CN113810813A - 耳机本体、耳机及使用耳机本体调整声压级的方法 - Google Patents

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Abstract

一种耳机本体包括内部腔室、容纳于内部腔室中的换能器、第一调谐漏孔和第二调谐漏孔，其中换能器具有前表面和后表面，前表面朝向使用时耳机本体的***方向。内部腔室在换能器的前表面邻近处提供近侧声体积，并且在换能器的后表面邻近处提供远侧声体积。第一调谐漏孔和第二调谐漏孔各自在内部腔室的远侧声体积和周围环境之间延伸，并且用于提供远侧声体积和周围环境之间的流体连通。第一调谐漏孔被调谐到第一频率或频段，且第二调谐漏孔被调谐到第二频率或频段，第一频率或频段低于第二频率或频段。根据本申请的其他实施例，还提供了包括所述耳机本体的耳机，以及使用所述耳机本体调整从耳机输出到用户耳朵的声压级的方法。

Description

耳机本体、耳机及使用耳机本体调整声压级的方法
技术领域
本公开涉及一种带调谐漏孔的耳机本体。本发明可适用于耳道内(intra-canal)和耳甲内(intra-concha)的耳机。本公开还涉及使用耳机本体调整从耳机输出到用户耳朵的声压级的方法。
背景技术
耳机通常有两种形式：封闭式(sealed)和泄露式(leaky)。封闭式耳机是耳道内耳机。它们通常设计有尖端部分，紧贴在用户的耳道内，基本上封闭了耳道内形成的空腔。因此，直接进入耳道的声音输出被最大化并且可以听到较低频率的声音。然而，其它声音也会被放大，比如外部振动，这些会降低用户感受到的音质。在这些类型的耳机中可能出现的另一个缺点是，当耳机的尖端部分***耳朵时，耳道内的气压增加。这种高气压可能会对换能器膜造成损坏，对用户的耳膜造成不适和损伤，尤其是在较高的声压级下，并且会进一步降低音质。
泄露式耳机可能是耳道内或耳甲内的耳机。耳道内耳机与封闭式耳机设计类似，但它们(在使用时)设有朝向耳机最内端的漏孔，用于降低耳机和耳道内部的气压。耳甲内耳机适合耳朵的外部部分，就放在耳道上方。由于这些耳机没有封闭耳道，所以声波会不可控制地从耳机中泄露出来，同时也会降低音质。此外，由于耳朵的形态和大小不同，不同用户会感受到不同的声学质量性能。
发明内容
本发明尝试提供一种改进的耳机本体，用于实现在不同频段下对使用中的声压级的优化和微调调整，同时简化耳机本体的配置并降低相关的制造成本。
根据本发明的第一方面，提供一种耳机本体，其包括内部腔室、容纳于所述内部腔室中的换能器、第一调谐漏孔和第二调谐漏孔，其中
所述换能器具有前表面和后表面，所述前表面朝向使用时所述耳机本体的***方向，
所述内部腔室在所述换能器的所述前表面邻近处提供近侧声体积，
所述内部腔室在所述换能器的所述后表面邻近处提供远侧声体积，
所述第一调谐漏孔和所述第二调谐漏孔各自在所述内部腔室的所述远侧声体积和周围环境之间延伸，并且用于提供所述远侧声体积和所述周围环境之间的流体连通，且
所述第一调谐漏孔被调谐到第一频率或频段，且所述第二调谐漏孔被调谐到第二频率或频段，所述第一频率或频段低于所述第二频率或频段。
因此，本发明涉及耳机的声学架构，其中耳机本体的近侧声体积用于声学耦合到用户的耳朵入口。耳机是指任何耳内音频装置，无论是耳道内还是耳甲内。
根据本发明，来自换能器的声波在耳机本体的近侧和远侧声体积中引起声压。第一调谐漏孔和第二调谐漏孔分别与内部腔室的远侧声体积和周围环境流体连通。因此，第一调谐漏孔和第二调谐漏孔允许声波从远侧声体积传输到周围环境。调谐漏孔的存在意味着换能器可以更轻易地移动内部腔室中的空气，从而产生更好的音质，尤其是在较低频率下，其中换能器在产生声波时可以移动相对较大体积的空气。受调谐漏孔影响的频段可能存在重叠。
