CN103503474A - 双驱动单元耳机 - Google Patents

Abstract

本发明提供当将密闭型耳机***到人的耳朵中时，以声学的方法改善频率特性，使得能够以自然的频率特性听到声音的技术。密闭型耳机具备两个以上的电声变换器，独立产生的音波通过独立的导音管，在外耳道入口的前面混合，具有两个导音管的路径差的两倍波长的音波衰减。抑制在密闭型耳机中特征性地强烈传递的6kHz附近的音波，改善成易于收听的音质。

Description

双驱动单元耳机

技术领域

本发明涉及一种将放音部***到外耳道入口中使用的密闭型耳机。

背景技术

通常的密闭型耳机如图1所示，由设置在框体11内部的电声变换器12、用于将电声变换器12连接到外部的放大器等上的引线125、将电声变换器12产生的音波传递到外耳道中的导音管14、作为***外耳道中时的缓冲垫并且同时阻挡来自外部的噪音的耳垫15构成。

在***到外耳道中的部分的前端具有放音口16的耳垫15，由具有弹性的软质塑料或者橡胶等形成，无缝隙地紧密接触于外耳道的内面。结果，作为密闭型耳机整体成为耳塞构造。电声变换器12的发音部分在图中位于隔壁13的右侧，处在被密封了的空间内。

密闭型耳机2如图2所示，由于能够将耳垫15***到外耳道中安装，因此能够可靠地安装在外耳的入口中。另外，耳垫15由于具有柔软性的材料，因此能够与外耳道的形状相吻合，并容易弹性变形，能够得到良好的安装感。

其结果，***到外耳道入口中使用的密封型耳机，由于密闭性良好，遮音性能高，难以听到外部的噪音，因此可以得到很高的音压灵敏度，即使在噪音大的场所也能够听到微弱的声音。另外，由于能够***到外耳道入口中使用，因此还有容易实现小型轻便化这样的优点。

近年来，伴随着便携音乐播放器的普及，越来越要求开发能够以良好的音质输出声音的密闭型耳机。

但是另一方面，现有通常的密闭型耳机由于是将外耳道密闭的构造，因此外耳道中的谐振（共振）样式在戴上耳机前后发生变化，谐振频率偏移，对作为耳机的频率特性带来了重大的缺陷。

即，如在专利文献1中说明的那样，如图2所示，在戴上密闭型耳机时，由于耳机是具有耳垫的耳塞构造，因此通过堵塞外耳道入口，谐振的模式改变。即，从单端闭管谐振变化成以外耳道为谐振腔的两端封闭了的两端闭管谐振。

其结果，如图3的音压－频率特性的曲线所示那样，用虚线表示的未戴上耳机时的鼓膜位置的音压在2.8～3.4kHz以及8.5～10.2kHz具有峰值，而用实线表示的戴上耳机时的鼓膜位置的音压受到外耳道中的密闭管谐振的影响，峰值的位置向5.7～6.8kHz以及11.3～13.6kHz偏移。

因此，如果戴上密闭型耳机，则6kHz附近的声音由于两端闭管的谐振模式而被强调，成为准振鸣状态，存在会听到嗡嗡作响的声音这样的问题。

为了解决该问题，在专利文献1中，公开了如下技术：作为将从密闭型耳机的电声变换器产生的音波传递到外耳道入口的导音部，具备路径长度不同的独立的两个导音管，从该电声变换器产生、并在该两个导音管中分别通过的两个音波在外耳道入口再次合成，抑制以该两个导音管的路径差为二分之一波长的频率的音压。

另外，在专利文献2中，公开了为了抑制高频音，在导音管中设置音阻（阻音器），能够自由地更换不同的音阻（阻音器）的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许4681698号公报

专利文献2：日本登录实用新案3160779号公报

发明内容

（发明要解决的问题）

但是，如果依据专利文献1中公开的技术，则必须使朝向外耳道入口并行延伸、路径长度不同的两个导音管收纳于能够***到外耳道入口的粗细中，因此一个导音管的截面积变小，其结果，产生了由于空气的粘性阻力而高音域衰减这样的新问题。

