耳机，你戴明白了吗？
以下文章来源于探臻科技评论 ，作者胡森昶等
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引言与背景介绍
吃饭的时候最幸福的事情莫过于追番追剧，在食堂这样的公共场合，一副耳机就可以让你同时享受到美食和番剧的双重快乐；工位上，哪怕是一点轻微的吵闹都可能让本就一筹莫展的你倍感烦躁，这时，降噪耳机就能帮你完美地“与世隔绝”；夜深人静，舍友都休息了，耳机也可以让悠扬的音乐陪你进入梦乡。
图1 耳机
耳机已经走入了现代年轻人生活的方方面面。根据一项调查报告[1]，在某大学中有77%的同学有使用耳机的习惯，其中更是有一半左右每天都会长期佩戴耳机，甚至有六分之一的同学会选择把耳机的音量开到最大；同学们也会倾向于选择更加小巧、轻便的入耳式耳机，只有9%的同学会选择对听力损伤更小的头戴式耳机。
图2 小米耳机 （来源：百度图片）
然而，与此同时，现代人的听力及其他用耳健康问题也正日趋严重。根据世界卫生组织2021年发布的《世界听力报告》，现在全球已有五分之一的人（约15亿人）正面临着或多或少的听力受损问题，其中约有4.3亿人面临着较为严重的听力损失。根据该报告预测，到2050年，听力损失的人数将会达到25亿，其中较为严重的人将达到7亿。
如何才能在享受耳机便利的同时避免耳机带来的健康问题？为此，我们专门选取了同学们最关心的四个话题进行详细解读，并给出一些贴心的专业建议。
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各类耳机的使用特点是什么？
入耳式耳机，又名耳道式耳机，广泛运用于生活中的各个场景。其在普通耳机的基础上，以胶质塞头插入耳道内，获得更好的密闭性，极大的增加了耳机的表现效果。这种密封性有效的降低了外界噪音的干扰，具有良好的隔音性，即使在喧闹的环境中也能够用较低的音量清晰的听到耳机的声音。同时，在听音乐方面，入耳式耳机实现了耳机和耳朵的亲密接触，减少漏音，且加大低频的质感和量感，增加了对音乐细节的表现。但值得注意的是，这种耳机不适合患有耳疾的人佩戴，而且在日常使用过程中可能擦伤耳道，感染病菌。所以使用入耳式耳机应当更加注意卫生方面的问题。
图3 入耳式耳机
挂耳式耳机由喇叭和耳挂两部分组成，与传统的入耳式耳机不同，挂耳式耳机去除了耳机两个单元之间起连接和佩戴固定作用的横梁，转为配以挂钩使之能够牢固的挂在耳朵上。挂耳式耳机的最大优势便是其超高的稳固性，目前普遍应用于各种运动场景。同时，挂耳式耳机的不入耳的佩戴方式使得其给使用者带来了比同级别耳机更为宽广的声场，有效降低听诊效应，给予我们独特的听觉体验。但是另一方面，这种佩戴方式不可避免的会造成漏音，使用者通过耳机所听到的音乐或是进行的对话都较为容易的能被旁人听到，个人隐私容易遭到泄露。并且，挂耳式耳机相对于入耳式耳机，其隔音性能较差。
图4 挂耳式耳机
头戴式耳机，顾名思义是戴在头上，并非插入耳道内，区别于入耳式耳塞的一类耳机。它是由两部分组成，信号发射器和带有信号接收和放大装置的耳机(通常是动圈式的)。发射器与信号源相连，也可以在发射器前接入前级或耳机放大器来改善音质和调整音色。头戴式耳机对耳朵损伤最小，耳朵和耳膜不会造成伤害，深受大众欢迎。不仅如此，头戴式耳机的声场表现性良好，佩戴也较为舒适。但是由于其体积大，较为耗电，因此不方便携带。所以其往往会长期固定在某场景下使用。
图5 头戴式耳机
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降噪耳机到底是保护听力还是加倍伤害？
2019年10月29日，苹果发布了第三代TWS耳机Airprods Pro，其最大的卖点就是降噪功能[2]。作为市场的风向标，苹果的入局让各大厂家纷纷涌入降噪耳机领域，这一原本较为小众的功能逐渐为主流用户所熟悉、习惯。相信每一个曾有过噪音烦扰的同学应该都使用或者了解过降噪耳机，那到底降噪耳机是怎么发挥作用的，它是否让我们承受了双倍的噪音呢？接下来，我们对降噪耳机工作原理进行全面分析。
