耳机人体工学方法秘籍

２个方法解决佩戴痛点

１个专利满足用户佩戴需求

这样会打造本品牌的专利壁垒

于是突破其他公司专利限制

顺势带来产品差异化

最终彰显本品牌特色

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１.本文发表于中文核心期刊-清华大学《装饰》，该期刊由中华人民共和国教育部主管，清华大学主办。

２.本文为耳机行业首个方法论研究，填补该领域空白。

３.内容主要涉及耳朵生理结构、如何发明佩戴专利、如何研究人体工学等。

４.文中设计获得德国IF奖、美国星火奖、意大利Adesign设计奖。

５.文中产品授权了发明专利１项和实用新型专利２项。

下文具体讲述方法和要点

文章字数８千，多为专业词汇，阅读完需要２０分钟，建议下载观看。

【摘要】

　　根据市场竞争现状和用户建议反馈，发现耳机设计同质化严重，尤其在佩戴无法满足用户要求。基于此，本文对耳机人体工学深入研究，首先分析了耳朵生理构造，其次提出具体设计解决方案，最终依托数据库来测试验证，形成了一套人体工学设计研究和实践方法，并授权了发明专利一项和实用新型专利二项，产品上市后得到用户良好反馈，解决了佩戴疼痛和容易滑落两个问题。分文主张以用户为核心，先研究，再设计，后测试，再优化等观点。旨在为耳机人体工学设计提供方法论指引，同时对企业打造数据库和知识库大有裨益。

【关键词】耳朵生理构造；人体工学；耳机耳翼；耳甲腔；倒扣。

佩戴舒适性是耳机设计关键要素之一，耳机的耳翼最为影响舒适，是耳机人体工学研究的主要部分。关于市面上耳机的人体工学现状如下，其一：目前市面上耳机耳翼雷同，新品牌很难塑造差异化，新的造型设计需要合理的研究为支撑，并视觉化成为品牌旗下产品特征。其二：近几年蓝牙运动耳机和无线耳机兴起，市场巨大，但目前耳机耳翼在舒适性上研究不足，不能满足多数用户佩戴的要求。这需要对人耳生理结构剖析，并定量与定性研究其存在差异和规律，并在标准样板用户中进行测试，从而推出合理的舒适佩戴方案。其三：目前耳机耳翼被国外公司专利限制，企业需要支付专利费用才可使用，因此需要研究并设计出新佩戴方案来应对，并形成品牌自身专利壁垒。

本次研究剖析了影响舒适的三个要素。耳机类型限定入耳式运动耳机和无线耳机。用户群限定为18-35岁。首先：研究用户耳朵生理结构，得到普遍性性和差异性。从而根据共性和差异为出发点，导出设计的重点方向。其次：通过合理的设计方法与模型，进行创意构思。最终以为标准用户样板为对象，进行测试与优化。

一:研究耳朵生理结构并导出设计方向

产品的目的是将耳机舒适戴如耳内。（如图1 所示）舒适包含三个重要部分。1：固定，即怎样将耳机固定耳朵内，在运动过程中，不会脱落。通常耳机通过硅胶耳翼来辅助固定，这需要对耳朵可以固定地方展开研究。2：尺寸，耳翼尺寸大小，可以适应不同用户。这里需要定量调查耳朵大小尺寸并划分尺寸区间。3：贴合，耳机耳翼的曲面造型，应贴合耳朵表面，不应对耳朵造成刺痛和伤害。这里需要对耳朵曲面的差异和共性定量测量，并归纳变化范围。

（图1 舒适包含固定、尺寸、贴合）

1.1首先是固定

固定，即怎样将运动耳机牢固的固定在耳朵内。耳朵分为外耳、中耳、内耳。外耳即别人能看得到的部分，与耳机接触的主要部位为外耳。外耳由上皮组织、结缔组织（耳软骨）、神经组织和肌肉组织构成。其中耳软骨是主要固定位置，根据实地测量了两千位中国人耳软骨生理结构，归纳为（如图2所示）耳朵生理结构图[1]。