另外，在使用专利文献2中公开的音阻（阻音器）的技术中，虽然一般可靠地抑制6kHz附近的峰值，嗡嗡这样的响声消失，但是产生了在中高音域整体中音压被降低这样的新问题。

（解决技术问题的技术方案）

本发明鉴于这样的问题，提供一种密闭型耳机，将放音部***到外耳道入口中使用，其特征在于，

具备两个以上的电声变换器和附属于各个电声变换器并且各自的路径长度不同的导音管，

在外耳道入口合成从该两个以上的电声变换器以相同相位产生并且通过各个导音管的音波，

抑制以该两个以上的导音管之间的路径差为二分之一波长的频率的音压。

说明用于解决问题的基本想法。在这里，设《》表示频率特性。所谓耳机音源指的是从电声变换器的振动板输出的声音。另外，《单端闭管谐振腔的传递函数》指的是在没有戴上耳机的情况下，以外耳道作为谐振腔的声音的传递函数的频率特性，《两端闭管谐振腔的传递函数》指的是在戴上密闭型耳机的情况下，以外耳道作为谐振腔的声音的传递函数的频率特性。

在没有戴上耳机的情况下，下式成立。

《施加于鼓膜的音压》＝《施加于外耳道入口的音压》

×《单端闭管谐振腔的传递函数》

这里，如果在外耳道入口施加与耳机音源的音压相等的音压，则是，

《施加于外耳道入口的音压》＝《耳机音源的音压》。

从而，成为如下，

《施加于鼓膜的音压》

＝《耳机音源的音压》×《单端闭管谐振腔的传递函数》

······（式1）。

其次，在戴上密闭型耳机的情况下下式成立。

《施加于鼓膜的音压》

＝《施加于外耳道入口的音压》×《两端闭管谐振腔的传递函数》

另外，

《施加于外耳道入口的音压》

＝《从耳机放音口输出的音压》

＝《耳机音源的音压》×《密闭型耳机的导音部的传递函数》。

从而成为如下，

《施加于鼓膜的音压》

＝《耳机音源的音压》×《密闭型耳机的导音部的传递函数》

×《两端闭管谐振腔的传递函数》              ······（式2）。

如果将式1和式2中求出的《施加于鼓膜的音压》相等设为是理想状态的话，则可以得到下式，

《耳机音源的音压》×《单端闭管谐振腔的传递函数》

＝《耳机音源的音压》×《密闭型耳机的导音部的传递函数》

×《两端闭管谐振腔的传递函数》。

如果将该式进行整理，则可以得到下式。

《密闭型耳机的导音部的传递函数》

＝《单端闭管谐振腔的传递函数》÷《两端闭管谐振腔的传递函数》

                                ······（式3）

根据该式，要求左边的密闭型耳机的导音部的传递函数产生以下的状态。即，右边分子所意味的是在戴上密闭型耳机的状态下，再现没有戴上耳机状态的单端闭管谐振腔的特性。另外，右边分母所意味的是实现消除通过戴上密闭型耳机而产生的两端闭管谐振腔的特性那样的特性。

本发明人发现了其中如果通过实现式3的右边分母表示的特性，即通过密闭来抑制6kHz附近被异常强调的声音，则大幅度改善音质。另外，发现了如果能够确保整体的音量，则根据式3的右边分子表示的特性，即使没有再现3kHz附近的音压，也确保整体的音量，因此不会在意。

即，由于以外耳道作为谐振腔，通过两端闭管谐振，成为在5.7～6.8kHz具有峰值的特性，因此重要的是密闭型耳机的导音部的传递函数的频率特性抑制该峰值频率的声音。

本发明利用从两个以上电声变换器同时以相同相位分别独立发出的音波通过长度不同的两个路径，然后在合成时，特定频率的声音衰减的现象来实现了这一点。

将该密闭型耳机命名为双驱动单元耳机。所谓驱动单元指的是电声变换器。

（发明的效果）

即，在本发明的将放音部***到外耳道入口中使用的密闭型耳机中，作为将从两个电声变换器产生的音波传递到外耳道的通道，具备各个路径长度不同的独立的两个导音管，在外耳道入口附近的放音口的前面合成通过该两个导音管的两个音波，由于能够抑制以该两个导音管的路径差为二分之一波长的频率以及其整数倍频率的音压，因此在抑制由两端闭管谐振引起的不希望的频率中的音压峰值的同时，能够防止音域整体的音量降低。由此，具有能够实现毫不逊色于没有戴上耳机时的音压－频率特性这样的效果。

