CN111213387B - 在空间中定位声音信号的扬声器***和耳机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种扬声器装置(1)，特别是用于放置在耳朵(2)和/或耳朵(2)上的耳挂式耳机，其具有壳体(3)且内设低音扬声器(4)，该低音扬声器(4)产生的低频声波沿着低音声轴(5)传送声向耳朵(2)，且至少一高音扬声器(6)所产生的音频声波沿着高音声轴(7)传送。根据本发明，该至少一高音扬声器(6)是MEMS扬声器。

Description

在空间中定位声音信号的扬声器***和耳机

技术领域

本发明涉及一种扬声器布局，特别是耳挂式耳机，其壳体可置于耳朵及/或 耳朵上，壳体中设有低音扬声器及至少一高音扬声器，藉由该低音扬声器可将低频声波沿着 低音声轴传送到耳朵，藉由该高音扬声器可将高频声波沿着高音声轴传送到耳朵。

背景技术

在现代应用中，例如在虚拟现实或增强实境中，若能使耳机和耳机所产生 的声音在房间中得到人类听觉方面的声音信号定位是有利的。3D物体也应该伴随着3D声音， 以便更逼真地再现风景或例如虚拟管弦乐。

由于房间中的声波到两个耳朵的传送时间差，使得自然噪声或例如鸟鸣声 的声音信号可以定位到人类的耳朵。声波到两耳之间的相位差也扮演定位角色。传统的立体 声耳机仅能部分地定位声音信号的空间位置。然而，尤其是对于虚拟现实而言，例如，当观 看3D物体时，应该还能产生3D声音，以便不仅获得三维视觉体验，而且还能获得三维听觉体验。例如，当转动头部时，应该仍能识别出声音信号的声源的相同空间位置。

EP 1 071 309 B1专利案公开了一对耳机，其具有分配给使用者耳朵的左右 两个壳体，壳体中设有挡板供布置动态声音换能器，每个挡板包括一高音扬声器和与其同轴 布置的中心/低音扬声器。藉由声波投影而可定位声音信号。这样做的缺点是这种换能器不适合产生3D声音。

发明内容

因此，本发明的目的是克服现有技术的缺点。

该目的通过具有独立权利要求的特征的扬声器装置和耳机予以实现。

本发明提出一种置于耳朵和/或耳朵上的扬声器装置。扬声器装置可用于例 如耳挂式耳机。耳机可以例如具有耳机壳体，扬声器装置布置在耳机壳体中。借助于扬声器 装置，可以优选地产生3D声音，使得可以由扬声器装置播放的虚拟声音信号可以定位在用于人类听觉的空间中。因此，耳朵可以定位虚拟声音信号的空间原点。借助于扬声器装置，例如，耳朵可以识别出虚拟声源布置在佩戴者的头部前方。结果，可以改善收听体验，特别是与虚拟和/或增强实境相结合的听觉体验。

扬声器装置具有壳体。在壳体中，布设有低音扬声器，低频声波可沿着低 音声轴传送到耳朵。此外，至少一个高音扬声器布置在壳体中，通过该高音扬声器可以将高 频声波沿着高音声轴传送。低音扬声器的低频声波可以是低频的。该低频可以包括人类听觉 的较低可听频谱的频率范围中。低频声波，例如20Hz的频率，亦即从人类听觉的较低听力临界值到包括1-2kHz的频率。这些是低音扬声器可以发送的频率。

同样，高音扬声器可以发出相对较高的频率。特别地，这包括大于低频声 波频率的频率。高频声波的频率可以在例如1至2kHz至15至20kHz的范围内，也就是说大于人 类耳朵的听力临界值。

例如，低音扬声器可播放低音，而高音扬声器可以播放高音。

因此，低音声轴以及高音声轴可以是低音扬声器或高音扬声器的辐射声音 具有最大强度的轴。低音声轴或声音声轴可以例如与低音扬声器或高音扬声器的中心轴同轴地定向。低音扬声器基本上沿着低音声轴发出低频声波。大部份的声音能量会沿着低音声轴。

根据本发明，至少一个高音扬声器是MEMS扬声器。MEMS是微机电*** 的缩写。藉由MEMS扬声器可以播放非常清晰的频率。此外，MEMS扬声器可以具有低谐波 失真。MEMS扬声器可以在与标称频率略有不同的频率下播放声波。MEMS扬声器也具有低 失真。由此可以简化耳朵的虚拟声音信号的定位。

此外，可以使用MEMS扬声器播放宽带谱。同时，MEMS扬声器可以再现 中频的频率，例如从1-2kHz到8-10kHz，例如高音范围内的频率。藉由单个MEMS扬声器，可 以实现中频和高音扬声器。通过MEMS扬声器，还可以产生超过20kHz的声波。