（图2 耳朵生理结构图）

　　由于设计的需要这里仅仅对外耳结构和表面以及尺寸进行研究。外耳详细的划分为七个部位，例如耳郭、耳甲腔、耳屏、耳垂等。这些小部位出现 “倒扣”，由于这些倒扣，可以自然的将耳机包住于耳朵内，从而达到固定的目的，以至在运动中不会脱落。（如图3所示）标注出了耳朵可以固定的七个位置，图中划分出了S1- S7七个区域。

（图3 可以固定的位置）

　　S1是耳根处，这里倒扣最为明显，韧性大硬度小，倒扣落差均值为20毫米左右，多数耳挂式耳机都将固定位置设定于此；S2是耳廓内翻面，韧性大硬度小，倒扣落差均值为1-4毫米之间；S3是耳甲腔，全部为耳软骨，韧性小强度大，倒扣落差均值为2-5毫米之间，多数耳机耳翼都固定于此，是人体工学关键固定位置之一。但上皮组织厚度最薄，佩戴久会有疼痛感。S4是耳轮脚翻面，硬度大韧性小，落差均值1-3毫米，倒扣曲面不明显，固定作用较小，仅作为界限防止耳机晃动作用。S5是耳屏，为保护外耳道而生，全部为软骨，硬度小韧性大，倒扣落差均值为10-15毫米之间，是最佳固定位置，有足够的空间，可以轻易放入耳机机身，对耳朵的侵入最小。在早期入耳式耳机，例如苹果Earpods和Airpods等都固定于此。S6是耳甲腔边缘，和对耳轮屏生长于一起，形成碗状，硬度大韧性小，例如小米胶囊耳机和1MORE Capsule圈铁耳机都固定于此。S7是对耳屏，形成凸起，硬度小韧性大，与耳甲腔一起形成20毫米的球形空间，为固定关键位置之一。（如图4所示）耳模透明图中可以看出，黑色重叠部分就是S1- S7七个区域，有明显的倒扣生理构造，对于入耳式耳机来说，S3-S7起到关键作用。对于耳挂式耳机，S1起到关键作用。强度大意味着耳软骨较硬且厚，并不适合容纳耳机，以免造成疼痛。而韧性是可以拉扯，软骨较薄且软，可以容纳耳机，不会造成疼痛。因此S3-S7这五个区域，是最佳固定位置。

（图4 耳模透明图）

1.2其次是尺寸

上文提出耳机主要固定区域在S3、S4、S5、S6、S7五个区域，但人耳有大小之分，需要了解每个区域具体的尺寸范围，且要定量实地测量，并统计数据，得到最多人群集中在哪个阶段。这里仅以S5-S6横向距离为例，测试人数一千人，将测试数据归纳为柱状图（如图5所示）。得到如下结论，一：79%的男性耳甲腔横向距离，在17-20毫米之间，称之为中型耳；二：在21-25毫米之间，有18%数量存在，称之为大型耳；三：在15-16毫米之间只有2%的数量，称之为小型耳。数据已经具备，尺寸已经明确。所以的需求是一定要满足79%用户，还需考虑18%用户和2%的个例。因此设计的重点是耳机耳翼可以自由变化大小，适应大中小三个人群。因此耳机可调节长短会满足尺寸的要求。

（图5 S5-S6横向尺寸统计）

1.3再次是贴合

　贴合是指耳机固定端曲面与人耳曲面贴合，不对耳软骨和神经组织压迫。通过一千人油泥倒模，测量数据，总结共性并归纳为标准耳模型。在S3、S4、S5、S6、S7区域上构建经纬网（如图6所示），示意曲面起伏，进而将S3、S4、S5、S6、S7区域具体曲面走向展示出来（如图7所示）。得到如下结论，1.所有人都具备这种曲面构造，上文中“倒扣曲面”可以运用。2.曲面的大小和波动因人而异，如完全贴合，只能满足一个用户，假设一团棉花塞入耳朵，用户完全不会感觉其存在，这是贴合的理想状态。所以材料是可以适应性材料，因此在设计是考虑新材料特性来解决，而非刻意通过造型来满足。