另外，由于同时使用两个电声变换器，因此具有与使用大口径的电声变换器同样的提高音压灵敏度的效果。进而，与使用大口径的电声变换器的情况相比较，具有设计的自由度提高这样的效果。

另外，与为了提高音压灵敏度而使用大口径的电声变换器的情况相比较，使用两个以上小口径电声变换器在高音域的再生方面具有更有利这样的效果。

附图说明

图1是示出密闭型耳机的内部构造的剖面图。

图2是密闭型耳机的装入图。

图3是密闭型耳机的鼓膜位置的音压－频率特性图。

图4是具备两个电声变换器的密闭型耳机的视图。

图5是具有路径差的两个导音管的音压－频率特性图。

图6是具备两个电声变换器的密闭型耳机的音压－频率特性图。

图7是具备朝向相反方向配置的两个电声变换器的密闭型耳机的剖面图。

图8是朝向相反方向配置的一体型的电声变换器的剖面图。

图9是具有音阻的密闭型耳机的剖面图。

图10是导音管的一部分能够更换的密闭型耳机的剖面图。

图11是导音管的截面积可变的密闭型耳机的剖面图。

图12是具备三个电声变换器的密闭型耳机的剖面图。

符号说明

1：密闭型耳机

11：框体

12：电声变换器（驱动单元）

121：线圈

122：永久磁铁

123：振动板

124：磁轭

125：引线

13：隔壁

14：导音管

15：耳垫

16：放音口

17：音阻

18：连接管

19：开闭机构

191：调整阀

192：弹簧

193：调整弹簧

194：支点

2：密闭型耳机

3：人体

31：外耳道入口

32：外耳道

33：鼓膜

A－A’：配置轴线

K：导音管的路径长度

P：入口

Q：汇合点。

具体实施方式

以下，举出实施例说明本发明的密闭型耳机（双驱动单元耳机）。

实施例一

图4是本发明的具有两个独立的电声变换器以及导音管的密闭型耳机（双驱动单元耳机）的视图。图4（a）是外观图，图4（b）是剖面图。

密闭型耳机（双驱动单元耳机）的一个框体的内部构造与图1示出的通常的密闭型耳机相同。如图4（b）所示，密闭型耳机（双驱动单元耳机）1由内置在第一框体11a内的第一电声变换器12a以及第一导音管14a、内置在第二框体11b内的第二电声变换器12b以及第二导音管14b、耳垫15、将两个电声变换器12a和12b连接到未图示的音响放大器上的引线125构成。

电声变换器12如图1所示，由线圈121、永久磁铁122、振动板123、磁轭124构成。如果在线圈中流过音响波形的电流，则振动板按照音响波形振动，朝向图1中图面右方向的导音管14发出音波。

框体11以及导音管14通过将硬质塑料、金属等成型加工而作成。耳垫15通过将软质塑料或者橡胶等成型加工而作成。

导音管14用未图示的适当方法固定于框体11。耳垫15利用其弹性，越过形成在导音管14的前端部上的突起，***并固定于导音管14。耳垫15与使用者的外耳道入口的大小相吻合，能够适当地进行更换。

电声变换器12用未图示的适当方法固定在框体11中。

图4所示的电声变换器12a以及12b示出所谓的动圈型，也可以是电磁型等其它的方式。

如图4所示，第一导音管14a从框体11a的正面直进，到达放音口16。第二导音管14b从框体11b的正面直进，在中途朝向下方改变方向，在与第一导音管14a汇合的汇合点Q，无缝隙地接合到第一导音管14a的中途的开孔中。第一导音管14a的路径长度是Ka，第二导音管14b的路径长度是Kb。这里，Ka＜Kb。