此外，MEMS扬声器可以做得非常小，因此它可以产生高频声波，这些声 波来自耳朵的小立体角。因此，耳朵可以非常精确地定位高频声波的原点。

藉由设计成MEMS扬声器的高音扬声器可以除了低音扬声器的低频声波之 外，额外产生高频声波，藉此人类耳朵得以定位该虚拟声音信号的原点。如此不一定要由位 于耳朵上方的高音扬声器产生可使人类听觉产生声音信号发生在耳朵或佩戴者头部上方的印象。借助于高音扬声器和形成的声波场，可以基本上布置在扬声器装置的任何地方，使得人类听到声音信号好像是发生在耳朵上方。声波场可以附加地或替代地由低音扬声器的低音扬 声器声波形成。声波场也可以通过低音扬声器声波和高频声波的干扰形成。

此外，至少一个设计为来自低音扬声器的MEMS扬声器高音扬声器，特别 是相对于低音声轴，布置成径向间隔开。这允许高音扬声器用于模拟来自特定方向的噪声。 此外，可以在大空间中形成声波场。

在一个有利的改良方案中，至少一个高音扬声器可以相对于低音扬声器布 置，使得其高音声轴在侧视图中与低音声轴相交。因此，高音声轴和低音声轴可以具有共同 的夹角。高音声轴和低音声轴在侧视图中呈交叉，两者也可以彼此间呈一夹角而倾斜地布置。如果两个轴线彼此倾斜，则可以将两个轴线投影在一个平面中。然后两个轴线相交并且可以 形成夹角。

如上所述，低音扬声器沿着低音声轴向耳朵辐射低频声波。由于低音扬声 器声波具有相对低的频率，因此它们具有相对高的波长。波长在几十公分到几公尺的范围内。 在这些波长下，人类听觉无法良好地定位声波的来源。也就是说，低音扬声器声波基本上不适合于声音信号的定位。

相反地，耳朵可以很好地定位具有高频的声波的原点。将高音扬声器布置 成使其高音声轴在侧视图中与低音声轴相交，使得它们具有共同的夹角，而使耳朵对高频声 波的声音信号的空间予以定位。通过夹角，例如，可以产生沿着高音声轴的高频声波在低音 扬声器上方运行，然后从上方倾斜地送到耳朵。然后，听者会感受到声音信号发生在他头顶某个高度。

在本发明的另一有利实施例中，低音声轴系与低音扬声器的轴向系同轴地 布置。

同样地，如果低音声轴和至少一个高音扬声器的声音轴线彼此平行定向则 是有利的。结果，低频和高频声波可以辐射向耳朵。由此可以减少声波的反射、折射和/或衍 射。

此外，至少一个高音扬声器倾斜于低音扬声器是有利的。例如，高音声轴 可以与高音扬声器的轴向同轴地布置。如果高音声轴与高音扬声器的轴向同轴，则高音扬声 器向低音扬声器的倾斜可以形成夹角。

有利的是，壳体在一个端面处呈开放。结果，例如，即可将低音扬声器和/ 或至少一个高音扬声器安装在壳体中。

附加地或替代地，有利的是，壳体设有一盖板，该盖板与壳体形成腔体。 盖板可以例如设置在开放端，由该盖板封闭该开放端。在腔体中，优选地，可以布置低音扬 声器。腔体可以例如用作低音扬声器的谐振腔体，使得低音扬声器声波可以通过腔体放大。 腔体也可以作为低音扬声器的后部空间。

如果盖板具有开槽也是有利的，低音扬声器的低音声波可以通过该开槽从 腔体中传送出。开槽可以是例如格状。通过该开槽，低频声波可以从腔体中传送出。腔体仍 然提供一定程度的阻制。低音声轴延伸穿过开槽是有利的。开槽也可以是弯曲的。开槽也可 以凸出远离腔体。结果，例如，高频声波可以在开槽处被反射，从而被复位向到耳朵。高音 扬声器的高音声轴可以指向例如开槽部分。

此外，有利的是，盖板具有至少一个出口通道，至少一个高音扬声器的高 频声波可以通过该出口通道传送出。如果扬声器装置包括多个高音扬声器，则盖板也可以设 置多个出口通道，使得每个高音扬声器可以被分配一个出口通道。至少一个高音扬声器的高 音声轴可以通过出口通道。

附加地或替代地，至少一个高音扬声器也可以布置在腔体中。结果，例如， 腔体也可以用作高音扬声器的共振腔。

此外，如果扬声器装置包括多个高音扬声器是有利的。优选地，这些高音 扬声器相对于低音声轴在圆周方向上围绕特别是设置在中间处的低音扬声器。

如果高音扬声器在圆周方向上彼此间隔开，特别是相同或不同尺寸的圆周 角也是有利的。高音扬声器可以围绕低音声轴排列。结果，各个高音扬声器的多个高音声轴 可以从数个方向指向佩戴者的耳朵。结果，可以产生来自多个方向的3D声音。