（图6 人耳曲面经纬网）

下图逆时针观看

（图7 S3-S7区域具体曲面走向）

图片逆时针观看

　综上所诉，我们发现了耳朵生理构造的共性为“S3-S7区域”适合放置固定位置，差异性为“S3-S7尺寸不同”和“曲面起伏不同”。设计建立在这个合理存在的基础上，并发现了设计的可能。“固定”是常量，“尺寸”、贴合”都是变量。在设计时，先以常量为出发点，变量辅助并跟随变化，从而找到设计的出发点。具体来说，设计先从固定开始，尺寸跟随固定，材料满足前两者。耳内可以固定位置和方式决定了基本造型和轮廓；尺寸就是可操作或可调节，从而大中小耳实现切换变化；贴合多从材料上辅助。

二:设计方法与模型

2.1先满足常量，变量跟随

　设计基于人体构造现状下，独到的解决方案，最终带来舒适佩戴体验为目的。上文提及影响舒适佩戴三个要素，固定、尺寸、贴合。我们以一个理性的思考方法，来发现设计的可能，设计思考过程理性一半，感性一半。具体以“新月运动耳机”为例阐述，如（图8 矩阵所示，首先从“固定”上出发西靠，固定点在S3、S5、S6、S7三个位置，一个半弧形状被三个区域围合，满足了固定，固定就是常量；接下来“尺寸”辅助并跟随，尺寸就是变量。通过金属丝材料可以折弯，可以自形成各种尺寸；最后是“贴合”，聚氨酯乳胶中空这种自己适应性材料，可以适应贴合各种耳朵曲面。最终以新月为载体，贯穿整个造型，升级为新美感。

（图8 矩阵思考-从固定出发）

　　其演化先后顺序（如图9所示），设计的出发点先从固定开始，尺寸跟随固定，材料满足前两者。以上方法是理性的锁定方向，即该设计哪里，而合理解决方式，则是感性捕捉的，即该怎么设计。设计最终结果如（图10 新月耳机）。

（图9 设计演化先后顺序）

下图逆时针观看

（图10 新月耳机）

2.2先满足变量，常量支持

　以金鱼耳机为例（如图14所示），实际测量发现了人耳朵存在的差异，统计数据以耳甲腔横向尺寸为例，发现超大耳朵横向尺寸为23毫米，大耳为20毫米，中耳为17毫米，小耳朵为14，将耳朵尺寸数据划分4个中间值（如图11所示），怎样将耳机在23-14毫米之间变动就是设计的出发点。（如图12所示）首先从“尺寸”出发，通过物理卡扣结构，耳机可以伸长变短，从而适应了23-14毫米的耳甲腔；其次是“固定”，耳机透明部分伸入S7区域，S3、S4、S5、S6、S7将耳机围合，形成固定；最后是“贴合”，柔软的透明橡胶不对耳软骨和神经组织压迫，可以适应贴合各种耳朵曲面。具体佩戴示意(如图13所示）。因此设计的出发点先从尺寸开始，先满足这个变量，从而贴合跟随，而固定这个常量支持前两者。

（图11 耳甲腔横向尺寸的差异）

（图12 金鱼耳机思考-从尺寸出发）

（图13 调节长短适应多种耳朵）

下图逆时针观看

（图14 金鱼伸缩耳机）

三：测试与优化

始于用户，终于用户。运用以上方法，产生合理ID设计，在设计之初应将油泥模型佩戴用户耳上验证，减少后续开模、试产等变动的风险。

3.1 建立人耳数据库与标准测试样本

数据采集：定位人群地域以及年龄后，进行用户尺寸采集，这里要有最合理的采集工具，例如耳甲腔尺寸采集（参照物采集法），耳软骨弹性范围采集，耳甲艇曲线范围采集，耳形采集，耳甲腔容纳物范围采集，耳甲腔贴合粉末实验采集，神经敏感区域实验，佩戴时间计算与疼痛公式等。将现有的物理数据分析，继而总结出结论，总结的差异将其划分为几类，就是变量，总结的共性就是常量。

