头戴式耳机的人因工程学分析报告

专业：10工业工程

姓名: 陈玉辉

学号: 201000163013

头戴式耳机的人因工程学分析报告 (1)

摘要 (3)

1. 引言 (3)

2. 耳机的使用分析 (4)

2.1使用伤害 (4)

2.2使用注意事项 (4)

3. 人耳的听觉分析 (5)

3.1人耳的生理构造 (5)

3.2人耳的听觉频率范围 (5)

4. 头戴式耳机设计 (6)

4.1头戴式耳机的材料选择 (6)

4.2头戴式耳机的头箍 (6)

4.3头戴式耳机的耳罩 (7)

5. 小结 (7)

参考文献： (8)

摘要

在现在的生活中，到处都可以看到耳机的身影，在家中、在室外、包括各种英语听力考试等等，都少不了耳机。耳机是个人音响，它的选择自然是个人问题，任何一个人的经验都是不能推而及广的。耳机的用途、使用耳机的时间和场所，自己的好恶，耳机的音质都是选择一副适合自己的耳机时所要考虑的。

早期的耳机没有考虑到人体舒适性的问题，设计多棱角分明，严重影响佩带的舒适性，因此很多朋友都对耳机不屑一顾。海绵的加入改善了这种情况，在耳塞上套入海绵套，能够有效地解决棱角对耳朵的伤害，同时也增强了耳塞的低频表现。随着工艺的改进，除了海绵以外，耳塞跟耳朵接触面的形态设计和材质也在悄悄起着变化。

本文就头戴式耳机这一产品在人因工程学上的应用情况加以分析调研，并针对其在人因工程学上的不足提出相应的改进意见。

关键词：耳机舒适性人因工程应用情况

1.引言

耳机通常被分为头戴式、耳挂式、耳塞式三种类型（如下图所示），其中对耳朵伤害最小的是头戴式和耳塞式两种。耳塞式耳机的好处在于贴近耳道，这样可以尽可能的隔绝外界的噪音，使得环境噪音竟可能的降低。但是，相对于耳塞式耳机，头戴式耳机舒适度要好的多。

耳机的舒适度是指佩戴耳机后没有因对耳朵夹持或挤压所造成的疼痛或难受，并让佩戴者感到舒适的程度。耳机的舒适度直接影响着佩戴者的健康，这也是耳机设计中非常重要的一个环节。

本文就头戴式耳机如何设计才能达到好的舒适度，提高耳机的性能，体现人性化设计的原则进行分析研究，并利用人因工程学的方法与原则对目前的几种主流的耳机设计进行相应的改善。

2.1使用伤害

我们经常见到晨练的人们戴着耳塞型耳机在听广播，在校园内也可见到学生边走或边骑车戴着耳机在听音乐。在公共汽车上见到年轻人听着摇滚乐声音很大，甚至连邻座都能听到声音。这样长期地使用耳塞型耳机能导致噪声性听力下降。

我国科技人员经过研究，对平均年龄在二十三岁左右的受试者，每天使用耳塞型耳机1小时、1－2.5小时与对照组相比，有显著的听阈差异。他提示使用耳塞型耳机可导致噪声性听力下降，特别是在高频区4000赫兹以上明显大于低频区。而使用耳塞型耳机时间越长，听力损害越严重。也有学者报道，常在噪音环境中可引起4000赫兹听力首先下降。

近年来，在一些戴耳机听音乐的青年人中听力减退的情况已越来越多。这是因为人戴上耳机后，外耳道口即被耳机紧紧堵塞住。高音量的音频声压会直接进入耳内而损伤听力，造成不可恢复的听力损害。

长期用耳机听音乐，听觉就会出现疲劳、损伤，引起听力减退，人体就会出现烦躁不安、头晕、失眠、记忆力减退、注意力不集中、思维反应迟钝、异常心理障碍等情况，对身体健康十分有害。