图6 降噪耳机
耳机降噪技术主要分为两类：被动降噪和主动降噪。
被动降噪就是通过被动器件的物理特性对声波进行隔绝，利用硅胶耳帽、头戴皮套等材料尽可能地将耳道与外界隔离开，削弱声波的传递。
主动降噪则是耳机通过内置的麦克风收集外界的环境噪音，再经过降噪芯片实时处理发射出一段相位差180°的声波，从而抵消掉外界的噪声，达到降噪的目的。
图7 主动降噪原理
目前市场上流行的主动降噪耳机一般是采取被动降噪与主动降噪相结合的方式达到较好的降噪效果。声波的传递是通过介质分子的振动，而主动降噪通过波的干涉减弱了分子的振动从而减少了噪音的传播，因此就不存在所谓“双倍噪音”的说法。事实上，相比于普通耳机，降噪耳机一定程度上保护了听力。一方面，降噪耳机削弱了环境噪声对我们耳朵的伤害；另一方面，由于人耳的掩蔽效应，我们在嘈杂的环境当中总是会将耳机声音调得很大来遮盖噪声，这样对耳朵的损伤就会比较突出，而当使用降噪耳机时较低音量的音乐我们就可以听得很清楚。
图8 佩戴降噪耳机的效果
但是有的同学可能会疑惑，为什么我戴上降噪耳机后会感觉耳闷、头晕，笔者对此也有亲身体会。综合各方面调查、实验，不适的原因主要可能有以下几点：
1）降噪开启之后的高频残留噪声。经过消噪处理之后，中低频的噪音基本被抵消了，而由于技术限制，越高频的声音越难消除，残留的高频噪声会让人产生一些耳鸣的感觉，听力比较敏感的人就会容易头晕。
2）降噪后显现的次声波。次声波是频率小于20HZ的声波，其在大自然中比较常见。某些频率的次声波容易与人体器官发生共振，使人产生呕吐、头晕等状况。正常情况下人耳是感知不到次声波的，因此降噪耳机也不会对这一频段的声波进行处理。但是当我们可以听到的声音都被抵消后，次声波就容易被感知到了，此时对于次声波较为敏感的人就可能产生不适的感受。
图9 降噪后显现的次声波
3）“热胀冷缩”使耳道内压增大。前面我们提到主动降噪的原理是声波的抵消，但是通过干涉相消后，声波携带的能量并不会凭空消失。而这部分能量就转化为了耳道内空气的内能，使得温度上升，由于热胀冷缩的原理耳压就会增大[3]。虽然温度上升的幅度很小，但是由于人耳朵的敏感程度很高，就可能会使人产生耳闷的感觉。由此，降噪效果越好的耳机，抵消的声波就越多，导致耳道内压就可能越高，人体的感受就会更明显。现阶段各大降噪耳机厂家也在努力尝试解决平衡耳内外气压的问题，希望下一阶段能有所突破。
综上所述，降噪耳机在减少噪声伤害、保护听力方面确有其优势，但佩戴的体验感因人而异，各品牌耳机的特点也有所不同。大家可以在体验尝试后再决定自己的选择。
04
什么决定了头戴式耳机的舒适性？
耳机作为与人体头部接触非常密切的电子产品之一，和人体头部功能结构、形态尺寸等有着密切的关系。长时间使用与人体头部尺寸形态不适应的耳机，易造成疲劳感，进而降低工作效率。不合理的耳机外形不仅佩戴时易脱落，更容易导致佩戴者出现局部压迫、胀痛等不适感觉。头戴式耳机尺寸重量通常远大于入耳式耳机，人机工程学问题相对更加突出。
头戴式耳机部件主要分为头带和耳罩两部分，耳机的质量经由头带对用户头顶产生压力，头带拉伸后耳罩会对耳朵产生夹紧力，如下图用户头部受力分析[4]所示。
图10 用户头部受力分析（来源：参考文献[4]）
水平夹紧力影响最为显著。耳朵皮肤很薄，遍布神经和血管，长时间承受较大夹紧力，敏感神经受到压迫[5],会导致头疼眩晕。在保证头部能够稳固佩戴耳机的情况下，耳机越轻、夹紧力越小，长时间的佩戴的舒适度越高。
图11 耳朵组成（来源：参考文献[6]）
因此，结构上，头带要有足够宽度以降低压强，耳罩要有足够的自由度和活动范围以贴合耳朵。圆形耳罩和椭圆形耳罩在被动降噪方面有差异性，但是其舒适性基本相同。当然，耳机总体尺寸重量也应该合理。
