冉令鵬王崴，2丁日顯李長(zhǎng)春

1空軍工程大學(xué)防空反導(dǎo)學(xué)院(西安　710051) ; 2西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

舒適性耳機(jī)半?yún)?shù)化設(shè)計(jì)優(yōu)化研究△

冉令鵬1王崴1，2丁日顯1李長(zhǎng)春1

1空軍工程大學(xué)防空反導(dǎo)學(xué)院(西安710051) ; 2西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

【摘要】目的解決由傳統(tǒng)模式批量生產(chǎn)的耳機(jī)無(wú)法滿足佩戴者對(duì)舒適性的要求。方法提出一種針對(duì)耳機(jī)舒適性評(píng)價(jià)的主客觀相結(jié)合的方法，利用逆向反求技術(shù)獲取耳廓精確數(shù)據(jù)，并以此為依據(jù)采用圖像檢測(cè)方法提取耳廓關(guān)鍵點(diǎn)建立一種半?yún)?shù)化耳機(jī)模型，由軟骨特征曲線適當(dāng)調(diào)節(jié)關(guān)鍵點(diǎn)位置構(gòu)造耳機(jī)主體造型，可實(shí)現(xiàn)參數(shù)快速調(diào)整。通過(guò)對(duì)耳-耳機(jī)模型進(jìn)行有限元仿真分析研究耳機(jī)-耳廓之間的接觸壓強(qiáng)并對(duì)參數(shù)優(yōu)化，以壓強(qiáng)分布均勻程度評(píng)價(jià)耳機(jī)舒適性的客觀標(biāo)準(zhǔn)并以該指標(biāo)作為仿真優(yōu)化目標(biāo);制造成型的耳機(jī)給20人試戴3 h，評(píng)價(jià)舒適度。結(jié)果對(duì)比參數(shù)優(yōu)化前、后壓強(qiáng)分布情況，表明適度增大耳甲艇部位接觸面積可獲得更低、更均勻的壓強(qiáng)分布，可達(dá)到優(yōu)化耳機(jī)結(jié)構(gòu)、提高其舒適性的目的。20例試戴者中感覺(jué)非常舒適12例，較舒適7例，不舒適1例。結(jié)論經(jīng)舒適性耳機(jī)半?yún)?shù)化設(shè)計(jì)優(yōu)化制作的耳機(jī)舒適性好，適度增大耳機(jī)與耳甲艇的接觸面積可降低并均勻壓強(qiáng)的分布，可為舒適性耳機(jī)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化研究提供參考。

【關(guān)鍵詞】耳機(jī);舒適性;半?yún)?shù)化設(shè)計(jì);有限元仿真;優(yōu)化研究

△國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃) (2013AA040604)

在我國(guó)，目前有聽(tīng)力障礙患者約1.2億人，其中青少年中15%～20%有聽(tīng)力障礙，在青少年人群中聽(tīng)力障礙患者有相當(dāng)一部分原因與長(zhǎng)時(shí)間使用耳機(jī)有關(guān)，不良的耳機(jī)使用習(xí)慣和不舒適耳機(jī)的長(zhǎng)時(shí)間佩戴會(huì)造成耳部傷害［1］。因此，如何從設(shè)計(jì)的角度考慮，提高長(zhǎng)時(shí)間佩戴耳機(jī)時(shí)的舒適性，最大程度降低耳機(jī)對(duì)耳的物理性傷害非常重要。調(diào)查表明，45%的耳機(jī)使用者認(rèn)為耳機(jī)的舒適性是購(gòu)買(mǎi)耳機(jī)時(shí)考慮的首要因素［2］。不合理的耳機(jī)外形不僅佩戴時(shí)易脫落，更容易導(dǎo)致佩戴者出現(xiàn)局部壓迫、脹痛等不適感覺(jué)，最近研究發(fā)現(xiàn)延長(zhǎng)耳機(jī)、耳塞等外形能使佩戴者感覺(jué)更舒服，同時(shí)也不易脫落［3］。人類耳廓形狀種類較多，具體可以分為獼猴型、長(zhǎng)尾猴型、尖耳尖型、圓耳尖型、耳尖微顯型、缺耳尖型等六種類型［4］，傳統(tǒng)耳機(jī)外形設(shè)計(jì)一般是由生產(chǎn)商根據(jù)人體數(shù)據(jù)分析結(jié)果來(lái)確定耳機(jī)的整體外形尺寸。由于該數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)采用的樣本人群和預(yù)期消費(fèi)人群耳廓形狀不可避免存在偏差，導(dǎo)致生產(chǎn)出來(lái)的耳機(jī)外形無(wú)法適合所有消費(fèi)者的耳廓形狀，難以使所有消費(fèi)者都獲得良好的舒適性體驗(yàn)。最近研究證實(shí)，不同個(gè)體耳廓形狀的差異程度之大已與指紋、虹膜一樣，可作為身份辨識(shí)應(yīng)用在公共安全領(lǐng)域［5，6］。

