CN103650529A

CN103650529A - 耳机装置

Info

Publication number: CN103650529A
Application number: CN201280035130.8A
Authority: CN
Inventors: R·纳拉扬
Original assignee: Wolfson Microelectronics PLC
Current assignee: Cirrus Logic International Semiconductor Ltd
Priority date: 2011-07-15
Filing date: 2012-07-06
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2032-07-06
Also published as: US9301041B2; US20140169584A1; WO2013011275A1; GB2492959B; CN103650529B; GB2492959A; GB201112194D0

Abstract

耳机包括扬声器。扬声器的后体积耦合至混合体积，扬声器的前体积耦合至该混合体积，并且该混合体积耦合至外部。由后体积、前体积、混合体积以及它们之间的通道导致的声阻抗可被调整以事先想要的声音外泄特性。声阻尼材料可被包括在各个泄露路径中以实现想要的特性，取决于待要使用的扬声器的类型、耳机的声学设计、耳机主体的机械性能以及耳机的期望频率响应特性。

Description

耳机装置

本发明涉及耳机装置，例如可佩戴在用户的耳朵上的类型的耳机装置，或可佩戴在用户的耳朵中的类型的耳机装置。因而，本发明涉及任何耳朵佩戴式的带有扬声器的装置。

GB-2445388A公开了一种耳机装置，该耳机装置具有可放置在用户的耳朵上的垫状物，并且其中扬声器的前表面通过前泄露路径通到外部，而扬声器的后表面通过后泄露路径通到外部。

在这样的装置中，泄露路径的存在意味着可以避免与封闭型耳机相关的差的频率响应。然而，存在一个潜在的缺点，即扬声器产生的声音可在耳机外部听到。GB-2445388A公开了一种***，其中前泄露路径和后泄露路径具有相邻的输出端口，使得在沿着泄露路径传送的声音之间存在一定程度的声波抵消，结果将声音外泄的总水平降低。

根据本发明的第一方面，提供一种耳机，该耳机包括扬声器，其中：

扬声器的后体积（rear volume）耦合至混合体积（mixingvolume），

扬声器的前体积（front volume）耦合至该混合体积，并且该混合体积耦合至外部。

后体积可以通过含有声阻尼材料的通道耦合至混合体积；前体积可以通过含有声阻尼材料的通道耦合至混合体积；和/或混合体积可以通过含有声阻尼材料的通道耦合至外部。

后体积可以通过第一通道耦合至混合体积；前体积可以通过第二通道耦合至混合体积；并且混合体积可以通过第三通道耦合至外部；并且第三通道于是可以具有比第一或第二通道小的横截面积。