如果扬声器装置包括控制单元则是有利的。控制单元优选地设计成使得至 少高音扬声器可在正常模式和/或环绕声模式下操作。在正常模式下，用户不可能进行声音信号的空间定位。因此，正常模式适用于普通应用，例如听音乐。特别是在图像支持的应用程序中，例如计算器游戏、电影或音乐会录音，可以使用环绕声模式。因此，可允许用户对声音信号的方向和/或基于空间的感知，特别是3D环绕声。

有利的是，控制单元设计成使其在正常模式下同时控制所有高音扬声器。 结果，可以产生来自所有方向的声音体验。

有利的是，同时在环绕声模式中藉助于控制单元可以仅控制高音扬声器中 的一个和/或仅高音扬声器的一部分，从而可以产生在空间上可由用户定位的声音信号。有利地，用于此目的的控制单元可至少控制位于与圆周方向的声音方向相对应间隔角度的高音扬 声器。附加地或替代地，如果几个或所有高音扬声器可由控制单元在环绕声模式下控制，使 得来自不同高音扬声器的声波彼此干扰，使得它们彼此抵消和/或放大，则是有利的。

如果扬声器装置包括耦合到控制单元的惯性感测单元，特别是陀螺仪和/或 加速度传感器，则也是有利的。这优选地设计成藉此可以检测扬声器装置的空间定向和/或空间位置。有利地，控制单元被设计成使得借助于后者，可以根据该惯性感测单元所检测到的感测值调整使用者在空间上可定位的声音信号。

附加地或替代地，至少一部分高音扬声器可以径向地邻近开槽。结果，使 扬声器装置得以小型化。

有利地，夹角可以在90°和170°之间。夹角也可以在100°和150°之间。如此， 即可在一房间中产生任一原点的声音信号。例如，低音声轴可作为参考线。此外，例如，如 果扬声器装置设置在头戴式耳机中并由人佩戴，则低音声轴可以垂直定向于耳朵。此外，预 期耳机在携带时，低音声轴也可以是水平定向。例如，如果夹角为90°，则高音声轴垂直于低音声轴。如此，低频声波可以是来自发生在佩戴者的头部上方的声音信号，或者在虚拟现实中对应于发生在头部上方的声音信号。

然而，夹角也可以是170°，这对应于在佩戴者的耳朵旁边产生更大距离(几 公尺)的声音信号。然后高音扬声器以低角度切割低音声轴。在这样的夹角下，高频声波大致 垂直地指向耳朵。

如果圆周角在15°和90°之间也是有利的。两个高音扬声器之间的圆周角不 必相同。例如，两个相邻的高音扬声器可以以30°的圆周角分开。另一对高音扬声器可以以45°的圆周角分开。另一对高音扬声器可以以90°的圆周角分开。两个高音扬声器之间的圆周角越 小，声音信号的方向分辨率越高。也就是说，声音信号可以更准确地定位在空间中。

如果低音扬声器是电动扬声器也是有利的。结果，可以以简单的方式产生 低频声波。此外，如果电动扬声器只需播放低音，则可针对相应的频谱进行优化。

此外，提出了一种用于在耳朵和/或耳朵上设置至少一个扬声器装置的耳 机。在耳机的帮助下，可以优选地产生3D声音，使得耳朵可以定位虚拟声音信号的音源。例 如，耳机可用于虚拟现实或“增强实境”。

在这种情况下，耳机可以具有两个扬声器装置，一个扬声器装置分配给左 耳，另一个扬声器装置分配给右耳。例如，扬声器装置可以布置在佩戴耳机时布置在耳朵上 方和/或耳朵上的耳机壳体中。因此，扬声器装置可以位于耳朵附近的小距离(几公分)处。

根据本发明，扬声器装置根据前述和/或下述的至少一个特征来设计。

在本发明的一个有利的改良方案中，耳机包括控制单元，该控制单元可以 控制扬声器装置的低音扬声器，使得由耳机再现的声音信号可以在空间上定位。控制单元可 以附加地或替代地还控制至少一个高音扬声器，使得由扬声器装置再现的声音信号可以在空间上定位。

藉由耳机，例如，在虚拟现实的情况下，可以产生给出空间印象的相应声 音。因此，耳机可以是例如用于虚拟现实的设备的一部分。例如，藉由虚拟现实，可以参与 虚拟管弦乐音乐会。通过耳机，相关的音乐可以在空间上进行定位。音乐不再简单地播放， 但是耳机的佩戴者可以给人一种音乐从房间中的某个位置到达的印象。

控制单元可以控制低音扬声器和/或高音扬声器，使得声音信号可以在空间 上定位。在这种情况下，控制单元例如相对于低音扬声器的信号将信号延迟到高音扬声器， 从而产生声音的空间印象。扬声器装置还可包括多个高音扬声器。然后，控制单元还可以不同地控制高音扬声器，从而产生空间印象。例如，控制单元还可以相对于其他扬声器布置中的另一个低音扬声器延迟扬声器布置中的低音扬声器的声音的再现，使得例如对于耳朵可以 确定声音信号是发生在其左侧还是右侧。