針對(duì)該問(wèn)題，本研究首先提出針對(duì)耳機(jī)的舒適性評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)，以面對(duì)使用者的耳機(jī)個(gè)性化定制以彌補(bǔ)傳統(tǒng)方式的不足;以陜西關(guān)中地區(qū)人體耳廓形狀為研究樣本，通過(guò)有限元數(shù)值模擬研究耳機(jī)佩戴過(guò)程中耳機(jī)外形-耳廓之間接觸壓強(qiáng)分布特點(diǎn)，利用半?yún)?shù)化設(shè)計(jì)-調(diào)節(jié)-優(yōu)化耳機(jī)外形來(lái)降低接觸區(qū)域壓強(qiáng)，達(dá)到優(yōu)化、降低外耳道部分敏感神經(jīng)區(qū)域接觸壓強(qiáng)幅值，提高佩戴舒適性的目的，并通過(guò)熔融沉積快速制造技術(shù)制作耳機(jī)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)佩戴驗(yàn)證優(yōu)化后結(jié)果的可信性。

1　耳機(jī)舒適性評(píng)價(jià)

耳機(jī)的舒適性評(píng)價(jià)可分為主觀性評(píng)價(jià)和客觀性評(píng)價(jià)，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)耳機(jī)舒適性的評(píng)價(jià)一般是通過(guò)主觀評(píng)價(jià)，尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。本研究采用針對(duì)耳機(jī)舒適性的主客觀相結(jié)合的優(yōu)化評(píng)價(jià)方法。

1.1主觀性評(píng)價(jià)［7］耳機(jī)佩戴時(shí)的感覺(jué)主要從耳機(jī)對(duì)耳部皮膚、神經(jīng)、血管等的壓力感覺(jué)來(lái)評(píng)價(jià)，耳機(jī)的質(zhì)量越大，舒適性越差，因此可以通過(guò)采取輕量化材料、改進(jìn)結(jié)構(gòu)等方式提高舒適性。在重量一定的情況下壓力分布越均勻，舒適性越好。主觀性評(píng)價(jià)采用調(diào)查問(wèn)卷、主觀測(cè)量、自我報(bào)告等形式記錄被試者的主觀感受，以確定舒適程度。

1.2客觀性評(píng)價(jià)人體舒適與否可由接觸區(qū)域的壓強(qiáng)來(lái)衡量［8］，在其他條件相同的情況下，以接觸區(qū)域平均壓強(qiáng)或最高壓強(qiáng)與最低壓強(qiáng)之差從客觀性來(lái)衡量舒適性程度是合理的。

等效應(yīng)力可以作為一種應(yīng)力(壓強(qiáng))處理方法，在一定程度上避免應(yīng)力集中問(wèn)題對(duì)結(jié)果評(píng)價(jià)的干擾，對(duì)靜力分析的結(jié)果評(píng)價(jià)具有較大參考價(jià)值［9］。因此，本研究擬用有限元仿真效果中的等效應(yīng)力大小來(lái)衡量耳機(jī)的舒適性，應(yīng)力均勻程度越高(最大與最小應(yīng)力之差)，最大應(yīng)力越小，舒適性越好。

2　半?yún)?shù)化耳機(jī)模型的建立

耳機(jī)的半?yún)?shù)化設(shè)計(jì)流程分三個(gè)步驟:①逆向獲取耳廓模型;②耳廓主要幾何特征選取;③半?yún)?shù)化耳機(jī)外形模型建立。

2.1逆向獲取人耳模型

全面且精確地獲取耳廓幾何數(shù)據(jù)是設(shè)計(jì)的重要前提，隨著逆向工程技術(shù)的成熟，掃描獲取的數(shù)據(jù)精度越來(lái)越高［10］，且數(shù)據(jù)處理更快捷和方便。本研究采取CREAFORM手持式激光掃描儀，其最小分辨面積為0.181 mm2，體積小，攜帶方便，數(shù)據(jù)可以快速獲取并形成三維圖像，近年來(lái)已被3D打印行業(yè)廣泛采用，掃描修補(bǔ)后建立人耳模型見(jiàn)圖1。

