蓝牙耳机原理

在当前的电子设备中,蓝牙协议在设备使用中变得越来越普遍了,例如AirPod、音响、鼠标和车载等。大家都知道蓝牙是一种通信协议,那么手机到我们耳机是如何建立连接,并把音乐传递到我们的耳朵里的呢。今天让我来说道说道!

蓝牙简介和由来

蓝牙是一种无线通讯技术标准,用来让固定与移动设备,在短距离间交换资料,以形成个人局域网(PAN)。其使用短波特高频(UHF)无线电波,经由2.4至2.485GHz的ISM频段来进行通信。1994年由电信商(Ericsson)发展出这个技术。它最初的设计,是希望创建一个RS-232数据线的无线通信替代版本。它能够链接多个设备,克服同步的问题。
这里出现了一个专业名词: UHF(特高频),这里给大家还需要给大家科普下无线电的相关知识。
无线电(Radio waves), 有时也称无线电、射频等,是一种电磁波,其波长在电磁波普中比红外线长。无线电波的频率在300GHZ到3kHz之间,但也有定义将任何1GHz或3GHz以上的电波划为微波。和其他电磁波一样,无线电波也以光速行进。自然界中的无线电波主要是由闪电或者宇宙天体形成。
具体划分见下图:
蓝牙耳机原理

蓝牙技术目前由蓝牙技术联盟(SIG)来负责维护其技术标准,其成员已超过三万,分布在电信、电脑、网络与消费性电子产品等领域。
“Bluetooth”一词是斯堪的纳维亚语言词汇Blåtand/Blåtann的英语化。这个词的来源是10世纪丹麦和挪威国王蓝牙哈拉尔(丹麦语:Harald Blåtand Gormsen),借国王的绰号“Blåtand”当名称,直接翻译成中文为“蓝牙”(blå=蓝,tand=牙)。2006年时,蓝牙技术联盟组织已将全球中文译名统一改采直译为“蓝牙”,并注册为该组织的注册商标。
蓝牙耳机原理

蓝牙哈拉尔曾统一了因宗教战争和领土争议而分裂的挪威和丹麦,因此蓝牙技术的研发小组以其名号期许新技术能集成各大资通品牌的标准。蓝牙的标志是卢恩字母 蓝牙耳机原理

蓝牙耳机原理

的组合,也就是Harald Blåtand的首字母HB的合写。

蓝牙连接如何工作

蓝牙耳机原理

蓝牙设备在2.45GHz无线电频谱上的79个不同频率上运行。当两个设备想要连接时,比如说一部智能手机连接到AirPods Pro,它们会随机选择79个通道中的一个,或者如果附近的另一对设备已经占用了另一个通道,则尝试另一个。
通常,需要使用设备创建的密码才能将两个蓝牙产品连接在一起。例如,将智能手机连接至汽车时,两者都将在其显示屏上显示短代码。如果双方都显示相同的代码,则可以继续建立连接。有趣的是,我从未见过有一对设备显示彼此不同的代码。
配对的设备一旦配对,它们将彼此记住,除非您让它们忘记。这就是为什么您每次上车时手机都会(或至少应该)自动连接的原因,因为这两个设备相互了解并相互信任。

耳机是怎么响的

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调制和发射器

每个手机都有个无线电系统,其具有发射器。无线电发射机,借由交流电,经过振荡器,变成高频率交流电,产生电磁场,而经由电磁场可产生无限电波。无线电波像磁铁,有同性相斥、异性相吸的现象。同类电子会相互排斥,因此当无线电波射出时,会将前方电波向前推,当连续电波一直射出来时,电波就会在空气中传播。
蓝牙耳机原理

接收器和解调

电磁波可以用调谐过的天线接收其讯号。天线可以拮取一些电磁波的能量,变成电路中的谐振电流。接收器可以将电流解调,转换成可用的的讯号。接收器一般也会调谐到可以接收特定频段的讯号,拒绝其他频段的信号。