控制单元还可以藉助于至少一个高音扬声器和/或低音扬声器执行波场合 成。借助于高音扬声器，控制单元可以形成与真实声音信号的声波场接近或甚至相同的声波 场。结果，可以再现逼真的空间声音信号。此外，例如，利用多个高音扬声器，可以产生彼 此相互干扰的高频声波。各个高频声波相互抵消和/或放大，从而形成几乎逼真的声波场。耳 机的佩戴者会感觉到声音信号发生在房间的某个点上。

此外，如果耳机包括惯性感测单元是有利的，借助惯性感测单元可以确定 耳机的空间定向。附加地或替代地，可以确定耳机的空间位置。惯性感测单元可包括例如陀 螺仪和/或加速度传感器。惯性感测单元还可以耦合到控制单元以传输感测值。借助于控制单元，可以确定耳机的方向和/或位置。

例如，可以藉助于陀螺仪确定耳机的旋转。例如，如果耳机的佩戴者将头 转向左侧，因此头戴式耳机也转向左侧，则控制单元可以确定头部的新方向。然后，控制单 元可以控制低音扬声器和/或至少一个高音扬声器，从而产生声音信号在空间中固定并且不旋 转的印象。例如，当头部旋转时，声音信号可以从头部后面行进到头部后面，给佩戴者一种 印象，即在头部转过头部并且最后在他身后，声音信号在他面前。

借助于加速度传感器，还可以检测房间中的位置。例如，如果佩戴者通过 虚拟声音信号，则声音信号的来源首先接近佩戴者然后移开。因此，控制单元可以例如根据 增加的距离来减小再现声音信号的音量。控制单元还可以改变声音信号的位置。

附图说明

在以下示例性实施例中描述了本发明的其他优点。在图中：

图1显示佩戴者的耳朵的剖视图和扬声器装置的侧视图。

图2显示具有低音扬声器和至少一个高音扬声器的扬声器装置平面图。

图3是扬声器装置的剖视图。

图4显示图2的A-A断面的剖视图。

图5显示图2的B-B断面的剖视图。

图6显示图2的C-C断面的剖视图。

图7显示具有低音扬声器和多个高音扬声器的扬声器装置立体图。

图8显示正常模式下的扬声器装置的示意图。

图9显示处于环绕声模式的扬声器装置的示意图。

图10显示扬声器装置定位到耳朵的示意图。

具体实施方式

图1显示佩戴者的耳朵2的剖视图和扬声器装置1的侧视图，由于其是作为实 施例说明，故这里未示出布置在耳机中的图式。扬声器装置1可以设置在例如耳机的耳机壳体中。例如，耳机壳体可以围绕耳朵2以抑制环境噪声。

如图1所示，扬声器装置1可以与耳朵2之间具有一定距离，该距离在耳机的 预期用途中可以是几公分。扬声器装置1可以进一步面向耳朵2。这里未示出的低音扬声器4 可以布置在扬声器装置1中。低音扬声器4的低音声轴5可以指向耳朵2。在耳机的预期用途中，低音声轴5面向耳朵2是有利的，以使沿着低音声轴5传送的低频声波进入耳朵2。由此可以减 少低频声波的反射，衍射或折射。此外，低音扬声器4的性能可以保持较低要求。

低频声波的频率相对较低。例如，可以是介于20Hz至1-2kHz范围内的频率。 由于高频与低频相关联，故佩戴者不能或仅仅错误地定位于该低频声波的原点位置。

为了能够定位(虚拟)声音信号的原点，例如管弦乐器中的乐器，扬声器装 置1具有至少一个高音扬声器6，图2中未示。藉由高音扬声器6可以产生频率为例如1-2kHz至 20-30kHz的高频声波。在该频率范围内，耳机的佩戴者可以定位声音信号的原点。

由于图1中显示耳朵2，为了便于描述附图及有助于解释本发明，会使用上 方、下方、右侧、左侧、前侧和后侧的方位标记。耳朵2可以如此方式位在空间中，因为它位 在站立或直立的佩戴者身上。此外，图1显示的水平线H可以用作参考平面。在耳机的预期用 途中，当佩戴者站立或坐直时，水平线H可以平行于环境的水平线。对环境的这种引用方式 目的在帮助对本发明的说明。

高音扬声器6可以沿着高音声轴7辐射高频声波。根据图1所示的实施例，高 音扬声器6位在耳朵2上方。因此，佩戴者可以感觉到声音信号在他上方的印象。附加地或替 代地，至少一个另外的高音扬声器6可以位在耳朵2下方。结果，声音信号可以定位在佩戴者耳朵2的下方。此外，当然甚至可以在扬声器装置1中布置更多的高音扬声器6，以便将产生的 声音信号呈现于佩戴者之前和/或之后。