材料上，头带材料是影响夹紧力的因素之一，金属优于塑料[4]，在拉伸时可以产生较小的夹紧力。基于用户舒适性反馈，由记忆性海绵和人造蛋白皮制成的耳垫具有较高舒适性。
此外，毫无疑问，更好的更舒适的耳机……会更贵！
图12 如何选择头戴式耳机
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听力损伤以后可以恢复吗？
听力损伤的来源可能很多，比如年龄增长、基因突变、噪声暴露、药物治疗副作用、吸烟、肥胖、慢性病等原因都可能引起听力损伤[10]。其中，不规范使用耳机属于“噪声暴露”带来的听力损伤，如果音量过大，优美的音乐也可能变成“噪声”损害我们的听力。
噪声暴露也要分长时间暴露和短时间暴露的不同情况。例如，如果习惯性的使用耳机播放音量较大的音频内容，就可能导致耳蜗毛细胞和螺旋神经节神经元受到损失，这两种细胞在人们产生听力的过程中发挥着重要的作用，并且由于哺乳动物的耳蜗毛细胞是不可再生的，这种情况带来的听力损伤往往是永久性的，在学术上被称为“永久性阈移”[10]。
图13 听觉系统（来源:参考文献[10]）
短暂性的暴露（比如参加音乐派对）较为复杂。在过去，研究者们一直认为暂时性的阈移并非不可修复的，听力在几日或者几周的时间就能恢复到暴露前的水平。但是，最新的动物实验表明，短暂的噪声暴露可以导致毛细胞带状突触的丧失[11]，这种损伤及其能否修复在学术上尚且没有定论。
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关于使用耳机与保护听力的一些建议
1、国际公认的“60-60”原则
使用耳机时，音量一般不要超过最大音量的60%，允许的情况下越低越好，以免过分刺激耳朵[12]；连续使用耳机的时间不要超过60分钟，成年人每天戴耳机的时间最长不宜超过3~4小时，并且每次佩戴30~40分钟后要让耳朵得到充分休息。
2、长期戴耳机的人群，建议选择头戴式耳机
入耳式耳机接触面积小，对耳蜗内部压强较大；头戴式耳机接触面积大，压强较小，对耳蜗纤毛细胞的刺激相对较小，使用起来更加安全。
3、注意使用耳机的环境
在通勤、工作等较为嘈杂的环境中，尽量不使用耳机，或者使用降噪耳机，减少高音量给耳朵带来的负担。
4、如果使用耳塞，注意卫生问题
在使用耳塞的过程中应注意保持其清洁，尤其是“油性耳道”的人群，应定期使用湿巾、棉签等对耳塞进行清洗，避免滋生细菌。
5、不要戴着耳机入睡
睡觉的时候，如果戴耳机的耳朵压在枕头上的话，会损害耳廓，并加重对鼓膜的刺激。同时，如果整晚佩戴耳机，耳朵就会持续受到刺激，得不到休息。
6、减少挖掏耳朵
如果自己使用挖耳勺等工具掏耳朵，容易损伤耳道，甚至引发炎症、感染等情况，同时存在卫生问题。平常可以在医生的指导下服用维生素B、维生素C、鱼肝油等，对耳部健康进行干预[13]。
7、适当按摩穴位
耳垂前后的翳风穴（耳垂与耳后高骨之间的凹陷处）、听会穴（耳屏前下方，下颌关节突后缘凹陷处）可以时常按摩一下，对于促进内耳血液循环、保护听力具有较为积极的作
用。
8、保证用药安全
当我们就医治疗时，应该尽量避免使用氨基糖苷类抗生素（如庆大霉素、卡那霉素、链霉素、新霉素）等耳毒性药物。
9、定期听力检查
很多人已经认识到定期体检的重要性，却时常遗忘听力项目的检查。生活在充满声音刺激的时代，定期检查听力是很必要的。尤其是在高噪声环境工作或者长期佩戴耳机的人，更应定期筛检听力，对听力疾患早发现、早治疗，确保听力健康。
作者简介
胡森昶，清华大学水利系2021级硕士研究生，主要研究方向为工程项目管理
艾浩，清华大学集成电路学院2021级博士研究生，主要研究方向为超导量子计算
徐骁翰，清华大学航天航空学院2018级博士研究生，研究方向为压气机智能设计
翁乐其，清华大学未央书院2020级本科生
参考文献
来源：探臻科技评论
编辑：云开叶落
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