圖1　耳廓三維掃描數(shù)據(jù)與建模

2.2基于圖像的耳廓特征選取根據(jù)三維人體數(shù)據(jù)測(cè)量技術(shù)［11］和人體統(tǒng)計(jì)學(xué)的研究，耳廓形狀大體可分六類［5］。根據(jù)耳廓特征幾何特點(diǎn)，同一類人群的耳廓形狀和相應(yīng)尺寸有一定的相似性，其豐富和穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)特征在人的壽命內(nèi)基本保持不變。采用外耳廓曲線提取方法［11］，基于圖像快速提取出外耳廓曲線作為耳機(jī)設(shè)計(jì)的參照曲線。

耳廓皮膚很薄，厚度約為1.3 mm［12］，其間布滿了神經(jīng)和血管，由軟骨組織支撐(圖2)。由于血管和神經(jīng)密集分布于皮膚淺層，耳機(jī)外形微小變化都將改變其與血管和神經(jīng)的接觸壓強(qiáng)，從而影響舒適性?；趫D像檢測(cè)提出選取耳廓特征點(diǎn)位置的原則:①便于個(gè)體特征的區(qū)分，參考近來(lái)公共安全領(lǐng)域耳廓特征選取的研究［5，6］來(lái)確定特征點(diǎn)和特征尺寸;②基于敏感神經(jīng)位置的關(guān)鍵點(diǎn)選取，以敏感神經(jīng)所在位置設(shè)置為關(guān)鍵點(diǎn)，通過(guò)對(duì)耳機(jī)外形幾何形狀的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，增大耳機(jī)-外耳道接觸面積，實(shí)現(xiàn)壓強(qiáng)分布均勻化，減輕敏感神經(jīng)區(qū)域的壓強(qiáng)，提高舒適性;③易于實(shí)現(xiàn)熔融沉積成型制備耳機(jī)外形尺寸精度的控制，最終得到的耳廓關(guān)鍵點(diǎn)的位置(圖2)。在距離外耳道口最近的支撐軟骨內(nèi)側(cè)，考慮上述3方面內(nèi)容，確定特征點(diǎn)位置。由于是根據(jù)個(gè)體的支撐軟骨形狀確定耳機(jī)外形，所以比根據(jù)單一參考點(diǎn)確定的耳機(jī)外形具有更好的貼合度，能夠獲得更大的接觸面積。

2.3半?yún)?shù)化設(shè)計(jì)耳機(jī)耳機(jī)外形關(guān)鍵點(diǎn)處的相關(guān)尺寸對(duì)佩戴者的舒適性體驗(yàn)至關(guān)重要。舒適性耳機(jī)設(shè)計(jì)中主要考慮耳機(jī)特征曲線設(shè)計(jì)、主體設(shè)計(jì)、耳機(jī)鉤設(shè)計(jì)(圖3)和耳輪腳設(shè)計(jì)。本研究采用外耳道口附近支撐軟骨曲面輪廓的側(cè)面曲線，描述耳外輪廓的不規(guī)則形狀，作為特征點(diǎn)選取的基礎(chǔ)，這樣可以避免僅依靠特征點(diǎn)難以描述點(diǎn)與點(diǎn)之間曲線變化的不足。通過(guò)這些具有代表性特征曲線以及曲線上的特征點(diǎn)可以簡(jiǎn)要且有效地描述耳道和耳機(jī)的外形幾何特征;通過(guò)改變部分關(guān)鍵點(diǎn)位置即可快速重新生成新的模型;通過(guò)編輯關(guān)鍵曲線來(lái)確保個(gè)性化設(shè)計(jì)，減少設(shè)計(jì)失誤;而關(guān)鍵曲線是最初參考耳廓線確定的，所以本研究主要集中于中國(guó)陜西關(guān)中地區(qū)居民耳廓形狀，避免樣本與耳機(jī)使用者耳廓形狀差異過(guò)大導(dǎo)致設(shè)計(jì)失敗。因?yàn)檫@種設(shè)計(jì)是在關(guān)鍵特征曲線基礎(chǔ)上開(kāi)始的，曲線不完全由參數(shù)控制，故稱之為半?yún)?shù)化設(shè)計(jì)。