高音扬声器6布置成与低音扬声器4径向间隔开。高音声轴7也可以平行定向 于低音声轴5。

图2显示具有低音扬声器4和至少一个高音扬声器6的扬声器装置1的平面 图。在图2的实施例中，扬声器装置1具有七个高音扬声器6a-6g。

以扬声器装置1为中心，布置低音扬声器4。低音声轴5未在图2中示出，因 为它是指向图平面之外。附加地或替代地，相应的高音扬声器6a-6g的高音声轴7(这里未示出) 也是指向图平面之外。

在壳体3中，还设置有盖板8。盖板8具有开槽9，低音扬声器4的低频声波可 以通过壳体3的开槽9。低音扬声器4可以与开槽9同轴布置。特别地，低音声轴5可以与开槽9 同轴布置。

相应的高音扬声器6a-6g的高音声轴7可以垂直于盖板8布置。附加地或替代 地，低音声轴5可以垂直于盖板8布置。

盖板8还具有至少一个出口通道10。在图2的实施例中，盖板8具有多个出口 通道10，其中为了简单起见，仅一个出口通道10设有附图标记。根据本实施例，每一个高音 扬声器6a-6g与出口通道10相连通。通过出口通道10，高音扬声器6a-6g的高频声波穿过壳体3的盖板8由壳体3出来。

此外，盖板8具有多个开口11，其中为了简单起见，仅一个开口11设有附图 标记。在开口11的帮助下，例如，壳体3中的腔体12与环境之间压力得以平衡。

在低音扬声器4周围的圆周方向上，高音扬声器6a-6g彼此间隔开。高音扬 声器6a-6g以圆周角α，β，γ间隔开。根据图1和图2，扬声器装置1具有水平线H作为参考平面。 水平线H可以例如位在耳机中，使得耳机作为预期用途，水平线H也水平线地定向到环境。因此，高音扬声器6g可以位在例如耳朵2上方。

例如，圆周角α可以形成在高音扬声器6g和6f之间。此外，圆周角β可以形 成在高音扬声器6a和6e之间。此外，圆周角γ可以形成在高音扬声器6d和6f之间。圆周角α，β， γ可以在15°和90°之间的范围内。圆周角α，β，γ越小，声音信号的方向就越准确。

此外，高音扬声器6a-6g可以具有到低音扬声器4的径向距离R，特别是低音 声轴5。为简单起见，只有高音扬声器6g具有径向距离R。例如，高音扬声器6a-6d具有比高音 扬声器6g更小的径向距离R。根据本实施例，高音扬声器6a-6d布置成与开槽9相邻。特别地，高音扬声器6a-6d的出口通道10可以邻接开槽9。

这里未示出的控制单元14以不同方式驱动高音扬声器6a-6g，以产生3D声 音。因此，高音扬声器6a-6g可以由控制单元14以图8所示的正常模式和图8所示的环绕声模式 操作。在环绕声模式中，控制单元14仅控制一个或几个高音扬声器6a-6g，使得高频声波仅从一个方向到达耳朵2。这已经给出了声音信号的某种可定位性。控制单元14还可以根据波场合 成来控制高音扬声器6a-6g。借助于波场合成，可以创建虚拟声学环境。为了这个目的，控制 单元14可以控制几个高音扬声器6a-6g，使得由高音扬声器6a-6g形成声波场，其对应于或至少 接近真实声音信号的声波场。在这种情况下，来自不同的高音扬声器6a-6g的声波可能彼此干 扰，使得它们彼此抵消和/或放大。它可以由声波场产生，这给人的印像是声音信号从某个方 向到达耳朵2。

此外，根据图2的实施例，高音扬声器6e和6f可以位于水平线H上。当戴着 具有扬声器装置1的耳机时，可以藉助于例如在耳朵2之前和/或之后产生的两个高音扬声器 6e、6f来定位声音信号。

例如，在高音扬声器6g的帮助下，可以定位声音信号，该声音信号发生在 耳朵2上。在高音扬声器6c的帮助下，可以呈现声音信号，该声音信号例如在斜下方发生。在 高音扬声器6d的帮助下，可以呈现声音信号，该声音信号例如在斜上方发生。在两个高音扬 声器6a、6b的帮助下，可以呈现声音信号，其发生在斜上方和/或斜下方。

图3，图4，图5，图6分别显示图2的剖面线的扬声器装置1的剖视图。

图3，4，5，6显示壳体3的前端面13开放时的剖视图。壳体3的前端面13可 以以盖板8予以封闭。壳体3和盖板8在壳体3中定义出一腔体12。在腔体12中，可以布置低音 扬声器4。腔体12可以例如用作低音扬声器4的谐振腔。腔体12还可以形成低音扬声器4的后部 空间。附加地或替代地，至少一个高音扬声器6也可以布置在腔体12中。