2.2使用注意事项

由於耳机比一般外来噪音更贴近内耳组织；用者都得采取必要的保护措施。研究表明，令人愉悦的音乐造成的听力损害较轻，但长期接触高分贝的声音，不管是音乐还是噪音，都会造成听力损伤。噪音能引发的感觉神经听力损伤发生在内耳，当高能量声波震汤耳蜗内的液体时，会过度刺激并引起细胞死亡。听力损害是日积月累形成的，如果长期接触噪音，尽管每次时间很短，也会造成听力下降。

美国医疗协会杂志项於1998年公布的一调查结果及中国山西医科大学的实验均显示，在长期处於高噪音水平之下，对听力有负面的影响。

若在街道上使用耳机时，除了因要调高音量，而造成听觉损害外，专注於听音乐，很容易令使用者对外围的声音失去警觉性，增加了发生危险的机会。

3.1人耳的生理构造

在解剖学中，耳朵由外耳、中耳、内耳三部分构成。具体构造见上图。

我们知道听觉产生就是声音的传导过程。参与声音传导的结构有外耳、中耳和内耳的耳蜗。

声音传入内耳有两条路径：一是空气传导，它的过程是这样的：声音经过外耳廓收集到外耳道，而引起鼓膜振动，随之带动锤骨运动，传向砧骨、镫骨，镫骨底板振动后将能量透过前庭窗传给内耳的外淋巴，外淋巴流动就象瓶子里的水一样晃来晃去，带动了其内的基底膜波动。在这个过程中，耳廓的作用就是收集声音，辨别声音的来源方向。人的耳廓已经退化了，不像其他动物那样大而灵活，可以能动来动去，所以有时候听声音需要手放在耳廓上或转动头部来协助。但外耳道却能对声音进行增压并保护耳的深部结构免受损伤。在声音的空气传导过程中，鼓膜和三块听小骨组成的听骨链作用最大。因为鼓膜为一层薄薄的膜状物，它的振动频率一般与声波一致，最能感应声波的振动，并且能把声波的能量扩大17倍。而听小骨以最巧妙的杠杆形式连接成听骨链，又把声音能量提高了1.3倍。二是骨传导，声波能引起颅骨的振动，把声波能量直接传到外淋巴产生听觉。

3.2人耳的听觉频率范围

对于具有正常听力的青少年来说（年龄在12~25岁之间）能够觉察到的频率范围大约是16~20000Hz 。而一般人的最佳听闻频率范围是20~20000Hz ，可见人耳能听闻的频率比为： max min

f f =1﹕1000，人到25岁左右时，开始对15000Hz 以上频率的灵敏度显著降低，当频率高于15000Hz 时，听阈开始向下移动，而且随着年龄的增长，频率感受上限逐年连续降低。但是对于f<1000Hz 的低频率范围，听觉灵敏度几乎不受年龄的影响（见下图）。因此听觉的频率响应特性对听觉传示装置的设计是很重要的。为了满足人的频率需求，耳机在设计时使其能够重放的频带相当宽，一般的耳机为20~20000Hz ，优秀的已经可以达到

5Hz-40000Hz。

4.头戴式耳机设计

头戴式耳机耳机的外部部件主要有头箍和耳罩，另外耳机所选用的材料也会影响耳机的舒适度，下面我就从材料、头箍和耳罩这三方面来分析头戴式耳机的人因工程学设计。

4.1头戴式耳机的材料选择

在耳塞材料的选择上，头戴式耳机一般具有塑料式和金属式的两种。塑料材质一般含有邻苯二甲酸盐，容易使皮肤产生过敏症状；而金属耳塞经过氧化处理，主要成分是三氧化铝水合物，同红宝石成分基本相同，对人体无不利影响。另外，从环保角度，塑胶耳塞不利于回收，一般处理方式是任其变质；金属加工品则可以无限次回收循环使用，不会对环境造成污染。