本发明不限于存在两个调谐漏孔，并且可以提供在内部腔室的远侧声体积和周围环境之间延伸或在内部腔室的近侧声体积和周围环境(可以是用户的耳道)之间延伸的其它漏孔。
可通过为每个漏孔选择适当的横截面积和长度来调谐漏孔。这会影响换能器运行期间的气流速率，并影响声响应。
每个漏孔可以基本上在一个方向上延伸(例如，当漏孔笔直时)，也可以有一个或多个方向变化(例如，当漏孔具有一个或多个弯曲部分时)。第一调谐漏孔和/或第二调谐漏孔可具有管状形状，其优选地沿着漏孔长度具有至少一个弯曲部分。
第一调谐漏孔的至少一个尺寸(例如长度、宽度)与第二调谐漏孔的至少一个尺寸不同。如果提供了在内部腔室的远侧声体积和周围环境之间延伸的其它调谐漏孔，那么它们的一个或多个尺寸可与第一和/或第二调谐漏孔的尺寸相同或不同。
每个漏孔的实际尺寸部分地取决于耳机本体的大小，具体是耳机本体的内部腔室的远侧声体积。
第一调谐漏孔的宽度与长度比率可低于第二调谐漏孔的宽度与长度比率。
第一调谐漏孔的横截面积与长度比率可低于第二调谐漏孔的横截面积与长度比率。
第一调谐漏孔提供的声体积优选地不同于第二调谐漏孔提供的声体积。如果提供了在内部腔室的远侧声体积和周围环境之间延伸的其它调谐漏孔，那么它们各自提供的声体积可与第一和/或第二调谐漏孔的声体积相同或不同。
优选地，第一调谐漏孔和第二调谐漏孔在垂直于它们各自长度的方向上具有不同横截面积：这些漏孔的长度可为相同或不同的，其中不同长度是优选的。还设想第一调谐漏孔和第二调谐漏孔的横截面积可为相同的，但长度不同。
优选地，每个漏孔的横截面积沿着漏孔的长度是均匀的，但是这不是必需的。
在一个实施例中，至少一个漏孔在垂直于其长度的方向上的横截面基本上为圆形。当第一调谐漏孔和第二调谐漏孔在垂直于其长度的方向上的横截面均为圆形时，第一调谐漏孔的直径优选地不同于第二调谐漏孔的直径。
第一调谐漏孔和第二调谐漏孔的存在有助于在不同频段内为用户控制声压级。
优选地，第一调谐漏孔被调谐到低频或低频段，且第二调谐漏孔被调谐到低频或低频段或中频或中频段。在一个实施例中，第一调谐漏孔被调谐到显著低于第二调谐漏孔的频率或频段。
漏孔通过调谐频率响应来修改耳机的频率响应。优选地，校准第一调谐漏孔和第二调谐漏孔以实现期望的声响应，例如改善低音响应。
一般来说，根据本发明的调谐漏孔的声体积越大，远侧声体积内的声阻越小：这增加了声响应。
通过将每个调谐漏孔设计为预定尺寸，得到相应的声质量结果。声质量是声波运动对漏孔中的空气质量的影响，取决于漏孔在垂直于其长度的方向上的横截面积、漏孔的长度和漏孔中的空气密度。
声质量和内部腔室的远侧声体积的组合在特定频率下充当亥姆霍兹谐振器：声质量和远侧声体积的这种组合可被设计用于放大低频声音和/或控制用户的声压级。
每个漏孔被调谐到的频率或频段是调谐频率或调谐频段，调谐频率是指由于与内部腔室的远侧声体积一起产生的亥姆霍兹谐振而由漏孔产生的频率响应的下降。
以下公式涉及谐振器的谐振频率，该谐振器包括横截面为圆形的单个漏孔(声发射孔)和在本发明的情况下为耳机本体的内部腔室的远侧声体积的声体积(谐振腔的体积)。
Figure BDA0003108534310000041
其中：fv是谐振器的谐振频率(Hz)；V是谐振腔的体积(mm3)；D是声发射孔的直径(mm)；L是声发射孔的深度(mm)；并且C是声速＝大致344000(mm/秒)。