盖板8在中心区域具有开槽9。开槽9和低音扬声器4可以彼此同轴地布置。 开槽9也可以与低音声轴5同轴布置。开槽9可以在低音扬声器4的区域中向外弯曲，远离腔体 12。

根据图3，图4，图5，图6中所示的低音扬声器4，它可以设计为电磁动力学 扬声器。

高音扬声器6也可以是MEMS扬声器。MEMS扬声器的一个优点是它们可以 做得很小。此外，MEMS扬声器具有低谐波失真。借助于MEMS扬声器，可以再现具有低失 真的声波。此外，MEMS扬声器可以覆盖宽带谱。

根据图3，高音扬声器6布置成使其高音声轴7平行于低音扬声器4的低音声 轴5。结果，高频声波沿着高音声轴7传送到耳朵2。人类耳朵会感受到声音信号2是发生在耳 朵上的印象。

根据图4，图5，图6，至少一个高音扬声器6相对于低音扬声器4布置，使得 其高音声轴7在这里示出的剖视图中与低音声轴5相交。高音声轴7对于低音声轴5具有夹角δ， ε，ζ。

图3显示沿着图2的A-A断面的剖视图。根据图3，夹角δ可以是90°。因此， 高音声轴7垂直于低音声轴5。例如，高音扬声器可以在开槽9的弯曲表面上反射到耳朵2。然 而，高音扬声器6的高频声波也可能干扰其他高频声波而形成声波场。在高音扬声器6的帮助 下，可以产生声音信号，该声音信号位在耳朵2上方。

图4显示沿着图2的B-B断面的剖视图。根据图4，夹角ε可以位于大约110° 的范围内。然后，高音扬声器可以沿着高音声轴7的方向传送到耳朵2。

图5显示沿着图2的C-C断面的剖视图。根据图5，夹角ζ也可以在120°的范围 内。然后，高音扬声器可以沿着高音声轴7的方向传送到耳朵2。

图4，图5，图6中所示的高音声轴7与低音声轴5的交叉点不是必然位于耳朵 2的前方。交叉点也可以位于耳朵2的后面，即在头部内。

图7显示扬声器装置1的透视图。这些特征从前面的附图中已知，因此省略 了对图7的说明。

图8和9显示具有上述控制单元14的扬声器装置1。扬声器单元1可以根据前 述实施例中的一个或多个形成，其中所述特征可以单独存在或以任何组合存在。特别地，扬 声器装置可以具有多个设计为MEMS扬声器的高音扬声器6a-6g。这些可以全部或单独地具有图3至图6中描述的夹角δ，ε，ζ。

控制单元14在所有上述实施例中以这样的方式实施，即它可以在正常模式 (参见图8)和/或环绕声模式下操作高音扬声器6a-6g(参见图4)。在正常模式下，用户不可能进行声音信号的空间定位。因此，正常模式适用于普通应用，例如听音乐。特别是在支持图像的应用程序中，例如计算器游戏、电影或音乐会录音，可以使用环绕声模式。因此，这允许使用者具有对特别是3D环绕声的声音信号的方向和/或基于空间的感知。

为此目的，控制单元14设计成在正常模式下同时驱动所有的高音扬声器 6a-6g。因此，可以产生来自所有方向的大量声音体验。

在图9所示的环绕声模式中，只有一个高音扬声器6a-6g和/或仅一部分高音 扬声器6a-6g可以由控制单元14控制，从而用户可以感受到声音信号在如图中箭头所示空间上的定位。有利地，这是由控制单元14控制至少位在与声音方向相对应的圆周方向上的角度间 隔中的高音扬声器6a-6g，如图示中所示高音扬声器6a-6g中位于右下方的其中两个高音扬声 器。附加地或替代地，有利的是，如果控制单元14于环绕声模式中，可以此方式控制几个或 所有高音扬声器，则可使得来自不同高音扬声器6a-6g的声波彼此干扰，使得它们相互抵消和 /或增强，从而产生环绕声音体验。

在此未示出的实施例中，扬声器装置1包括耦合到控制单元14的惯性感测单 元，特别是陀螺仪和/或加速度传感器。藉由此优选的设计，使得扬声器装置1的空间定向和/或空间位置可以被检测。有利地，控制单元14可以后者(加速度传感器)的方式予以实施，即根据惯性感测单元所感测到的感测值可用来调整由使用者在空间上所定位的声音信号。

图10显示扬声器装置1到耳朵2的定位示意图。根据本实施例，其系显示耳 朵2的外部，而扬声器装置1位在耳朵2上方位置。因此，图10显示扬声器装置1相对于收听者 的耳朵2的定位示例。观察方向是从外部到扬声器装置1和耳朵2。在图10中，亦显示水平线H。