混合体积可以小于后体积，例如小于后体积的50%、小于后体积的25%、小于后体积的10%或者小于后体积的5%。

扬声器可以具有圆形的横截面，并且混合体积于是可以围绕扬声器的周缘连续地延伸，或者部分地围绕扬声器的周缘。

耳机可以为耳上佩戴式耳机、耳中佩戴式耳机或者耳塞型（earbud-type）耳机的形式。

根据本发明的第二方面，提供一种音频***，该音频***包括：

音频源；以及

根据第一方面的耳机。

根据本发明的第三方面，提供一种防止声音从耳机外泄的方法，该方法包括：

将扬声器安装在耳机中；

形成从扬声器的后体积到混合体积的后声音泄露路径，

形成从扬声器的前体积到混合体积的前泄露路径，以及

形成从混合体积到外部的输出通道。

为了更好地理解本发明，并表明可以如何将其实施，现在将以示例的方式参引附图，其中：

图1是一个立体图，示出根据本发明的一个实施方案的耳机；

图2是部分被切掉的立体图，示出图1的耳机的内部的一部分；

图3是通过图1的耳机的剖视图；

图4示出图1的耳机中的声阻抗；

图5示出与声域有关的第一阻抗等效电路；

图6示出与声域有关的第二阻抗等效电路；

图7示出根据本发明的另一实施方案的耳机；

图8示出通过一个替代方案耳机的剖视图；并且

图9是图8的耳机的剖视平面图。

图1示出一个耳机10。尽管图1中示出了仅仅一个耳机，但是该耳机通常会是例如通过带状物（band）连接的一对耳机中的一个。图1示出一种耳罩（supra-aural）型或耳上佩戴型耳机，其尺寸使其可以被置于用户的耳朵上，例如具有在50-100mm范围内的直径。然而，本文中的描述同等地适用于头戴护耳式耳机、入耳型耳机和耳塞型耳机，所述头戴护耳式耳机具有比用户的外耳大的外罩，并具有可抵靠用户头部的侧面、围绕外耳定位的垫状物，所述入耳型耳机具有10-20mm范围内的直径，用于置于用户的外耳中，所述耳塞型耳机具有小于10mm的直径，用于置于通向用户的耳道的入口中。

图1示出耳机10的上部主体部分12，该上部主体部分具有用于安装带状物等的孔14，所述带状物等用于将耳机10连接至耳机对中的另一个耳机。图1还示出了耳机的用于安放在用户的耳朵上的下部主体部分16，沿周缘延伸的垫状物18连接至该下部主体部分。

耳机可以形成更大的音频***的一部分，所述音频***包括音频源设备，该音频源设备例如为移动电话送受话器、游戏机、无线电接收器或者记录的声音源例如MP3播放器的形式。耳机于是通常具有用于***源设备上的插孔中的插头。

图2是耳机10的部分被切掉的视图，而图3是通过耳机10的剖视图。

因而，图2和3也示出了上部主体部分12、下部主体部分16以及垫状物18。

扬声器板20和背板22位于耳机10内。

扬声器24（它可以是任何类型的，并且可以例如是完全常规的，因此未详细示出）安装至扬声器板20。

电连接（未示出）被提供至扬声器24，于是可以将电信号传送至扬声器，导致其产生声音，当耳机在用户的耳朵上就位时，该声音通过垫状物18中的中心孔被导引至用户的耳朵。

紧邻地在扬声器24前面的空间26和被垫状物18围绕的空间28以及用户的外耳中的任何额外的空间一起形成扬声器的前体积。

扬声器24的后部和背板22之间的空间30形成扬声器的后体积。

为了避免密封的耳机所产生的效应，对于扬声器的前体积和后体积而言有利的是将其连接至外部，甚至当耳机相对较紧地佩戴在用户的耳朵上以致于垫状物18形成耳朵上的良好密封时。

因此，在所示的该实施方案中，前泄露路径32围绕整个周缘从扬声器的前体积向外径向延伸。类似地，后泄露路径34围绕整个周缘从扬声器的后体积30向外径向延伸。在其它实施方案中，前泄露路径和后泄露路径不围绕整个周缘延伸。

前泄露路径32和后泄露路径34都通向一个混合体积36。该混合体积36通过一个输出通道38通向外部。

因此，在示出的该实施方案中，混合体积36围绕扬声器24的周缘从该扬声器径向向外地位于耳机内。特别地，在其中前泄露路径和后泄露路径不围绕扬声器24的整个周缘延伸的实施方案的情况下，混合体积36可以类似地不围绕扬声器24的整个周缘延伸。也可以将所述混合体积定位使得其不从扬声器24径向向外地定位。

在示出的该实施方案中，混合体积36位于与扬声器24的位置有重叠的一个高度。然而，混合体积36也可位于扬声器24的位置之上或之下。

在示出的该实施方案中，输出通道38具有的横截面积小于前泄露路径32的横截面积，并且也小于后泄露路径34的横截面积。在其他实施方案中，输出通道38的横截面积在大小上大于或等于前泄露路径32的横截面积和后泄露路径34的横截面积，所述前泄露路径32的横截面积与所述后泄露路径34的横截面积又可以相等或不同。

在示出的该实施方案中，所述混合体积小于后体积，例如小于所述后体积的大小的50%，小于所述后体积的大小的25%，小于所述后体积的大小的10%，或者小于所述后体积的大小的5%。