假设谐振腔的体积是固定的，则相关参数为漏孔的横截面积和漏孔的长度。对于横截面为圆形的漏孔，横截面积由直径定义，符合此公式。假设应用相同的远侧声体积，则横截面不是圆形但横截面积与横截面是圆形的长度相同的漏孔相同的漏孔具有基本上相同的***谐振频率，因此，这个公式是对横截面不是圆形的漏孔的良好近似。例如，调谐漏孔的横截面可能为椭圆形或多边形(如矩形、五边形、六边形)。第一调谐漏孔的横截面形状可能不同于第二调谐漏孔的横截面形状。
根据本发明，提供两个漏孔，它们被调谐到不同频率，平衡这些漏孔中存在的声阻，从而能够更好地控制频率响应的形状。
优选地，将第一调谐漏孔调谐到显著低于第二调谐漏孔的频率或频段的频率或频段，例如比第二调谐漏孔低两个数量级。
通过控制***中的额外声阻，调谐漏孔对整体频率响应的相对贡献允许对***频率响应进行调谐。
在一个实施例中，通过为第一调谐漏孔和/或第二调谐漏孔提供一定量的声阻来增强或降低声压级。优选地，提供与所述或每一调谐漏孔的声质量串联的一个或多个声阻构件。这些声阻可以是具有声阻值的编织网的形式。可使用声阻构件在预定频段内增强或降低声压级。
本发明的第一和/或第二调谐漏孔可定位成与换能器的后表面基本上相对。
在一个实施例中，第一和/或第二调谐漏孔位于耳机本体的后部，例如位于耳机本体的后壁中。
假设漏孔的开口未被堵塞也没有太靠近耳机本体的内部腔室内的其它组件，那么每个调谐漏孔的位置不太重要。这是因为所涉波长远大于典型耳机的尺寸。
耳机本体的前部(例如前壁)设有至少一个声学开口，用于允许声音从近侧声体积中传出以被用户耳朵接收。这个声学开口可与换能器的前表面基本上相对。
根据本发明的第二方面，提供一种包括本发明的耳机本体的耳机。耳机可配置成与其它装置通信，例如智能电话、平板电脑或笔记本电脑；此通信可以是无线的或经由电缆进行。
根据本发明的第三方面，提供一种使用本发明的耳机本体调整从耳机输出到用户耳朵的声压级的方法，所述方法包括：向换能器发送电信号以在耳机本体的内部腔室中的近侧和远侧声体积中产生声波；输出声波以由用户耳朵接收(即至少从近侧声体积接收)；以及通过第一调谐漏孔和第二调谐漏孔将声波从远侧声体积传输到周围环境。
本申请的实施例涉及带调谐漏孔的耳机本体。
附图说明
现将参考所附图解性图式仅借助实例来描述本发明的非限制性实施例。
图1是根据本发明的实施例的耳机本体的示意图；
图2是耳机本体的一部分的顶部的透视图，其中一部分被切开以显示第一调谐漏孔和第二调谐漏孔在其长度方向上的横截面；
图3是低频下调谐漏孔的声压级(SPL)(y轴)相对于频率(赫兹)(x轴)的曲线图；且
图4是中频下调谐漏孔的声压级(SPL)(y轴)相对于频率(赫兹)(x轴)的曲线图。
具体实施方式
参考图1，耳机本体2包括内部腔室4、容纳于内部腔室中的换能器6、第一调谐漏孔8和第二调谐漏孔10。耳机本体2可用于泄露型或封闭型耳机。耳机视需要可以是耳道内或耳甲内的耳机。
换能器6具有前表面6A和后表面6B，前表面6A朝向在使用耳机时耳机本体***用户耳朵入口的方向。换能器6可以是任何适合在耳机内使用的类型，并且通常是驱动器(例如，用于接收电信号的扬声器)。换能器6耦合到一个或多个电子装置(未示出)并由其操作。
内部腔室4在换能器的前表面6A邻近处提供近侧声体积12。内部腔室4还在换能器的后表面6B邻近处提供远侧声体积14。
第一调谐漏孔8和第二调谐漏孔10各自在内部腔室4的远侧声体积14和周围环境之间延伸，并且用于提供远侧声体积14和周围环境之间的流体连通。
在此实施例中，第一调谐漏孔8和第二调谐漏孔10位于耳机本体的后部16(例如，后壁)中，且在此实例中与换能器的后表面6B基本上在相对侧。耳机本体的前部18(例如，前壁)设有主要声学开口20，使得声音能够离开近侧声体积12而进入用户的耳道。在此实例中，此声学开口20基本上设置于与换能器的前表面6A相互对应的位置。