在第一电声变换器12a产生的第一音波通过第一导音管14a的入口Pa，到达汇合点P。在第二电声变换器12b产生的第二音波通过第二导音管14b的入口Pb，到达汇合点Q。两个音波在汇合点Q混合，合成的音波从放音口16放出，进入到使用者的外耳道32中。

从两个独立的音源输出的同相位的音波分别沿着独立的路径行进，在由于路径长度的差而相位错开180度，在路径的出口混合的情况下，显然合成了的音波的振幅成为0。

以下用数学式表示这一点。由于两个电声变换器12产生相同频率和相位的音波，因此，如果将Pa点的音波的振幅记为Pa（ω）（这里，ω是角速度），将Pb点的音波的振幅记为Pb（ω）则如下，

Pa（ω）＝Pb（ω）。

将其记为如下，

Pa（ω）＝Pb（ω）＝2Asin（ωt）

（这里，t是时间，A是任意的常数。）。

两个音波通过不同的路径，将V作为音速，L作为两个路径的长度差，在汇合点Q合成时的信号Q（ω）成为如下，

Q（ω）＝Pa（ω）＋Pb（ω）＝Asinωt＋Asin（ωt＋ωL／V）。

在该式中，即使将波形的观测点沿着时间轴向前移动L／2V，波形也不发生变化，因此由下式给出，

Q（ω）＝Asin（ωt－ωL／2V）＋Asin（ωt＋ωL／2V）

＝2Asin（ωt）·cos（ωL／2V）

＝Pa（ω）·cos（ωL／2V）

＝Pb（ω）·cos（ωL／2V）                ····（式4）。

根据式4，从Pa点或者Pb点到达Q点的波形的传递函数T_PQ由下式给出，

T_PQ∝cos（ωL／2V）

由此，音压的传递函数T_PQ’由下式给出，

T_PQ’∝｜cos（ωL／2V）｜。

在该式中，如果使用ω＝2πf，则成为下式，

T_PQ’∝｜cos（πfL／V）｜                 ····（式5）

（这里，f为频率。）。

图5用实线示出将音速取为340m／s，通过路径差是25～30mm（相当于外耳道的平均长度）的各条路径以后，合成时的密闭型耳机的导音管的传递函数T_PQ’，即将式5图形化。

该传递函数与给出用式3表示的《密闭型耳机的导音部的传递函数》的式的右边第二项的《两端闭管谐振腔的传递函数》^-1相当，提供了抑制由两端闭管谐振腔强调的特性的功能。

即，在式5中，在2（Kb－Ka）＝2L＝V／f（路径差的2倍等于波长）的情况下，f＝V／2L，传递函数在频率特性中表示波谷。即，在该实施例中，Kb－Ka＝25～30mm时，6kHz附近的频率的音波衰减。

图6示出实测图4示出的构造的密闭型耳机（双驱动单元耳机）的音压－频率特性的结果的曲线图。实线是在本发明的双驱动单元耳机中将导音管的路径差取为28mm时的特性，用虚线重叠表示具备单一电声变换器的通常的单纯构造的耳机的特性。

在该音压－频率特性的测定时，将密闭型耳机（双驱动单元耳机）和测定用麦克风放置在密闭环境中，再现使用状态进行。

当将两个特性进行比较时，了解到在双驱动单元耳机中，与单纯的密闭型耳机相比较，强烈地抑制了6kHz附近的音压，另外，在对音质产生影响的范围的高音域中，12kHz附近的峰值提高。

这里重要的一点是，根据本发明，在6kHz附近，抑制了示出大峰值的特性，消除了嗡嗡这样的响声。另外，导音管的截面积扩大，高音域不会由于空气的粘性阻力而衰减，大幅度地改善对音质产生影响的12kHz附近的高音域的音压的特性。

这样，能够在抑制由两端闭管谐振引起的不希望的频率中的音压峰值的同时，防止音域整体音量的降低。由此，具有能够实现毫不逊色于没有戴上耳机时的音压－频率特性这样的效果。

另外，由于同时使用两个电声变换器，因此与使用了大口径电声变换器相同，具有提高音压灵敏度的效果。进而，与使用了大口径电声变换器的情况相比较，具有设计的自由度提高这样的效果。