根据本实施例，扬声器装置1包括多个低音扬声器4a，4b。第一低音扬声器 4a在图10中以虚线圆圈示出，并且当扬声器装置1根据预期用途定位时，第一低音扬声器4a 位在耳朵2上方。当扬声器装置1按预期使用时，低音扬声器4a与耳朵2同轴地布置或者与耳朵 2的耳道同轴。结果，低音声轴与耳朵2或耳道同轴对齐。此处未显示低音声轴，其系垂直进入图10的绘图平面。因此，低音扬声器4a所产生的低频声波特别地直接到达耳道并因此到达 耳膜。

根据本实施例，扬声器装置1包括第二低音扬声器4b。该低音扬声器4b的位 置是根据扬声器装置1定位或布置在耳朵2前方来布置。这意味着低音扬声器4b的位置是通常在一个人的前后方向。低音声轴5b平行于水平线H。附加地或替代地，第一低音扬声器4a的低音声轴和第二低音扬声器4b的低音声轴5b可以彼此垂直定向。然而，第二低音扬声器4b也 可以布置在扬声器装置1中，使得第二低音扬声器4b的低音声轴5b倾斜地朝向耳朵2，使得低 频声波从前面倾斜地传递到耳朵2中。

附加地或替代地，这里未示出的低音扬声器4可以布置在耳朵2的后面。在 这种情况下，该低音扬声器4可以在耳朵2的后面镜像到这里所示的第二低音扬声器4b，在扬 声器装置1的中心线处。这里未示出的低音扬声器4可以以与第二低音扬声器4b相同的方式布置在扬声器装置1中，但是不在耳朵2的前面而是在耳朵2的后面。

此外，图10的扬声器装置1具有多个高音扬声器6a-6f。根据本实施例，特别 地，所有高音扬声器6a-6f与水平线H隔开。高音扬声器6a-6f还彼此成一角度布置。

有利地，至少部分高音声轴7和/或低音声轴5可以在交叉点K处相交。交叉 点K也可以是交叉线。结果，至少部分高音声轴7和/或低音声轴5通过交叉线K。

根据本示例性实施例，高音扬声器6a-6f的高音声轴7a-7f在交叉点K处相交。 另外或替代地，第二低音扬声器4b的低音声轴5b和/或此处未示出的第一低音扬声器4a的低音 声轴也可以穿过交叉点K。因此，根据本实施例，所有声音轴线，无论是低音扬声器声轴5还 是高音扬声器声轴7，在交叉点K处相交。声音换能器，无论是低音扬声器4还是高音扬声器6， 都可以以扬声器装置1按预期使用时交叉点K1位于耳朵2上方的方式布置在扬声器装置1中。 结果，例如，可以产生不失真或仅略微失真的环绕声。

根据本实施例，四个高音扬声器6a-6d布置在耳朵2的前面，两个高音扬声 器6e，6f布置在耳朵2的后面。如果更多的高音扬声器6布置在耳朵2的前面而不是耳朵2的后 面是有利的。由于正常使用扬声器装置1时，大多数虚拟声音信号会发生在用户的前面，如果在耳朵2前面有更多的高音扬声器6和/或低音扬声器4则是有利的(例如当使用者在观看虚拟现 实时，其虚拟声音信号的产生通常会在使用者的前面)。

根据本实施例，高音扬声器6a-6f和第二低音扬声器4b布置在图2中所示半径 为R的虚线圆上。也就是说，高音扬声器6a-6f和第二低音扬声器4b都与位于中心的第一低音扬声器4a具有相同的距离。由于第一低音扬声器4a位于耳朵2的正上方，因此高音扬声器6a-6f 和第二低音扬声器4b都与耳朵2的距离相同。该距离恰是圆的半径R。该距离也是径向距离R。 结果，高音扬声器6a-6f和第二低音扬声器4b的声波到耳朵2的传送时间彼此相等。附加地或替 代地，第一低音扬声器4a到耳朵2具有半径R或径向距离R。结果，所有换能器，无论是低音 扬声器4还是高音扬声器6，相对于耳朵2具有彼此相同的距离。因此，所有换能器，无论是低 音扬声器4还是高音扬声器6，都可以在扬声器装置1中以杯形布置，特别是球形壳的形式布置。 这意味着，所有的声音换能器到耳朵2都有相同的距离，使得所有的声波同时或具有相同的传 送时间到达耳朵2。

本发明不限于图示和描述的实施例。权利要求范围内的变化与特征的组合 一样可能，即使它们在不同实施例中示出和描述。

【符号说明】

1 扬声器装置

2 耳朵

3 高音扬声器

4 低音扬声器

4a-4f 低音扬声器

5 低音声轴

6 高音扬声器

6a-6f 高音扬声器

7 高音声轴

7a-7f 高音声轴

8 盖板

9 开槽

10 出口通道

11 开口

12 腔体

13 前端面

14 控制单元

α、β、γ 圆周角

δ、ε、ζ 夹角

H 水平线

R 径向距离

K 交叉点

Claims (19)