耳机本体2可以是耳机的外部壳体，也可以是耳机内的独立组件。耳机本体2用于接收数字或模拟声音数据以将声音输出到用户。耳机本体2可由例如塑料等刚性材料形成。它的内部空腔4容纳了例如换能器6等内部组件，并且耳机本体被设计成保护组件使它们不被损坏。
参考图1和图2，第一调谐漏孔8和第二调谐漏孔10在垂直于每个漏孔的长度的方向上的横截面是圆形的。或者，第一调谐漏孔8和第二调谐漏孔10在垂直于其长度的方向上的横截面形状可为非圆形的；例如调谐漏孔可具有椭圆形或多边形形状(例如矩形、五边形、六边形)的横截面。并且，第一调谐漏孔8在垂直于其长度的方向上的横截面形状可不同于第二调谐漏孔10在垂直于其长度的方向上的横截面形状。
通过为此实施例的每个漏孔选择适当的长度和直径(并因此选择横截面积)来对漏孔进行调谐。参考图2，第一调谐漏孔8由沿着其长度以100到150度的角度相接的两个笔直部分组成。第二调谐漏孔10同样由沿着其长度以大致90度的角度相接的两个笔直部分组成。但是，调谐漏孔中的一个或两个实际上可由单个笔直部分组成，也可由三个或更多个笔直部分组成。或者，调谐漏孔中的一个或两个可由一个或多个弯曲和/或笔直部分组成。每个漏孔的各部分彼此成流体连通。
可以看出，在本实施例中，第一调谐漏孔8的长度和直径不同于第二调谐漏孔10的长度和直径。
针对特定频率响应，可通过为每个漏孔特别选择适当的横截面积和长度来调谐漏孔。校准第一调谐漏孔8和第二调谐漏孔10的尺寸，以便提供不同频率响应，其中第一调谐漏孔被调谐到比第二调谐漏孔低的频率或频段。
给定固定的远侧声体积14，由横截面积与长度比率定义调谐频率。比率较小会导致漏孔被调谐到较低频率。
参考图1和图2，第二调谐漏孔10的横截面积大于第一调谐漏孔8，且其长度小于第一调谐漏孔。因此，第一调谐漏孔8具有比第二调谐漏孔10小的直径与长度比率，以及比第二调谐漏孔10小的横截面积与长度比率。
第一调谐漏孔8可被调谐到低频或低频段，例如在50Hz和800Hz之间的频率。第二调谐漏孔10可被调谐到中频或中频段，例如在800Hz和4kHz之间的频率。第一调谐漏孔8和第二调谐漏孔10可被调谐到不同或重叠的频段。
仅作为实例，第一调谐漏孔8的代表性长度是5mm，且第一调谐漏孔的代表性直径是1mm。因此在此实例中，第一调谐漏孔的直径与长度比率是1:5，并且在此实例中，第一调谐漏孔8的横截面积与长度比率是79:500。假设远侧声体积约为1cm3，这会引起约为650Hz的调谐频率。
仅作为实例，第二调谐漏孔10的代表性长度是2mm，且第二调谐漏孔的代表性直径是1.5mm。因此在此实例中，第二调谐漏孔的直径与长度比率是3:4，并且在此实例中，第二调谐漏孔10的横截面积与长度比率是177:200。假设远侧声体积14约为1cm3，这会引起约为1300Hz的调谐频率。
耳机本体2中的声压级可以通过为第一调谐漏孔8和/或第二调谐漏孔10提供某一声阻量来增强或减小。在一个实施例中，提供与第一调谐漏孔8和/或第二调谐漏孔10的声质量串联的一个或多个声阻形式。声阻与声波的能量损失有关，因此提供与声质量串联的声阻构件能够减少声波能量的损失。
声阻构件可呈声学编织网形式。声阻构件可以位于调谐漏孔中的一个或两个的至少一个开口上方。替代地或另外地，声阻构件可以位于调谐漏孔中的一个或两个内部。举例来说，编织网可以通过粘合剂粘附或通过摩擦或卡扣固定到位。应了解，作为补充或作为替代方案，可以使用声阻构件的其它形式。声阻构件具有相关联的阻力值，它可以用瑞利(Rayleigh)表示，其中1瑞利(1Rayl)等于1帕斯卡/秒/米。