在耳塞套材料的选择上，一般是市场应用的材料有海绵、防滑塑胶和橡胶。其中防滑塑胶能够使耳朵跟耳机之间更好的贴合，而橡胶的柔软特性，除更加舒适外还可进一步防止声音的外露，达到更好听音效果。另外海绵材质的耳塞套，能够有效地解决棱角对耳朵的伤害，同时也增强了耳塞的低频表现。这些都是应用人体对材质的感受而选择的。

4.2头戴式耳机的头箍

头箍是将耳机固定在头部的重要的部件。我们佩戴耳机头部与耳箍之间的松紧程度与头箍的大小有很大的关系。头箍部件主要是起到一定的支撑作用，用于减少耳机带给耳朵的重力，来增加耳朵的舒适性。横梁上也覆盖着和耳罩材质相仿的厚厚垫子，可以减轻头箍对头

顶的压迫感，更加有利与长时间佩戴。

同时，在设计耳机的时候也要注意到头箍的可调节性，在横梁上加上一个可伸缩机构，用来适应不同人群的需求，尽量达到舒适最大化。

4.3头戴式耳机的耳罩

耳罩部件主要是将声音传达给大脑，起到一个中介作用，耳罩的内轮廓设计的不规则，以及柔软度的加强，都会增加耳朵佩戴的舒适感。

根据人耳的外部形状，耳罩一般被设计成两种样式，一种压在耳朵上，叫压耳式耳罩（如下图左图），这种耳罩在调整头带长度时要注意：头带短，对头顶的压力大，耳罩对头的压力就小，头带长时相反，三点的压力要取得平衡才是最舒适的。另一种耳罩呈杯状，环绕着耳朵，叫绕耳式耳罩（如下图右图）。这两种设都是为了使其贴住耳廓而不至于滑落。另外在耳罩的内部一般填充海绵，使其尽量的柔软，并在外面蒙上皮革或绒布，使人耳感觉舒适。而耳塞的外部形状、尺寸大小是根据人耳外耳道的特征而设定的，它能够适合多数人佩戴使用。

压耳式耳罩绕耳式耳罩

5.小结

通过对头戴式耳机这一产品进行人因工程学上的分析，让我认识到了人因工程在生活中的几大应用。

首先，人因工程为产品设计中考虑“人的因素”提供人体尺度参数。应用各种学科的研究方法，对人体结构特征和肌能特征进行研究，提供人体各部分的有关数据以及人体各部分在活动时相互关系和可及范围等人体结构特征参数，促使产品更人性化，更舒适，更有益于人去使用。

其次，为产品设计中“产品”的功能合理性提供科学依据。现代产品设计中，不考虑人机工程学的需求，那将是设计活动的失败。因此，如何解决“产品”与人相关的各种功能的最优化，创造出与人的生理和心理肌能相协调的“产品”，这将是当今产品设计中，在功能问题上的新课题。人因工程学的出现恰好为这一问题提供了理论支持，有助于产品的更合理的设计。

最后，为产品设计中考虑“环境因素”提供设计准则。通过研究人体对环境中各种物理因素的反应和适应能力，分析各种环境因素对人体的生理、心理以及工作效率的影响程度，确定了人在生产和生活活动中所处的各种环境的舒适范围和安全限度，从而能够保证人体的健康、安全和舒适。

以上几点充分体现了人因工程学为产品设计开拓了新设计思路，并提供了独特的设计方法和理论依据。社会发展，技术进步，产品更新，生活节奏紧张，这一切必然导致“产品”质量观的变化。人们将会更加重视“方便”、“舒适”、“可靠”、“价值”、“安全”、和“效率”等方面的评价，人因工程学等边缘学科的发展和应用，也必须会将产品设计的水准提到人们所追求的那个崭新高度。

参考文献：

[1]易树平，工作研究与人因工程，清华大学出版社

[2]丁玉兰，人机工程学，北京理工大学出版社

[3]孙林岩,人因工程,中国科学技术出版社

[4]百度百科