研究1：耳機人體工學專利設計方法

論文發表於《裝飾》雜誌-2020第12期190頁。 期刊《裝飾》是由中華人民共和國教育部主管，清華大學主辦綜合性學術刊物。 中文社會科學引文索引CSSCI來源期刊，中國藝術類核心期刊。 獲得德國IF設計獎 獲得美國星火設計獎 獲得韓國K-design設計獎 獲得義大利A-design設計獎。

怎樣設計差異化，彰顯本品牌特色？

怎樣滿足使用者佩戴要求？

怎樣解決佩戴痛點？

怎樣突破外國公司專利限制?

怎樣打造本品牌的專利壁壘？

最後！

怎樣引起消費的慾望？

設計理論和方法是資料庫建設的核心環節。需要在研究理論的基礎上設計出新佩戴方式來應對，並形成自身專利壁壘，從而產品特色水到渠成。與此同時解決耳機佩戴的痛點。將痛點拆分如（圖A）所示，本研究主要建立在可以固定的位置為出發點，輔助尺寸和貼合。

（圖A 佩戴痛點的拆解）

《耳機人體工學專利設計方法》

佩戴舒適性是耳機設計關鍵要素之一，耳機的耳翼最為影響舒適，是耳機人體工學重要部分。關於市面上的人體工學現狀如下，其一：目前市面耳機耳翼雷同，新品牌很難塑造差異化，新的造型設計需要合理的理論支撐，並視覺化成為品牌旗下產品特徵。其二：近幾年藍芽運動耳機和無線耳機興起，市場巨大，但是目前耳機耳翼在舒適性上研究不足，不能滿足多數使用者佩戴的要求。這需要對人耳生理結構研究，並定性與定量研究存在規律和差異，並在使用者群中大量測試，從而推出合理的舒適佩戴方式。其三：目前耳機耳翼被國外公司專利限制，企業需要額外支付專利費用才可使用，因此需要在研究理論基礎上設計出新佩戴方式來應對，並形成自身專利壁壘。

本次研究剖析了影響舒適的各種要素。耳機型別限定運動藍芽耳機和無線耳機。使用者群限定為18-35歲，熱愛運動者。主要透過對近10年入耳式耳機分析，得到限定點和突破點；使用者耳朵結構研究，得到普通性和差異性；透過創意思維構思，到油泥製作、模型抄數、手板製作、使用者驗證等流程，最終上市後根據使用者使用反饋進行最佳化改良。

一:研究耳朵生理結構並發現設計可能

我們的目的是將耳機舒適戴如耳內。（圖1）舒適包含三個重要部分。其一：固定，即怎樣將耳機固定耳朵內，在運動過程中，不會脫落。通常耳機透過矽膠耳翼來輔助固定，這需要對耳朵可以固定地方展開研究。其二：尺寸，耳翼尺寸大小，可以適應不同使用者。這裡需要定量調查耳朵大小資料並分類。其三：貼合，耳機耳翼的曲面造型，應貼合耳朵表面，不應對耳朵造成刺痛和傷害。這裡需要對耳朵曲面的差異定量調查，並歸納變化範圍。

1.1首先是固定-造型

固定，即怎樣將運動耳機牢固的固定在耳朵內。耳朵分為外耳、中耳、內耳。外耳即別人能看得到的部分，與耳機接觸的主要部位為外耳。外耳由上皮組織、結締組織（耳軟骨）、神經組織和肌肉組織構成。耳軟骨是主要固定位置，筆者實地測量了兩千亞洲耳軟骨尺寸和結構，歸納為（圖2）耳朵生理結構圖1，由於設計的需要這裡僅僅對外耳結構和表面以及尺寸研究。外耳細緻劃分為十一個小部位，例如耳郭、耳甲腔、耳屏、耳垂等。這些小部位出現“倒扣”，由於這些倒扣，可以自然的將耳機包住於耳朵內，從而達到固定的目的，以至在運動中不會脫落。（圖3）為耳朵可以固定的位置，由於耳朵出現了“倒扣曲面”，理論上是可以起到固定作用。圖中大致分出了S1- S7七個區域，S1是耳根處，這裡倒扣最為明顯，韌性和硬度最大，倒扣落差為20毫米左右，多數耳掛式耳機都將固定位置設定於此；S2耳廓內翻面，韌性和強度不大，倒扣落差為2-5毫米之間；S3是耳甲腔，全部為耳軟骨，有一定韌性和強度，多數耳機耳翼都固定於此，是人體工學關鍵固定位置之一。但皮脂厚度最薄，佩戴久會有疼痛感。S4是耳輪腳翻面，由於落差1-3毫米，倒扣曲面不明顯，固定作用較小，多數作為界限防止耳機晃動。S5是耳屏，是保護耳道而生，全部為軟骨，有皮脂厚度。倒扣落差為5-12毫米之間，是最佳固定位置，這裡有大於12毫米的空間，可以輕易放入耳機機身，對耳朵的侵入最小。在早期入耳式耳機，都固定於此，例如蘋果Earpods和Airpods。S6是耳甲腔邊緣，和對耳輪屏生長於一起，形成碗狀，全部為軟骨，拉伸任性強，例如小米膠囊耳機和1MORE Capsule圈鐵耳機都固定於此。S7是對耳屏，形成凸起，全部為軟骨，拉伸任性強，與耳甲腔一起形成20毫米的空間，為固定關鍵位置之一。從（圖4）耳模透明圖可以看出，黑色重疊部分就是S1- S7七個區域。對於入耳式耳機來說，S3-S7起到關鍵作用。對於耳掛式耳機來說，S1起到關鍵作用。