通过平衡声阻等因素，可优化对应调谐漏孔的中频和低频(如低音频率)的频率响应。
图3和图4是声压级(SPL)相对于频率(赫兹)的曲线图，其中图3的曲线图与不同程度的声阻对调谐到较低频率(低频)的第一调谐漏孔8的影响有关，图4与不同程度的声阻对调谐到较高频率(中频)的第二调谐漏孔10的影响有关。
这些图中的曲线图是使用计算机模拟绘制的。双漏孔***也基于实际样品进行了测量，但是为了获得更好的视觉表示，模拟允许更详细地改变声阻参数。
如图3中所示，在较低频率下，声阻量增加会使声压减小。
相反地，参考图4，在较高频率下，当声阻增加时，声压级变大，所以第二调谐漏孔10可优选地具有较低声阻，使得中频能够放大。
本发明的耳机和耳机本体可包含其它组件，包含但不限于电池、收发器、微型USB充电端口、电容器、蓝牙模块、磁体和麦克风。耳机及耳机本体和内部组件可布置成任何配置，只要能提供可接受的优选为最佳的声学性能即可。
本发明的调谐漏孔不是用于麦克风或传感器的孔或开口。
上文已经参考仅作为实例给出的具体实施例描述了本发明。应当理解，不同的配置是可能的，这在所附权利要求书的范围内。

Claims (12)

1.一种耳机本体，其包括内部腔室、容纳于所述内部腔室中的换能器、第一调谐漏孔和第二调谐漏孔，其中
所述换能器具有前表面和后表面，所述前表面朝向使用时所述耳机本体的***方向；
所述内部腔室在所述换能器的所述前表面邻近处提供近侧声体积；
所述内部腔室在所述换能器的所述后表面邻近处提供远侧声体积；
所述第一调谐漏孔和所述第二调谐漏孔分别在所述内部腔室的所述远侧声体积和周围环境之间延伸，并且用于提供所述远侧声体积和所述周围环境之间的流体连通；且
所述第一调谐漏孔被调谐到第一频率或频段，且所述第二调谐漏孔被调谐到第二频率或频段，所述第一频率或频段低于所述第二频率或频段。
2.根据权利要求1所述的耳机本体，其中所述第一调谐漏孔的横截面积与长度比率低于所述第二调谐漏孔。
3.根据权利要求1所述的耳机本体，其中所述第一调谐漏孔的至少一个尺寸不同于所述第二调谐漏孔的尺寸，其中所述尺寸选自由以下组成的群组：宽度、直径、长度及在垂直于所述长度的方向上的横截面积。
4.根据权利要求3所述的耳机本体，其中所述第一调谐漏孔和/或所述第二调谐漏孔在垂直于所述调谐漏孔的所述长度的方向上的横截面基本上是圆形的。
5.根据权利要求1所述的耳机本体，其中所述第一调谐漏孔和/或所述第二调谐漏孔具有管状形状。
6.根据权利要求5所述的耳机本体，其中所述第一调谐漏孔和/或所述第二调谐漏孔具有沿着所述漏孔的所述长度带至少一个弯曲部分的管状形状。
7.根据权利要求1所述的耳机本体，其中所述第一调谐漏孔和/或所述第二调谐漏孔定位成与所述换能器的所述后表面基本上相对侧。
8.根据权利要求1所述的耳机本体，其中所述第一调谐漏孔和/或所述第二调谐漏孔位于所述耳机本体的后部中。
9.根据权利要求1所述的耳机本体，其中所述第一调谐漏孔和/或所述第二调谐漏孔设有至少一个声阻构件。
10.根据权利要求9所述的耳机本体，其中所述声阻构件包括编织网。
11.一种包括根据权利要求1所述的耳机本体的耳机。
12.一种使用根据权利要求1所述的耳机本体调整从耳机输出到用户耳朵的声压级的方法，所述方法包括：
向所述换能器发送电信号，以在所述耳机本体的所述内部腔室中的所述近侧和远侧声体积中产生声波；
输出所述声波以由用户耳朵接收；以及
通过所述第一调谐漏孔和所述第二调谐漏孔将声波从所述远侧声体积传输到所述周围环境。
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