震动

我们都知道声音是由震动产生的,耳机的工作原理和音箱是一样的:将输入的音频电信号转化为机械振动,才能在耳机里听到美妙的音乐~
中学的时候,我们学过法拉第电磁感应:磁通量的变化会有电流的产生。比如闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时,就会产生电流,简单说就是磁生电。
反之亦然,电流也是会产生磁场的。而耳机的工作原理,就是电流的变化产生了变化的磁场,靠磁铁的运动连带着振膜产生震动,从而发出声音
蓝牙耳机原理

耳机里,存在着两块磁铁。一块是下图中的强磁性磁体,是一块永磁铁,固定在耳机的框架上,是粘牢了不能动的;另一块是连接着振膜的音圈,是一块电磁铁,通电时才会产生磁性,是可动的。
蓝牙耳机原理

声音是振膜推动空气振动产生的。当音频电流通过耳机线,流过下图耳机内红色的音圈时,就会产生变化的磁场,而这个磁场又会和固定于耳机内的永磁材料相互作用,音圈受力产生了不同振幅的运动,从而带动振膜产生振动,就发出了变化的声音。这就是扬声器的工作原理了!
蓝牙耳机原理

优点数据无线传输

蓝牙的主要优点之一是,它允许设备无线传输数据。这种优势转化为更具体的优势,包括无线连接或“配对”设备以创建无线个人局域网或WPAN,无线Internet连接和无线同步,以及方便地发送和/或接收文件而不会带来携带和携带麻烦。使用电缆或其他硬件接口技术,如USB标准或Thunderbolt技术。
请注意,通过蓝牙进行无线连接的其他应用包括设备与另一兼容设备之间的远程控制,用于在确定距离内定位和识别物体的实时定位系统,用于防止诸如智能手机之类的设备被盗或丢失的人身安全,以及使用支持蓝牙的医疗设备进行健康监测和记录。

广泛的可用性和可访问性

蓝牙的众多应用证明了其广泛且几乎通用的可用性。大多数笔记本电脑和其他移动设备(例如智能手机和平板电脑)都带有内置的蓝牙硬件。对于没有必需硬件组件的个人计算机,购买和使用蓝牙适配器将使它们能够与支持蓝牙的设备进行通信。
由于蓝牙似乎已成为现代计算机(尤其是笔记本电脑和移动设备)的标准功能,因此已经开发和销售了互补设备。这些设备包括无线扬声器和耳机,诸如智能手表之类的智能设备和其他可监视活动的可穿戴技术,以及支持蓝牙的智能家用电器和办公设备等。

易用性带来的便利

将设备与内置的蓝牙无线电配对非常容易。无需安装其他软件或驱动程序即可在支持蓝牙的设备之间建立通信。对于两个设备进行通信,也没有严格的设置过程。
只要启用蓝牙的无线电设备处于启用范围之内,并且使它们处于覆盖范围之内,该技术就可以使彼此容易发现启用的设备,从而简化了整个配对过程。另外,该技术还包括用于使用服务发现协议和通用唯一标识符来识别服务的协议,以列出特定设备的特定服务或功能。这些协议使另一个设备可以轻松确定并显示要与之配对的设备的名称和类别,以及其服务或功能以及技术信息。

能源效率

蓝牙技术具有较高的能源效率,因此进一步提高了无线数据传输所带来的好处和便利。对于低功耗蓝牙或BLE标准来说尤其如此。BLE的超低功耗要求使其非常适合小型设备(包括可穿戴技术),在这些设备中,最小的电池寿命要求和小尺寸是关键的设计和工程考虑因素。
该技术的最新版本称为蓝牙4.0,其功耗效率也比蓝牙3.0高。该新规范具有与旧版蓝牙规范中相同的BLE技术和经典蓝牙标准,因此允许双模式利用能效和更快的数据传输速率。

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