另外，与为了提高音压灵敏度而使用大口径电声变换器的情况相比较，使用两个以上小口径电声变换器在高音域的再生方面具有更有利这样的效果。

实施例二

根据图7，说明第二实施例。图7是具备朝向相反方向配置的两个电声变换器的密闭型耳机的剖面图。示出在一个框体11中背向配置了两个电声变换器12的例子。即使是这样的配置，也完全适用实施例一的说明。

如图7所示，两个电声变换器12a以及12b沿着连接各个振动板的中心点的配置轴线A－A’，沿着相反方向排列。这里，配置轴线A－A’相对于从放音口16发射的音波的方向平行或者几乎平行。

电声变换器12发音时产生的机械振动，使振动板动作，成为噪音（扭曲）的根源，而在本实施例中，由于机械振动的方向相反并且大小相等，因此如果采用这样的配置，则能够消除机械振动，可以得到更高的音质。

图8示出了在一个外部框体中，朝向相反方向配置了两个电声变换器12的其它例子。电声变换器12是电磁型，用一个线圈121同时驱动两个振动板123a和振动板123b。即，如果以线圈121为中心对称地配置永久磁铁122a的极性和永久磁铁122b的极性，则能够同时沿着相反方向驱动振动板123a和振动板123b。由于按照该方法一个线圈就可以，因此能够节约尺寸、重量和成本。

另外，发音方向不一定是相反方向，也可以考虑例如90度的方向。在这种情况下，虽然不能够消除振动板的无用振动，但是具有电声变换器的配置自由度这一点并没有改变。

其它的效果与实施例一相同。

实施例三

第三实施例的密闭型耳机（双驱动单元耳机），将放音部***到外耳道入口中使用，其特征如下，

具备两个以上的电声变换器和附属于各个电声变换器并且各自的路径长度不同的导音管，

在外耳道入口合成从该两个以上的电声变换器以相同相位产生并且通过各个导音管的音波，

抑制以该两个以上的导音管之间的路径差为二分之一波长的频率的音压，在该两个以上的导音管的全部或者一部分，在音响通过的通道上放置音阻。

根据图9说明第三实施例。图9示出的剖面图与图4中示出的密闭型耳机（双驱动单元耳机）相同，但是在导音管14b的通道中设置音阻17这一点不同。音阻17是泡沫塑料、棉花、团拢的金属细线等，具有衰减所通过的音波的高频成分的效果。

通过设置音阻17，能够衰减从第二电声变换器产生的音波。由此，能够调整6kHz附近的音波的衰减状况，能够调整成使用者喜好的音质。

其它的效果与实施例一相同。

实施例四

第四实施例的密闭型耳机，将放音部***到外耳道入口中使用，其特征如下，

具备两个以上的电声变换器和附属于各个电声变换器并且各自的路径长度不同的导音管，

在外耳道入口合成从该两个以上的电声变换器以相同相位产生并且通过各个导音管的音波，

抑制以该两个以上的导音管之间的路径差为二分之一波长的频率的音压，

通过能够更换该两个以上的导音管的全部长度或者一部分，变更长度，

从而使路径差变化。

根据图10说明第四实施例。图10示出的剖面图与图4中示出的密闭型耳机（双驱动单元耳机）基本相同，但在能够更换导音管14b的一部分这一点不同。

导音管14b在中途被切断，取出一部分。取出以后，设置连接管18，在其两端***切断了的导音管14b的端部，成为连续的管。

也能够更换导音管14b的全部。

如果这样做，通过改变连接管18的长度，能够使导音管14b的全长与使用者的外耳道的长度相吻合，能够正确地衰减使用者的外耳道的闭管谐振频率的音波。

其它的效果与实施例一相同。

实施例五

第五实施例的密闭型耳机，将放音部***到外耳道入口中使用，其特征如下，

具备两个以上的电声变换器和附属于各个电声变换器并且各自的路径长度不同的导音管，

在外耳道入口合成从该两个以上的电声变换器以相同相位产生并且通过各个导音管的音波，

抑制以该两个以上的导音管之间的路径差为二分之一波长的频率的音压，

在该两个以上的导音管的全部或者一部分的中途设置调整阀，

通过调整该调整阀的***位置，使音响通过的通道的截面积发生变化。

根据图11说明第五实施例。图11（a）示出的剖面图与图4中示出的密闭型耳机（双驱动单元耳机）基本相同，但在导音管14b中设置开闭机构19而能够机械地变更声音通道的截面积这一点不同。