归纳分类：通过测量得到数据，归纳为三类常见耳形（如图15所示），A空间代表招风耳，B空间代表正常耳，C空间代表贴脸耳。每一类耳形存在差异变化，将其细化归纳为，耳朵XYZ方向尺寸变化（如图16所示）， X轴代表耳朵横向尺寸，Y轴代表耳朵纵向尺寸，Z轴代表耳朵伸出尺寸。将采集的耳朵尺寸分布在X、Y、Z三轴空间虚拟模型（如图17所示）。单空间九宫格共有9个耳模（从大到小排布，左上角最大，右下角最小），三轴空间共有27个实物模型，这些实物模型是建立在上文的采集提炼而来，代表了多数耳朵现状。每个耳模背后对应真实用户，这些用户就是标准测试样板。（如图18所示） 27位用户样板为测试对象，初步手板模型以这些真实用户为样板测试。此阶段从抽象提炼为具象模型，从数量归纳为多个类别。以上是对三种耳形和尺寸的模型归纳举例，另外还有耳甲腔尺寸和变化模型归纳以及耳软骨弹性范围归纳等。既然规律和现状以及找到，ID设计的重点方向已经明确，设计评判有了标准，满足以上条件是最佳ID方案。

（图15 三种常见耳形）

（图16 耳朵XYZ方向尺寸变化）

（图17 X、Y、Z三轴空间虚拟模型）

标准样本：根据三轴空间模型指导，从人耳数据库精选27人为样板（如图18所示），这些人代表了大多数用户。男性与女性占比5:5。用（参照物采集法）采集尺寸并分布到三轴空间模型上。最终的测试以这些真人对象，真人可感受佩带舒适与否，并当面提出改善建议。

（图18 27位用户标准样本）

3.2测试方法与合格标准

　用户样本建立后，需明确测试要点和标准，目的是以用户为原型及时修改与完善设计雏形。测试方法依据上文理论指导，合格标准依据用户实际使用场景定义。

关于测试方法：以固定、尺寸、贴合为依据拟定调查问卷，手板阶段测试问卷。调查问卷发放给27位样本用户，对三个要素主观评价。收集问卷分析，对评价较低的用户一对一访谈，将个例情况解决并汇总到数据库。

　关于测试标准：固定上，模拟用户办公和运动场景下，不滑落为标准。尺寸上，佩戴三小时为限度，触觉感受评价为标准。贴合上，以松弛感、充满感、鼓胀感为感官评价为标准。

测试的意义：根据用户反馈有针对修改优化设计雏形，汲取用户建议，最大化满足用户。另外形成一套耳机人体工学设计相关理论体系。经过上市产品的验证和用户反馈，形成闭环指导数据库建设更加完善

测试阶段：主要通过油泥模型初步测试，到手板测试，最终真机测试三个阶段来实施。

3.3优化改进后应用到产品之上

　　根据测试报告，将反馈总结验证真实存在，并一对一与标准用户沟通，从而将ID设计继续优化。经过方法论指导、数据库建设、项目实施、专利检索、专利设计，最终形成设计原型，这个原型是指在人体工学上的竞争力，结合产品经理的PRD、BRD、MRD研究，重新定义产品架构，并应用到企业产品布局上。

结语：

　　本文描述了一种“以人为中心”的设计方法，设计出发点建立充分研究人生理基础上之上，从而打造佩戴舒适的新解决方案。包括研究耳朵生理结构并发现设计方向、发明一种设计方法与模型、合理测试与优化、数据库建设。最终形成专利壁垒，应用到产品布局上，成为企业资产。

　　当前企业面临着压力，没有竞争优势进入耳机市场，仅依靠产品经理定义，无法打造竞争力产品。因此需要设计辅助研究，并突破以下两个难点。其一：在佩戴舒适性上深入研究，满足用户佩戴要求。这需要对人耳生理结构剖析，并定量与定性研究其差异和规律，从而推出合理的舒适佩戴方案，并在标准样板用户中测试，最终形成大数据库和知识库并难以被竞争者复制超越，形成企业核心竞争力。其二：在产品价值链上创新，佩戴是用户在意的锚点，通过设计研究产生新奇特的佩戴方式，为单品加分添彩。

参考文献：

[1]许庚/王跃建《耳鼻咽喉科临床解剖学》[M] ,济南：山东科学技术出版社,2010,第57页。

本节介绍：专利所有权归属anker创新公司，作者仅解析设计背后道理。

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