主體設(shè)計(jì)部分應(yīng)盡量貼合相對(duì)應(yīng)的外耳道基本形狀，同時(shí)考慮外耳道由于敏感神經(jīng)位置的生理特性?？刂茀?shù)主要有D2、D3、D4、D5;考慮到耳部各結(jié)構(gòu)承受耳機(jī)重量的不同，耳機(jī)主體部分的獲取由耳廓線通過(guò)可變偏移特征曲線得到，設(shè)置偏移距離D2、D3、D4、D5，它們共同決定耳機(jī)下半部分與耳道接觸的空間大小，它提供了一個(gè)緩沖區(qū)，避免長(zhǎng)時(shí)間佩戴耳機(jī)后感到發(fā)脹，同時(shí)保證舒適性。耳機(jī)鉤的主要功能是防止耳機(jī)脫落和使外耳道與耳機(jī)接觸面的接觸壓力盡量均等，總體設(shè)計(jì)應(yīng)避免太松或太緊。若耳機(jī)和耳廓接觸配合太松，則起不到防脫落的目的;反之則會(huì)壓迫耳甲艇，導(dǎo)致佩戴者有明顯發(fā)脹等不舒適的感覺(jué)。為此，通過(guò)三個(gè)控制參數(shù)(D1、D6、D7)會(huì)保證耳機(jī)鉤與外耳道合適的接觸壓強(qiáng)，D1和D6主要控制耳機(jī)鉤與對(duì)耳輪腳、耳輪腳之間保證合適的距離，不至于給對(duì)耳輪腳和耳輪腳造成過(guò)大壓力; D7主要保證不使耳機(jī)貼在耳輪腳與對(duì)耳輪腳的相交處。

耳輪腳處的設(shè)計(jì)主要考慮避免壓迫耳輪腳，在此處設(shè)置D8、D9、D10三個(gè)控制參數(shù)，這三個(gè)參數(shù)共同影響耳機(jī)鉤與耳輪腳之間的距離。所有的控制參數(shù)均以耳廓掃描數(shù)據(jù)提取出的耳廓線為基準(zhǔn)(圖2)，按照以往測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，初選參數(shù)D1到D10分別為: 1.85、1.5、0.7、0.76、0.74、0.55、0.55、0.86、0.94、0.91 mm，在10個(gè)參數(shù)都確定后，所有的關(guān)鍵曲線修改好，便可以生成新的耳機(jī)模型，通過(guò)結(jié)構(gòu)可以初步判斷是否合理。

3　耳機(jī)佩戴舒適性優(yōu)化研究

3.1耳道和耳機(jī)的力學(xué)特性耳機(jī)通過(guò)與耳道接觸產(chǎn)生接觸壓強(qiáng)，接觸壓強(qiáng)幅值以及壓強(qiáng)分布合理與否直接決定了佩戴者的舒適性體驗(yàn)。為了研究耳機(jī)與耳道接觸壓強(qiáng)分布特點(diǎn)，本研究用有限元模擬的方法獲得二者之間接觸壓強(qiáng)分布云圖，對(duì)具有高舒適性體驗(yàn)的個(gè)性化定制耳機(jī)設(shè)計(jì)的合理性做出基于客觀物理變量(接觸壓強(qiáng)分布)的解釋和分析，可以避免以往研究中個(gè)體的主觀評(píng)價(jià)具有隨機(jī)性的不良影響。

研究方案:利用逆向反求技術(shù)得到耳廓的三維幾何模型，并在耳廓基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)耳機(jī)外形，之后將兩者導(dǎo)入ANSYS內(nèi)，模擬佩戴耳機(jī)時(shí)真實(shí)情況進(jìn)行仿真，進(jìn)行接觸壓強(qiáng)分析，獲得接觸表面的受力分布。以耳機(jī)-耳廓之間接觸壓強(qiáng)分布特點(diǎn)研究耳機(jī)外形設(shè)計(jì)對(duì)佩戴耳機(jī)舒適性的影響，如果出現(xiàn)局部接觸壓強(qiáng)過(guò)大，則改進(jìn)不合理的耳機(jī)特征曲線和關(guān)鍵點(diǎn)參數(shù)，通過(guò)調(diào)整參數(shù)水平值進(jìn)行結(jié)構(gòu)的調(diào)整-優(yōu)化。