在示出的该实施方案中，混合体积采取可识别的腔室36的形式。在其他实施方案中，混合体积是前泄露路径和后泄露路径交会、并且形成输出通道的开始的位置处的体积。

第一声阻尼材料40位于前体积26、28和混合体积36之间的前泄露路径32中。第二声阻尼材料42位于后体积30和混合体积36之间的后泄露路径34中。第三声阻尼材料44位于混合体积36和外部之间的输出通道38中。阻尼材料可以例如是聚氨酯泡沫或织物网（fabricmesh）。

随着扬声器的膜运动，所述膜交替地压缩扬声器的前体积和后体积中的空气并且使所述空气变稀薄。混合体积的存在允许来自前体积的声音与来自后体积的声音混合并且部分抵消。

因此，耳机减少了声音外泄，尤其是低频到中频的声音外泄，例如在500Hz到3kHz的范围内的声音外泄。

耳机10可被用在环境噪声降低***中。因此，至少一个传声器48可被定位使得其能够检测环境声音。位于耳机中或者位于充当声音源的一个装置中的信号处理电路于是可向检测到的环境声音应用模拟或数字信号处理，以产生消噪信号，所述消噪信号可被传送至扬声器，以产生至少部分抵消所述环境声音的声音。

图4例示了图1-3的耳机中呈现的声阻抗。一个体积等效于一个电容，一个管等效于一个电感，声阻尼材料等效于电阻。因此，图4示出了扬声器50，该扬声器充当活塞或压力源，具有一个具体的体积速度（volume velocity），该扬声器位于前体积26、28与后体积30之间，所述前体积26、28通过一个前泄露路径32连接至混合体积36，所述后体积30通过一个后泄露路径34连接至混合体积36，并且混合体积36通过一个输出通道38连接至外部。

图5和6示出了等效电路的多种可能的替代形式，其中扬声器50既充当驱动所述前体积的第一电源52，又充当与所述第一电源52不同相的驱动所述后体积的第二电源54。前体积26、28和后体积30分别充当声容C_AF和C_AB，前泄露路径32具有电阻R_AF和电感M_AF，后泄露路径34具有电阻R_AB和电感M_AB，混合体积36充当声容C_ABF，输出通道38具有电阻R_ABF和电感M_ABF。由来自输出通道38的泄露所看的声阻抗被标示为Z_AO。

阻抗等效电路的分析允许设计者定制能够被调整的参数，以获得想要的声音外泄特性。例如，基于耳机的设计，设计者可使前体积和后体积具有固定值，但是关于待要包括在各个泄露路径中的声阻尼材料的类型或数量（或其他参数）可具有自由度，并且随后可调整这些类型和数量以获得想要的特性。这些参数在一定程度上还会依赖于待要使用的扬声器的类型、具体的耳机的声学设计、耳机主体的机械性能以及耳机的期望频率响应特性。

耳机的声音外泄特性在某种程度上由在混合体积中发生的声音抵消的量确定。扬声器导致具有相反极性的前体积和后体积中的声压的变化。换言之，当扬声器运动使得增加前体积中的声压时，其减小后体积中的声压，反之亦然。前泄露路径和后泄露路径中的声阻抗则导致这些变化中的相移，如果前泄露路径和后泄露路径中的声音在它们到达混合腔室时在某一特定的频率范围不同相，则可发生最有效的声音抵消。

图7示出了另一个实施方案，其中耳机采取耳塞70的形式，用于***到用户的耳道的外部部分。薄的橡胶凸缘72位于耳塞70的前部周围，使得当耳塞在使用中时其能够在用户的耳道中进行密封。连接线缆74可被连接至一个装置诸如电话或音乐播放器。传声器76位于耳机70的后侧，用于检测环境声音，使得环境噪声信号可被用于产生消噪信号，所述消噪信号能够通过耳机播放以减少用户感知到的环境噪声。

扬声器80被安装在耳机的主体82中，并且产生沿着主输出口84朝向用户的内耳传送的声音。

通道84和扬声器80前面的空间86一起形成扬声器的前体积。扬声器80后面的空间88形成扬声器的后体积。

前体积84、86具有前声音泄露路径90，该前声音泄露路径90包含一个前阻尼垫圈92，并且连接至位于扬声器80的一个部分周围的混合体积94。后体积88具有后声音泄露路径96，该后声音泄露路径96包含一个后阻尼垫圈98，并且也被连接至所述混合体积94。

