振動從而減少了噪音的傳播,因此就不存在所謂“雙倍噪音”的說法。事實上,相比於普通耳機,降噪耳機一定程度上保護了聽力。一方面,降噪耳機削弱了環境噪聲對我們耳朵的傷害;另一方面,由於人耳的掩蔽效應,我們在嘈雜的環境當中總是會將耳機聲音調得很大來遮蓋噪聲,這樣對耳朵的損傷就會比較突出,而當使用降噪耳機時較低音量的音樂我們就可以聽得很清楚。


圖8 佩戴降噪耳機的效果

但是有的同學可能會疑惑,為什麼我戴上降噪耳機後會感覺耳悶、頭暈,筆者對此也有親身體會。綜合各方面調查、實驗,不適的原因主要可能有以下幾點:

1)降噪開啟之後的高頻殘留噪聲。經過消噪處理之後,中低頻的噪音基本被抵消了,而由於技術限制,越高頻的聲音越難消除,殘留的高頻噪聲會讓人產生一些耳鳴的感覺,聽力比較敏感的人就會容易頭暈。

2)降噪後顯現的次聲波。次聲波是頻率小於20HZ的聲波,其在大自然中比較常見。某些頻率的次聲波容易與人體器官發生共振,使人產生嘔吐、頭暈等狀況。正常情況下人耳是感知不到次聲波的,因此降噪耳機也不會對這一頻段的聲波進行處理。但是當我們可以聽到的聲音都被抵消後,次聲波就容易被感知到了,此時對於次聲波較為敏感的人就可能產生不適的感受。


圖9 降噪後顯現的次聲波

3)“熱脹冷縮”使耳道內壓增大。前面我們提到主動降噪的原理是聲波的抵消,但是通過干涉相消後,聲波攜帶的能量並不會憑空消失。而這部分能量就轉化為了耳道內空氣的內能,使得溫度上升,由於熱脹冷縮的原理耳壓就會增大[3]。雖然溫度上升的幅度很小,但是由於人耳朵的敏感程度很高,就可能會使人產生耳悶的感覺。由此,降噪效果越好的耳機,抵消的聲波就越多,導致耳道內壓就可能越高,人體的感受就會更明顯。現階段各大降噪耳機廠家也在努力嘗試解決平衡耳內外氣壓的問題,希望下一階段能有所突破。

綜上所述,降噪耳機在減少噪聲傷害、保護聽力方面確有其優勢,但佩戴的體驗感因人而異,各品牌耳機的特點也有所不同。大家可以在體驗嘗試後再決定自己的選擇。

什麼決定了頭戴式耳機的舒適性?

耳機作為與人體頭部接觸非常密切的電子產品之一,和人體頭部功能結構、形態尺寸等有著密切的關係。長時間使用與人體頭部尺寸形態不適應的耳機,易造成疲勞感,進而降低工作效率。不合理的耳機外形不僅佩戴時易脫落,更容易導致佩戴者出現區域性壓迫、脹痛等不適感覺。頭戴式耳機尺寸重量通常遠大於入耳式耳機,人機工程學問題相對更加突出。

頭戴式耳機部件主要分為頭帶和耳罩兩部分,耳機的質量經由頭帶對使用者頭頂產生壓力,頭帶拉伸後耳罩會對耳朵產生夾緊力,如下圖使用者頭部受力分析[4]所示。


圖10 使用者頭部受力分析(來源:參考文獻[4])

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水平夾緊力影響最為顯著。耳朵面板很薄,遍佈神經和血管,長時間承受較大夾緊力,敏感神經受到壓迫[5],會導致頭疼眩暈。在保證頭部能夠穩固佩戴耳機的情況下,耳機越輕、夾緊力越小,長時間的佩戴的舒適度越高。


圖11 耳朵組成(來源:參考文獻[6])

因此,結構上,頭帶要有足夠寬度以降低壓強,耳罩要有足夠的自由度和活動範圍以貼合耳朵。圓形耳罩和橢圓形耳罩在被動降噪方面有差異性,但是其舒適性基本相同。當然,耳機總體尺寸重量也應該合理。

材料上,頭帶材料是影響夾緊力的因素之一,金屬優於塑料[4],在拉伸時可以產生較小的夾緊力。基於使用者舒適性反饋,由記憶性海綿和人造蛋白皮製成的耳墊具有較高舒適性。

此外,毫無疑問,更好的更舒適的耳機……會更貴!


圖12 如何選擇頭戴式耳機

聽力損傷以後可以恢復嗎?