準(zhǔn)確建立人體耳廓的力學(xué)模型是精確模擬分析的前提。耳部由硬組織(骨和軟骨組織)和軟組織(血管、神經(jīng)、肌肉、皮膚)構(gòu)成，其中硬組織主要為軟骨組織，軟組織主要包括皮膚、血管、神經(jīng)［13，14］。皮膚、軟骨、血管等采用線彈性本構(gòu)模型［15］，皮膚組織與血管、神經(jīng)材料力學(xué)特性(密度、彈性模量、泊松比等［16］)相近，但與軟骨組織相差很大(表1)。軟組織中皮膚占主體部分，通過(guò)彈性、粘性和可塑性的權(quán)重因子［17］來(lái)描述軟組織力學(xué)特點(diǎn)，其中血管和神經(jīng)所占比重較小且三者材料力學(xué)性能接近。為了簡(jiǎn)化模型，同時(shí)也精確模擬耳的力學(xué)特性，將血管和神經(jīng)等效為皮膚，將耳的整體結(jié)構(gòu)解析為皮膚-軟骨雙重結(jié)構(gòu)，即內(nèi)部為起支撐作用的軟骨組織，外部為等效處理后的皮膚組織，如圖4所示，透明的為皮膚組織，非透明為軟骨組織。根據(jù)研究［18］，設(shè)置軟組織與硬組織之間的接觸條件:軟組織完全附著在硬組織上，忽略兩種組織之間可能存在的力學(xué)關(guān)系，分別賦予其各自材料屬性。

表1　耳廓組織材料特性

根據(jù)彈性體理論，耳機(jī)彈性模量越大，引起軟組織變形就越大，導(dǎo)致的不舒適感就越強(qiáng)烈。對(duì)比市場(chǎng)上普遍使用的耳機(jī)材料，選取舒適性好的彈性尼龍作為耳機(jī)制作材料，該材料屬于彈性材料，密度為1 030 kg/m3，彈性模量為49.3 MPa，泊松比為0.3［19］。

3.2有限元模擬仿真模型的前處理利用ANSYS Workbench 14.0的Static Structural模塊將耳廓-耳機(jī)的模型建立后導(dǎo)入Geometry中，為了更好的模擬實(shí)際情形，耳機(jī)與耳的接觸采用裝配體的多點(diǎn)接觸功能。對(duì)組裝結(jié)構(gòu)的有限元分析需要對(duì)每個(gè)部分單獨(dú)劃分網(wǎng)格;為得到接觸區(qū)域的較精確的解，網(wǎng)格劃分可以采取只在關(guān)心的區(qū)域細(xì)化網(wǎng)格并對(duì)其分析的方法，該方法計(jì)算量較小且精度高(圖5)。

3.3邊界條件模擬組裝應(yīng)和實(shí)際佩戴過(guò)程相似，因此可以等效定義為:耳機(jī)外側(cè)的平面位移為0。載荷主要是耳機(jī)的重力(質(zhì)量為0.00412 kg)以及耳機(jī)與耳廓及耳道的接觸靜摩擦，皮膚-尼龍之間的靜摩擦系數(shù)設(shè)置為0.45［15］。

3.4基于應(yīng)力分布的舒適性評(píng)價(jià)與優(yōu)化針對(duì)該有限元模型，參數(shù)設(shè)置完成后，利用初始參數(shù)所建立的半?yún)?shù)化模型與耳廓模型組裝，進(jìn)行模型裝配體仿真，得出部分外耳道受力后的等效應(yīng)力分布云圖(圖6)。由等效應(yīng)力分布云圖可以看出，最大等效應(yīng)力出現(xiàn)在耳甲艇和對(duì)耳輪與耳甲腔接觸的部位，最大值為0.595 Mpa，應(yīng)力作用較大的部位集中，應(yīng)力分布不均勻，這樣會(huì)造成佩戴耳機(jī)一段時(shí)間后耳甲艇、耳輪腳等處發(fā)脹等不適感;對(duì)此可以通過(guò)改變應(yīng)力較大位置處的相關(guān)參數(shù)，改正整體趨勢(shì)是將D1、D3、D4、D5調(diào)大，將D7、D8、D9、D10調(diào)小，同時(shí)調(diào)整部分特征曲線進(jìn)行優(yōu)化，D1到D10分別修改為: 2.11、1.56、1.08、1.70、0.99、0.50、0.45、0.72、0.79、0.82 mm，重新導(dǎo)入ANSYS Workbench中進(jìn)行分析。優(yōu)化后的等效應(yīng)力分布云圖見(jiàn)圖7，由仿真結(jié)果圖可以看出最大等效應(yīng)力數(shù)值由0.595 MPa降低至0.218 MPa，最大應(yīng)力幅值降低程度較大，最大與最小應(yīng)力之差也明顯降低，應(yīng)力均勻程度明顯提高。接觸面積較原來(lái)僅在耳后半部分分布有較大提高，達(dá)到了優(yōu)化結(jié)構(gòu)、提高舒適性的目的。