混合体积94通过一个输出通道100连接至外部，该输出通道100也包含声阻尼材料102。

图8是通过根据另一个实施方案的耳机120的纵向剖视图。耳机120是头戴护耳式耳机，具有比用户的外耳大的外罩122，并且具有一个大体圆形的垫状物124，该垫状物能够抵靠用户头部的侧面围绕外耳126定位。

耳机120包括扬声器128，该扬声器128在形式上是大体常规的，并且具有一个膜130。扬声器128的前部被覆盖在一个可透声层132中，该可透声层132在允许声音传送到佩戴者的耳朵中的同时，保护所述膜。

壳体122内的在扬声器128后面的空间形成扬声器128的后体积134。由扬声器128、壳体122、垫状物124和佩戴者的头部围住的空间形成扬声器128的前体积136。

后体积134连接至混合体积138，该混合体积从扬声器128径向向外地位于壳体122内，但是仅围绕扬声器128的周缘的一小部分。图9是沿着图8中的线A-A穿过耳机120的水平剖视图，清楚地示出了混合体积138的位置。

前体积136也连接至混合体积138。如图8中所示，混合体积位于前体积136的外部部分的一部分上方。还如图8中所示，前体积136通过一个被声网（acoustic mesh）140覆盖的通道连接至混合体积138，该声网控制从前体积136到混合体积138的声音泄露的程度。

还如图8中所示，混合体积138通过壳体122中的一个孔连接至外部，该孔也被一个声网142覆盖以控制从混合体积138到外部的声音泄露的程度。

由此，如前所述，混合体积允许从前体积和后体积传送到外部的声音在传送到外部之前混合在一起。

因此，提供了耳塞型的耳机，其中设置有泄露路径使得耳机的频率响应特性是可接受的，但是其中声音外泄减少。

Claims

1.一种耳机，包括扬声器，其中：

扬声器的后体积耦合至混合体积，

扬声器的前体积耦合至该混合体积，并且

该混合体积耦合至外部。

2.如权利要求1所述的耳机，其中后体积通过含有声阻尼材料的通道耦合至混合体积。

3.如权利要求1或2所述的耳机，其中前体积通过含有声阻尼材料的通道耦合至混合体积。

4.如权利要求1、2或3所述的耳机，其中混合体积通过含有声阻尼材料的通道耦合至外部。

5.如权利要求1所述的耳机，其中：

后体积通过第一通道耦合至混合体积；

前体积通过第二通道耦合至混合体积；并且

混合体积通过第三通道耦合至外部；并且

其中：

第三通道具有比第一或第二通道小的横截面积。

6.如以上任一项权利要求所述的耳机，其中混合体积小于后体积。

7.如权利要求6所述的耳机，其中混合体积小于后体积的50%。

8.如权利要求7所述的耳机，其中混合体积小于后体积的25%。

9.如权利要求8所述的耳机，其中混合体积小于后体积的10%。

10.如权利要求9所述的耳机，其中混合体积小于后体积的5%。

11.如以上任一项权利要求所述的耳机，其中混合体积从扬声器径向向外地位于耳机内。

12.如权利要求11所述的耳机，其中扬声器具有圆形的横截面，并且混合体积围绕扬声器的周缘连续地延伸。

13.如权利要求11所述的耳机，其中扬声器具有圆形的横截面，并且混合体积部分地围绕扬声器的周缘延伸。

14.如权利要求1至13中任一项所述的耳机，该耳机为耳上佩戴式耳机的形式。

15.如权利要求1至13中任一项所述的耳机，该耳机为耳中佩戴式耳机的形式。

16.如权利要求1至13中任一项所述的耳机，该耳机为耳塞型耳机的形式。

17.一种音频***，包括：

音频源；以及

如权利要求1至16中任一项所述的耳机。

18.一种防止声音从耳机外泄的方法，该方法包括：

将扬声器安装在耳机中；

形成从扬声器的后体积到混合体积的后声音泄露路径，

形成从扬声器的前体积导混合体积的前泄露路径，以及

形成从混合体积到外部的输出通道。