（圖1 舒適包含固定、尺寸、貼合）

（圖2 耳朵生理結構圖）

（圖3 可以固定的位置）

（圖4 耳模透明圖）

1.2其次是尺寸-變化

前文提出耳機主要固定區域在S3、S4、S5、S6、S7區域，但人耳有大小之分，需要了解每個區域具體的尺寸範圍，且要定性定量實地測量，並統計資料，得到最多人群集中在哪個階段。這裡以S5-S6橫向距離為例，測試人數一千人。（圖5 耳甲腔橫向尺寸柱狀圖），得到如下結論，一：79%的男性耳甲腔橫向距離，在17-20毫米之間，稱之為中型耳；二：在21-25毫米之間，有18%數量存在，稱之為大型耳；三：在15-16毫米之間只有2%的數量，稱之為小型耳。資料已經具備，尺寸已經明確。所以的需求是一定要滿足79%使用者，還需考慮18%使用者和2%的個例。設計的重點是在大中小耳實現切換變化，而怎樣切換即人體工學設計（下文設計的可能中具體講解）。

1.3再次是貼合-材料

貼合是指耳機固定端曲面與人耳曲面貼合，不對耳軟骨和神經組織壓迫。透過一千人油泥倒模，測量資料，得到標準耳模型。將S3、S4、S5、S6、S7區域的歸納，在耳模上在此區域構建經緯網（如圖6），進而將S3、S4、S5、S6、S7區域具體曲面走向展示（如圖7），得到如下結論，1。所有人都具備這種曲面構造，上文中“倒扣曲面”可以運用；2。曲面的大小和波動因人而異，如完全貼合，只能滿足一個使用者，假設一團棉花塞入耳朵，使用者完全不會感覺其存在，這是貼合的理想狀態。即材料是可以適應性材料，因此在設計是考慮新材料特性來解決，而非刻意造型。

（圖5 耳甲腔橫向尺寸柱狀圖統計）

（圖6 人耳曲面經緯網）

（圖7 S3-S7區域具體曲面走向）

透過以上研究，我們發現了耳朵生理構造的普遍性，設計建立在這個合理存在的基礎上，並發現了設計的可能。因此耳內可以固定位置和方式決定了基本造型和輪廓；尺寸就是可操作，從而大中小耳實現切換變化；貼合多從材料上輔助。設計的出發點先從固定開始，尺寸跟隨固定，材料滿足前兩者。

二:設計方法與模型

設計基於人體構造現狀下，獨到的解決方案，最終帶來舒適佩戴體驗為目的。上文提及影響舒適佩戴三個要素，固定、尺寸、貼合。我們以一個理性的思考方法，來發現設計的可能，設計思考過程理性一半，感性一半。具體以“新月運動耳機”為例闡述，設計思考邏輯（圖8 矩陣思考-從固定出發）所示，首先在“固定”上，固定點在S3、S6、S7三個位置，一個半弧形狀被三個區域圍合，滿足了固定；接下來“尺寸”，透過金屬絲材料可以折彎，形成各種尺寸；最後是“貼合”，聚氨酯乳膠中空可以適應各種耳朵曲面。最終以新月為載體，貫穿整個造型，升級為新美感，其演化先後順序如（圖9所示），設計的出發點先從固定開始，尺寸跟隨固定，材料滿足前兩者。以上方法是理性的鎖定方向，即該設計哪裡，而合理解決方式，則是感性捕捉的，即該怎麼設計。設計最終結果（如圖10所示）。

（圖8 矩陣思考-從固定出發）

（圖9 設計演化先後順序 ）

（圖10 設計最終結果 ）

以金魚耳機為例，這裡發現了人耳朵存在的差異，以耳甲腔橫向尺寸為例，如（圖11 耳甲腔橫向尺寸的差異），發現超大耳朵橫向尺寸為23毫米，大耳為20毫米，中耳為17毫米，小耳朵為14，怎樣將耳機在23-14毫米之間變動。首先從尺寸出發，透過物理卡扣結構，耳機可以伸出變短的，從而適應了23-14毫米的耳甲腔；其次是固定，耳機透明部分伸入S7區域，S3、S4、S5、S6、S7將耳機圍合，形成固定；最後是貼合，柔軟的透明橡膠不對耳軟骨和神經組織壓迫。設計思考邏輯如（圖12）所示。透過長短調節可以適應多種耳朵，如（圖10）所示。因此設計的出發點先從尺寸開始，固定跟隨尺寸，材料是橋樑連線前兩者。

（圖11 耳甲腔橫向尺寸的差異）

（圖12 金魚耳機思考-從尺寸出發）

（圖13 調節長短適應多種耳朵）

（圖14 設計最終結果示意）

以上兩個案例介紹了矩陣思考從某一個點出發，其餘要素跟隨。

三：測試與最佳化

始於使用者，終於使用者。透過以上理論支撐，產生合理ID設計，在設計之初就應將手工模型佩戴使用者耳上驗證，減少後續開模、試產等變動的風險。

1。關於測試樣本：人耳資料庫精選30人為樣板（圖15）。2。關於測試要素：以固定、尺寸、貼合為依據的調查問卷（圖15）。3。關於測試標準：固定上，使用者拉動耳機或者甩頭以及跳動不滑落為標準。尺寸上，劃分大耳、中耳、小耳後再感官評價為參考。貼合上，以鬆弛感、充滿感、鼓脹感為感官評價為參考。4。測試的意義：根據使用者反饋當場修改最佳化本設計，汲取使用者建議，最大化滿足使用者。5。測試階段；主要透過油泥模型初步測試，到手板測試，最終真機測試三個階段來實施。詳情閱讀《人體工學資料庫建設》。

（圖15 以30位使用者樣板為測試物件）

（圖16 手板階段測試問卷）

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