利用安全性好、柔性好、成型精度高、質(zhì)量輕的彈性尼龍作為耳機(jī)的材料，將模型通過(guò)快速成型技術(shù)制造出來(lái)。經(jīng)過(guò)一組測(cè)試者(20例青年人，男12例，女8例)佩戴3 h(圖8)，以非常舒適、較舒適、舒適、不舒適四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)衡量主觀感受，結(jié)果20例受試者中12例感覺(jué)非常舒適，7例感覺(jué)較舒適，1例感覺(jué)不舒適，整體感覺(jué)佩戴較舒適，且不易脫落。以有限元仿真從理論方面及實(shí)驗(yàn)者佩戴主觀感受驗(yàn)證已經(jīng)達(dá)到優(yōu)化目的。

圖2　耳部血管、神經(jīng)和關(guān)鍵點(diǎn)分布圖

圖3　特征曲線與參數(shù)提取圖

圖4　組裝模型圖

圖5　組裝結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分

圖6　耳部等效應(yīng)力分布云圖

圖7　修改參數(shù)后的等效應(yīng)力分布云圖

圖8　實(shí)際佩戴效果圖

4　結(jié)論

本研究以激光掃描技術(shù)獲得耳廓三維模型，并進(jìn)行半?yún)?shù)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)舒適性耳機(jī)設(shè)計(jì);采用有限元模擬研究佩戴中耳機(jī)-耳廓之間的接觸壓強(qiáng)，提出了以壓強(qiáng)分布均勻程度來(lái)客觀評(píng)價(jià)舒適性，并以實(shí)例主觀評(píng)價(jià)驗(yàn)證舒適性。研究發(fā)現(xiàn)耳機(jī)的主體部分可以根據(jù)耳部軟骨的特征曲線通過(guò)適當(dāng)非等距偏置調(diào)節(jié)關(guān)鍵點(diǎn)和曲線獲得;通過(guò)適度增大耳甲艇部位接觸面積，可以比僅僅根據(jù)耳甲腔輪廓等量偏移獲得的耳機(jī)外形的接觸壓強(qiáng)分布更加均勻，更明顯地提高舒適性;經(jīng)過(guò)佩戴驗(yàn)證實(shí)際效果，顯示佩戴舒適性好，且佩戴牢固不易脫落，達(dá)到了優(yōu)化參數(shù)、提高耳機(jī)舒適性的目的。

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(2015-05-26收稿)

(本文編輯周濤)

·研究報(bào)告·

The Optimization of Comfortable Earphone Designed by the Method of Semi-parametric

Ran Lingpeng*，Wang Wei，Ding Rixian，Li Changchun
(*School of Air and Missile Defense，Air Force Engineering University，Xi＇an，710051，China)

【Abstract】ObjectiveTo investigate the solutions to the comfort problem caused by traditional batch production that cannot satisfy everyone＇s request.Methods The both objective and subjective evaluations were put forward to the assessment of ear comfort.The accurate data about the pinna was acquired through reverse engineering and extracting key points of the pinna by image detection method.The headphone model was built by the semi-parameter design.Through the FESA study，headphones-pinna contact pressure was assessed and relevant parameters were improved.Comfort was analyzed by contact pressure.Results The simulation contact pressure was compared before and after optimizing parameters.The results showed that the contact area of the augment cymba conchae could obtain more uniformity pressure.ConclusionThe example verification shows this delivers better comfort than traditional one.The research has some reference value for the design and option comfortable headphones.

【Key words】Earphone; Comfortableness; Semi-parametric design; FEA; Optimization research

通訊作者:冉令鵬(Email: ranlingpeng@ sina.cn)

作者簡(jiǎn)介:冉令鵬，男，山東人，在讀碩士，主要研究方向?yàn)槿藱C(jī)工程學(xué)，優(yōu)化設(shè)計(jì)。

【中圖分類號(hào)】R764.5

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】1006-7299(2015) 06-0646-05

DOI:10.3969/j.issn.1006-7299.2015.06.019

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間:2015-10-27 14: 53

網(wǎng)絡(luò)出版地址: http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1391.R.20151027.1453.010.html