聽力損傷的來源可能很多,比如年齡增長、基因突變、噪聲暴露、藥物治療副作用、吸菸、肥胖、慢性病等原因都可能引起聽力損傷[10]。其中,不規範使用耳機屬於“噪聲暴露”帶來的聽力損傷,如果音量過大,優美的音樂也可能變成“噪聲”損害我們的聽力。

噪聲暴露也要分長時間暴露和短時間暴露的不同情況。例如,如果習慣性的使用耳機播放音量較大的音訊內容,就可能導致耳蝸毛細胞和螺旋神經節神經元受到損失,這兩種細胞在人們產生聽力的過程中發揮著重要的作用,並且由於哺乳動物的耳蝸毛細胞是不可再生的,這種情況帶來的聽力損傷往往是永久性的,在學術上被稱為“永久性閾移”[10]。


圖13 聽覺系統(來源:參考文獻[10])

短暫性的暴露(比如參加音樂派對)較為複雜。在過去,研究者們一直認為暫時性的閾移並非不可修復的,聽力在幾日或者幾周的時間就能恢復到暴露前的水平。但是,最新的動物實驗表明,短暫的噪聲暴露可以導致毛細胞帶狀突觸的喪失[11],這種損傷及其能否修復在學術上尚且沒有定論。

關於使用耳機與保護聽力的一些建議

1、國際公認的“60-60”原則

使用耳機時,音量一般不要超過最大音量的60%,允許的情況下越低越好,以免過分刺激耳朵[12];連續使用耳機的時間不要超過60分鐘,成年人每天戴耳機的時間最長不宜超過3~4小時,並且每次佩戴30~40分鐘後要讓耳朵得到充分休息。

2、長期戴耳機的人群,建議選擇頭戴式耳機

入耳式耳機接觸面積小,對耳蝸內部壓強較大;頭戴式耳機接觸面積大,壓強較小,對耳蝸纖毛細胞的刺激相對較小,使用起來更加安全。

3、注意使用耳機的環境

在通勤、工作等較為嘈雜的環境中,儘量不使用耳機,或者使用降噪耳機,減少高音量給耳朵帶來的負擔。

4、如果使用耳塞,注意衛生問題

在使用耳塞的過程中應注意保持其清潔,尤其是“油性耳道”的人群,應定期使用溼巾、棉籤等對耳塞進行清洗,避免滋生細菌。

5、不要戴著耳機入睡

睡覺的時候,如果戴耳機的耳朵壓在枕頭上的話,會損害耳廓,並加重對鼓膜的刺激。同時,如果整晚佩戴耳機,耳朵就會持續受到刺激,得不到休息。

6、減少挖掏耳朵

如果自己使用挖耳勺等工具掏耳朵,容易損傷耳道,甚至引發炎症、感染等情況,同時存在衛生問題。平常可以在醫生的指導下服用維生素B、維生素C、魚肝油等,對耳部健康進行干預[13]。

7、適當按摩穴位

耳垂前後的翳風穴(耳垂與耳後高骨之間的凹陷處)、聽會穴(耳屏前下方,下頜關節突後緣凹陷處)可以時常按摩一下,對於促進內耳血液迴圈、保護聽力具有較為積極的作

用。

8、保證用藥安全

當我們就醫治療時,應該儘量避免使用氨基糖苷類抗生素(如慶大黴素、卡那黴素、鏈黴素、新黴素)等耳毒性藥物。

9、定期聽力檢查

很多人已經認識到定期體檢的重要性,卻時常遺忘聽力專案的檢查。生活在充滿聲音刺激的時代,定期檢查聽力是很必要的。尤其是在高噪聲環境工作或者長期佩戴耳機的人,更應定期篩檢聽力,對聽力疾患早發現、早治療,確保聽力健康。

作者簡介

胡森昶,清華大學水利系2021級碩士研究生,主要研究方向為工程專案管理

艾浩,清華大學積體電路學院2021級博士研究生,主要研究方向為超導量子計算

徐驍翰,清華大學航天航空學院2018級博士研究生,研究方向為壓氣機智慧設計

翁樂其,清華大學未央書院2020級本科生

參考文獻

[1] 喬晶鑫;高敏倩;楊海弟;鄭億慶;;大學生耳機使用情況調查報告[J];中國聽力語言康復科學雜誌;2017年06期

[2]費豔鋒, 曹祖楊, 李堅維. 關於主動降噪耳機的研究[J]. 電聲技術, 2020(5).

延伸閱讀  網際網路出海,離不開溫州人

[3]趙凱華. 波疊加時的能量佯謬[J]. 物理與工程, 2008, 18(005):2-4.

[4]林歡等:基於人機工程學的頭戴式耳機舒適性設計

[5]舒適性耳機半引數化設計優化研究△聽力學及言語疾病雜誌2015年第23卷第6期

[6]正常人體解剖學,嚴振國,中國中醫藥出版社2002

[7]耳掛式耳機是什麼-太平洋IT百科 (pconline.com.cn)

[8]淺析這四種耳機的優缺點,買耳機前必看 (sohu.com)

[9]入耳式耳機_百度百科 (baidu.com)

[10] Cunningham L L, Tucci D L. Hearing loss in adults[J]. New England Journal of Medicine, 2017, 377(25): 2465-2473.

[11] Kujawa SG, Liberman MC. Acceleration of age-related hearing loss by early noise exposure: evidence of a misspent youth. J Neurosci 2006;26:2115-2123

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[12]徐平.戴耳機掌握60-60原則[J].解放軍健康,2016(03):22.

[13]陳聞韜. 如何保護耳朵健康[N]. 大眾健康報,2021-08-10(031).

來源:探臻科技評論

編輯:雲開葉落

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