1.一种在空间中定位声音信号的扬声器***，用于放置在耳朵(2)上的耳挂式耳机，该扬声器***(1)具有壳体(3)，低音扬声器(4)沿着低音声轴(5)传送声至耳朵(2)，并且至少一高音扬声器(6)沿着高音声轴(7)传送高频声波，其特征在于：该至少一高音扬声器(6)是MEMS扬声器，并且与该低音扬声器(4)径向间隔开；其中，围绕该低音扬声器(4)在圆周方向上相对于该低音声轴(5)布置有多个高音扬声器(6a-6g)。

2.如权利要求1所述的在空间中定位声音信号的扬声器***，其中：该至少一高音扬声器(6)与该低音扬声器(4)的该低音声轴(5)间隔开。

3.如权利要求1所述的在空间中定位声音信号的扬声器***，其特征在于，该至少一高音扬声器(6)相对于该低音扬声器(4)布置成该高音声轴(7)在侧视时与该低音声轴(5)相交，使得该高音声轴(7)与该低音声轴(5)具有共同夹角(δ、ε、ζ)。

4.如权利要求1所述的在空间中定位声音信号的扬声器***，其特征在于，该至少一高音扬声器(6)的该高音声轴(7)和该低音声轴(5)彼此平行定向。

5.如权利要求1所述的在空间中定位声音信号的扬声器***，其特征在于，该高音扬声器(6)的该高音声轴(7)与该低音扬声器(4)的该低音声轴(5)呈一夹角而倾斜地布置。

6.如权利要求1所述的在空间中定位声音信号的扬声器***，其特征在于，该壳体(3)的前端面(13)是开放的或一盖板(8)设置在该壳体(3)中或该壳体(3)上。

7.如权利要求6所述的在空间中定位声音信号的扬声器***，其特征在于，该盖板(8)设置在该壳体(3)的前端面(13)上，且该盖板(8)与该壳体(3)形成腔体(12)。

8.如权利要求7所述的在空间中定位声音信号的扬声器***，其特征在于，该低音扬声器(4)和/或该高音扬声器(6)系设置在该腔体(12)中。

9.如权利要求7所述的在空间中定位声音信号的扬声器***，其特征在于，该盖板(8)具有格状的开槽(9)，该低音扬声器(4)的低频声波从该腔体(12)中通过该开槽传送出。

10.如权利要求6所述的在空间中定位声音信号的扬声器***，其特征在于，该盖板(8)具有至少一出口通道(10)，该至少一高音扬声器(6)的高频声波可以通过该出口通道传送出。

11.如权利要求1所述的在空间中定位声音信号的扬声器***，其特征在于，该高音扬声器(6a-6g)在该圆周方向上彼此相对，以相同或不同的圆周角(α、β、γ)彼此间隔开。

12.如权利要求1所述的在空间中定位声音信号的扬声器***，其特征在于，该扬声器***(1)包括控制单元，利用该控制单元控制该高音扬声器(6a-6g)处于正常模式或环绕声模式。

13.如权利要求12所述的在空间中定位声音信号的扬声器***，其特征在于，该控制单元在该正常模式下同时控制所有该高音扬声器(6a-6g)，或在该环绕声模式下控制一个或数个该高音扬声器(6a-6g)以产生在空间上可由用户定位的声音信号，或在该环绕声模式下控制数个或所有该高音扬声器(6a-6g)，使来自不同的该高音扬声器(6a-6g)的声波相互干扰，使彼此抵消或放大。

14.如权利要求12所述的在空间中定位声音信号的扬声器***，其特征在于，耦合到该控制单元的惯性感测单元可检测该扬声器***(1)的空间定向和/或空间位置，由该控制单元根据该惯性感测单元所检测到的感测值调整使用者在空间上可定位的声音信号。

15.如权利要求14所述的在空间中定位声音信号的扬声器***，所述惯性感测单元为陀螺仪和/或加速度传感器。

16.如权利要求11述的在空间中定位声音信号的扬声器***，其特征在于，该高音声轴(7)与该低音声轴(5)的夹角(δ、ε、ζ)在90°和170°之间，和/或该圆周角(α、β、γ)在15°和90°之间。

17.如权利要求16述的在空间中定位声音信号的扬声器***，其特征在于，该夹角(δ、ε、ζ)在100°和150°之间。

18.如权利要求1所述的在空间中定位声音信号的扬声器***，其特征在于，该低音扬声器(4)是电磁动力学扬声器。

19.一种用于放置在耳朵(2)上的耳机，具有至少一扬声器***(1)，其特征在于该扬声器***(1)是根据权利要求1-18中任一项所述的在空间中定位声音信号的扬声器***所设计。

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