图11（b）放大了图11（a）中用圆包围的部分，示出了开闭机构19的模式图。另外，图11（c）是图11（a）的用A－A’表示的位置的剖面，示出了开闭机构19的正面图。

弹簧192的前端以适当的方法粘接于调整阀191的上端，弹簧192的另一端以能够利用支点194旋转的方式被支撑。在弹簧192的中间部分形成有内螺纹，利用穿过该内螺纹的调整螺栓193能够调整前端的高度。如果使调整螺栓193旋转，则调整阀191上下移动。

如图11（c）所示，如果调整阀191上下移动，则能够改变遮挡导音管14b的音波通道的面积。如果音波通道的面积减小，则使6kHz的音波衰减的量减小。使用者能够调整成所喜好的音质。

其它的效果与实施例一相同。

实施例六

第六实施例是电声变换器为三个的情况。根据图12说明第六实施例。在该剖面图中，示出在图4中示出的电声变换器为两个的情况的基础上，以第一框体11a为中央，在第二框体的相反侧设置第三框体11c以及电声变换器12c。

三个电声变换器产生同相位的音波。

第三导音管14c从框体11b的正面直进，在中途朝向上方改变方向，在与第一导音管14a汇合的汇合点Q，无缝隙地接合到在第一导音管14a的中途的开孔中。在汇合点Q，从三个电声变换器独立产生的音波汇合并被合成。

如果将第三导音管14c的路径长度记为Kc，则在这里，新衰减与第一导音管14a的路径长度Ka的路径差Kc－Ka的2倍波长的音波。例如，如果设Kc－Ka＝38mm，则当音速是340m／s时，衰减频率大约4.47kHz以及为其倍数的频率的大约8.94kHz的音波。

这时，若还考虑到与第二导音管14b的干扰，如果Kb－Ka＝28mm，则由于成为Kc－Kb＝10mm，因此在与第二导音管14b之间，衰减频率是17kHz的音波。实际上，由于这样高频率的音波以人的听觉几乎不能听到，因此没有关系。

这样，通过选择三个导音管的路径长度，能够调节多个频率的音波的衰减。进而，也可以考虑电声变换器为四个、五个等的情况，能够实现在广阔的范围内使频率特性与使用者的喜好相吻合的耳机。

其它的效果与实施例一相同。

Claims (5)

1.一种密闭型耳机，将放音部***到外耳道入口中使用，所述密闭型耳机的特征在于，

具备两个以上的电声变换器和附属于各个电声变换器并且各自的路径长度不同的导音管，

在外耳道入口合成从该两个以上的电声变换器以同相位产生并且分别通过各个导音管的音波，

抑制以该两个以上的导音管之间的路径差为二分之一波长的频率的音压。

2.根据权利要求1所述的密闭型耳机，其特征在于，

该两个以上的导音管的路径差几乎等同于位于该外耳道入口附近的该密闭型耳机的放音口与位于该外耳道内部的鼓膜之间的间隔，抑制在该放音口与该鼓膜之间构成的两端闭管谐振空间的第一次谐振频率。

3.根据权利要求1所述的密闭型耳机，其特征在于，

以如下方式设置两个电声变换器：连接电声变换器的振动板的中心线的配置轴与从耳机的放音口放出的声音的朝向平行或者几乎平行，发音方向相反。

4.根据权利要求1所述的密闭型耳机，其特征在于，

通过能够更换该两个以上的导音管的全长或者一部分，变更长度，

从而使路径差变化。

5.根据权利要求1所述的密闭型耳机，其特征在于，

在该两个以上的导音管的全部或者一部分的中途设置调整阀，

通过调整该调整阀的***位置，使音响通过的通道的截面积变化。

Images